一种基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池及其制备方法和应用

本发明涉及一种基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池及其制备方法和应用，属于新能源领域。

背景技术：

1、目前，光伏(pv)市场由钝化发射极和背接触(perc)晶体硅(c-si)太阳能电池主导，其中载流子选择性接触通过重掺杂形成。然而，几个因素阻碍了perc电池的功率转换效率(pce)的进一步提高。这些因素包括金属和si接触处的高复合损耗、掺杂诱导的俄歇复合、带隙变窄等。为了解决上述问题，钝化接触技术被广泛研究，例如，由电介质绝缘siox层和重掺杂多晶硅(poly-si)层组成的隧穿氧化层钝化接触(topcon)和具有掺杂氢化非晶硅(a-si:h)层结合本征a-si:h的硅异质结技术(hjt)。这些基于掺杂si层的钝化接触(hjt或topcon)，在c-si太阳能电池上实现了超过26％的令人印象深刻的pce。然而，掺杂si层的高寄生吸收限制了topcon或hjt太阳能电池性能的进一步提升。此外，基于掺杂si层的钝化接触存在一些固有缺点，例如a-si：h的低掺杂效率和hjt的差的热稳定性(低于250℃)，以及topcon的高温热退火激活工艺。

2、上述这些缺点引发了对免掺杂载流子选择性材料的深入探索，以取代重掺杂的si薄层。因此提出了一种不依赖任何掺杂/图案化的更简单的方法，即使用免掺杂载流子选择接触(df-csc)，有时称为钝化接触，它显著减少了接触和非接触区域中的载流子复合。使用df-cscs能够实现高的开路电压，因此具有较高的pce，经常用于单晶硅太阳电池的新型电子选择性钝化接触。使用此种材料期望减少寄生光吸收并且简化制造工艺以及降低成本。此外，宽带隙材料还有利于实现电子和空穴电导率之间大的不对称性，以及合适的能带偏移，这是实现有效的载流子选择性接触的关键。到目前为止，许多金属化合物，如金属氧化物、氟化物、氮化物和氮氧化物已被报道可以用于c-si太阳能电池的有效电子传输层。它们通常与c-si具有小的导带偏移(δec)和大的价带偏移(δev)。与低功函数(wf)金属化合物配合使用，可以与c-si形成良好的欧姆接触，使光生电子得到有效收集。

3、到目前为止，具有低wf或与c-si偏移的小导带的金属化合物(例如，金属氧化物和金属氮化物)已被很好地开发为电子选择性接触(esc)。例如，包括mgf2、cef3和yf3在内的低wf金属氟化物被成功地用作n型c-si太阳能电池的escs，实现了超过20％的高pce。与c-si具有小导带偏移的金属氧化物和氮化物(例如，tiox、mgox、taox、znox、tin和tanx)是最常研究的esc。

4、通过以上方法所制备出的器件的输出性能，特别是转换效率仍然不能令人满意，同时需要较高的退火温度或者较长的退火时间和退火次数，这增加了电池的制备工艺复杂度，大大限制了这类电池的大规模商业化生产。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池，本发明的第二目的是提供一种该基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池的制备方法，本发明的第三目的是提供该基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池在ibc或topcon太阳电池中的应用。

2、技术方案：本发明所述的一种基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池，包括基底，所述基底的正面依次设有p+发射极、第一al2o3钝化层、sinx减反射层、ag栅格所述基底的背面依次设有第二al2o3钝化层、sio2层、lif层和al电极。

3、进一步地，所述正面是钝化接触太阳电池使用时迎向太阳的一面，背对太阳的一面为背面。

4、进一步地，所述基底的材料为cz硅片，其长度为2-3cm，宽度为2-3cm，厚度为170±10μm，电阻率为1-3ωcm。

5、进一步地，所述p+发射极的厚度为6-7nm。

6、进一步地，所述第一al2o3钝化层的厚度为7-8nm。

7、进一步地，所述sinx减反射的厚度为68-70nm。

8、进一步地，所述第二al2o3钝化层的厚度为0.21-0.28nm，优选0.21nm。

9、进一步地，所述sio2层的厚度为18-20nm。

10、进一步地，所述lif层的厚度为1-1.6nm，优选1.2nm。

11、进一步地，所述al电极的厚度为150-200nm。

12、以上隔层的面积与基底背面的面积相一致，长和宽均为2-3cm。

13、本发明所述基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

14、(1)基底采用n型[100]面，在基底的正面制绒，得到类似于“金字塔”形状的上表面，将基底进行rca标准工艺清洗；

15、(2)利用硼扩散工艺在基底的正面制备p+发射极；

16、(3)通过ald(原子层沉积)法在p+发射极的正面制备第一al2o3钝化层；

17、(4)通过pecvd(等离子体加强的化学气相沉积)法在第一al2o3钝化层正面沉积sinx减反射层；

18、(5)通过丝网印刷的方式使用银浆在sinx抗反射层的正面制备ag栅格；

19、(6)通过ald法在基底的背面制备第二al2o3钝化层；

20、(7)将sio2溶胶-凝胶溶液旋涂在第二al2o3钝化层的背面，加热退火处理；

21、(8)利用真空蒸发镀膜法依次在旋涂过溶胶-凝胶溶的第二al2o3钝化层的背面制备lif层和al电极。

22、进一步地，步骤(2)中，所述硼扩散工艺包括如下步骤：

23、(1)在800～1100℃温度下，通入氧气对基底进行氧化处理；这一步骤有助于改善基底的表面性质，为后续的硼扩散提供良好的基础；

24、(2)保持氧化后的温度或升温至900～1100℃，通入硼源、氧气和氮气进行硼扩散，硼源为三氯化硼(bcl3)，通过高温使硼元素从硼源中释放出来，然后在基底表面沉积并逐渐向内部扩散，形成p-n结；

25、(3)完成硼扩散后，停止通入硼源和、氧气和氮气，并逐渐降低温度，使基底冷却，固定硼元素在基底中的位置，形成稳定的p-n结。

26、进一步地，重复步骤(6)可获得不同厚度的第二al2o3钝化层，优选厚度为3个循环-4个循环，最优选3个循环。

27、进一步地，步骤(7)中，旋涂sio2溶胶-凝胶溶液时，sio2溶胶-凝胶溶液容量为20-40μl，优选30μl转速为3500-4500rpm/min，优选4000rpm/min，旋涂时间为30-40s，优选30s。

28、进一步地，步骤(7)中，加热退火处理的温度为100-110℃，优选100℃加热退火处理的时间为2-4min，优选3min。

29、进一步地，步骤(8)中，真空蒸发镀膜式的温度为1180-2470℃，真空度为7x10-4pa以下，蒸镀时的速度为蒸镀al电极时的速度为此过程中，lif的蒸发温度为1180℃，al电极层的蒸发温度大约在2470℃左右。这意味着在进行lif和al的热蒸发蒸镀时，需要将加热源的温度调节到这个范围，以确保lif和al能够有效地从固态转变为气态，进而沉积在目标物体表面形成薄膜。在整个蒸镀过程中，需要维持一定的真空度以减少气体分子对蒸镀过程的影响。本发明热蒸发蒸镀的真空条件需要达到7x10-4 pa以下。蒸镀速度是影响薄膜质量的一个重要因素。过快的蒸镀速度可能导致薄膜不均匀或出现缺陷，而过慢的速度则可能延长生产时间。因此，在实际应用中，需要根据具体的设备和技术要求来调整蒸镀速度，以获得最佳的蒸镀效果。本发明对lif层进行蒸镀的速率为对al电极行蒸镀的时候的速率为

30、进一步地，以上所述的正面均是钝化接触太阳电池使用时迎向太阳的一面，背对太阳的一面为背面。

31、本发明所述基于旋涂法氧化硅的钝化接触太阳电池在制备ibc太阳电池或topcon太阳电池中的应用。

32、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

33、(1)本发明通过简单的旋涂和低温ald技术，提供了一种有效的电子选择接触太阳电池，制备了al2o3/sio2/lif的电子选择性接触结构。从对此结构的表征来看，该器件获得如此优异效果的原因有两种：①lif层和al层在制备的过程中扩散进了sio2薄膜中，这使得背面的接触电阻率略微的下降。②更重要的一点是，通过旋涂法制备的sio2薄膜具有大量纳米级的裂缝，lif层和al层通过这些裂缝形成了类似于孔洞的传输结构，这点决定了背面结构获得极低的接触电阻率。因此本专利通过方法获得的al2o3/sio2/lif实现了高钝化效果的同时还获得了极低的接触电阻率，最后实现了高的转换效率，

34、(2)本发明方法制备简单，制备成本低，时间成本低。