太阳电池背表面钝化

专利名称：一种硒化锑薄膜太阳能电池背表面的钝化处理方法专利类型：发明专利
发明人：唐江,文西兴,牛广达,胡青松,陈超,李康华,陈文浩
申请号：CN201710405484.1
申请日：20170601
公开号：CN107195698A
公开日：
20170922
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种硒化锑薄膜太阳能电池背表面处理的方法，将硒化锑薄膜电池置于热台上；然后将ErCl溶液滴到硒化锑电池的背表面，并使其覆盖背表面，静置一段时间；最后，将电池器件置于涂膜机上采用去离子水清洗，并甩干，获得经过背表面处理的硒化锑薄膜太阳能电池。

该方法能有效降低背电极接触电阻，促进光生载流子的收集，提高填充因子，进一步提高硒化锑薄膜太阳能电池的光电转换效率。

本发明简单有效的改善了硒化锑电池的背接触特性，进而提高了电池的光电转换性能，为薄膜电池的发展提供了技术支持。

申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：武汉东喻专利代理事务所(普通合伙)
代理人：张英
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电池表面钝化摘要：文章从提升N型太阳能电池发电效率和降低其加工成本入手，分析了如何通过钝化机制来降低电池的复合，通过对Al2O3薄膜制备过程中臭氧浓度、沉积温度、烧结温度以及Al2O3薄膜的厚度进行对比和分析，发现Al2O3薄膜在一个较宽的范围内能够达到较稳定的钝化效果，因此其工业应用前景广阔。

随着气候条件的不断恶化以及不可再生能源的不断开采，为了保证能源的持续利用，可再生能源受到青睐，尤其是太阳能不断被关注和利用。

但是由于其效率偏低且成本偏高，导致其利用率并未达到最大化。

为了进一步降低太阳能电池的生产成本并提高其转换效率，应用更薄的硅片成为太阳能行业的发展趋势。

随着硅片厚度的减薄，硅片的表面复合就越来越重要，因此需要开发更优异的表面钝化方法。

表面钝化的方法可以归纳为化学钝化和场效应钝化两类。

由于表面复合的速率直接与界面缺陷的密度相关，化学钝化是通过减少界面处的缺陷数量来达到减少表面复合速率的。

通常使用氢原子或一层薄的半导体膜来实现化学钝化作用，它们可以同未配位的原子（悬挂键）结合，从而减少界面缺陷密度。

场效应钝化是通过内建电场来减少硅片界面处电子或空穴的浓度从而达到表面钝化的作用。

由于复合过程需要同时有电子和空穴的存在，当两者在界面处的浓度在约同一个数量级（假定电子和空穴具有相同的捕获截面）时会达到最高的复合速率，其他情况下复合速率与界面处电子的浓度相关。

在场效应钝化中，硅片界面处的电子或空穴的浓度被界面处的内建电场屏蔽。

这种内建电场可以通过向界面下掺杂或是在界面处形成固定电荷来获得。

1Al2O3薄膜的制备方法沉积Al2O3薄膜的方法有原子层沉积法（ALD）、等离子增益化学气相沉积法（PECVD）、溶胶凝胶法（Solgel）以及属于物理气相沉积的溅射法（sputtering）。

原子层沉积法分为热原子层沉积和等离子辅助原子层沉积，通常使用三甲基铝（TMA）为前驱体，使用水、臭氧或氧气作为氧化剂。

perc电池背钝化机理摘要：perc电池是一种高效的太阳能电池，其背钝化机理是实现高转换效率的关键因素之一。

本文将介绍perc电池的背钝化机理，包括背电场和背面结构优化等方面的内容，以期对perc电池的工作原理有更深入的理解。

引言：太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其效率的提升一直是研究的重点。

在太阳能电池中，背钝化是一种常见的技术，用以提高光电转换效率。

perc电池正是利用了背钝化机理，成为太阳能电池中的佼佼者。

一、perc电池背钝化机理概述perc电池（Passivated Emitter and Rear Cell）是一种具有背钝化层的太阳能电池。

在perc电池中，背钝化层的作用是限制电荷载流子的复合，提高电池的效率。

背钝化层是通过在太阳能电池的背面形成一个接近电池表面的电场，使得电荷载流子在背面上被集中，减少了电子和空穴的复合，从而提高了电池的光电转换效率。

二、perc电池背钝化机理详解1. 背电场的形成在perc电池中，背电场是通过某种方式形成的。

一种常见的方式是在背面上制备一个透明导电氧化物层（TCO），然后在背面形成一个p型掺杂层。

通过这种方式，在背面形成了一个电场，使得电子和空穴在背面上被分离，从而减少了电荷载流子的复合。

2. 背面结构优化除了背电场的形成，背面结构的优化也是perc电池背钝化的重要因素。

一种常见的优化方式是在背面形成一个反射层，用以增强光的吸收。

此外，还可以在背面添加一层反射层或衬底层，以增加光的路径长度，提高光的吸收效果。

3. 背钝化层的材料选择背钝化层的材料选择也对perc电池的效率有着重要影响。

目前常用的背钝化层材料有氮化硅、氧化锌等。

这些材料具有优良的电子和光学特性，能够有效地限制电荷载流子的复合，提高电池的光电转换效率。

三、perc电池背钝化机理的应用perc电池背钝化机理的应用已经广泛存在于太阳能电池的生产中。

perc电池以其高转换效率和良好的性能稳定性，成为了目前太阳能电池市场的主流产品。

晶硅太阳能电池的表面钝化一直是设计和优化的重中之重.从早期的仅有背电场钝化，到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC/PERL设计。

虽然这一结构暂时缓解了背面钝化的问题,但并未根除，开孔处的高复合速率依然存在，而且使工艺进一步复杂.表面钝化的演进钝化的“史前时代"SiNx:H 第一次进化90年代，科研机构和制造商开始探索使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备含氢的氮化硅（SiNx:H）薄膜用作电池正面的减反射膜。

其中原因之一在于相对合适的折射率，但更重要的原因则在于氮化硅优良的的钝化效果。

氮化硅除了可以饱和表面悬挂键，降低界面态外，还通过自身的正电荷，减少正面n型硅中的少子浓度,从而降低表面复合速率。

SiNx中携带的氢可以在烧结的过程中扩散到硅片中，对发射极和硅片的内部晶体缺陷进行钝化，这对品质较低的多晶硅片尤其有效，大幅提高了当时太阳能电池的效率。

伴随着钝化材料上的创新，银浆材料与烧结工艺上的变革也同时到来，那就是可以烧穿的浆料和共烧（Co—firing）烧结工艺.有了烧穿特性后，可以先进行减反射膜的沉积，后网印浆料,然后烧结.由于顺序的颠倒，不用再担心金属栅线上覆盖的减反射层影响焊接，也省去了沉积TiO2需要的部分遮挡。

同时人们发明了将正反面浆料一次烧结的共烧工艺，在一次烧结中，正面的银浆穿过SiNx与硅形成接触，而背面的铝浆也同步形成背面电极和背电场（back surface field）.这一系列改进大大简化了丝网印刷电池的工艺，并逐渐成为了晶硅电池生产的主流。

AlOx 第二次进化随着电池正面的钝化效果和接触性能由于SiNx的使用和银浆改进在不断提高，进一步优化正面已经进入瓶颈阶段，人们把视线投向了另一个复合严重的区域，那就是电池的背表面.虽然在传统丝网印刷的晶硅电池中,铝背场可以减少少子浓度，减少复合，但仍然无法与使用介质层带来的钝化效果相比较。

PERC太阳能电池技术PERC技术，即钝化发射极背面接触，通过在太阳能电池背面形成钝化层，提升转换效率。

PERC电池具有工艺简单，成本较低，且与现有电池生产线兼容性高的优点，有望成为未来高效太阳能电池的主流方向。

PERG技术通过在电池的后侧上（如下面图像中的黄色层所示）添加一个电介质钝化层来提高转换效率。

标准电池结构中更高的效率水平受限于光生电子重组的趋势。

PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少电子重组，以及更高的效率水平。

其电池的特点是：（1）电池的正反两面都沉积钝化膜；（2）背场的铝浆则直接覆盖在背面钝化膜上与硅基体形成局部接触。

根据PERC 电池的结构特点，电池需要双面钝化和背面局部接触，从而大幅降低表面复合，提高电池转化效率。

双面钝化则要求电池两面都需镀介质膜，背面局部接触则需要背面开膜，因此PERC电池工艺流程为：（1）碱制绒（2）POCl3扩散（3）湿法背面刻蚀（4）双面钝化薄膜（5）背面介质薄膜开孔（6）金属化。

PERC电池产业化技术关键PERC电池的显著进展取决于以下三个方面：工艺，设备以及相关材料。

工艺方面的关键在于背面钝化以及背面局部接触技术的实现。

背面钝化技术，涉及到钝化膜的选择。

新南威尔士大学赵建华博士在1999发表的文章报道了采用SiO2薄膜钝化制备的P型PERC电池，同一年该校的A.G.Aberle也报道了SiO2作为P型PERC电池背钝化薄膜的缺点：弱光下氧化硅的钝化效果会急剧变差，那么产业化P型PERC 电池该选择氧化铝还是氧化硅呢？首先对比Al2O3和SiO x作为背面钝化薄膜的性能,氧化铝含有高密度的固定负电荷形成的电场可以有效减少表面的电子浓度，从而对p 型表面有极好的场钝化效应减少复合，从而导致PFF上，氧化铝钝化的PERC电池更有优势。

在强弱光下氧化铝叠层膜PERC电池和氧化硅层膜PERC电池的IQE性能氧化铝叠层膜PERC电池和氧化硅叠层膜PERC电池在长波的IQE均优于常规铝背场电池。

topcon电池钝化结构及制备方法
TOPCon电池，全称为Tunnel Oxide Passivated Contact，即隧穿氧化层钝化接触电池，是一种基于选择性载流子原理的太阳能电池技术。

其电池结构主要为n型硅衬底电池，通过在电池背表面制备一层超薄氧化硅，并沉积一层磷掺杂非晶硅薄膜，共同形成钝化接触结构。

这种结构中的磷掺杂非晶硅层提供了良好的场钝化效果，并对载流子具有选择性透过性，对提升电池电流和填充因子起到了至关重要的作用。

TOPCon电池的钝化结构主要包括n型硅基底、隧穿氧化硅层、含碳的隧穿氧化硅层、第一poly层、轻掺磷poly硅层、重掺磷poly硅层、重掺含磷含碳poly硅层和背面减反层。

其中，隧穿氧化硅层、含碳的隧穿氧化硅层和第一poly层共同形成了隧穿氧化层钝化接触结构，对电池性能有着重要影响。

制备TOPCon电池钝化结构的方法主要包括以下步骤：首先，在n型硅基底上制备隧穿氧化硅层；然后，在隧穿氧化硅层上沉积含碳的隧穿氧化硅层；接着，在第一poly层上依次沉积轻掺磷poly硅层、重掺磷poly硅层和重掺含磷含碳poly硅层；最后，在重掺含磷含碳poly硅层上制备背面减反层。

总的来说，TOPCon电池的钝化结构及制备方法对于提升太阳能电池性能具有重要意义。

通过优化钝化结构的设计和制备方法，可以进一步提高TOPCon电池的效率和稳定性，为太阳能电池的商业化应用提供更好的技术支持。

2020年12月第33卷第6期山西能源学院学报Journal of Shanxi Institute of EnergyDec.,2020Vol.33No.6•自然科学研究•PERC太阳能电池的背面钝化工艺研究梁玲1郭丽1张波1孟秀峰2（1.山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治046000；2.山西能源学院，山西太原030006）【摘要】区别于太阳能电池采用SiOx或AlOx与SiNx的叠层结构的背面钝化工艺，本文采用一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺的新方法来叠层表面具有较高的固定正电荷。

通过研究发现，优化后的新工艺制得的PERC 高效电池具有更好的光电转换效率，较常规工艺电池片效率提高了0.4%。

并对PERC高效电池的下一步优化和设计以及对工业应用提供了方法。

【关键词】太阳能电池;硅片；背面钝化；转化效率；工艺研究【中图分类号】TM914.41【文章编号】2096-4102（2020）06-0094-02随着高效太阳能电池研发的不断推进,优质的表面钝化已成为高转换效率太阳能电池不可或缺的组成部分。

表面钝化通过饱和半导体表面处的悬挂键,可降低界面态密度；同时钝化膜的存在避免了杂质在表面层的引入，而形成复合中心，降低了表面活性，以此来降低少数载流子的表面复合速率，提高少子寿命。

同时钝化膜中的固定电荷能使半导体表面反型或堆积，形成表面结,阻止少子载流子流向表面，减小了表面复合的损失，从而提高了表面光生载流子的收集率。

但常规PECVD法制备的SiON与SiNx的叠层膜中，缺陷主要以K0、K+和N-三种形式存在，由于薄膜中的K中心的数量远远多于N中心，从而使薄膜与晶体硅的界面表现为正电性。

在P型硅背面出现正电荷层，会形成反转层造成漏电,增加表面复合速率。

通用的太阳能电池采用SiOx或AlOx与SiNx 的叠层结构的背面钝化工艺，会使叠层表面具有较高的固定正电荷。

鉴于此，如何合理、有效地降低叠层表面固定正电荷，是优化电池PECVD镀减反射膜钝化工艺重点。

双面钝化接触太阳能电池1.引言1.1 概述概述：双面钝化接触太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，其基本原理是通过在太阳能电池的正、负两侧分别添加一层钝化层，使得太阳能电池能够同时吸收前后两面的太阳能，从而提高了电池的能量转换效率。

这种新型太阳能电池具有制备简单、结构紧凑、能效高等优势，成为了太阳能电池领域的研究热点。

随着全球能源需求的不断增长，太阳能作为一种清洁、可再生能源备受关注。

然而，传统的太阳能电池主要依赖于正面吸收太阳能进行能量转换，而背面的太阳能则未能得到充分利用，导致能量转换效率较低。

为了提高太阳能电池的能源利用率，研究人员提出了双面钝化接触太阳能电池这一新型技术。

在双面钝化接触太阳能电池中，通过在太阳能电池的前后两面分别添加一层钝化层，可以实现双面接触太阳能的效果。

这种钝化层能够有效地抑制电池的反射损失，并提高电池吸收太阳能的能力。

同时，由于钝化层的存在，太阳能电池可以在双面接触太阳能的同时，避免了背面吸收太阳能时受到的辐射损伤，进一步提高了太阳能电池的稳定性和寿命。

制备双面钝化接触太阳能电池的方法也相对简单，主要包括钝化层材料的选择、制备工艺的优化等方面。

目前已经有许多研究表明，不同材料的钝化层能够实现不同的效果，如提高太阳能电池的吸收能力、减少反射损失等。

另外，制备工艺的优化也可以进一步提高双面钝化接触太阳能电池的能效，如通过改变钝化层的厚度、结构等参数来调控电池的性能。

综上所述，双面钝化接触太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，具有制备简单、结构紧凑、能效高等优势。

在未来的应用前景中，双面钝化接触太阳能电池有望成为太阳能领域的重要突破，为人类的能源需求提供更为可靠、高效的解决方案。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以写为：文章结构部分旨在介绍本文的内容安排和组织方式。

本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，我们将对双面钝化接触太阳能电池进行概述，说明其重要性和研究意义。

（1）背景随着生产技术的进步，晶体硅太阳电池的厚度不断减薄，从早期的325µm到270µm，再到240-220µm，而下一步的发展目标是180-150µm。

随着厚度的不断变薄，硅片少子体寿命对电池效率的影响逐步降低，这主要是因为随着硅片厚度减薄，基区少子到达pn结所需距离变短，这就意味着，即便材料的少子寿命较低，仍然有足够的扩散长度保证足够多的少子被pn结收集。

与之相对应的，电池片上下表面的复合速率对效率的影响逐步增长。

改善表面钝化的质量、降低表面复合速率已经成为提高电池效率的主要手段之一。

目前工业上主要采用铝背场进行表面钝化。

（2）形成原理铝背场（Al-BSF）可以通过蒸镀、溅射和丝网印刷来完成。

而丝网印刷由于其简便的操作、低廉的成本，已经被广泛的应用于硅太阳电池的大规模生产中。

其制备过程一般分成四个步骤[15]：（1）在硅的背表面丝网印刷铝浆（2）在高温条件下烧结（3）冷却并生长出一层富含铝的硅层（即P+层，常称BSF）（4）最后在共晶温度（577℃）下凝固铝浆中包含铝颗粒（直径为1到10微米）、玻璃粉、有机粘合剂和溶剂。

根据铝-硅二相图3-3分析：烧结时，硅片被加热至高于共晶温度，铝开始逐渐熔化；随着温度继续上升，硅在熔融铝的溶解度不断增大，越来越多的硅溶解在液态铝中；冷却时，硅在熔融铝中的溶解度降低，逐步析出再结晶，在硅片表面形成一层富含铝的硅，这就是铝背场（BSF）；同时，液态铝开始固化，而这层铝并不是纯铝，还含有硅，硅的含量接近12％，因此在背场上形成了一层铝-硅层[14]。

BSF中铝的浓度在1-3×1018cm-3，而在大部分p型硅中，硼的浓度一般小于2×1016cm-3，因此在背表面形成PP+的高低结阻止少数载流子在背表面复合。

所以铝背场是利用场钝化的原理完成背表面钝化。

（3）作用铝背场主要起到四个作用：1.表面钝化，降低背表面复合速率，提高少数载流子的收集率，提高开路电。