一种p型硅太阳能电池及其制备方法
一种p型硅太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能电池技术领域，具体地说是一种P型娃太阳能电池及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 晶体娃太阳能电池的表面缺陷对电池性能有着非常大的影响，电池的开路电压 (V。。）、短路电流(Js。）、填充因子(F巧等主要参数很大程度上依赖于表面缺陷密度的高低。 光生载流子的复合损失是太阳能电池效率损失的主要途径之一，而表面复合是最主要的复 合损失。降低表面缺陷密度，减少表面复合，是提高娃太阳能电池能量转换效率的重要手 段。纯化可有效降低载流子的复合，进而提高太阳能电池的转换效率。纯化通常有化学纯化 和场纯化两种方法。化学纯化通常是纯化材料与娃片表面发生化学反应，成键，进而减少表 面娃悬键，达到纯化的目的；场纯化是指利用纯化材料中的带电离子产生的库仑场驱赶娃 片近表面的电子或者空穴使其远离表面进而减少它们的表面复合，从而实现纯化的效果。
[0003] 现有技术中一般是在电池的正面和背面均采用纯化材料制成纯化层，W降低表面 缺陷密度;并且在正面纯化层上锻减反射膜，丝网印刷电极浆料收集正面电荷，在背面纯化 层上局部开口后印刷非接触性电极浆料或者采用物理气相沉积法制备全背金属电极用W 收集背面电荷。现在常用的纯化材料包括Si化(二氧化娃，简称氧化娃）、SiNx(氮化娃，也可 写作Si3N4)、Al2〇3(S氧化二侣，简称氧化侣）、a-Si:H(氨化非晶娃)或者它们互相结合的叠 层。其中Si化是典型的化学纯化材料，具有非常好的纯化效果，但是需要约800-900°C的高 溫工艺进行热氧化才能制备而成，严重耗能的同时影响了娃片内部和表面的杂质和缺陷。 a-Si: Η也具有很好的纯化效果，但是其制备工艺要求低于200°C，与扩散结晶体娃电池产业 化工艺不兼容，通常不被考虑用于扩散结晶体娃电池的表面纯化。SiNx和Ah〇3是基于场纯 化的原理，即SiNx内部含有固定的正电荷，Ah化含有负电荷，分别适用于纯化η型和P型娃表 面，具有一定的纯化效果并且和产业兼容，但是运两种材料都是很好的介电材料，具有非常 差的电荷传导能力，因此在集成到娃太阳能电池中后，需要激光开槽，形成金属电极与娃的 局部接触和局部纯化，增加工艺复杂性和制备成本的同时，不可避免地降低了太阳能电池 的填充因子，限制了效率的进一步提升。再有，激光开槽后，为了形成局部接触，需要有选择 性地印刷非接触性电子浆料，运将要求印刷机具有精准的对准技术(增加成本），同时要消 耗浆料(浆料在晶体娃太阳能电池制备过程中占据大部分成本），运都不利于技术的发展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一就是提供一种Ρ型娃太阳能电池，W解决现有的Ρ型娃太阳能电 池转换效率低的问题。
[0005] 本发明的目的之二就是提供一种Ρ型娃太阳能电池的制备方法，该制备方法可采 用较低的制造成本制备出效率较高的Ρ型娃太阳能电池。
[0006] 本发明的目的之一是运样实现的：一种Ρ型娃太阳能电池，包括Ρ型娃衬底，在所述 P型娃衬底的正面通过扩散工艺或离子注入工艺等制有n+渗杂层，在所述n+渗杂层上制有减 反射层;在所述减反射层上通过印刷、烧结工艺制有正面电极，所述正面电极穿过所述减反 射层与所述n+渗杂层相接;在所述P型娃衬底的背面制有背面纯化层，所述背面纯化层包括 由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在所述背面纯化层上通过印刷、烧结 工艺制有背面电极。
[0007] 所述背面纯化层包括错铁酸铅膜层、铁酸祕膜层、铁酸领膜层和铁酸锁领膜层中 的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0008] 所述背面纯化层还包括由氧化侣和/或氮化娃材料制成的膜层。
[0009] 所述背面纯化层的厚度为3nm~600nm。
[0010] 所述背面纯化层在P型娃衬底背面的覆盖率为5%~100%。
[0011] 所述P型娃衬底为单晶或多晶P型娃衬底。
[0012] 本发明所提供的P型娃太阳能电池，在P型娃衬底的正面依次形成有n+渗杂层和减 反射层，在P型娃衬底的背面制有背面纯化层，背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁 电薄膜材料制成的膜层，铁电薄膜材料作为一种功能氧化物薄膜材料，由于其内部存在自 发极化场，因此将其应用于晶体娃太阳能电池的背表面作为主要的纯化材料，可W很大程 度上提高光生载流子的寿命，提升电池的开路电压;另外，采用铁电薄膜材料制作背面纯化 层，其除了拥有纯化效果的作用外，还可增强娃太阳能电池的背反射，运在很大程度上改善 了太阳能电池的短路电流;背面纯化层与P型娃衬底之间形成了天然的局部接触，完全避免 了激光消融、开槽等复杂工艺的使用，运极大地简化了工艺，降低了太阳能电池的制造成 本，同时保证了电池效率的提升。传统阳RC(Passivated Emitter and Rear Cell,纯化发 射区背面)电池中，因为有Al2〇3的使用，光照下Si和纯化层界面电荷密度减少，导致纯化质 量下降，产生光致衰退化ID)效应。本发明采用铁电薄膜材料(如PZT)作为纯化层，纯化机制 源于极化场，因此可W避免运一问题，降低LID效应。
[OOU]本发明的目的之二是运样实现的：一种P型娃太阳能电池的制备方法，包括如下步 骤： a、 选取P型娃衬底，对所述P型娃衬底进行清洗及正面、背面制绒； b、 在所述P型娃衬底的正面通过渗杂制成n+渗杂层，并对P型娃衬底的边缘进行刻蚀； C、在所述n+渗杂层上制备减反射层； d、 在所述P型娃衬底的背面制备背面纯化层，并在溫度为450°C~700°C的条件下退火处 理Imin~90min，所述背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层； e、 通过印刷、烧结工艺制备正面电极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+渗杂 层相接； f、 通过印刷、烧结工艺在所述背面纯化层上制备背面电极； g、 对上述制备的P型娃太阳能电池进行极化，具体极化工艺为:采用稳压电源对上述制 备的P型娃太阳能电池施加一恒定电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围 为0.01A~10A，极化时间为Is~100s。
[0014] 步骤a中所述P型娃衬底为单晶P型娃衬底;且在步骤a之后步骤b之前还包括如下 步骤:对所述P型娃衬底的背面进行平坦化处理。
[0015] 步骤d中所形成的背面纯化层包括错铁酸铅膜层、铁酸祕膜层、铁酸领膜层和铁酸 锁领膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0016] 步骤d中所形成的背面纯化层的厚度为3nm~600nm。
[0017] 本发明所提供的P型娃太阳能电池的制备方法，在娃衬底的正面按照现有工艺制 备n+渗杂层和减反射层，在娃衬底的背面通过溶胶-凝胶法（sol-gel)、物理气相沉积法 (PVD)、化学气相沉积法(CVD)或激光脉冲沉积法(PLD)等制备背面纯化层，并对背面纯化层 进行退火处理，背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层，例如 背面纯化层包括错铁酸铅（PZT)膜层、铁酸领(BaTi〇3,简写为BT0)膜层、铁酸祕(BF0)膜层 或铁酸锁领(BST)膜层，还可W是PZT、BT0、BF0和BST膜层中的任意两种或Ξ种相互结合形 成的叠层，还可W是渗杂（例如渗杂La或Μ等）的PZT、BT0、BF0或BST膜层等。现有技术采用 的氧化侣或氮化娃纯化层材料，工作原理是基于材料内部的固定电荷产生的库伦静电场， 本发明所采用的铁电薄膜材料作为背面纯化层的主要材料，是基于铁电薄膜材料的铁电特 性，即材料内部存在极化场，极化场的产生根源是由于铁电薄膜材料特殊的结构，即巧铁矿 结构，在巧铁矿结构中，由于正负电荷中屯、不重合而形成电偶极矩，在材料内部产生极化 场，运是运一类材料特殊的物理机制，将其应用于晶体娃太阳能电池的背面作为纯化材料， 可W很好地改善电池的开路电压、短路电流和填充因子，体现了优良的纯化效果。而且，在 制备好正面电极和背面电极后，采用稳压电源对P型娃太阳能电池进行极化，极化后电池的 F问尋得到明显改善，进一步提升了电池的能量转化效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明中P型娃太阳能电池的结构示意图。
[0019] 图2是本发明实施例2中形成PZT背面纯化层后娃衬底背表面的SEM图。
[0020] 图3是本发明实施例帥所制备的P型娃太阳能电池的XRD测试图。
[0021] 图4是本发明实施例2和对比例1分别制备的P型娃太阳能电池的量子效率曲线示 意图。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1，一种P型娃太阳能电池。
[0023] 如图1所示，本实施例所提供的P型娃太阳能电池包括P型娃衬底4，p型娃衬底4可 W为单晶P型娃衬底，也可W是多晶P型娃衬底。在P型娃衬底4的正面通过扩散工艺或离子 注入工艺等制有n+渗杂层3，在n+渗杂层3上制有减反射层2，在减反射层2上通过丝网印刷、 烧结工艺制有正面电极1，正面电极1在烧结后会穿过减反射层2与n+渗杂层3相接。
[0024] 在P型娃衬底4的背面制有背面纯化层5,背面纯化层5的主要材料为铁电薄膜材 料，铁电薄膜材料例如可W为错铁酸铅（PZT)、铁酸领（BT0)、铁酸祕（BF0)或铁酸锁领 (BST)等，在铁电薄膜材料里面还可W渗杂质(例如渗La或Ni等）。背面纯化层5可W为PZT膜 层、BT0膜层、BF0膜层或BST膜层，也可W在上述膜层中渗杂质，还可W是上述膜层中的任意 两种或两种W上膜层相互结合在一起形成的叠层结构。除此之外，背面纯化层5还可W包括 由氧化侣和/或氮化娃纯化材料制成的膜层，即：由氧化侣和/或氮化娃纯化材料制成的膜 层与由铁电薄膜材料或渗杂铁电薄膜材料制成的膜层相互结合形成叠层结构，共同组成背 面纯化层。背面纯化层5可W通过溶胶-凝胶法(sol-gel)来制备，也可W通过物理气相沉积 法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或激光脉冲沉积法(PLD)等方法制备。背面纯化层5的厚度 可控制在3nm~600nm之间。背面纯化层5在P型娃衬底4背面的覆盖率可W为5%~100%，即：背 面纯化层5可W完全覆盖P型娃衬底4背面，也可W只覆盖P型娃衬底4背面的部分区域。在背 面纯化层5上通过印刷、烧结工艺制有背面电极6。
[0025] 实施例2,一种P型娃太阳能电池的制备方法。
[0026] 本实施例所提供的P型娃太阳能电池的制备方法包括如下步骤： ①、选取P型娃衬底，并对所选P型娃衬底进行清洗，清洗之后对P型娃衬底的正面和背 面分别制绒。P型娃衬底可W为单晶P型娃衬底，也可W是多晶P型娃衬底。当其为单晶P型娃 衬底时，一般采用碱对其进行制绒，最终形成规整的金字塔陷光结构。当其为多晶P型娃衬 底时，一般采用酸对其进行制绒，最终形成规整的凹凸不平的坑状表面陷光结构。本实施例 中P型娃衬底为单晶P型娃衬底，制绒后所形成的金字塔的平均高度为Ιμπι~15皿。
[0027] ②、在Ρ型娃衬底的正面采用憐扩散形成重渗杂的η+渗杂层，之后进行边缘刻蚀， 去除边缘的渗杂层。
[00%]③、在η+渗杂层上制备减反射层，本实施例中减反射层为氮化娃(SiNx)膜层，该氮 化娃膜层还具有纯化作用，亦可当做正面的纯化层。
[0029] ④、在P型娃衬底的背面制备PZT背面纯化层。具体是:选取Pbl.15估0.化0.6)〇3前驱 体溶液(有15%过量的Pb)，W避免由于高溫氧气氛处理过程中Pb挥发，导致PZT缺铅而影响 PZT薄膜性能;采用台式匀胶机实现错铁酸铅前驱体溶液涂布于P型娃衬底的背面上:先W 500转/分钟的速度旋转6秒，然后经过4000转/分钟高速旋转40秒。使用板式炉，将匀胶后的 湿膜在200°C下烘烤5分钟，使有机物分解、挥发。一般控制背面纯化层在P型娃衬底背面的 覆盖率为5%~100%，控制背面纯化层的厚度为3nm~600nm。本实施例中背面纯化层全部覆盖P 型娃衬底背面，且背面纯化层的厚度为200nm。
[0030] ⑤、将涂有PZT背面纯化层的娃衬底进行快速退火，退火溫度为450-700°C，退火时 间为 Imin ~90min。
[0031] 在形成PZT背面纯化层后对娃衬底背面进行扫描电镜测试，所得结果见图2。图2中 (a)为扫描电镜表面图，（b)为扫描电镜断面图，从图中可W看出，大的金字塔或者中等尺寸 金字塔的塔顶没有PZT薄膜分布，而小金字塔和大金字塔的底部均布满了 PZT薄膜，因此，采 用本发明的方法可W巧夺天工地形成天然的局部接触，完全避免了后续激光消融、开槽等 复杂工艺的使用，简化工艺降低成本的同时保证了电池的性能提升。
[0032] ⑥、通过印刷（或蒸发）工艺印刷电子浆料，之后进行烧结，形成正面电极;烧结后 的电子浆料自然穿透氮化娃减反射层与n+渗杂层相接。正面电极制备时选取Ag浆料。
[0033] ⑦、通过印刷工艺印刷电子浆料，之后进行烧结，形成背面电极，背面电极覆盖在 娃衬底的整个背面。由于步骤⑤中形成PZT背面纯化层后，大的金字塔或者中等尺寸金字塔 的塔顶没有PZT薄膜分布，因此，本步骤中所形成的背面电极与娃衬底之间形成了天然的局 部接触，无需再进行激光消融、开槽等工艺。背面电极制备时选取A1浆料。
[0034] ⑧、对上述制备的P型娃太阳能电池进行极化。此步骤为本发明的特点之一。
[0035] 铁电薄膜材料的极化场会随着外加电场的变化而变化，运是它区别于一般纯化材 料最显著的特点。因此本步骤中采用稳压电源对上述制备的P型娃太阳能电池施加一恒定 电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围为0.01A~10A，极化时间为Is~ 100s。本实施例中所用的是5V的直流电压。
[0036] 本发明通过对P型娃太阳能电池进行极化，可W改变电池的光伏性能，极化后电池 的光伏性能明显得到改善。
[0037] 对本实施例所制备的极化后的P型娃太阳能电池进行X射线衍射测试，所得结果见 图3,由图3可看出PZT的若干特征峰，表明电池中PZT材料具有良好的多晶巧铁矿结构。
[003引对比例1 与实施例2相比，本对比例中所制备的P型娃太阳能电池没有PZT背面纯化层，即：本对 比例包括实施例2中的步骤①、②、③、⑥和⑦，没有步骤④、⑤和⑧。
[0039] 对本对比例和实施例2所制备的P型娃太阳能电池分别进行开路电压、短路电流密 度、填充因子和效率的测试，所得结果见表1。
[0040] 表 1
由表1可看出，背面制备PZT纯化层后的电池与无 PZT的电池相比，开路电压和短路电流 均有明显的提升，填充因子由于局部接触会略微降低，但不影响电池能量转化效率的提升。 可见，设置PZT背面纯化层的娃太阳能电池比无 PZT的电池效率有1%的绝对量增加。
[0041] 对本对比例所制备的P型娃太阳能电池进行量子效率测试，同时对实施例2所制备 的P型娃太阳能电池进行量子效率测试，所得结果见图4,由图4可看出，PZT纯化后的太阳能 电池，相比无 PZT的太阳能电池，具有更好的长波响应。
[0042] 经PZT纯化后的太阳能电池相比无 PZT的太阳能电池而言，还具有可增强娃太阳能 电池背反射的优点，而且，PZT背面纯化层的引入可提升电池内部光生载流子的寿命，明显 改善电池的光伏性能。
[0043] 实施例3 与实施例2相比，本实施例在步骤①之后、步骤②之前增加了步骤:对P型娃衬底的背面 进行平坦化处理。本实施例中增加"对P型娃衬底的背面进行平坦化处理"的步骤，其目的是 为了将金字塔状的背面处理为稍微平滑的背面，即：将金字塔的顶部尖端平滑处理，使得金 字塔结构的塔顶尖状结构和谷底锋锐的角状结构变得圆滑，同时使得金字塔表面由粗糖变 得相对平滑。对P型娃衬底的背面进行平坦化处理后，应保证后续形成背面纯化层后仍然可 W形成天然的局部接触，运样便于后续通过印刷、烧结工艺制备背面电极。
[0044] 本实施例中对P型娃衬底的背面在制绒后进行平坦化处理，可W进一步改善背面 的纯化效果，增加内部反射率，改善短路电流。
【主权项】
1. 一种P型硅太阳能电池，其特征是，包括P型硅衬底，在所述P型硅衬底的正面制有n+掺 杂层，在所述n+掺杂层上制有减反射层;在所述减反射层上通过印刷、烧结工艺制有正面电 极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+掺杂层相接;在所述p型硅衬底的背面制有背 面钝化层，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在所 述背面钝化层上通过印刷、烧结工艺制有背面电极。2. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层包括锆钛酸铅 膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。3. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层还包括由氧化 铝和/或氮化硅材料制成的膜层。4. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层的厚度为3nm~ 600nm〇5. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层在p型硅衬底背 面的覆盖率为5%~100%。6. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述p型硅衬底为单晶或多晶p 型硅衬底。7. -种p型娃太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤： a、 选取p型硅衬底，对所述p型硅衬底进行清洗及正面、背面制绒； b、 在所述p型硅衬底的正面通过掺杂制成n+掺杂层，并对p型硅衬底的边缘进行刻蚀； c、 在所述n+掺杂层上制备减反射层； d、 在所述p型硅衬底的背面制备背面钝化层，并在温度为450°C~700°C的条件下退火处 理lmin~90min，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层； e、 通过印刷、烧结工艺制备正面电极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+掺杂层 相接； f、 通过印刷、烧结工艺在所述背面钝化层上制备背面电极； g、 对上述制备的P型硅太阳能电池进行极化，具体极化工艺为:采用稳压电源对上述制 备的P型娃太阳能电池施加一恒定电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围 为0.01A~10A，极化时间为Is~100s。8. 根据权利要求7所述的p型娃太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤a中所述p型娃 衬底为单晶P型硅衬底;且在步骤a之后步骤b之前还包括如下步骤:对所述p型硅衬底的背 面进行平坦化处理。9. 根据权利要求7所述的p型硅太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤d中所形成的背 面钝化层包括锆钛酸铅膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两 种相互结合的叠层。10. 根据权利要求7所述的p型硅太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤d中所形成的 背面钝化层的厚度为3nm~600nm〇
【专利摘要】本发明提供了一种p型硅太阳能电池及其制备方法。所述p型硅太阳能电池包括p型硅衬底，在p型硅衬底的正面制有n+掺杂层和减反射层，穿过所述减反射层制有正面电极，正面电极与n+掺杂层相接；在所述p型硅衬底的背面制有背面钝化层，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在背面钝化层上通过印刷、烧结工艺制有背面电极。本发明采用铁电薄膜材料作为电池背面钝化层的主要材料，可以很好地改善电池的开路电压和短路电流，提高电池的转换效率。
【IPC分类】H01L31/18, H01L31/0216, H01L31/068
【公开号】CN105489708
【申请号】CN201610030388
【发明人】麦耀华, 陈兵兵, 陈剑辉, 许颖, 代秀红, 刘保亭
【申请人】河北大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能电池技术领域，具体地说是一种P型娃太阳能电池及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 晶体娃太阳能电池的表面缺陷对电池性能有着非常大的影响，电池的开路电压 (V。。）、短路电流(Js。）、填充因子(F巧等主要参数很大程度上依赖于表面缺陷密度的高低。 光生载流子的复合损失是太阳能电池效率损失的主要途径之一，而表面复合是最主要的复 合损失。降低表面缺陷密度，减少表面复合，是提高娃太阳能电池能量转换效率的重要手 段。纯化可有效降低载流子的复合，进而提高太阳能电池的转换效率。纯化通常有化学纯化 和场纯化两种方法。化学纯化通常是纯化材料与娃片表面发生化学反应，成键，进而减少表 面娃悬键，达到纯化的目的；场纯化是指利用纯化材料中的带电离子产生的库仑场驱赶娃 片近表面的电子或者空穴使其远离表面进而减少它们的表面复合，从而实现纯化的效果。
[0003] 现有技术中一般是在电池的正面和背面均采用纯化材料制成纯化层，W降低表面 缺陷密度;并且在正面纯化层上锻减反射膜，丝网印刷电极浆料收集正面电荷，在背面纯化 层上局部开口后印刷非接触性电极浆料或者采用物理气相沉积法制备全背金属电极用W 收集背面电荷。现在常用的纯化材料包括Si化(二氧化娃，简称氧化娃）、SiNx(氮化娃，也可 写作Si3N4)、Al2〇3(S氧化二侣，简称氧化侣）、a-Si:H(氨化非晶娃)或者它们互相结合的叠 层。其中Si化是典型的化学纯化材料，具有非常好的纯化效果，但是需要约800-900°C的高 溫工艺进行热氧化才能制备而成，严重耗能的同时影响了娃片内部和表面的杂质和缺陷。 a-Si: Η也具有很好的纯化效果，但是其制备工艺要求低于200°C，与扩散结晶体娃电池产业 化工艺不兼容，通常不被考虑用于扩散结晶体娃电池的表面纯化。SiNx和Ah〇3是基于场纯 化的原理，即SiNx内部含有固定的正电荷，Ah化含有负电荷，分别适用于纯化η型和P型娃表 面，具有一定的纯化效果并且和产业兼容，但是运两种材料都是很好的介电材料，具有非常 差的电荷传导能力，因此在集成到娃太阳能电池中后，需要激光开槽，形成金属电极与娃的 局部接触和局部纯化，增加工艺复杂性和制备成本的同时，不可避免地降低了太阳能电池 的填充因子，限制了效率的进一步提升。再有，激光开槽后，为了形成局部接触，需要有选择 性地印刷非接触性电子浆料，运将要求印刷机具有精准的对准技术(增加成本），同时要消 耗浆料(浆料在晶体娃太阳能电池制备过程中占据大部分成本），运都不利于技术的发展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一就是提供一种Ρ型娃太阳能电池，W解决现有的Ρ型娃太阳能电 池转换效率低的问题。
[0005] 本发明的目的之二就是提供一种Ρ型娃太阳能电池的制备方法，该制备方法可采 用较低的制造成本制备出效率较高的Ρ型娃太阳能电池。
[0006] 本发明的目的之一是运样实现的：一种Ρ型娃太阳能电池，包括Ρ型娃衬底，在所述 P型娃衬底的正面通过扩散工艺或离子注入工艺等制有n+渗杂层，在所述n+渗杂层上制有减 反射层;在所述减反射层上通过印刷、烧结工艺制有正面电极，所述正面电极穿过所述减反 射层与所述n+渗杂层相接;在所述P型娃衬底的背面制有背面纯化层，所述背面纯化层包括 由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在所述背面纯化层上通过印刷、烧结 工艺制有背面电极。
[0007] 所述背面纯化层包括错铁酸铅膜层、铁酸祕膜层、铁酸领膜层和铁酸锁领膜层中 的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0008] 所述背面纯化层还包括由氧化侣和/或氮化娃材料制成的膜层。
[0009] 所述背面纯化层的厚度为3nm~600nm。
[0010] 所述背面纯化层在P型娃衬底背面的覆盖率为5%~100%。
[0011] 所述P型娃衬底为单晶或多晶P型娃衬底。
[0012] 本发明所提供的P型娃太阳能电池，在P型娃衬底的正面依次形成有n+渗杂层和减 反射层，在P型娃衬底的背面制有背面纯化层，背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁 电薄膜材料制成的膜层，铁电薄膜材料作为一种功能氧化物薄膜材料，由于其内部存在自 发极化场，因此将其应用于晶体娃太阳能电池的背表面作为主要的纯化材料，可W很大程 度上提高光生载流子的寿命，提升电池的开路电压;另外，采用铁电薄膜材料制作背面纯化 层，其除了拥有纯化效果的作用外，还可增强娃太阳能电池的背反射，运在很大程度上改善 了太阳能电池的短路电流;背面纯化层与P型娃衬底之间形成了天然的局部接触，完全避免 了激光消融、开槽等复杂工艺的使用，运极大地简化了工艺，降低了太阳能电池的制造成 本，同时保证了电池效率的提升。传统阳RC(Passivated Emitter and Rear Cell,纯化发 射区背面)电池中，因为有Al2〇3的使用，光照下Si和纯化层界面电荷密度减少，导致纯化质 量下降，产生光致衰退化ID)效应。本发明采用铁电薄膜材料(如PZT)作为纯化层，纯化机制 源于极化场，因此可W避免运一问题，降低LID效应。
[OOU]本发明的目的之二是运样实现的：一种P型娃太阳能电池的制备方法，包括如下步 骤： a、 选取P型娃衬底，对所述P型娃衬底进行清洗及正面、背面制绒； b、 在所述P型娃衬底的正面通过渗杂制成n+渗杂层，并对P型娃衬底的边缘进行刻蚀； C、在所述n+渗杂层上制备减反射层； d、 在所述P型娃衬底的背面制备背面纯化层，并在溫度为450°C~700°C的条件下退火处 理Imin~90min，所述背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层； e、 通过印刷、烧结工艺制备正面电极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+渗杂 层相接； f、 通过印刷、烧结工艺在所述背面纯化层上制备背面电极； g、 对上述制备的P型娃太阳能电池进行极化，具体极化工艺为:采用稳压电源对上述制 备的P型娃太阳能电池施加一恒定电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围 为0.01A~10A，极化时间为Is~100s。
[0014] 步骤a中所述P型娃衬底为单晶P型娃衬底;且在步骤a之后步骤b之前还包括如下 步骤:对所述P型娃衬底的背面进行平坦化处理。
[0015] 步骤d中所形成的背面纯化层包括错铁酸铅膜层、铁酸祕膜层、铁酸领膜层和铁酸 锁领膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。
[0016] 步骤d中所形成的背面纯化层的厚度为3nm~600nm。
[0017] 本发明所提供的P型娃太阳能电池的制备方法，在娃衬底的正面按照现有工艺制 备n+渗杂层和减反射层，在娃衬底的背面通过溶胶-凝胶法（sol-gel)、物理气相沉积法 (PVD)、化学气相沉积法(CVD)或激光脉冲沉积法(PLD)等制备背面纯化层，并对背面纯化层 进行退火处理，背面纯化层包括由铁电薄膜材料或渗杂的铁电薄膜材料制成的膜层，例如 背面纯化层包括错铁酸铅（PZT)膜层、铁酸领(BaTi〇3,简写为BT0)膜层、铁酸祕(BF0)膜层 或铁酸锁领(BST)膜层，还可W是PZT、BT0、BF0和BST膜层中的任意两种或Ξ种相互结合形 成的叠层，还可W是渗杂（例如渗杂La或Μ等）的PZT、BT0、BF0或BST膜层等。现有技术采用 的氧化侣或氮化娃纯化层材料，工作原理是基于材料内部的固定电荷产生的库伦静电场， 本发明所采用的铁电薄膜材料作为背面纯化层的主要材料，是基于铁电薄膜材料的铁电特 性，即材料内部存在极化场，极化场的产生根源是由于铁电薄膜材料特殊的结构，即巧铁矿 结构，在巧铁矿结构中，由于正负电荷中屯、不重合而形成电偶极矩，在材料内部产生极化 场，运是运一类材料特殊的物理机制，将其应用于晶体娃太阳能电池的背面作为纯化材料， 可W很好地改善电池的开路电压、短路电流和填充因子，体现了优良的纯化效果。而且，在 制备好正面电极和背面电极后，采用稳压电源对P型娃太阳能电池进行极化，极化后电池的 F问尋得到明显改善，进一步提升了电池的能量转化效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明中P型娃太阳能电池的结构示意图。
[0019] 图2是本发明实施例2中形成PZT背面纯化层后娃衬底背表面的SEM图。
[0020] 图3是本发明实施例帥所制备的P型娃太阳能电池的XRD测试图。
[0021] 图4是本发明实施例2和对比例1分别制备的P型娃太阳能电池的量子效率曲线示 意图。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1，一种P型娃太阳能电池。
[0023] 如图1所示，本实施例所提供的P型娃太阳能电池包括P型娃衬底4，p型娃衬底4可 W为单晶P型娃衬底，也可W是多晶P型娃衬底。在P型娃衬底4的正面通过扩散工艺或离子 注入工艺等制有n+渗杂层3，在n+渗杂层3上制有减反射层2，在减反射层2上通过丝网印刷、 烧结工艺制有正面电极1，正面电极1在烧结后会穿过减反射层2与n+渗杂层3相接。
[0024] 在P型娃衬底4的背面制有背面纯化层5,背面纯化层5的主要材料为铁电薄膜材 料，铁电薄膜材料例如可W为错铁酸铅（PZT)、铁酸领（BT0)、铁酸祕（BF0)或铁酸锁领 (BST)等，在铁电薄膜材料里面还可W渗杂质(例如渗La或Ni等）。背面纯化层5可W为PZT膜 层、BT0膜层、BF0膜层或BST膜层，也可W在上述膜层中渗杂质，还可W是上述膜层中的任意 两种或两种W上膜层相互结合在一起形成的叠层结构。除此之外，背面纯化层5还可W包括 由氧化侣和/或氮化娃纯化材料制成的膜层，即：由氧化侣和/或氮化娃纯化材料制成的膜 层与由铁电薄膜材料或渗杂铁电薄膜材料制成的膜层相互结合形成叠层结构，共同组成背 面纯化层。背面纯化层5可W通过溶胶-凝胶法(sol-gel)来制备，也可W通过物理气相沉积 法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或激光脉冲沉积法(PLD)等方法制备。背面纯化层5的厚度 可控制在3nm~600nm之间。背面纯化层5在P型娃衬底4背面的覆盖率可W为5%~100%，即：背 面纯化层5可W完全覆盖P型娃衬底4背面，也可W只覆盖P型娃衬底4背面的部分区域。在背 面纯化层5上通过印刷、烧结工艺制有背面电极6。
[0025] 实施例2,一种P型娃太阳能电池的制备方法。
[0026] 本实施例所提供的P型娃太阳能电池的制备方法包括如下步骤： ①、选取P型娃衬底，并对所选P型娃衬底进行清洗，清洗之后对P型娃衬底的正面和背 面分别制绒。P型娃衬底可W为单晶P型娃衬底，也可W是多晶P型娃衬底。当其为单晶P型娃 衬底时，一般采用碱对其进行制绒，最终形成规整的金字塔陷光结构。当其为多晶P型娃衬 底时，一般采用酸对其进行制绒，最终形成规整的凹凸不平的坑状表面陷光结构。本实施例 中P型娃衬底为单晶P型娃衬底，制绒后所形成的金字塔的平均高度为Ιμπι~15皿。
[0027] ②、在Ρ型娃衬底的正面采用憐扩散形成重渗杂的η+渗杂层，之后进行边缘刻蚀， 去除边缘的渗杂层。
[00%]③、在η+渗杂层上制备减反射层，本实施例中减反射层为氮化娃(SiNx)膜层，该氮 化娃膜层还具有纯化作用，亦可当做正面的纯化层。
[0029] ④、在P型娃衬底的背面制备PZT背面纯化层。具体是:选取Pbl.15估0.化0.6)〇3前驱 体溶液(有15%过量的Pb)，W避免由于高溫氧气氛处理过程中Pb挥发，导致PZT缺铅而影响 PZT薄膜性能;采用台式匀胶机实现错铁酸铅前驱体溶液涂布于P型娃衬底的背面上:先W 500转/分钟的速度旋转6秒，然后经过4000转/分钟高速旋转40秒。使用板式炉，将匀胶后的 湿膜在200°C下烘烤5分钟，使有机物分解、挥发。一般控制背面纯化层在P型娃衬底背面的 覆盖率为5%~100%，控制背面纯化层的厚度为3nm~600nm。本实施例中背面纯化层全部覆盖P 型娃衬底背面，且背面纯化层的厚度为200nm。
[0030] ⑤、将涂有PZT背面纯化层的娃衬底进行快速退火，退火溫度为450-700°C，退火时 间为 Imin ~90min。
[0031] 在形成PZT背面纯化层后对娃衬底背面进行扫描电镜测试，所得结果见图2。图2中 (a)为扫描电镜表面图，（b)为扫描电镜断面图，从图中可W看出，大的金字塔或者中等尺寸 金字塔的塔顶没有PZT薄膜分布，而小金字塔和大金字塔的底部均布满了 PZT薄膜，因此，采 用本发明的方法可W巧夺天工地形成天然的局部接触，完全避免了后续激光消融、开槽等 复杂工艺的使用，简化工艺降低成本的同时保证了电池的性能提升。
[0032] ⑥、通过印刷（或蒸发）工艺印刷电子浆料，之后进行烧结，形成正面电极;烧结后 的电子浆料自然穿透氮化娃减反射层与n+渗杂层相接。正面电极制备时选取Ag浆料。
[0033] ⑦、通过印刷工艺印刷电子浆料，之后进行烧结，形成背面电极，背面电极覆盖在 娃衬底的整个背面。由于步骤⑤中形成PZT背面纯化层后，大的金字塔或者中等尺寸金字塔 的塔顶没有PZT薄膜分布，因此，本步骤中所形成的背面电极与娃衬底之间形成了天然的局 部接触，无需再进行激光消融、开槽等工艺。背面电极制备时选取A1浆料。
[0034] ⑧、对上述制备的P型娃太阳能电池进行极化。此步骤为本发明的特点之一。
[0035] 铁电薄膜材料的极化场会随着外加电场的变化而变化，运是它区别于一般纯化材 料最显著的特点。因此本步骤中采用稳压电源对上述制备的P型娃太阳能电池施加一恒定 电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围为0.01A~10A，极化时间为Is~ 100s。本实施例中所用的是5V的直流电压。
[0036] 本发明通过对P型娃太阳能电池进行极化，可W改变电池的光伏性能，极化后电池 的光伏性能明显得到改善。
[0037] 对本实施例所制备的极化后的P型娃太阳能电池进行X射线衍射测试，所得结果见 图3,由图3可看出PZT的若干特征峰，表明电池中PZT材料具有良好的多晶巧铁矿结构。
[003引对比例1 与实施例2相比，本对比例中所制备的P型娃太阳能电池没有PZT背面纯化层，即：本对 比例包括实施例2中的步骤①、②、③、⑥和⑦，没有步骤④、⑤和⑧。
[0039] 对本对比例和实施例2所制备的P型娃太阳能电池分别进行开路电压、短路电流密 度、填充因子和效率的测试，所得结果见表1。
[0040] 表 1
由表1可看出，背面制备PZT纯化层后的电池与无 PZT的电池相比，开路电压和短路电流 均有明显的提升，填充因子由于局部接触会略微降低，但不影响电池能量转化效率的提升。 可见，设置PZT背面纯化层的娃太阳能电池比无 PZT的电池效率有1%的绝对量增加。
[0041] 对本对比例所制备的P型娃太阳能电池进行量子效率测试，同时对实施例2所制备 的P型娃太阳能电池进行量子效率测试，所得结果见图4,由图4可看出，PZT纯化后的太阳能 电池，相比无 PZT的太阳能电池，具有更好的长波响应。
[0042] 经PZT纯化后的太阳能电池相比无 PZT的太阳能电池而言，还具有可增强娃太阳能 电池背反射的优点，而且，PZT背面纯化层的引入可提升电池内部光生载流子的寿命，明显 改善电池的光伏性能。
[0043] 实施例3 与实施例2相比，本实施例在步骤①之后、步骤②之前增加了步骤:对P型娃衬底的背面 进行平坦化处理。本实施例中增加"对P型娃衬底的背面进行平坦化处理"的步骤，其目的是 为了将金字塔状的背面处理为稍微平滑的背面，即：将金字塔的顶部尖端平滑处理，使得金 字塔结构的塔顶尖状结构和谷底锋锐的角状结构变得圆滑，同时使得金字塔表面由粗糖变 得相对平滑。对P型娃衬底的背面进行平坦化处理后，应保证后续形成背面纯化层后仍然可 W形成天然的局部接触，运样便于后续通过印刷、烧结工艺制备背面电极。
[0044] 本实施例中对P型娃衬底的背面在制绒后进行平坦化处理，可W进一步改善背面 的纯化效果，增加内部反射率，改善短路电流。
【主权项】
1. 一种P型硅太阳能电池，其特征是，包括P型硅衬底，在所述P型硅衬底的正面制有n+掺 杂层，在所述n+掺杂层上制有减反射层;在所述减反射层上通过印刷、烧结工艺制有正面电 极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+掺杂层相接;在所述p型硅衬底的背面制有背 面钝化层，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在所 述背面钝化层上通过印刷、烧结工艺制有背面电极。2. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层包括锆钛酸铅 膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两种相互结合的叠层。3. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层还包括由氧化 铝和/或氮化硅材料制成的膜层。4. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层的厚度为3nm~ 600nm〇5. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述背面钝化层在p型硅衬底背 面的覆盖率为5%~100%。6. 根据权利要求1所述的p型硅太阳能电池，其特征是，所述p型硅衬底为单晶或多晶p 型硅衬底。7. -种p型娃太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤： a、 选取p型硅衬底，对所述p型硅衬底进行清洗及正面、背面制绒； b、 在所述p型硅衬底的正面通过掺杂制成n+掺杂层，并对p型硅衬底的边缘进行刻蚀； c、 在所述n+掺杂层上制备减反射层； d、 在所述p型硅衬底的背面制备背面钝化层，并在温度为450°C~700°C的条件下退火处 理lmin~90min，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层； e、 通过印刷、烧结工艺制备正面电极，所述正面电极穿过所述减反射层与所述n+掺杂层 相接； f、 通过印刷、烧结工艺在所述背面钝化层上制备背面电极； g、 对上述制备的P型硅太阳能电池进行极化，具体极化工艺为:采用稳压电源对上述制 备的P型娃太阳能电池施加一恒定电压或恒定电流，恒定电压范围为IV~50V，恒定电流范围 为0.01A~10A，极化时间为Is~100s。8. 根据权利要求7所述的p型娃太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤a中所述p型娃 衬底为单晶P型硅衬底;且在步骤a之后步骤b之前还包括如下步骤:对所述p型硅衬底的背 面进行平坦化处理。9. 根据权利要求7所述的p型硅太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤d中所形成的背 面钝化层包括锆钛酸铅膜层、铁酸铋膜层、钛酸钡膜层和钛酸锶钡膜层中的一种或任意两 种相互结合的叠层。10. 根据权利要求7所述的p型硅太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤d中所形成的 背面钝化层的厚度为3nm~600nm〇
【专利摘要】本发明提供了一种p型硅太阳能电池及其制备方法。所述p型硅太阳能电池包括p型硅衬底，在p型硅衬底的正面制有n+掺杂层和减反射层，穿过所述减反射层制有正面电极，正面电极与n+掺杂层相接；在所述p型硅衬底的背面制有背面钝化层，所述背面钝化层包括由铁电薄膜材料或掺杂的铁电薄膜材料制成的膜层，在背面钝化层上通过印刷、烧结工艺制有背面电极。本发明采用铁电薄膜材料作为电池背面钝化层的主要材料，可以很好地改善电池的开路电压和短路电流，提高电池的转换效率。
【IPC分类】H01L31/18, H01L31/0216, H01L31/068
【公开号】CN105489708
【申请号】CN201610030388
【发明人】麦耀华, 陈兵兵, 陈剑辉, 许颖, 代秀红, 刘保亭
【申请人】河北大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日
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