CN106486554B - 一种实现n型双面电池隧穿氧化层钝化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，包括绒面处理、正面PN结制作、隧穿氧化层、背面磷掺杂、钝化层制作、印刷电极等六个步骤。与现有技术相比，本发明采用隧穿氧化层钝化接触技术，通过扩散方法在硅片表面制备一层具有硼掺杂的超薄氧化层，此氧化层在硅片表面形成了钝化接触结构，提高N型双面电池量产效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其是涉及一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法。
背景技术
在晶硅太阳能电池研究中，由于N型硅片比P型硅片更为稳定，且具有更长的少子寿命，成为光伏行业的一个研究方向，而由N型硅片制备的双面电池具有双面发电的能力，电池效率更高，市场潜力更大，目前已成为光伏行业的一个研究热点。
在晶硅太阳能电池的制备工艺中，表面钝化一直是设计和优化的重中之重。目前常用的钝化介质有氧化硅、氧化铝、氮化硅等。而适合P型掺杂表面的钝化介质为带负电荷的AlOx钝化层，因为它会增加p型掺杂层中多子浓度，降低少子浓度，从而降低表面复合速率。不过AlOx的量产化工艺及设备存在较多问题，例如解决高速沉积AlOx的问题，氧化铝本身的不稳定性以及良品率较低等问题。
近年来，先后有多家研究机构对钝化接触太阳能电池展开研究。其中包括松下最新突破纪录，效率达到25.6％的HBC电池，此电池采用非晶硅薄膜作为钝化层，不过非晶硅薄膜由于其对表面准备要求较高，无法承受较高温度后续工艺，人们开始将视野投向能够承受较高温度的氧化硅薄层和掺杂硅薄层的叠层结构。
中国专利CN102263157A公开了具有氧化物隧穿结的太阳能电池，其制造方法包括：获取用于太阳能电池的基极层；形成与所述基极层相邻的量子隧穿势垒(QTB)层；形成发射极；形成表面电场层；形成前侧电极；以及形成背侧电极。该专利制备的太阳能电池为薄膜太阳能电池，而本专利制备的太阳能电池为N型掺杂基底的晶体硅太阳能电池；且本专利制备的隧穿氧化层的方法与专利CN102263157A不同，本专利采用了产线常用的扩散炉设备，利于在晶硅太阳能电池产线上实现量产化。同时本专利实现了用专利所述隧穿氧化层方法制备N型双面电池的量产，而专利CN102263157A仅是在理论上阐述了太阳能电池的结构，没有量产数据及量产成功案例。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高N型双面电池量产效率的实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，采用以下步骤：
(1)绒面处理：采用碱制绒工艺，制绒液为KOH或NaOH的乙二醇或异丙醇溶液，碱液浓度为1～2wt％，制绒温度为70～85℃，制绒时间为15～30min；
(2)正面PN结制作：采用硼扩散工艺或表面沉积BSG后进行热处理方式制备，处理得到的方阻为30～65Ω/□；
(3)隧穿氧化层：采用管式扩散炉进行隧穿氧化层制备，在N型硅片的表面得到厚度为1～5nm的氧化膜；
(4)背面磷掺杂：采用离子注入或管式扩散方法在N型硅片的背面进行磷掺杂，背面方阻为25～50Ω/□；
(5)钝化层制作：在硅片两面分别制备钝化层；
(6)印刷电极：采用一次印刷工艺或二次印刷工艺在电池上印刷电极。
所述的隧穿氧化层具体采用以下步骤：将正面制备PN结的硅片，送入扩散炉，将温度升到工艺温度，然后通入工艺气体，达到工艺时间后，即可将硅片取出扩散炉。
所述隧穿氧化层工艺中采用的气体为N2、N2-BBR3和O2。
所述的N2-BBR3和O2的体积比为1:500～3:500，O2和N2的体积比为1:1～1:5。
隧穿氧化层工艺的处理时间为10min～30min。
隧穿氧化层工艺的处理温度为750℃～850℃。
隧穿氧化层在N型硅片的表面进行单面扩散或双面扩散。
所述的钝化层为下述钝化层中至少一项：SiNx，Al2O3，SiO2。
所述的钝化层制备方法为下述方法中至少一种：PECVD，ALD，热氧化。
与现有技术相比，本发明采用隧穿氧化层钝化接触技术，通过扩散方法在硅片表面制备一层具有硼掺杂的超薄氧化层，此氧化层为硅片的表面提供了良好的表面钝化，而由于氧化层很薄，硅薄层有掺杂，多子可以穿透这两层钝化层，而少子则被阻挡，由于选择性接触材料自身带隙、逸出功和费米能级的影响，吸收材料能带被迫弯曲，这使得只有与选择性传输层对应的载流子才能流向并穿透界面，同时排斥另一种载流子，进而降低了表面载流子浓度，从而带来了良好的表面钝化效果，具有以下优点：
(1)通过分离准费米能级，可以高效传输一种载流子；
(2)拥有良好的表面钝化效果；可以使用现有生产线的设备完成工艺；
(3)由于增加此工艺不需要产线改造，容易导入现有产线，实现量产；
(4)此工艺对正背面方阻及ECV结型无影响，不影响与后续工艺的匹配；
(5)应用此工艺后，硅片的Implied Voc及Lifetime有明显提高；
(6)此隧穿氧化层可使N型双面电池Voc提高5mV，Isc提高了20mA，FF提升0.18％，使N型双面电池量产平均效率达到20.6％；
附图说明
图1为实施例1制作得到的N型双面电池的结构示意图；
图2为实施例2制作得到的N型双面电池的结构示意图；
图3为实施例3制作得到的N型双面电池的结构示意图。
图中，1-N型硅片、2、PN结、3-含硼隧穿氧化层、4-正面钝化层、5-磷掺杂层、6-背面钝化层、7-银铝电极、8-银电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，采用以下步骤：
(1)绒面处理：采用碱制绒工艺，制绒液为KOH的乙二醇溶液，碱液浓度为1wt％，制绒温度为70℃，制绒时间为30min；
(2)正面PN结制作：采用硼扩散工艺制备PN结，处理得到的方阻为30Ω/□；
(3)隧穿氧化层：采用管式扩散炉进行隧穿氧化层制备，在N型硅片的正表面得到厚度为4nm的氧化膜，具体来说，将正面制备PN结的硅片，背靠背送入扩散炉，将温度升到750℃，然后通入N2、N2-BBR3和O2的混合气体，N2-BBR3和O2的体积比为1:500，O2和N2的体积比为1:1，处理10min后，即可将硅片取出扩散炉，完成正表面隧穿氧化层的制备；
(4)背面磷掺杂：采用离子注入方法在N型硅片的背面进行磷掺杂，背面方阻为25Ω/□；
(5)钝化层制作：在硅片两面利用PECVD方法制备SiNx钝化层；
(6)印刷电极：采用一次印刷工艺在电池上印刷电极，上表面印刷的是银铝电极，下表面印刷的是银电极，得到的N型双面电池的结构如图1所示，包括N型硅片1，硅片的上表面有PN结2，下表面设有磷掺杂层5，PN结2的表面设有含硼隧穿氧化层3，磷掺杂层5的表面含有钝化层6，并且在隧穿氧化层的表面还具有钝化层4，最后在上表面印刷银铝电极7，下表面印刷银电极8。
实施例2
一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，采用以下步骤：
(1)绒面处理：采用碱制绒工艺，制绒液为KOH的乙二醇溶液，碱液浓度为2wt％，制绒温度为80℃，制绒时间为20min；
(2)正面PN结制作：采用硼扩散工艺制备PN结，处理得到的方阻为50Ω/□；
(3)隧穿氧化层：采用管式扩散炉进行隧穿氧化层制备，在N型硅片的正表面得到厚度为3nm的氧化膜，具体来说，将正面制备PN结的硅片，背靠背送入扩散炉，将温度升到800℃，然后通入N2、N2-BBR3和O2的混合气体，N2-BBR3和O2的体积比为2:500，O2和N2的体积比为1:3，处理20min后，即可将硅片取出扩散炉，完成正表面隧穿氧化层的制备；
(4)背面磷掺杂：采用离子注入方法在N型硅片的背面进行磷掺杂，背面方阻为40Ω/□；
(5)钝化层制作：首先利用热氧化方法在硅片两面制备SiO2钝化层，然后在硅片正面利用ALD方法制备Al2O3钝化层，背面用PECVD方法制备SiNx钝化层；
(6)印刷电极：采用一次印刷工艺在电池上印刷电极，上表面印刷的是银铝电极，下表面印刷的是银电极，得到的N型双面电池的结构如图2所示，包括N型硅片1，硅片的上表面有PN结2，下表面设有磷掺杂层5，PN结2的表面设有含硼隧穿氧化层3，磷掺杂层5的表面含有钝化层6，并且在隧穿氧化层的表面还具有钝化层4，最后在上表面印刷银铝电极7，下表面印刷银电极8。
实施例3
一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，采用以下步骤：
(1)绒面处理：采用碱制绒工艺，制绒液为NaOH的异丙醇溶液，碱液浓度为1wt％，制绒温度为85℃，制绒时间为15min；
(2)正面PN结制作：采用硼扩散工艺制备PN结，处理得到的方阻为65Ω/□；
(3)隧穿氧化层：采用管式扩散炉进行隧穿氧化层制备，在N型硅片的表面得到厚度为2nm的氧化膜，具体来说，将正面制备PN结的硅片，背靠背送入扩散炉，将温度升到850℃，然后通入N2、N2-BBR3和O2的混合气体，N2-BBR3和O2的体积比为3:500，O2和N2的体积比为1:5，处理30min后，即可将硅片取出扩散炉，完成正表面隧穿氧化层的制备；
(4)背面磷掺杂：采用离子注入方法在N型硅片的背面进行磷掺杂，背面方阻为50Ω/□；
(5)钝化层制作：在硅片正面利用ALD方法制备SiO2钝化层；硅片背面用PECVD方法制备SiNx钝化层；
(6)印刷电极：采用一次印刷工艺在电池上印刷电极，上表面印刷的是银铝电极，下表面印刷的是银电极，得到的N型双面电池的结构如图2所示，包括N型硅片1，硅片的上表面有PN结2，下表面设有磷掺杂层5，PN结2的表面设有含硼隧穿氧化层3，磷掺杂层5的表面含有钝化层6，并且在隧穿氧化层的表面还具有钝化层4，最后在上表面印刷银铝电极7，下表面印刷银电极8。
表1
表1是对硅片的Implied Voc及Lifetime的检索数据，Baseline中的1、2、3分别对应的是实施例1、2、3中不含有隧穿氧化层的太阳电池的性能，从表中可以看到，应用此工艺后，硅片的Implied Voc及Lifetime有明显提高。
Claims (7)
1.一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)绒面处理：采用碱制绒工艺，制绒液为KOH或NaOH的乙二醇或异丙醇溶液，碱液浓度为1～2wt％，制绒温度为70～85℃，制绒时间为15～30min；
(2)正面PN结制作：采用硼扩散工艺或表面沉积BSG后进行热处理方式制作PN结，处理得到的方阻为30～65Ω/□；
(3)隧穿氧化层：采用管式扩散炉进行隧穿氧化层制备，在N型硅片的表面得到厚度为1～5nm的氧化膜；
(4)背面磷掺杂：采用离子注入或管式扩散方法在N型硅片的背面进行磷掺杂，背面方阻为25～50Ω/□；
(5)钝化层制作：在硅片两面分别制备钝化层；
(6)印刷电极：采用一次印刷工艺或二次印刷工艺在电池两面印刷电极；
将正面制备PN结的硅片，送入扩散炉中，将温度升到工艺温度，然后通入工艺气体进行隧穿处理，隧穿氧化层工艺中采用的气体为N2、N2-BBr3和O2。
2.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，所述的N2-BBr3和O2的体积比为1:500～3:500，O2和N2的体积比为1:1～1:5。
3.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，隧穿氧化层工艺的处理时间为10min～30min。
4.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，隧穿氧化层工艺的处理温度为750℃～850℃。
5.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，隧穿氧化层在N型硅片的表面进行单面扩散或双面扩散。
6.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，所述的钝化层为Al2O3，SiO2或SiNx钝化层中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种实现N型双面电池隧穿氧化层钝化的方法，其特征在于，钝化层在制备时采用PECVD、ALD或热氧化方法制备得到。
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