CN106784129A - 背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，去除硅片的损伤层，再进行制绒，在硅片正面形成N+前表面场，然后进行边绝缘和背面抛光，在硅片的背面生长一层超薄的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD或其他CVD法在其上生长掺B多晶硅层，对掺B多晶硅层的表面沉积三氧化二铝层，在硅片正面生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，最后在硅片的正面印刷Ag浆料，背面形成全铝背场Al-BSF结构。与现有技术相比，本发明取代N型背发射结晶体硅电池背部点接触的机制，采用一层超薄的(<2nm)的隧道氧化SiO2和一层B-掺杂的硅层，这样的复合层能够极大地减少背表面的金属-半导体表面复合。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅电池的制作方法，尤其是涉及一种背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法。
背景技术
背发射结背面隧道氧化钝化接触电池与常规电池技术不同之处是在背面隧道氧化钝化层及掺杂的多晶硅层这种复合结构的制备，这种方法的关键之处在超薄的隧穿氧化层的制备控制方面及制备前与硅基底间的界面状态的处理。中国专利CN203312314U公开了全覆盖铝背发射结的N型晶硅太阳电池，包括单晶或者多晶硅片，以及其上印刷的银正电极，在硅片背面印刷有铝背主栅线，在铝背主栅线上印刷有银背主栅线或银铝背主栅线，银背主栅线或银铝背主栅线印刷在铝背主栅线内；在铝背主栅线以外的硅片背面上印刷有铝背电极，铝背电极边缘与铝背主栅线边缘重叠，使烧结后的硅片背面上全部覆盖有铝的铝背发射结。虽然该专利解决了由于银背主栅线或银铝背主栅线直接印刷在硅片上烧结后造成的铝发射结漏电通道问题，但是仍然存在电性能有待提高的问题。
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兼容传统电池制作工艺的基础上能够极大地提升电性能参数的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法。
背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，采用以下步骤：
(1)利用将硅片在KOH或NaOH碱溶液及H2O2溶液中去除损伤层，接着用四甲基氢氧化铵及异丙醇构成混合溶液对硅片进行制绒，双面形成具有1-4μm的金字塔绒面；
(2)在硅片正面采取扩散或离子注入的方法，形成N+前表面场；
(3)利用HF溶液去除硼硅玻璃BSG层，用HNO3和HF的混合溶液进行边绝缘和背面抛光；
(4)利用湿法化学的方法在硅片的背面生长一层超薄的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD或其他CVD法在其上生长掺B的P+多晶硅层；
(5)采取原子层沉积或PECVD技术对掺B的P+多晶硅层的表面沉积厚度为20-30nm的三氧化二铝层；
(6)在硅片正面采用PECVD法或磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度为75-85nm；
(7)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag浆料，进行烧结，背面采取蒸镀或涂源法形成全铝背场Al-BSF结构，用烘干炉进行烘干，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
步骤(4)具体采用以下步骤：采取氟硅酸H2SiO6溶液，浓度为1.3-1.7M，将硅片正面用掩膜保护起来后放入氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度，一般在2nm厚度以内的我们控制的时间为5-8分钟。掺B的多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500-600℃下制备后经过900-1100℃下退火而成。
隧道氧化层SiO2的厚度小于2nm。隧道氧化层除了厚度要求外，该层与硅片层接触的界面要求比较高，微观结构上来看比较均匀且无明显缺陷等易导致复合的杂质。
掺B的P+多晶硅层的厚度为15-20nm，B原子的含量为1×1019-5×1019cm-3。
步骤(5)沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为180-200℃。
步骤(6)中生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为350-400℃。
步骤(7)中烘干的温度为200-300℃。
与现有技术相比，本发明取代N型背发射结晶体硅电池背部点接触的机制，采用一层超薄的(<2nm)的隧道氧化SiO2和一层B-掺杂的硅层，这样的复合层能够极大地减少背表面的金属-半导体表面复合。其最明显的优势在于兼容传统电池制作工艺的基础上能够极大地提升电性能参数(Implied Voc>710mV,ImpliedFF>82％,转换效率η>23％)。电池结构(与IBC、HIT高效电池相比较)简单，工艺可行性比较强，也比较容易与现有的生产设备及工艺兼容，最主要的是能极大地提升开路电压及转换效率。最主要的是通过量子力学中的隧穿效应，能够极大地提升开路电压及转换效率，是一种低成本高效率单晶硅电池的产品。
附图说明
图1为制作得到的晶硅电池的结构示意图。
图中，1-电极、2-氢化非晶氮化硅钝化减反射层、3-N+前表面场、4-N型硅片、5-隧道氧化SiO2层、6-掺B的P+多晶硅层、7-三氧化二铝层、8-全铝背场。
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
背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，采用以下步骤：
(1)利用将硅片在KOH碱溶液及H2O2溶液中去除损伤层，接着用四甲基氢氧化铵及异丙醇构成混合溶液对硅片进行制绒，双面形成具有1μm的金字塔绒面；
(2)在硅片正面采取扩散方法，形成N+前表面场；
(3)利用HF溶液去除硼硅玻璃BSG层，用HNO3和HF的混合溶液进行边绝缘和背面抛光；
(4)利用湿法化学的方法在硅片的背面生长一层超薄的厚度小于2nm的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD法在其上生长厚度为15nm的掺B的P+多晶硅层，本实施例中采取氟硅酸H2SiO6溶液，浓度为1.3M，将硅片正面用掩膜保护起来后放入氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度，一般在2nm厚度以内的我们控制的时间为5分钟。掺B的P+多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500℃下制备后经过900℃下退火而成，B原子的含量为1×1019cm-3。
(5)采取原子层沉积技术对掺B多晶硅层的表面沉积厚度为20nm的三氧化二铝层，沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为180℃；
(6)在硅片正面采用PECVD法生长厚度为75nm氢化非晶氮化硅钝化减反射层，生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为350℃；
(7)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag浆料，进行烧结，背面采取蒸镀或涂源法形成全铝背场Al-BSF结构，用烘干炉进行烘干，烘干的温度为200℃，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
采用该方法制作得到电池，其结构如图1所示，在硅片4的正面设有N+前表面场3以及氢化非晶氮化硅钝化减反射层2，上部设有电极1，硅片的背面生长一层超薄的隧道氧化层SiO2层5，在其表面生长掺B的P+多晶硅层6、三氧化二铝层7以及全铝背场8。
实施例2
背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，采用以下步骤：
(1)利用将硅片在NaOH碱溶液及H2O2溶液中去除损伤层，接着用四甲基氢氧化铵及异丙醇构成混合溶液对硅片进行制绒，双面形成具有2μm的金字塔绒面；
(2)在硅片正面采取离子注入的方法，形成N+前表面场；
(3)利用HF溶液去除硼硅玻璃BSG层，用HNO3和HF的混合溶液进行边绝缘和背面抛光；
(4)利用湿法化学的方法在硅片的背面生长一层超薄的厚度小于2nm的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD法在其上生长厚度为18nm的掺B的P+多晶硅层；采取氟硅酸H2SiO6溶液，浓度为1.5M，将硅片正面用掩膜保护起来后放入氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度，一般在2nm厚度以内的我们控制的时间为7分钟。掺B的P+多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在600℃下制备后经过1000℃下退火而成，B原子的含量为3×1019cm-3。
(5)采取原子层沉积技术对掺B的P+多晶硅层的表面沉积厚度为24nm的三氧化二铝层，沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为190℃；
(6)在硅片正面采用磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度为80nm，生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为360℃；
(7)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag浆料，进行烧结，背面采取蒸镀或涂源法形成全铝背场Al-BSF结构，用烘干炉进行烘干，，烘干的温度为240℃，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
实施例3
背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，采用以下步骤：
(1)利用将硅片在NaOH碱溶液及H2O2溶液中去除损伤层，接着用四甲基氢氧化铵及异丙醇构成混合溶液对硅片进行制绒，双面形成具有4μm的金字塔绒面；
(2)在硅片正面采取离子注入的方法，形成N+前表面场；
(3)利用HF溶液去除硼硅玻璃BSG层，用HNO3和HF的混合溶液进行边绝缘和背面抛光；
(4)利用湿法化学的方法在硅片的背面生长一层超薄的厚度小于2nm的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD法在其上生长厚度为20nm的掺B的P+多晶硅层；我们采取氟硅酸H2SiO6溶液，浓度为1.7M，将硅片正面用掩膜保护起来后放入氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度，一般在2nm厚度以内的我们控制的时间为8分钟。掺B的P+多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在600℃下制备后经过1100℃下退火而成，B原子的含量为5×1019cm-3。
(5)采取原子层沉积技术对掺B的P+多晶硅层的表面沉积厚度为30nm的三氧化二铝层，沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为200℃；
(6)在硅片正面采用磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度为85nm，生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为400℃；
(7)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag浆料，进行烧结，背面采取蒸镀或涂源法形成全铝背场Al-BSF结构，用烘干炉进行烘干，，烘干的温度为300℃，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
本发明的主要优点在于相对于其他的高效电池来说，例如IBC，HIT等来说工艺过程相对简单，相对于传统的晶硅电池工艺兼容性较强，适合大规模生产，具有一定的实用性。从实施例1-3中制备得到的电池的性能检测数据可以看出该电池的开路电压Voc很高，比常规电池(～650mV)高出30mV左右，填充因子很高(>80％)，因此转换效率可以达到22％以上。
Voc＝680±2mV,Jsc＝39.6±0.4mA/cm2,FF＝81.5±0.5％，Eff＝22.5±0.5％。
Claims (9)
1.背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，采用以下步骤：
(1)利用将硅片在KOH或NaOH碱溶液及H2O2溶液中去除损伤层，接着用四甲基氢氧化铵及异丙醇构成混合溶液对硅片进行制绒，双面形成具有1-4μm的金字塔绒面；
(2)在硅片正面采取扩散或离子注入的方法，形成N+前表面场；
(3)利用HF溶液去除硼硅玻璃BSG层，用HNO3和HF的混合溶液进行边绝缘和背面抛光；
(4)利用湿法化学的方法在硅片的背面生长一层超薄的隧道氧化层SiO2，接着用PECVD或其他CVD法在其上生长掺B的P+多晶硅层；
(5)采取原子层沉积或PECVD技术对掺B的P+多晶硅层的表面沉积厚度为20-30nm的三氧化二铝层；
(6)在硅片正面采用PECVD法或磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度为75-85nm；
(7)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag浆料，进行烧结，背面采取蒸镀或涂源法形成全铝背场Al-BSF结构，用烘干炉进行烘干，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
2.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，步骤(4)中将硅片正面用掩膜保护起来后放入氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度。
3.根据权利要求2所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，所述的氟硅酸溶液的浓度为1.3-1.7M，将硅片沉积在氟硅酸溶液中5-8min，控制SiO2膜层的厚度在2nm以内。
4.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，步骤(4)中掺B的P+多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500-600℃下制备后经过900-1100℃下退火而成。
5.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方 法，其特征在于，掺B的P+多晶硅层的厚度为15-20nm。
6.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，掺B的P+多晶硅层中B原子的含量为1×1019-5×1019cm-3。
7.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，步骤(5)沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为180-200℃。
8.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，步骤(6)中生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为350-400℃。
9.根据权利要求1所述的背发射结背面隧道氧化钝化接触高效电池的制作方法，其特征在于，步骤(7)中烘干的温度为200-300℃。
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