CN107845692A - 一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，去除硅片损伤层后进行制绒，然后形成低表面浓度B掺杂p+发射结，边绝缘和背面抛光后在硅片的背面生长超薄的隧道氧化层SiO2及掺P多晶硅层，在p+发射结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，在硅片背面用激光掺杂或湿法刻蚀的方法形成局域重掺杂，在硅片背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/Al浆料，背面印刷Ag浆料。本发明采用一层超薄的隧道氧化SiO2和一层磷P‑掺杂的硅层及掺P区域的局域重掺杂，能够极大地减少背表面的金属‑半导体表面复合，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其是涉及一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法。
背景技术
前发射结背面选择性区域重掺杂隧道氧化钝化接触电池技术与常规电池技术不同之处在于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，且背面金属接触区域采用了局域重掺杂的结构，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CN102544198A公开了一种选择性发射结晶体硅太阳能电池的制备方法，包括单步高浓度掺杂扩散，然后采用印刷工艺在电极区域印刷抗腐蚀浆料，非电极区域经过化学腐蚀实现轻掺杂的发射结，再除去抗腐蚀阻挡层，最后采用常规太阳能制备方法制得选择性发射结晶体硅太阳能电池，但是该专利申请仍然采用的是N型晶体硅电池背部点接触，因此电学性能没有很大的提高。
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能够极大地提升电性能参数的改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，采用以下步骤：
(1)将硅片在碱溶液中去除损伤层并制绒，双面形成具有1μm-6μm的金字塔绒面；
(2)将硅片置于硼源高温扩散炉管中，控制温度为850℃-1000℃扩散20min-80min，形成低表面浓度B掺杂p+发射结；
(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或者高温热氧化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P多晶硅层；
(5)采取原子层沉积或PECVD技术在硅片正面形成的p+发射结的表面沉积厚度为4nm-80nm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厚度为70nm-90nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；
(7)在硅片背面采用激光掺杂或者湿法刻蚀的方法形成局域背表面重掺杂；
(8)在硅片背面采用PECVD法或磁控溅射法生长厚度为90nm-100nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；
(9)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag/Al浆料，背面印刷Ag浆料，然后经过烧结炉进行共烧结，确保电池片的双面都形成良好接触即可。
步骤(4)中隧道氧化层SiO2的厚度小于2nm，优选为0.2nm-1.9nm，厚度太薄工艺难以实现，厚度超过2nm则不符合量子隧道效应，即不发生隧道效应。
在生长超薄的隧道氧化层SiO2时，
将硅片正面用掩膜保护起来后放入浓度为1.3M-1.7M的氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度，一般在2nm厚度以内的控制的时间为5min-8min；
或者将硅片正面进行研磨后，用HNO3氧化或高温热氧化的方法制备隧道氧化层SiO2层。
步骤(4)中所述的掺P多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500℃-600℃下制备后经过高温退火而成，厚度为10nm-500nm，掺P多晶硅层中P原子含量为1×1018cm-3-1×1020cm-3。
步骤(5)沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为150℃-350℃。
步骤(6)及步骤(8)中生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为300℃-450℃。
步骤(7)中激光掺杂的激光脉冲能量为50μJ～350μJ。
步骤(9)中正面的Ag/Al浆料和背面Ag浆料，在峰值烧结温度为800℃-990℃范围内共烧结，两面均形成良好的欧姆接触。
与现有技术相比，本发明取代N型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和一层磷P-掺杂的硅层，背表面采取了选择性区域重掺杂的结构，能够大大减少金属接触区域的复合，而且超薄氧化层不仅起到钝化硅界面的作用同时也发挥了量子隧道效应，能够让电子通过而不让空穴通过，减少了电子和空穴在背场的复合。所以说，这样的复合结构能够极大地减少背表面的金属-半导体表面复合增大电池的开路电压。改进之处在增加了背表面性区域重掺杂的选择性接触上。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>720mV,Implied FF>82％,转换效率η>23％)。制作得到的电池结构(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产线设备及工艺兼容，最主要的是通过量子力学中的隧穿效应及选择性发射极的方法相结合，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-正面电极、2-氢化非晶氮化硅钝化减反射层、3-三氧化二铝层、4-B掺杂P+发射结、5-N型硅片、6-隧道氧化层SiO2、7-掺P多晶硅层、8-背面重掺杂区域、9-背面氢化非晶氮化硅钝化减反射层、10-背面电极。
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
前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)将硅片在KOH碱溶液中去除损伤层并制绒，双面形成具有1μm的金字塔绒面；
(2)在硼源高温扩散炉管中，控制温度为850℃扩散40min，形成低表面浓度B掺杂p+发射结；
(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，其厚度小于2nm，接着用PECVD法在其上生长厚度为20nm的掺P多晶硅层，本实例采取氟硅酸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厚度以内的控制的时间为5分钟。掺P的多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500℃下制备后经过900℃下退火而成，掺P多晶硅层的厚度为15nm，其中P原子含量为5×1018cm-3。
(5)采取原子层沉积技术，控制沉积温度为180℃，对硅片形成p+发射结的表面沉积厚度为20nm的三氧化二铝层；
(6)控制温度为350℃，在硅片正面采用PECVD法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度为70nm；
(7)在硅片背面采用激光掺杂的方法形成局域背表面重掺杂，激光掺杂的激光脉冲能量为150μJ；
(8)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag/Al浆料，背面丝网印刷Ag浆料，然后进行共烧结，峰值烧结温度范围为870℃-960℃，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N型硅片5的正面设有B掺杂p+发射结4、三氧化二铝层3以及氢化非晶氮化硅钝化减反射层2，上部设有正面电极1，硅片的背面生长一层超薄的隧道氧化层SiO2 6，在其表面生长掺P多晶硅层7、背面局域重掺杂区域8、背面氢化非晶氮化硅钝化减反射层9以及背面电极10。本发明的最大优势在于用简单的工艺实现电池开路电压的极大提升，相对于常规电池的开路电压650mV来说，其电池的开路电压能达到700mV以上，电池的转换效率从而能得到极大提升，能达到22％-23％。
实施例2
前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)将硅片在NaOH碱溶液中去除损伤层并制绒，双面形成具有2μm的金字塔绒面；
(2)在硼源高温扩散炉管中，控制温度为900℃扩散30min，形成低表面浓度B掺杂p+发射结；
(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，其厚度小于2nm，接着用PECVD或其他CVD法在其上生长厚度为30nm的掺P多晶硅层，本实施例采取氟硅酸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厚度以内的控制的时间为6min。掺P的多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在600℃下制备后经过1000℃下退火而成，掺P多晶硅层的厚度为30nm，其中P原子含量为8×1018cm-3-1×1019cm-3。
(5)采取PECVD技术对硅片形成p+发射结的表面沉积厚度为25nm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)在硅片正面和背面采用磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，控制温度为380℃，正面厚度为80nm及背面厚度为90nm；
(7)在硅片背面采用激光掺杂的方法形成局域背表面重掺杂，激光掺杂的激光脉冲能量为200μJ；
(8)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag/Al浆料，背面采取丝网印刷的方法印刷Ag浆料，然后在快速烧结炉中进行烧结，烧结的峰值温度为900℃，确保电池片的双面都形成良好的接触即可。
实施例3
前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)将硅片在NaOH碱溶液中去除损伤层并制绒，双面形成具有5μm的金字塔绒面；
(2)在硼源高温扩散炉管中，控制温度为1000℃扩散20min，形成低表面浓度B掺杂p+发射结；
(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，其厚度小于2nm，接着用PECVD或其他CVD法在其上生长厚度为50nm的掺P多晶硅层，本实施例采取氟硅酸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厚度以内的控制的时间为8min。掺P的多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在600℃下制备后经过1100℃下退火而成，掺P多晶硅层的厚度为50nm，其中P原子含量1×1020cm-3。
(5)采取原子层沉积技术对硅片形成P+发射结的表面沉积厚度为30nm的三氧化二铝层，沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为250℃；
(6)控制温度为400℃，在硅片正面和背面采用磁控溅射法生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层，厚度分别为85nm和95nm；
(7)在硅片背面采用激光掺杂的方法形成局域背表面重掺杂，激光掺杂的激光脉冲能量为300μJ；
(8)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag/Al浆料，背面同样用丝网印刷Ag浆料，然后在峰值温度为930℃下进行共烧结，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 (10)
1.一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：
(1)将硅片在碱溶液中去除损伤层并制绒，双面形成具有1μm-6μm的金字塔绒面；
(2)将硅片置于硼源高温扩散炉管中，控制温度为850℃-1000℃扩散20min-80min，形成低表面浓度B掺杂p+发射结；
(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或者高温热氧化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P多晶硅层；
(5)采取原子层沉积或PECVD技术在硅片正面形成的p+发射结的表面沉积厚度为4nm-80nm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厚度为70nm-90nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；
(7)在硅片背面采用激光掺杂或者湿法刻蚀的方法形成局域背表面重掺杂；
(8)在硅片背面采用PECVD法或磁控溅射法生长厚度为90nm-100nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；
(9)采用丝网印刷的方法在硅片的正面印刷Ag/Al浆料，背面印刷Ag浆料，然后经过烧结炉进行共烧结，确保电池片的双面都形成良好接触即可。
2.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中隧道氧化层SiO2的厚度小于2nm。
3.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中隧道氧化层SiO2的厚度优选0.2nm-1.9nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)在生长超薄的隧道氧化层SiO2时，
将硅片正面用掩膜保护起来后放入浓度为1.3M-1.7M的氟硅酸溶液中，根据沉积的时间来精确控制SiO2膜层的厚度；
或者将硅片正面进行研磨后，用HNO3氧化或高温热氧化的方法制备隧道氧化层SiO2层。
5.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的掺P多晶硅层是基于PECVD法以高纯SiH4为气源在500℃-600℃下制备后经过高温退火而成，厚度为10nm-500nm。
6.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的掺P多晶硅层中P原子含量为1×1018cm-3-1×1020cm-3。
7.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(5)沉积三氧化二铝层时控制沉积温度为150℃-350℃。
8.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(6)及步骤(8)中生长氢化非晶氮化硅钝化减反射层时控制温度为300℃-450℃。
9.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(7)中激光掺杂的激光脉冲能量为50μJ～350μJ。
10.根据权利要求1所述的一种改进型背面隧道氧化钝化接触高效电池的制备方法，其特征在于，步骤(9)中正面的Ag/Al浆料和背面Ag浆料，在峰值烧结温度为800℃-990℃范围内共烧结，两面均形成良好的欧姆接触。
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