CN109148647A - 一种TOPCon结构电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TOPCon结构电池的制备方法，包括如下步骤：①清洗、制绒；②硼扩制备pn结，并进行高温处理；③高温处理后控制温度至850‑900℃，通入氧气在硅片表面生长一层BSG层，其厚度大于等于50nm；④以硼扩层为正面，对背面进行单面酸清洗刻蚀；⑤制备隧穿氧化层和掺杂薄膜硅层；⑥对正面进行单面碱清洗，去除正面因绕镀产生的多余的多晶硅层；⑦去BSG/PSG；⑧双面钝化；⑨丝印烧结。本发明的生产工艺不需要单独增加制备掩膜的工序，就能做到去除绕镀，简化了工序，提高了产品性能。

Description

一种TOPCon结构电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种TOPCon结构电池的制备方法。
背景技术
隧穿氧化层钝化接触( TOPCon )太阳能电池是近年来由德国弗兰霍夫太阳能研究所提出的一种新型硅太阳能电池。电池采用n型硅片，硅片背面覆盖一层2nm以下的氧化硅层作为钝化隧穿层，然后再覆盖一层掺杂的薄膜硅层，使电池的背面钝化，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的基本电池结构为背面结构依次为n型硅片、钝化隧穿层、掺杂n型薄膜硅层、金属电极层，当电池工作时，电子从n型硅片隧穿通过氧化硅层进入掺杂n型薄膜硅层中。
目前国内已有一些电池制造商将该技术运用到大尺寸硅片电池生产中，在制备TOPCon电池时沉积氧化硅层和掺杂薄膜硅层时大多采用LPCVD设备，该设备在沉积薄膜硅层时难免出现绕镀现象，且此绕镀对电池的转换效率有一定负影响。
现有技术在处理绕镀时大多采用特殊材料（如SiCx、SiNx等）做掩膜层，此操作需要增加一道工序来做掩膜，沉积薄膜硅层后再将此掩膜层去除，操作繁琐。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种TOPCon结构电池的制备方法，克服了上述缺陷，有效简化了工艺流程，同时解决了绕镀问题，提升生产效率。
为了达到上述发明的目的，本发明采用的技术方案是：
一种TOPCon结构电池的制备方法，包括如下步骤：
①清洗、制绒；
②硼扩制备pn结，并进行高温处理；
③高温处理后控制温度至850-900℃，通入氧气在硅片表面生长一层BSG层，其厚度大于等于50nm；
④以硼扩层为正面，对背面进行单面酸清洗刻蚀；
⑤制备隧穿氧化层和掺杂薄膜硅层；
⑥对正面进行单面碱清洗，去除正面因绕镀产生的多余的多晶硅层；
⑦去BSG/PSG；
⑧双面钝化；
⑨丝印烧结。
作为本发明的进一步改进：步骤④中所述单面酸清洗刻蚀具体为：采用质量百分比浓度为20%-25%的氢氟酸溶液进行，使硅片漂浮在溶液上，所述硅片背面朝下；利用氢氟酸溶液腐蚀掉背面SiO2层后清洗、干燥。
作为本发明的进一步改进：对硅片进行酸清洗过程中所述硅片正面喷洒形成有水膜层。这样即使有氢氟酸翻液到正面经过水稀释后对正面的BSG不会有影响，保证后续工序的顺利进行。
作为本发明的进一步改进：步骤⑥中所述单面碱清洗具体为：采用质量百分比浓度为20%-50%的四甲基氢氨溶液进行，使硅片漂浮在溶液上，所述硅片正面朝下；利用四甲基氢氨溶液去除多余的多晶硅层后清洗、干燥。
由于TMAH可以腐蚀正面绕镀的多晶硅层而不会和BSG层反应，这样就可以达到正面绕镀的多晶硅层被去除而不影响正面BSG层、pn结和背面掺杂薄膜硅层的目的。
作为本发明的进一步改进：对硅片进行单面碱清洗时所述硅片背面喷洒形成有水膜层，从而防止TMAH翻液腐蚀背面多晶硅层。
作为本发明的优选实施例，步骤⑥在链式清洗机内进行，所述四甲基氢氨溶液温度控制在40-60℃。在这个温度下，碱清洗反应剧烈，可有效缩短链式反应距离。
作为本发明的优选实施例，步骤⑦中采用质量百分比浓度为20%-25%的氢氟酸溶液进行去除。这样不仅可以去掉BSG、PSG，还可以将可能残留的部分TMAH一起清除，一步到位，简化工序，本发明在酸洗之后要经过清洗、烘干等。
作为本发明的优选实施例，步骤②中高温处理的温度为950-1000℃。
本发明的原理具体为：在硼掺杂步骤后通过高温热氧化的方式在硅片表面生长一层具有一定厚度的BSG层（硼硅玻璃），利用氢氟酸单面去除背面绕扩生长的氧化层而保留正面的BSG层，在背面沉积本征多晶硅或掺杂多晶硅时正面绕镀的多晶硅附着在BSG层之上，再利用有机碱TMAH (四甲基氢氨）腐蚀掉绕镀的多晶硅，由于TMAH不会与BSG层反应，使得TMAH在腐蚀绕镀的多晶硅的同时不影响BSG层，从而不会影响到BSG之下的pn结，即相当于此处BSG层达到了类似掩膜的作用。
本发明制备工艺不需要单独增加制备掩膜的工序，就能做到去除绕镀的目的，不仅简化了工序，提高了生产效率，还提高了电池的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：
本发明涉及TOPCon双面电池的制备方法，其具体工艺如下：
1）选择N型硅片，其电阻率0.5-10Ω·cm，清洗去损伤层，利用碱溶液制备金字塔绒面；
2）采用热扩散方式或者旋涂、喷涂方式进行硼扩散制备p+层形成pn结，并在1000℃下进行高温处理；在高温处理之后降温至900℃作用下，通入氧气使在硅片表面生长一层BSG层，厚度为70nm或80nm或90nm；
3）单面酸清洗刻蚀：以硼扩散层作为正面，将硅片的背面进行单面去除绕扩刻蚀；具体为利用链式清洗机，在常温下将硅片漂浮在质量浓度为23%的氢氟酸溶液的液面上，利用氢氟酸腐蚀掉硅片背面的SiO2层；同时为了防止氢氟酸溶液沾到硅片正面，在硅片正面喷洒一层水膜，这样即使有氢氟酸溶液沾到正面在经过水稀释后对正面的BSG也不会产生影响；硅片在酸洗之后经过水漂洗、吹干，此步骤可以有效去除硅片背面氧化层而不影响硅片正面的pn结以及BSG层；
4）隧穿氧化层和掺杂薄膜硅层的制备：使用LPCVD直接一步到位制备SiO2层和掺杂磷多晶硅层；其中SiO2厚度＜2nm，掺磷多晶硅层（D-poly）采用PH3、SiH4制备，多晶硅层厚度＜100nm；
5）单面碱清洗，使用有机碱溶液TMAH(四甲基氢氨)，采用链式清洗机将硅片正面朝下漂浮在质量浓度为35%的TMAH溶液上，背面朝上并喷洒形成一层水膜，防止TMAH溶液腐蚀背面多晶硅层；而TMAH溶液则腐蚀正面绕镀的多晶硅层但其不会和BSG层发生反应，这样就可以达到正面绕镀的多晶硅层被去除而不影响正面BSG层、pn结和背面掺杂薄膜硅层；本步骤中，TMAH溶液温度控制在50℃，在上述碱洗之后经过水漂洗再吹干；
6）去BSG/PSG，具体利用槽式清洗机使用质量浓度为30%的氢氟酸在常温下进行酸洗，其不仅可以将BSG、PSG去除，还可以将可能残留的部分TMAH一起清除，一步到位，酸洗之后再经过纯水溢流清洗然后烘干；
7）双面钝化具体为：正面使用ALD法沉积氧化铝，然后采用PECVD法完成正面减反射膜和背面钝化膜的制备；
8）丝印烧结，两面印刷主栅电极和细栅，高温烧结，烧结峰值设定温度在900℃；
9）激光边绝缘，使用激光将硅片边缘处未完全刻蚀的硼、磷共掺区域进行刻蚀，防止漏电产生；
10）电注入氢钝化，对电池片加载一定电流（15A-30A）和接近200℃的温度处理，其可将电池内部部分缺陷进行钝化，进一步提高电池的转换效率。
本发明在制备过程中采用硼扩散的BSG层作为阻挡层来阻挡制作薄膜硅层时产生的绕镀，再利用碱性溶液去除绕镀而不影响pn结和薄膜硅层。
本发明的生产工艺不需要单独增加制备掩膜的工序，就能做到去除绕镀。
显然，本实施例可以以许多不同的数值、形式来实现；因此本发明并不限于本文所描述的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
①清洗、制绒；
②硼扩制备pn结，并进行高温处理；
③高温处理后控制温度至850-900℃，通入氧气在硅片表面生长一层BSG层，其厚度大于等于50nm；
④以硼扩层为正面，对背面进行单面酸清洗刻蚀；
⑤制备隧穿氧化层和掺杂薄膜硅层；
⑥对正面进行单面碱清洗，去除正面因绕镀产生的多余的多晶硅层；
⑦去BSG/PSG；
⑧双面钝化；
⑨丝印烧结。
2.根据权利要求1所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：步骤④中所述单面酸清洗刻蚀具体为：采用质量百分比浓度为20%-25%的氢氟酸溶液进行，使硅片漂浮在溶液上，所述硅片背面朝下；利用氢氟酸溶液腐蚀掉背面SiO2层后清洗、干燥。
3.根据权利要求2所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：对硅片进行酸清洗过程中所述硅片正面喷洒形成有水膜层。
4.根据权利要求1所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：步骤⑥中所述单面碱清洗具体为：采用质量百分比浓度为20%-50%的四甲基氢氨溶液进行，使硅片漂浮在溶液上，所述硅片正面朝下；利用四甲基氢氨溶液去除多余的多晶硅层后清洗、干燥。
5.根据权利要求4所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：对硅片进行单面碱清洗时所述硅片背面喷洒形成有水膜层。
6.根据权利要求4所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：步骤⑥在链式清洗机内进行，所述四甲基氢氨溶液温度控制在40-60℃。
7.根据权利要求1所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：步骤⑦中采用质量百分比浓度为20%-25%的氢氟酸溶液进行去除。
8.根据权利要求1所述的TOPCon结构电池的制备方法，其特征在于：步骤②中高温处理的温度为950-1000℃。
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