CN110265494A - 一种局部背场TOPCon太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种局部背场TOPCon太阳能电池，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体的正表面从内到外包括p+掺杂区域和正面钝化减反膜，背表面从内到外包括局部隧穿氧化层、局部多晶硅层、以及背面钝化膜；N型晶体硅基体的正面钝化减反膜上印刷有正面主栅和正面副栅，背面钝化膜上印刷有背面主栅和背面副栅；其中，背面副栅落在多晶硅层区域内。其有益效果是：本发明的背表面非金属接触区未掺杂以及金属接触区钝化接触结构带来的低复合，使得本发明的局部背场TOPCon太阳能电池的总复合电流密度仅为58fA/cm2，相较于均匀背表面掺杂的常规N型PERT电池，复合电流密度有显著降低，因此，本发明能够将开路电压从681.5mV大幅提升至701.1mV，转换效率从22.2％提高到22.83％。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种局部背场TOPCon太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。目前，业界的主流产品为P型晶硅太阳能电池。该电池工艺简单，但是具有光致衰减效应，即电池的效率会随着时间的增加而逐渐衰减，这主要是由于掺入P型硅衬底中的硼原子与衬底中的氧原子相结合产生硼氧对的结果。研究表明，硼氧对起着载流子陷阱作用，使少数载流子寿命降低，从而导致了电池光电转换效率的衰减。相对于P型晶硅电池，N型晶硅电池具有光致衰减小、耐金属杂质污染性能好、少数载流子扩散长度长等优点，并且由于N型太阳能电池的正负电极都可以制作成常规的H型栅线电极结构，因此该电池不仅正面可以吸收光，其背表面也能吸收反射和散射光从而产生额外的电力。
常见的N型太阳能电池为p+/n/n+结构，其中电池正表面为p+型掺杂，背表面为n+型掺杂。为了获得高的开路电压、短路电流和填充因子，我们希望降低非金属接触区的掺杂量从而减少俄歇复合，又希望提高金属接触区的掺杂量从而降低接触电阻、减少金属半导体复合。现有技术中背表面n+型掺杂是均匀的，因此会存在上述矛盾。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种局部背场TOPCon太阳能电池。
本发明的一种局部背场TOPCon太阳能电池，其技术方案为：包括以下步骤：
(1)、选择N型晶体硅基体，并对N型晶体硅基体的正表面作制绒处理；
(2)、在步骤(1)处理后的N型晶体硅基体的制绒面上进行硼扩散，形成正面的p+掺杂层和硼硅玻璃层；硼扩散完成后，使用单面刻蚀清洗机去除N型晶体硅基体背面的硼扩散层；
(3)、在步骤(2)处理后的N型晶体硅基体的背表面生长一层隧穿氧化层，然后在隧穿氧化层上沉积本征非晶硅层，接着对本征非晶硅层进行掺杂处理，并对掺杂原子进行高温激活处理，高温激活处理过程中，微晶硅相会全部转变为多晶硅相，形成多晶硅层；
(4)、在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体的背表面印刷耐腐蚀浆料，并烘干，形成用于印刷副栅的掩膜；
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体放入刻蚀机中，刻蚀去除N型晶体硅基体背面未被耐腐蚀浆料保护的隧穿氧化层及多晶硅层，且正表面的p+掺杂层由于硼硅玻璃层的保护未被去除，刻蚀完成后，清洗去除N型晶体硅基体背面的耐腐蚀浆料及N型晶体硅基体正面的硼硅玻璃；
(6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体的正表面设置正面钝化减反膜，在N型晶体硅基体的背表面设置背面钝化膜；
(7)、在N型晶体硅基体的背面钝化膜上印刷背面主栅和背面副栅，并进行烘干，在N型晶体硅基体正面钝化减反膜上印刷正面主栅和正面副栅；其中，所述背面副栅落在所述多晶硅层区域内；
(8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体传送入结炉进行烧结，即完成局部背场TOPCon太阳能电池的制作。
本发明提供的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，还包括如下附属技术方案：
其中，在步骤(1)中，N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，厚度为50～300μm。
其中，在步骤(2)中，N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散形成正面的p+掺杂层和硼硅玻璃层，其中，硼源采用三溴化硼，扩散温度为900～1100℃，扩散时间为60～240分钟，硼扩散后的方阻值为60～150Ω/sqr。
其中，在步骤(3)中，所述隧穿氧化层的材料为二氧化硅，所述二氧化硅的制备方法为热氧化、HNO3氧化、O3氧化、或原子层沉积法；或，所述隧穿氧化层的材料为二氧化钛，所述二氧化钛的制备方法为原子层沉积法。
其中，在步骤(3)中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5～2.5nm；所述本征非晶硅层的沉积温度为550～650℃，厚度为150～400nm。
其中，在步骤(3)中，对本征非晶硅层的掺杂方式为离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃。
其中，在步骤(6)中，N型晶体硅基体的正面钝化减反膜是SiO2、SiNX或Al2O3介质膜中的一种或任几种的组合；所述N型晶体硅基体的背面钝化膜是SiO2、或SiO2与SiNX介质膜组成的复合介质膜。
其中，所述正面钝化减反膜的厚度为70～110nm，所述背面钝化膜的厚度为不低于20nm。
其中，在步骤(7)中，背面副栅线宽为40-100um，互相平行设置，正面副栅线宽为40～100um，互相平行设置；其中，所述背面主栅和背面副栅均使用银浆印刷，所述正面主栅和正面副栅均使用掺铝银浆印刷。
本发明还提供了一种局部背场TOPCon太阳能电池，包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体的正表面从内到外包括p+掺杂区域和正面钝化减反膜，所述N型晶体硅基体的背表面从内到外包括局部隧穿氧化层、局部多晶硅层、以及背面钝化膜；所述N型晶体硅基体的正面钝化减反膜上印刷有正面主栅和正面副栅，所述N型晶体硅基体的背面钝化膜上印刷有背面主栅和背面副栅；其中，所述背面副栅落在所述多晶硅层区域内；所述正面主栅的长与宽的比值不大于600:1。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明通过在N型晶体硅基体的正表面的制绒面及N型晶体硅基体的背表面印刷进行硼扩散，以在N型晶体硅基体的正表面形成硼硅玻璃层，在N型晶体硅基体的背表面形成硼扩散层，同时在N型晶体硅基体的背表面印刷耐腐蚀浆料，作为刻蚀阻挡层，在N型晶体硅的背面形成局部钝化接触结构，后续金属化时，金属浆料仅接触局部钝化接触区域。并且，本发明中的背面主栅和背面副栅均印刷在背面钝化膜上，从而可可显著降低金属-硅之间的复合；同时，本发明的背面副栅落在所述多晶硅层区域内，从而可以降低俄歇复合率。再者，按照本发明制备的局部背场TOPCon太阳能电池同时具有较高的填充因子、开路电压和短路电流，故而具有较高的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(1)后的电池结构截面示意图。
图2为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(2)后的电池结构截面示意图。
图3为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(3)后的电池结构截面示意图。
图4为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(4)后的电池结构截面示意图。
图5为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(5)后的电池结构截面示意图。
图6为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(6)后的电池结构截面示意图。
图7为本发明实施例的一种局部背场TOPCon太阳能电池制备方法步骤(7)后的电池结构截面示意图。
图中，10-N型晶体硅基体，11-隧穿氧化层，12-正面的p+掺杂层，13-多晶硅层，14-正面钝化减反膜，15-耐腐蚀浆料，16-硼硅玻璃层，18-背面钝化膜，24-正面副栅，26-背面副栅，
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到保护。
本发明提供的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、选择N型晶体硅基体10，并对N型晶体硅基体10的正表面作制绒处理；N型晶体硅基体10的电阻率为0.5～10Ω·cm，优选1～5Ω·cm；N型晶体硅基体10的厚度为50～300μm，优选80～200μm；完成本步骤后的电池结构如图1所示。
(2)、将步骤(1)处理后的N型晶体硅基体10放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，形成正面的p+掺杂层12及硼硅玻璃层16，硼源采用三溴化硼，扩散温度为900～1100℃，时间为60～240分钟。硼扩散后的方阻值为60～150Ω/sqr，优选80～130Ω/sqr。硼扩散完成后，使用单面刻蚀清洗机去除背面的硼扩散层，但保留正面的p+掺杂层12及硼硅玻璃层16。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
(3)、在步骤(2)处理后的N型晶体硅基体10在背表面生长一层隧穿氧化层11，然后在低压化学气相沉积设备中沉积本征非晶硅层(含微晶相)。其中，隧穿氧化层的材料为二氧化硅或者二氧化钛，二氧化硅的制备方法为热氧化、HNO3氧化、O3氧化、原子层沉积等，二氧化钛的制备方法为原子层沉积法；隧穿氧化层的厚度为0.5～2.5nm，优选厚度为1～2nm；本征非晶硅的沉积温度为550～650℃，本征非晶硅层的厚度为150～400nm；接着对本征非晶硅层进行掺杂处理，掺杂方式为离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃，沉积掺杂源之后对掺杂原子进行高温激活，高温激活过程中，微晶硅相全部转变为多晶硅相，完成晶化，形成多晶硅层13。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(4)、在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体10的背表面印刷耐腐蚀浆料15，并烘干形成印刷副栅的掩膜。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体10放入刻蚀机中，刻蚀去除背面未被耐腐蚀浆料15保护的隧穿氧化层11及多晶硅层13，同时正表面的p+掺杂层12由于硼硅玻璃层16的保护未被去除。刻蚀完成后清洗去除耐腐蚀浆料15及硼硅玻璃层16。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
(6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体10的正表面设置正面钝化减反膜14，在N型晶体硅基体10的背表面设置背面钝化膜18，其中，正面钝化减反膜14是SiO2、SiNX或Al2O3介质膜中的一种或任几种的组合，背面钝化膜18是SiO2、或SiO2与SiNX介质膜组成的复合介质膜。正面钝化减反膜14的厚度为70～110nm；背面钝化膜18的厚度为不低于20nm。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(7)、在N型晶体硅基体10的背表面使用银浆印刷背面主栅和背面副栅，并进行烘干，其中背面副栅26的线宽为40-100um，并且互相平行设置。该印刷后的背面副栅26落在多晶硅层13区域内，在N型晶体硅基体10的正表面使用掺铝银浆印刷正面主栅和正面副栅，其中，正面副栅24的线宽为40～100um，且互相平行设置。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
(8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体10传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为700～900℃，即完成局部背场TOPCon太阳能电池的制作。
如图7所示，本发明还提拱了一种局部背场TOPCon太阳能电池，包括N型晶体硅基体10，所述N型晶体硅基体的正表面从内到外包括p+掺杂区域12和正面钝化减反膜14；所述N型晶体硅基体10的背表面从内到外包括局部隧穿氧化层11、局部多晶硅层13、以及背面钝化膜18；所述N型晶体硅基体10的正面钝化减反膜14上印刷有正面主栅和正面副栅24，所述N型晶体硅基体1的背面钝化膜18上印刷有背面主栅和背面副栅26；其中，所述背面副栅26落在所述多晶硅层13区域内；所述正面主栅的长与宽的比值不大于600:1。
本发明通过在N型晶体硅基体的正表面的制绒面及N型晶体硅基体的背表面印刷进行硼扩散，以在N型晶体硅基体的正表面形成硼硅玻璃层，在N型晶体硅基体的背表面形成硼扩散层，同时在N型晶体硅基体的背表面印刷耐腐蚀浆料，作为刻蚀阻挡层，在N型晶体硅的背面形成局部钝化接触结构，后续金属化时，金属浆料仅接触局部钝化接触区域。并且，本发明中的背面主栅和背面副栅均印刷在背面钝化膜上，从而可显著降低金属-硅之间的复合；同时，本发明的背面副栅落在所述多晶硅层区域内，从而可以降低俄歇复合率。再者，按照本发明的方法制备的局部背场TOPCon太阳能电池同时具有较高的填充因子、开路电压和短路电流，故而具有较高的光电转换效率。
下表1为按照本发明实施例制备的局部背场TOPCon太阳能电池和普通N型PERT电池的电性能对比数据。
从上表1中的对比数据可知：
本发明的背表面非金属接触区未掺杂以及金属接触区钝化接触结构带来的低复合，使得本发明的局部背场TOPCon太阳能电池的总复合电流密度仅为58fA/cm2，相较于均匀背表面掺杂的常规N型PERT电池，复合电流密度有显著降低，因此，本发明能够将开路电压从681.5mV大幅提升至701.1mV，转换效率从22.2％提高到22.83％。
本发明的局部背场TOPCon电池技术具有制备成本低、工艺流程短、与现有生产线相兼容和容易实现大规模产业化的优点，并且具有极大的技术可拓展性，效率提升空间巨大。本发明技术如果实现产业化，将会在少量增加成本情况下大幅提升电池转换效率，效率会有0.8％～1％的增益，成本上每片电池仅增加2～3毛，具有很高的经济合理性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、选择N型晶体硅基体，并对N型晶体硅基体的正表面作制绒处理；
(2)、在步骤(1)处理后的N型晶体硅基体的制绒面上进行硼扩散，形成正面的p+掺杂层和硼硅玻璃层；硼扩散完成后，使用单面刻蚀清洗机去除N型晶体硅基体背面的硼扩散层；
(3)、在步骤(2)处理后的N型晶体硅基体的背表面生长一层隧穿氧化层，然后在隧穿氧化层上沉积本征非晶硅层，接着对本征非晶硅层进行掺杂处理，并对掺杂原子进行高温激活处理，高温激活处理过程中，微晶硅相会全部转变为多晶硅相，形成多晶硅层；
(4)、在步骤(3)处理后的N型晶体硅基体的背表面印刷耐腐蚀浆料，并烘干，形成用于印刷副栅的掩膜；
(5)、将步骤(4)处理后的N型晶体硅基体放入刻蚀机中，刻蚀去除N型晶体硅基体背面未被耐腐蚀浆料保护的隧穿氧化层及多晶硅层，且正表面的p+掺杂层由于硼硅玻璃层的保护未被去除，刻蚀完成后，清洗去除N型晶体硅基体背面的耐腐蚀浆料及N型晶体硅基体正面的硼硅玻璃；
(6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体的正表面设置正面钝化减反膜，在N型晶体硅基体的背表面设置背面钝化膜；
(7)、在N型晶体硅基体的背面钝化膜上印刷背面主栅和背面副栅，并进行烘干，在N型晶体硅基体正面钝化减反膜上印刷正面主栅和正面副栅；其中，所述背面副栅落在所述多晶硅层区域内；
(8)、将步骤(7)处理后的N型晶体硅基体传送入结炉进行烧结，即完成局部背场TOPCon太阳能电池的制作。
2.根据权利要求1所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，N型晶体硅基体的电阻率为0.5～15Ω·cm，厚度为50～300μm。
3.根据权利要求1所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，N型晶体硅基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散形成正面的p+掺杂层和硼硅玻璃层，其中，硼源采用三溴化硼，扩散温度为900～1100℃，扩散时间为60～240分钟，硼扩散后的方阻值为60～150Ω/sqr。
4.根据权利要求1所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述隧穿氧化层的材料为二氧化硅，所述二氧化硅的制备方法为热氧化、HNO3氧化、O3氧化、或原子层沉积法；或，所述隧穿氧化层的材料为二氧化钛，所述二氧化钛的制备方法为原子层沉积法。
5.根据权利要求4所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5～2.5nm；所述本征非晶硅层的沉积温度为550～650℃，厚度为150～400nm。
6.根据权利要求5所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，对本征非晶硅层的掺杂方式为离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(6)中，N型晶体硅基体的正面钝化减反膜是SiO2、SiNX或Al2O3介质膜中的一种或任几种的组合；所述N型晶体硅基体的背面钝化膜是SiO2、或SiO2与SiNX介质膜组成的复合介质膜。
8.根据权利要求7所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述正面钝化减反膜的厚度为70～110nm，所述背面钝化膜的厚度为不低于20nm。
9.根据权利要求1所述的一种局部背场TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤(7)中，背面副栅线宽为40-100um，互相平行设置，正面副栅线宽为40～100um，互相平行设置；其中，所述背面主栅和背面副栅均使用银浆印刷，所述正面主栅和正面副栅均使用掺铝银浆印刷。
10.一种局部背场TOPCon太阳能电池，其特征在于：包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体的正表面从内到外包括p+掺杂区域和正面钝化减反膜，所述N型晶体硅基体的背表面从内到外包括局部隧穿氧化层、局部多晶硅层、以及背面钝化膜；所述N型晶体硅基体的正面钝化减反膜上印刷有正面主栅和正面副栅，所述N型晶体硅基体的背面钝化膜上印刷有背面主栅和背面副栅；其中，所述背面副栅落在所述多晶硅层区域内。
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