CN110660881B

CN110660881B - 一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法

Info

Publication number: CN110660881B
Application number: CN201910813416.8A
Authority: CN
Inventors: 林建伟; 陈嘉; 陈程; 包杰; 刘志锋; 吴伟梁
Original assignee: Jolywood Taizhou Solar Technology Co ltd
Current assignee: Jolywood Taizhou Solar Technology Co ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: CN110660881A

Abstract

本发明涉及一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体背面从内到外依次为超薄的隧穿氧化层、磷掺杂多晶硅层和含磷氧化层，正面为硼掺杂的发射极，发射极分为第一区域和第二区域，第一区域含有多晶硅绕镀，第二区域不含有多晶硅绕镀；绕镀的去除方法为：先正面HF清洗，然后双面碱洗，最后双面HF清洗。其有益效果是：本发明先通过单面接触HF的方式保留背面氧化硅，作为背面的保护层，使之在后续碱溶液中能够保护电池背面结构；然后利用不同掺杂浓度的硅与碱溶液的反应的速率差，以达到去除绕镀的目的。

Description

一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法。

背景技术

在晶体硅太阳电池中，金属——半导体接触成为制约晶体硅太阳电池效率发展的重要因素，良好的金属——半导体接触需要具备两方面条件：1)低界面复合；2)低接触电阻率。目前已有的商业化晶体硅太阳电池中，如p型常规铝背场电池或p型PERC电池，在保证接触电阻率较低的情况下，金属接触区域的金属复合为800～1000fA/cm²；对于具有广泛市场前景的n型电池，在保证接触电阻较低的情况下，p+发射极与金属接触区域的金属复合为1000～2000fA/cm²。研究发现，隧穿氧化层钝化接触结构同时具备低接触电阻率和低金属接触复合条件，此结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂的多晶硅层组成。2017年，德国Fraunhofer太阳能系统研究所的Feldmann等将基于隧穿氧化层钝化金属接触结构的太阳电池的转换效率提升至25.8％；次年，德国ISFH太阳能研究所将隧穿氧化层钝化金属接触结构引入IBC电池，取得26.1％的转换效率。

目前，国内已经有一些厂商将该技术应用到电池生产中，在制备隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的过程大多采用LPCVD和PECVD设备，由于沉积多晶硅的前驱体的硅烷为气态，化学反应沉积的过程中由于硅片贴合的紧密程度不一致，难免会在正面产生随机的绕镀区域，且此绕镀区域会对电池的性能带来以下负面影响：

1)绕镀区域跟非绕镀区域存在颜色差异，镀膜后有明显色差，导致电池外观不良；

2)绕镀区域的多晶硅吸光能力强，不利于电池对光线的吸收，引起效率的降低；

3)绕镀区域的多晶硅影响浆料的烧穿效果，导致电池的填充因子降低，引起效率的降低。

现有的一些去除多晶硅绕镀的技术大多需要掩膜，一般分为两类：一类是单另沉积掩膜材料，具体做法为：在刻蚀之后，先利用PECVD设备在电池的正面沉积掩膜材料，如氧化硅或者氮化硅，然后经过简单清洗后，利用LPCVD设备沉积隧穿氧化层和多晶硅，经过一系列工艺后，最后利用碱溶液去除多晶硅绕镀；另一类是在刻蚀过程中保留正面的BSG来作为掩膜，具体做法为：在刻蚀的最后一步，先保留完整的BSG，然后利用LPCVD设备沉积隧穿氧化层和多晶硅，使多晶硅绕镀覆盖在BSG之上，经过一系列工艺后，最后利用碱溶液去除多晶硅绕镀。

上述两类方法中，前一类方法需要增加2个工艺步骤——镀掩膜及掩膜后清洗，增加了机台的使用次数，提高了工艺的成本；后一类方法对刻蚀工艺的管控提出了极高的要求，在刻蚀过程中，BSG是很难完正的保留的，尤其是正面的边缘部分，如果硅片边缘的BSG没有保留好，就不会在后续碱溶液去除多晶硅绕镀的过程中起到阻挡层的作用，从而会带来电池的批量返工。因此，上述两类方法均对不适用量产。

发明内容

本发明针对现有技术中无法产业化地去除掺杂多晶硅绕镀的工艺，提供一种可量产的无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法。

本发明的无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其技术方案为：

包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体背面为多晶硅层，正面为硼掺杂的发射极，所述发射极分为第一区域和第二区域，所述第一区域含有多晶硅绕镀，所述第二区域不含有多晶硅绕镀；所述第一区域的多晶硅绕镀的去除方法包括如下步骤：

(1)、进行注入和退火处理，以使得N型晶体硅基体背面的多晶硅层变为表面覆盖有含磷氧化层的掺磷多晶硅层，同时在N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上均覆盖薄氧化层；

(2)、用酸去除N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上的薄氧化层；

(3)、用碱去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀；

(4)、用酸去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

本发明提供的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，还包括如下附属技术方案：

其中，在步骤(2)中，用氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上的薄氧化层。

其中，在步骤(3)中，用氨水溶液去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀。

其中，在步骤(4)中，用氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

其中，在步骤(2)中，用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上的薄氧化层。

其中，在步骤(3)中，用体积比浓度为5％-15％的氨水溶液去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀。

其中，在步骤(4)中，用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

其中，硼掺杂的发射极中的硼源采用三溴化硼，扩散的温度为900～1000℃。

其中，在步骤(1)中，掺磷多晶硅层的厚度为60-300nm，含磷氧化层的厚度为3-10nm；N型晶体硅基体正面的薄氧化层厚度为3-10nm。

其中，N型晶体硅基体的电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明利用硅、以及氧化硅跟与碱反应的选择比，先通过单面接触HF的方式保留背面氧化硅，作为背面的保护层，使之在后续碱溶液中能够保护电池背面结构；然后利用不同掺杂浓度的硅与碱溶液的反应的速率差，以达到去除绕镀的目的。本发明无需在电池正面设置掩膜即可去除绕镀，在电池中的运用可以简化流程，适用于大规模量产；并且，本发明无需增加额外的机台，也无需提高对刻蚀工序的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤1后的电池结构截面示意图。

图2为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤2中的电池结构截面示意图。

图3为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤3后的电池结构截面示意图。

图4为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤4后的电池结构截面示意图。

图5.1为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤五中正面HF清洗后的电池结构截面示意图。

图5.2为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤五中双面碱洗后的电池结构截面示意图。

图5.3为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤五中双面HF清洗后的电池结构截面示意图。

图6为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤6后的电池结构截面示意图。

图7为本发明实施例的无掩膜去除钝化接触太阳电池多晶硅绕镀的方法步骤7后的电池结构截面示意图。

图中，1是N型硅基体，2是p+掺杂发射极，3是隧穿氧化层，4是掺杂多晶硅层(含有微晶硅相)，5是掺杂多晶硅在正面绕镀的区域，6是正面钝化减反射层，7是背面钝化减反射层，8是p+金属电极，9是n+金属电极，10是背面含磷氧化层，11是正面氧化层。

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。

本发明创造性地使用不同掺杂浓度的硅与碱溶液反应的速率差，以及硅与氧化硅与碱反应的速率差来实现在无掩膜情况下去除绕镀的功能。根据本专利发明人多次实验研究发现：硅表面的掺杂浓度影响其在碱溶液中的反应速率，尤其是在弱碱溶液中反应速率差更为明显；硅表面掺杂浓度越高，在弱碱中的反应速率越慢。利用绕镀区域与非绕镀区域的表面浓度的差异，可以实现碱对绕镀的刻蚀和对非绕镀区域的保护；根据科学研究报道，硅与氧化硅在碱溶液的反应选择比可以达到100:1，由此可以利用背面含磷氧化层的阻挡作用实现对背面的保护以及对正面绕镀区域的刻蚀。

本发明提供的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，包括N型晶体硅基体，N型晶体硅基体背面从内到外依次为超薄隧穿氧化层、磷掺杂多晶硅层和含磷氧化层，N型晶体硅基体正面为硼掺杂的发射极，所述发射极分为第一区域和第二区域，所述第一区域含有多晶硅绕镀，所述第二区域不含有多晶硅绕镀。

本发明中利用无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的电池制备方法，包括以下步骤：

步骤1、对N型晶体硅基体1进行预清洗，并去除机械损伤层，然后进行制绒，形成金字塔结构，如图1所示。其中，N型硅衬底电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。

步骤2、对制绒后的N型晶体硅基体1进行双面硼扩散，形成双面p+掺杂发射极2，如图2所示；其中硼源采用三溴化硼，扩散的温度为900～1000℃，硼扩之后p+掺杂区域的方块电阻值为50～70Ω/sq，表面浓度大于1.5E19 cm^-3。

步骤3、刻蚀N型晶体硅基体1的背表面并抛光，如图3所示；采用加热的TMAH溶液，将背面p+掺杂发射极去除并抛光，硅片的减重为0.4～0.8g。

步骤4、在N型晶体硅基体1的抛光面生长一层隧穿氧化硅层3，在低压化学气相沉积设备中沉积多晶硅层4，p+发射极边缘区域会形成绕镀区域5，经过注入和退火后，多晶硅层4变为掺磷多晶硅层，表面覆盖有含磷氧化层10，正面也生成氧化层11，如图4所示。其中隧穿氧化硅层3的厚度范围为0.5～2nm；掺杂多晶硅层4的厚度为60-300nm；背面含磷氧化层厚度为3-10nm；正面氧化层厚度为3-10nm。

步骤5、对步骤4处理后的N型晶体硅基体进行清洗，具体包括如下步骤：

步骤5.1、正面HF清洗，具体为：采用链式设备，正面朝下，背面有水膜保护，采用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液进行，利用氢氟酸腐蚀掉正面的氧化层11后，清洗烘干，如图5.1所示。

步骤5.2、双面碱洗，具体为：采用体积比浓度为5％-15％的氨水溶液进行，温度控制在30℃-60℃，利用氨水去除完正面的多晶硅绕镀区域5后清洗烘干，如图5.2所示。

步骤5.3、双面HF清洗，具体为：采用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液进行，去除背面含磷氧化层10后清洗烘干，如图5.3所示。

至此，即完成多晶硅绕镀层的去除，本方法无需专门制备掩膜，更加简单可控，适用于工业化生产。在绕镀层去除后，将继续制备钝化减反膜及金属化。

步骤6、在前表面和背表面上分别沉积前钝化减反射薄膜6和背钝化减反射薄膜7；

其中，前钝化减反射薄膜为叠层钝化减反射薄膜，可以采用氧化铝、氮化硅的组合材料；背钝化减反射薄膜为单层膜，可以采用氮化硅材料制作，如图6所示。

步骤7、在前钝化减反射薄膜6和背钝化减反射薄膜7上分别丝网印刷、并烧结p+金属电极8和n+金属电极9。其中，p+金属电极8和n+金属电极9均为“H”型栅线，主栅等间距设置4～12根，宽度100～800μm，高度为10～40μm；副栅等间距设置90～120根，宽度为20～60μm，高度为10～40μm，如图7所示。

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

1.一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于：包括N型晶体硅基体，所述N型晶体硅基体背面为多晶硅层，正面为硼掺杂的发射极，所述发射极分为第一区域和第二区域，所述第一区域含有多晶硅绕镀，所述第二区域不含有多晶硅绕镀；所述第一区域的多晶硅绕镀的去除方法包括如下步骤：

(3)、双面碱洗，用碱去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀；

(4)、用酸去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

2.根据权利要求1所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(2)中，用氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上的薄氧化层。

3.根据权利要求1所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(3)中，用氨水溶液去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀。

4.根据权利要求1所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(4)中，用氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

5.根据权利要求2所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(2)中，用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体正面含有多晶硅绕镀的第一区域和不含多晶硅绕镀的第二区域上的薄氧化层。

6.根据权利要求3所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(3)中，用体积比浓度为5％-15％的氨水溶液去除N型晶体硅基体正面第一区域的多晶硅绕镀。

7.根据权利要求4所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(4)中，用体积比浓度为8％-12％的氢氟酸溶液去除N型晶体硅基体背面的所述含磷氧化层。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，硼掺杂的发射极中的硼源采用三溴化硼，扩散的温度为900～1000℃。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，在步骤(1)中，掺磷多晶硅层的厚度为60-300nm，含磷氧化层的厚度为3-10nm；N型晶体硅基体正面的薄氧化层厚度为3-10nm。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的一种无掩膜去除钝化接触电池多晶硅绕镀的方法，其特征在于，N型晶体硅基体的电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。