CN111029438B - 一种n型钝化接触太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其依次包括N型晶体硅基体进行双面抛光、背面依次生长隧穿氧化层及本征非晶硅层、本征非晶硅层掺杂处理、背面沉积氮化硅薄膜、前表面进行制绒、硼扩散、去除正面及绕扩到背面的硼硅玻璃层、正面制备钝化减反膜、背面印刷银浆及正面印刷银铝浆及烧结等步骤，以完成N型钝化接触太阳能电池的制备。本发明解决了常规工艺中因采用磷扩散工艺引起的漏电问题，省去了一步用高温退火激活背面掺杂源的步骤而减小了对硅基体的损伤并减少了工艺步骤，降低了生产成本，且采用板式PECVD设备制备氮化硅钝化膜而避免正面制绒的时候将卡槽印的位置制绒而造成外观不良。
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N型钝化接触太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是将太阳能转化为电能的基础器件。随着太阳能电池的不断进步，高效降本已经成为当前太阳能电池产业化发展的重要方向，高效结构设计和提高制造良率是实现这一目标的关键。目前，为了提高电池效率，多种电池结构被开发，如PERC、HIT、IBC及TOPCon等，其中TOPCon电池即钝化接触电池，其结构是在硅表面制备一层超薄氧化硅层和高掺杂的多晶硅层，利用氧化硅的化学钝化和多晶硅层的场钝化作用可以显著降低硅表面的少子复合速率，同时高掺杂的多晶硅层可以显著改善多子的导电性能，有利于提高电池的开路电压和填充系数。与P型太阳能电池相比，N型太阳能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而被广泛应用。
常见的N型钝化接触太阳能电池，电池正表面为p+型掺杂，背表面为超薄氧化硅层和n+重掺杂的多晶硅层。制备背表面n+重掺杂多晶硅层的常用方法为管式高温扩散，这种方法在扩散的时候无法避免将掺杂源绕扩到正表面，从而造成电池漏电，影响电池的效率和良率。
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N型钝化接触太阳能电池的制备方法。
本发明的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其制备的技术方案包括以下步骤：
(1)选择N型晶体硅基体，对N型晶体硅基体进行双面抛光处理；
(2)在经过步骤(1)处理后的N型晶体硅基体的背面生长一层隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积一层本征非晶硅层；
(3)在经过步骤(2)处理后的N型晶体硅基体的本征非晶硅层上进行掺杂处理，使本征非晶硅层变成掺杂非晶硅层，掺杂后进行湿化学清洗；
(4)在经过步骤(3)处理后的N型晶体硅基体的背面沉积一层氮化硅薄膜；
(5)对经过步骤(4)处理后的N型晶体硅基体的前表面进行制绒，制绒的同时将绕镀到前表面的非晶硅层去除；
(6)将经过步骤(5)处理后的N型晶体硅基体放入管式扩散炉进行硼扩散以形成发射极；同时，高温激活N型晶体硅基体背面的掺杂原子，使N型晶体硅的背面完成晶化，形成多晶硅层；
(7)去除经过步骤(6)处理后的N型晶体硅基体正面的硼硅玻璃层，以及绕扩到背面的硼硅玻璃层；
(8)在经过步骤(7)处理后的N型晶体硅基体的正面制备钝化减反膜；
(9)在经过步骤(8)处理后的N型晶体硅基体的背面印刷银浆并烘干以形成背面主栅和背面副栅，正面印刷银铝浆并烘干以形成正面主栅和正面副栅；
(10)将经过步骤(9)处理后的N型晶体硅基体进行烧结，完成N型钝化接触太阳能电池的制备。
本发明提供的一种N型钝化接触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，所述N型晶体硅基体的电阻率为1～5Ω·cm，厚度为80～200μm。
其中，在步骤(2)中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5～2nm，其材质为二氧化硅；其中，所述隧穿氧化层的制备方法为硝酸氧化法、高温热氧化法、臭氧氧化法或原子层沉积法；其中，采用高温热氧化法时，在常压、纯氧、温度500～700℃条件下，反应时间10～20min，制备出的隧穿氧化层厚度范围为0.5～7nm；其中，采用硝酸氧化法时，采用质量分数为60～68％的硝酸溶液，在80～100℃的反应温度下，反应4～10min。
其中，在步骤(2)中，含有微晶相的本征非晶硅层的沉积方法为低压化学气相沉积法或物理气相沉积法；其中，所述本征非晶硅层的沉积温度为550～650℃，沉积厚度为50～400nm。
其中，在步骤(3)中，本征非晶硅层的掺杂方式为离子注入法；其中，通过离子注入法进行掺杂处理时，射频功率在500～2000W，工艺压强在1E-7～8E-5Torr，反应时间1～20min。
其中，在步骤(4)中，所述氮化硅薄膜的厚度为90～300nm，制备所述氮化硅薄膜的设备是板式PECVD。
其中，在步骤(6)中，硼扩散的硼源为三溴化硼，扩散温度为900～1050℃，扩散时间为90～240分钟，扩散后的方阻值为60～200Ω/sqr。
其中，在步骤(8)中，所述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。
其中，在步骤(9)中，所述背面副栅线宽为45～90um且互相平行设置，所述正面副栅线宽为45～90um且互相平行设置；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。
本发明的实施包括以下技术效果：
(1)本发明采用离子注入的方法对背表面的本征非晶硅层进行掺杂，解决了常规工艺中因采用磷扩散工艺引起的漏电问题；
(2)本发明先制备背表面的超薄隧穿氧化层和重掺杂的本征非晶硅层，然后再制备正表面的p+发射极，利用制备正表面p+发射极的高温对背表面的重掺杂本征非晶硅层进行退火，形成n+重掺杂的多晶硅层，省去了一步用高温退火激活背面掺杂源的步骤，简化工艺的同时，相比传统的两步高温法，本发明的一步高温工艺方法减小了对硅基体的损伤；
(3)本发明的背表面采用厚膜氮化硅薄膜，钝化背面的同时也可以作为掩膜，省去传统工艺中背面要先沉积掩膜、再去除掩膜、再沉积钝化膜的繁琐工艺，减少了工艺步骤，降低了生产成本；
(4)本发明背表面的氮化硅钝化膜采用板式PECVD设备制备，背面没有卡槽印，避免正面制绒的时候将卡槽印的位置制绒而造成外观不良。
附图说明
图1为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(2)后的电池结构截面示意图；
图2为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(3)后的电池结构截面示意图；
图3为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(4)后的电池结构截面示意图；
图4为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(5)后的电池结构截面示意图；
图5为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(6)后的电池结构截面示意图；
图6为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(7)后的电池结构截面示意图；
图7为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(8)后的电池结构截面示意图；
图8为本发明实施例的一种N型钝化接触太阳能电池制备方法中步骤(9)后的电池结构截面示意图。
图中，1-N型晶体硅基体，2-p+掺杂层，3-Al2O3钝化膜，4-SiNX钝化膜，5-隧穿氧化层，61-本征非晶硅层，62-掺杂非晶硅层，63-多晶硅层，7-SiNX钝化膜，8-正面副栅，9-背面副栅，10-硼硅玻璃层，11-多晶硅绕镀层。
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。
实施例1：
本发明的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其制备的技术方案包括以下步骤：
(1)选择N型晶体硅基体1，并对N型晶体硅基体1进行两面抛光处理；其中，N型晶体硅基体1的电阻率为3Ω·cm，厚度为160μm；
(2)经过步骤(1)处理后的N型晶体硅基体1，先在其背表面生长一层超薄的隧穿氧化层5；接着在低压化学气相沉积设备中，在隧穿氧化层5上沉积一层含有微晶相的本征非晶硅层61，部分非晶硅绕镀到正表面形成多晶硅绕镀层11；其中，隧穿氧化层5的成分为二氧化硅，其制备方法为高温热氧化法，隧穿氧化层5的厚度为2nm；本征非晶硅层的沉积温度为550℃，本征非晶硅层的厚度为200nm；完成本步骤后的电池结构如图1所示；
(3)将经过步骤(2)处理后的N型晶体硅基体1的本征非晶硅层61进行掺杂处理形成掺杂非晶硅层62，掺杂方式为离子注入，掺杂源为磷烷；掺杂后进行湿化学清洗以清除杂质离子等污染；完成本步骤后的电池结构如图2所示；
(4)将经过步骤(3)处理后的N型晶体硅基体1的背面沉积一层SiNX钝化膜7，其厚度为300nm，沉积设备为板式PECVD；完成本步骤后的电池结构如图3所示；
(5)将经过步骤(4)处理后的N型晶体硅基体1放入制绒机台进行制绒，在正表面形成金字塔结构的绒面；正表面制绒的同时，可以将绕镀到正表面的多晶硅绕镀层11去除；完成本步骤后的电池结构如图4所示；
(6)将经过步骤(5)处理后的N型晶体硅基体1放入管式硼扩散炉进行扩散；在制绒面形成发射极p+掺杂层2和硼硅玻璃层10；部分硼源扩散到背表面形成硼硅玻璃层10；扩散硼源采用三溴化硼，扩散温度为1020℃，时间为180分钟，硼扩散后的方阻值为100Ω/sqr；同时，硼扩散的高温会激活背表面的掺杂原子，使掺杂非晶硅层62完成晶化形成多晶硅层63；完成本步骤后的电池结构如图5所示；
(7)将经过步骤(6)处理后的N型晶体硅基体1进行湿化学清洗，去除正表面和背表面的硼硅玻璃层10；完成本步骤后的电池结构如图6所示；
(8)将经过步骤(7)处理后的N型晶体硅基体1的正表面沉积钝化减反膜，该钝化减反膜由内到外依次是Al2O3钝化膜3和SiNX钝化膜4；其中Al2O3钝化膜3的厚度为5～40nm，SiNx钝化膜4的厚度为60～90nm；完成本步骤后的电池结构如图7所示；
(9)经过步骤(8)处理后，，首先在N型晶体硅基体1的背表面使用银浆印刷背面主栅和背面副栅9并进行烘干，其中背面副栅9线宽45um且互相平行；在N型晶体硅基体1的正表面使用掺铝银浆印刷正面主栅和正面副栅8，其中正面副栅8线宽45um且互相平行；完成本步骤后的电池结构如图8所示；
(10)将经过步骤(9)处理后的N型晶体硅基体1传送入带式烧结炉进行烧结，烧结峰值温度为800℃，至此完成N型钝化接触太阳能电池的制备。
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 (8)
1.一种N型钝化接触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，对N型晶体硅基体进行双面抛光处理；
（2）在经过步骤（1）处理后的N型晶体硅基体的背面生长一层隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积一层本征非晶硅层；
（3）在经过步骤（2）处理后的N型晶体硅基体的本征非晶硅层上采用离子注入法进行掺杂处理，使本征非晶硅层变成掺杂非晶硅层，掺杂后进行湿化学清洗；
（4）在经过步骤（3）处理后的N型晶体硅基体的背面沉积一层氮化硅薄膜；
（5）对经过步骤（4）处理后的N型晶体硅基体的前表面进行制绒，制绒的同时将绕镀到前表面的非晶硅层去除；
（6）将经过步骤（5）处理后的N型晶体硅基体放入管式扩散炉进行硼扩散以形成发射极；同时，高温激活N型晶体硅基体背面的掺杂原子，使N型晶体硅的背面完成晶化，形成多晶硅层；
（7）去除经过步骤（6）处理后的N型晶体硅基体正面的硼硅玻璃层，以及绕扩到背面的硼硅玻璃层；
（8）在经过步骤（7）处理后的N型晶体硅基体的正面制备钝化减反膜；
（9）在经过步骤（8）处理后的N型晶体硅基体的背面印刷银浆并烘干以形成背面主栅和背面副栅，正面印刷银铝浆并烘干以形成正面主栅和正面副栅；
（10）将经过步骤（9）处理后的N型晶体硅基体进行烧结，完成N型钝化接触太阳能电池的制备。
2.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述N型晶体硅基体的电阻率为1~5 Ω•cm，厚度为80~200 μm。
3.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5~2 nm，其材质为二氧化硅；其中，所述隧穿氧化层的制备方法为硝酸氧化法、高温热氧化法、臭氧氧化法或原子层沉积法。
4.根据权利要求1或3所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，含有微晶相的本征非晶硅层的沉积方法为低压化学气相沉积法或物理气相沉积法；其中，所述本征非晶硅层的沉积温度为550~650 ℃，沉积厚度为50~400 nm。
5.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述氮化硅薄膜的厚度为90~300 nm，制备所述氮化硅薄膜的设备是板式PECVD。
6.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（6）中，硼扩散的硼源为三溴化硼，扩散温度为900~1050 ℃，扩散时间为90~240分钟，扩散后的方阻值为60~200 Ω/sqr。
7.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（8）中，所述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。
8.根据权利要求1所述的一种N型钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤（9）中，所述背面副栅线宽为45~90 um且互相平行设置，所述正面副栅线宽为45~90 um且互相平行设置；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。
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