CN111509057A - 一种n型电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种n型电池，电池正面的发射结是由p型轻掺杂区和高度高于轻掺杂区的局部p型重掺杂区组成的选择性发射结，电池背面掺杂层以及电池钝化层和金属电极兼容其它n型电池的背面技术。采用这种正面选择性发射结，能够有效降低n型电池正面的金属半导体欧姆接触电阻以及光生载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能，并且可对选择性发射结重掺杂区和轻掺杂区的表面形貌单独控制，以便于对电池不同金属化方案的选择。

Description

一种n型电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池制备技术领域，具体涉及一种n型电池及其制备方法。
背景技术
近年来晶硅太阳电池技术更新迭代迅速，n型电池由于其少子扩散长度大、低衰减、热稳定性强、对金属污染容忍度高等优势成为新型高效电池的主要使用方案。常见的n型电池主要有钝化发射结全背场扩散（PERT）电池、钝化发射结背面局部扩散（PERL）、隧穿氧化钝化接触（TOPCon）电池，且这些电池都着重于电池结构的背面设计从而提升电池性能。
对n型电池的正面结构设计进而提升电池性能，主要是体现在通过采用选择性硼发射结技术来同时降低非金属接触区和金属接触区域的复合损失。但是一直以来n型电池的选择性发射结难以实现，主要有以下原因：1）硼元素在氧化硅中的固溶度高于在硅中的固溶度，硼扩散加激光掺杂的方法会使激光热处理区域硼表面浓度降低；2）离子注入的方法由于设备成本投入较大，限制了其进一步的工业化应用；3）硼掺杂剂加激光掺杂的方法需要高功率的激光，造成晶体损伤；4）硼掺杂剂加高温退火的方法会引起硼元素从硼掺杂剂中挥发，从而在硅片其他区域形成不均匀的轻扩散层，增加光生载流子的损失。除此之外，通常电池正面的选择性发射结中的金属接触的重掺杂区表面形貌与轻掺杂的受光区的表面形貌一样，不能灵活选择和控制，因而不利于正面金属化方案的选择。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种n型电池以及其制备方法，电池正面的p型掺杂层是由p型轻掺杂的发射结和高度高于轻掺杂区的局部p型重掺杂区组成的选择性发射结结构，电池背面掺杂层以及钝化层和金属电极兼容其它n型电池技术。采用这种正面选择性发射结，能够有效降低n型电池正面的接触电阻以及光生载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能，并且可对电池正面选择性发射结的重掺杂区和轻掺杂区的表面形貌单独控制，因此可以拓宽相应的金属化技术方案的选择范围。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括：
方案一：一种n型电池制备方法，包括以下步骤：
选取一种(100)晶向n型单晶硅片，对所述n型硅片进行表面结构化处理，以在硅片表面形成特定形貌（例如，绒面结构、抛光结构）；
在结构化处理后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂，并对所述n型硅片进行高温推进，以在其正面形成局部p型重掺杂区，所述局部p型重掺杂区中硼元素的表面浓度为7E19-1E22cm-3；
去除高温推进过程中n型硅片表面生成的硼硅玻璃，然后对所述n型硅片进行碱制绒，刻蚀掉高温推进过程中覆盖硼掺杂剂的局部区域之外的由于硼掺杂剂中的硼元素挥发而形成的轻扩散层，并在n型硅片表面重新形成绒面结构，在此过程中，所述局部p型重掺杂区保留仍原有的表面形貌；
对碱制绒后的n型硅片正面进行p型轻掺杂（即p型轻掺杂的发射结），以形成p型轻掺杂区，所述p型轻掺杂区硼元素的表面浓度低于局部p型重掺杂区硼元素的表面浓度，高度低于局部p型重掺杂区的高度；
在所述n型硅片背面制作n型掺杂层，所述n型掺杂层为磷掺杂的全面积背场结构、局部磷掺杂背场结构、钝化接触结构中的任意一种；
在所述n型硅片正面制作钝化减反射层，在背面制作钝化层
在所述n型硅片正面和背面制作金属电极，所述正面金属电极与局部p型重掺杂区相对应（备注：在本专利全文中，对应指的是对准）。
作为一种优选方案，采用丝网印刷或打印的方式在结构化处理后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂；所述硼掺杂剂包括但不限于含硼浆料、硼墨和掺硼硅粉。
作为一种优选方案，所述碱制绒的条件为：碱制绒液采用浓度为2-5%的氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）溶液，碱制绒液温度为50-80℃，制绒时间为5-10min。
作为一种优选方案，碱制绒结束后，所述局部p型重掺杂区的高度高于绒面结构的p型轻掺杂区0.5-2um。
作为一种优选方案，所述局部p型重掺杂区的结深深于所述p型轻掺杂区。
作为一种优选方案，所述高温推进的工艺方案为：推进温度为750-1100℃，推进时间为30-120min，氮气流量为3000-20000sccm，氧气流量为0-20000sccm；高温推进工艺完成后，所述局部p型重掺杂区的结深为1-3um，方块电阻为20-80Ω/□。
作为一种优选方案，所述轻掺杂可选用三溴化硼管式硼扩散、硼离子注入或气相化学沉积方法实现，所述p型轻掺杂区的结深为0.3-1um，方块电阻为80-500Ω/□。
作为一种优选方案，所述局部p型重掺杂区是图案化的，所述图案与正面金属电极图案相对应。
作为一种优选方案，所述金属电极的制作方式包括丝网印刷、电镀或物理气相沉积；并且可根据选择的金属化制备技术来确定表面结构化处理的方案；例如，所述金属电极制作方式为电镀或物理气相沉积时，所述表面结构化处理采用抛光方式从而在局部p型重掺杂区形成抛光结构为最佳；所述金属电极制作方式为丝网印刷时，所述表面结构化处理采用制绒方式从而在局部p型重掺杂区形成绒面结构为最佳。
方案二：一种n型电池，采用方案一或其优选方案中的任意一种方法制备，所述n型电池包括：单晶n型硅片；位于所述n型硅片正面的p型掺杂层，所述p型掺杂层是由p型轻掺杂的发射结和局部p型重掺杂区组成的选择性发射结结构，所述局部p型重掺杂区的高度高于p型轻掺杂的发射结区0.5-2um；所述局部p型重掺杂区的结深为1-3um，方块电阻为20-80Ω/□；所p型轻掺杂区的结深为0.3-1um，方块电阻为80-500Ω/□；位于所述n型硅片背面的n型掺杂层，所述n型掺杂层为磷掺杂的全面积背场结构、局部磷掺杂背场结构、钝化接触结构中的任意一种；位于所述正面p型掺杂层上的钝化减反层；位于所述背面n型掺杂层上的钝化层；位于所述正面钝化减反层上的正面金属电极和位于所述背面钝化层上的背面金属电极，所述正面金属电极与局部p型重掺杂区的位置相对应。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的n型电池制备方法，使用硼掺杂剂加高温推进的方法制作电池正面选择性发射结的p型重掺杂区，在电池正面p型重掺杂区外制作选择性发射结的p型轻掺杂区，制作p型轻掺杂区之前使用碱制绒的方法刻蚀去除重掺杂过程中硼元素从硼掺杂剂中挥发形成不均匀的轻扩散层并生成绒面。通过此方法制备的n型电池正面选择性发射结的轻掺杂区和重掺杂区的表面形貌、表面浓度和掺杂深度可以单独控制，避免了硼元素从硼掺杂剂中挥发而形成的不均匀掺杂带来的负面影响，拓宽了不同金属化方案的选择，提升n型电池性能。
（2）本发明使用碱溶液刻蚀去除高温推进过程中因硼元素挥发形成的不均匀轻掺杂区时，在保留了局部重掺杂的p型区域同时还能腐蚀掉硼掺杂剂覆盖区域表面的富硼层，一方面能显著地降低结分流（junction shunting）现象，从而提高了电池的并联电阻并降低了电池的漏电，另一方面还能大大提升n型电池的性能。
（3）本发明所制备的n型电池，电池是由p型轻掺杂的发射结和高度高于轻掺杂区的局部p型重掺杂区组成的选择性发射结结构，电池背面掺杂层以及背面钝化层和金属化可以兼容其它n型电池的背面技术。相比其它n型电池，能够有效降低n型电池正面的接触电阻以及载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能。并且，本发明可根据所选择的正面金属电极制作方式确定所述局部p型重掺杂区的表面形貌，分别控制选择性发射结重掺杂区和轻掺杂区的表面形貌，便于对电池不同金属化方案的选择。
（4）本发明通过局部覆盖硼掺杂剂步骤结合高温推进步骤形成7E19cm-3以上的硼掺杂浓度，对于大多数掺杂方法来讲都能够实现；且由于硼浓度足够高，对碱溶液化学刻蚀工艺参数条件的窗口范围很宽，通过化学腐蚀步骤经过碱腐蚀后保留局部重掺杂区域易于实现，周边非必要轻扩散区容易完全刻蚀去除干净，具有非常高的可行性。相比其它n型电池正面发射结的制备方法，本发明具有流程简单、工艺窗口宽、设备成本投入小、应用前景广等特点。
附图说明
图1为本发明中n型电池制备流程示意图；
图2为本发明中n型电池的结构示意图；
图3为本发明中n型电池正面局部p型重掺杂和p型轻掺杂的掺杂曲线示意图。
具体实施方式
结合图1至图3所示，本发明提供一种n型电池制备方法，主要包括以下步骤：
1)选取一种(100)晶向的n型单晶硅片（以下简称n型硅片）进行表面结构化处理（制绒或抛光），以在n型硅片正面形成绒面结构或抛光结构。具体可选用碱抛光、碱制绒、酸制绒、反应离子刻蚀（RIE）等方法进行制绒或抛光，所选制绒或抛光方法以及制绒或抛光条件最终决定电池正面的选择性发射结重掺杂区的表面形貌。
2)在制绒或抛光后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂。具体可选用丝网印刷或打印的方式在n型硅片表面局部覆盖硼掺杂剂，硼掺杂剂可以是图案化的栅线状分布，局部覆盖在硅片表面且与正面电极的位置相对应（即位于待印刷正面电极正下方）。在n型硅片表面所使用的硼掺杂剂包括但不限于含硼浆料、硼墨（Ink）、掺硼硅粉。
3)将局部覆盖硼掺杂剂的n型硅片放入高温热处理设备中进行推进，形成局部p型重掺杂区。所述推进工艺方案可设置为：推进温度为750-1100℃，时间为30-120min，氮气流量为3000-20000sccm，氧气流量为0-20000sccm。推进工艺完成后局部p型重掺杂区内的硼元素表面浓度为7E19-1E22cm-3，结深为1-3um，方块电阻为20-80Ω/□。推进工艺完成后，局部p型重掺杂区之外的区域由于硼掺杂剂中硼的挥发而形成不均匀的表面浓度低于5E19cm-3的p型轻掺杂层，n型硅片表面掺杂层上方形成硼硅玻璃（BSG）。
4)通过化学刻蚀去除在高温推进中n型硅片表面生成的硼硅玻璃。具体可使用氢氟酸来刻蚀，氢氟酸刻蚀工艺条件为氢氟酸浓度为5-15%，清洗时间为10-30min。
5)对氢氟酸清洗后的n型硅片进行碱制绒，刻蚀去除n型硅片表面覆盖硼掺杂剂区域之外的由于硼掺杂剂中硼的挥发而在其他区域所形成不均匀的p型轻掺杂层，并形成随机金字塔状绒面。此过程中，局部p型重掺杂区及其表面形貌仍被保留。所述碱制绒条件：碱制绒液温度为50-80℃，制绒时间为5-10min，KOH或NaOH浓度为2-5%，制绒辅助化学品浓度为0.05-2%。其中，制绒辅助化学品是指制绒（碱制绒）添加剂，一般指以异丙醇为主的混合物，能够增强制绒过程碱腐蚀的各项异性比，改善制绒效果，此处制绒添加剂采用光伏行业常规的制绒添加剂即可。碱制绒结束后局部p型重掺杂区的高度高出其他未覆盖硼掺杂剂绒面区域0.5-2um。此步所选制绒条件最终决定电池轻掺杂区的表面形貌。
6)将碱制绒后的n型硅片进行硼掺杂，以在其正面形成p型轻掺杂区。可选地，通过三溴化硼管式硼扩散、硼离子注入、气相化学沉积等方法实现n型硅片的p型轻掺杂，同时在n型硅片表面形成一层硼硅玻璃。轻掺杂区硼元素的表面浓度低于重掺杂区的表面浓度，结深为0.3-1um，方块电阻为80-500Ω/□。
7)将上一步骤中所述的实施p型轻掺杂后的n型硅片进行背面抛光，刻蚀去除硅片背面和边沿在p型轻掺杂过程中因绕扩所形成的p型掺杂层，并在硅片背面形成抛光形貌。具体可采用水上漂的方法，使用碱抛光刻蚀或酸刻蚀的方式进行实现，且刻蚀后硅片正面硼硅玻璃仍被保留，以便阻挡n型硅片背面掺杂层。
其中，碱抛光刻蚀方式如下：先使用氢氟酸水上漂的方法将硅片背面的硼硅玻璃去除干净，再使用氢氧化钾或氢氧化钠水溶液对硅片背面进行抛光，其中，碱浓度3-15%，溶液温度50-80℃，时间30s-600s。
其中，酸刻蚀方式如下：通过氢氟酸加硝酸混合溶液水上漂的方法对硅片背面进行腐蚀，其中，氢氟酸浓度4-14%,硝酸浓度15-40%，溶液温度2-20℃，刻蚀时间为3-60s。
8)在所述n型硅片背面制作背面掺杂层。可选地，背面掺杂层可以是磷掺杂的全面积背场结构（n型PERT电池结构）、局部磷掺杂的背场结构（n型PERL电池结构）、隧穿氧化钝化接触结构（n型TOPCon电池结构）。
若选择磷掺杂的全面积背场结构，可选择管式磷扩散、磷源旋涂、磷离子注入、气相化学沉积的方法实现。全背场磷扩散的方块电阻为20-100Ω/□。
若选择磷掺杂的局部背场结构，可选择磷掺杂剂、磷离子注入、掩模刻蚀的方法实现。局部磷扩散的方块电阻为15-80Ω/□。
若选择隧穿氧化钝化接触结构，隧穿氧化钝化接触结构包含超薄隧穿氧化层，以及掺磷多晶硅层。
可选地，超薄隧穿氧化层制作方式可通过热硝酸氧化，臭氧氧化，热氧化，等离子体增强化学气相沉积等方式实现。超薄隧穿氧化层厚度1-2nm，折射率是1.45-1.5左右。
可选地，掺磷多晶硅层的制备方式主要有两种路线的制备方法，也不局限于此。第一种技术路线，通过低压化学气相沉积、等离子增强气相沉积或物理气相沉积等工艺沉积本征非晶硅；然后采用三氯氧磷(POCl3)扩散，在扩散中完成非晶硅到多晶硅的充分转变，也完成多晶硅薄膜内的磷掺杂；也可以采用离子注入磷（PH3），然后高温退火，在退火中完成非晶硅到多晶硅的充分转变以及磷掺杂的充分激活和在多晶硅薄膜内的再分布。第二种技术路线，是在等离子增强气相沉积非晶硅的时候，通入磷烷(PH3)实现在线掺杂磷，具体的工艺气体是硅烷（SiH4）、氢气和磷烷，以及氮气。然后进行高温退火，在退火中完成非晶硅到多晶硅的充分转变以及磷掺杂的充分激活和在多晶硅薄膜内的再分布。退火工艺可以采用炉管退火、链式炉快速热处理退火等，退火工艺参数的选择需要兼顾非晶硅到多晶硅的充分转变，以及掺杂磷的充分激活和在多晶硅薄膜内的再分布。在上述制备完成后，掺磷多晶硅薄膜的厚度是30-200nm，磷掺杂浓度1E19-1E21cm-3。
9)在n型硅片背面掺杂层上制作背面钝化层。背面钝化层可以是通过等离子体增强化学气相沉积方法在硅片背面沉积的一层氮化硅，氮化硅层的厚度为80-150nm，折射率为1.9-2.25。在所述n型硅片正面制作钝化减反层，可以是氧化铝、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氟化镁、硫化锌中的一种或多种叠加。可选地，正面钝化减反层厚度为50-200nm，折射率为1.5-2.3。
10)在所述n型硅片正面和背面制作金属电极。所述n型硅片正面可以是栅线状金属电极，正面金属电极位于局部p型重掺杂区域正上方；n型硅片背面电极同样可以是栅线状金属电极，其中若背面掺杂层为背面局部磷背场结构，背面金属电极位于背面局部磷背场区域正上方。金属电极制作方式可选择电镀、蒸镀、丝网印刷等方法实现，本发明可根据正面金属电极所选的制作方法匹配重掺杂区的表面形貌，即根据该步骤所要采用的电极制作方法确定步骤1）中表面结构化处理的具体方式。
至此，完成n型电池的制备，制得的n型电池结构可参见图2所示，其主要包括：单晶n型硅片（n型硅衬底）1、局部p型重掺杂区2、p型轻掺杂区、正面钝化减反层4、正面金属电极5、n型掺杂层6（可以是全面积磷背场结构、局部磷背场结构、隧穿氧化钝化接触结构）、背面钝化层7和背面金属电极8。
本发明利用上述步骤2）所使用硼掺杂剂结合步骤3）步高温推进工艺在硅片正面形成局部p型重掺杂区。步骤2）在硅片表面所印刷的硼掺杂剂中的硼元素在经过步骤3）高温推进过程中既会向硅片内部扩散也会向气氛中扩散，向气氛中扩散的硼元素会扩散进入未印刷硼掺杂剂的区域形成二次扩散，未印刷硼掺杂剂的区域中掺杂的硼元素浓度极不均匀，其浓度分布与位置关系很大，越靠近印刷硼掺杂剂区域，硅片表面的硼元素浓度越高。这种不均匀的硼掺杂对载流子的收集有着负面影响同时会增大载流子在该区域的复合速率。
步骤2）所使用硼掺杂剂应尽量满足高硼含量，通过步骤3）高温推进后硅片表面重掺杂区域的硼元素的浓度达到7E19cm-3以上以便步骤5）顺利进行，否则在步骤5）碱腐蚀步骤中重掺杂区也可能会被腐蚀掉。同时，步骤2）所使用硼掺杂剂需满足低的挥发性，以降低在未印刷硼掺杂剂区域形成的轻扩散浓度。例如，可选用帝人株式会社的“NanoGram”硅浆。一般情况下，未印刷硼掺杂剂的区域由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的轻掺杂浓度，要比印刷硼浆区域的硼掺杂浓度低1个数量级以上，通常在5E19cm-3以下。
利用步骤5）碱制绒将硅片表面局部p型重掺杂区以外的由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的轻扩散层进行刻蚀去除。由于步骤3）高温推进之后印刷硼掺杂剂区域的掺杂为重掺杂（硼表面浓度7E19cm-3以上），随着在晶硅表面硼掺杂浓度的增加，硅与碱性化学溶液反应速率越来越低（重掺硼的晶硅在碱绒液中的反应速度可比未掺杂硼的晶硅在碱绒液中反应速率低1个数量级以上）。当晶硅表面的硼掺杂浓度达到7E19cm-3以上后，晶硅与碱性化学溶液反应速度极慢，在经过步骤5）碱制绒后局部p型重掺杂区只有表面很薄一层被腐蚀掉。而在步骤3）高温推进过程中未印刷硼掺杂剂的区域由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的轻扩散层，由于硼元素浓度较低，在碱性溶液中易被腐蚀，因此经过步骤5）碱制绒后该区域中的硼元素被完全刻蚀去除并重新生成绒面结构，该绒面生成过程不会对局部p型重掺杂区造成影响，因而该区域绒面结构与局部p型重掺杂区的表面形貌能够单独控制。
下面结合附图及具体的实施例对本发明作进一步说明，该实施例仅作为本发明实施方法一种举例说明，以便于理解。
实施例1 ：一种背面掺杂层为全面积磷掺杂的背场结构（也即n型PERT电池的背面结构）的n型电池制备方法。主要包括以下步骤：
1)使用碱制绒的方法对一种（100）晶向的n型单晶硅片进行制绒，以在n型硅片正面形成随机金字塔形貌的绒面结构。
2)使用丝网印刷的方法在制绒后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂，硼掺杂剂按等间距的栅线状分布，栅线宽度约40um，栅线间距约1.5mm，局部覆盖硼掺杂剂在硅片表面位于待印刷的金属正面电极正下方。在n型硅片表面所使用的硼掺杂剂为硼墨。
3)将局部覆盖硼掺杂剂的n型硅片放入高温炉中进行推进，形成正面的局部p型重掺杂区。所述推进工艺方案可设置为：推进温度为930℃，推进时间为120min，氮气流量为20000sccm，氧气流量为0sccm。推进工艺完成后局部p型重掺杂区内的硼元素表面浓度为6E21cm-3，结深为1.2um。推进工艺完成后局部p型重掺杂区之外的区域形成的由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的p型轻掺杂浓度层，表面浓度低于1E19cm-3，n型硅片表面掺杂层上方形成硼硅玻璃。
4)使用氢氟酸刻蚀的方法去除在高温推进中n型硅片表面生成的硼硅玻璃。氢氟酸清洗条件为氢氟酸浓度为5%，清洗时间为30min。
5)对氢氟酸清洗后的n型硅片进行碱制绒，刻蚀去除n型硅片表面未覆盖硼掺杂剂区域处由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的p型轻掺杂浓度层，并在该区域形成随机金字塔状绒面，同时局部p型重掺杂区及其表面形貌仍然保留。所述碱制绒工艺条件：碱制绒液温度为60℃，制绒时间为10min，KOH浓度为2%，制绒辅助化学品浓度为0.05%。在碱制绒结束后，局部p型重掺杂区高度高出其他未覆盖硼掺杂的绒面区域0.5um。
6)使用三溴化硼管式硼扩散的方法将碱制绒后的n型硅片进行轻掺杂，在其正面形成轻掺杂的p型发射结，同时在n型硅片表面形成一层硼硅玻璃。轻掺杂区的表面浓度为2E19cm-3，结深为0.6um。
7)使用酸刻蚀的方法将上述步骤6）完成后的n型硅片进行背面抛光，刻蚀去除硅片背面和边缘在步骤6）中的p型轻掺杂过程中所带来的绕扩p型掺杂层，并在硅片背面形成抛光面。
酸刻蚀条件如下：通过氢氟酸加硝酸混合溶液水上漂的方法对硅片背面进行单面刻蚀，氢氟酸浓度为4%，硝酸浓度为40%，溶液温度为8℃，刻蚀时间为10s，单面酸刻蚀后硅片正面的硼硅玻璃仍被保留。
8)使用管式三氯氧磷扩散的方法在所述n型硅片背面制作背面掺杂层。背面掺杂层为全背场磷扩散结（n型PERT电池结构）。全背场磷扩散结的方块电阻为40Ω/□。在制作背面掺杂层完成后，一部分磷会绕掺杂到在n型硅片正面的硼硅玻璃上面。
9)在所述n型硅片背面掺杂层上制作背面钝化层。背面钝化层可为通过等离子体增强化学气相沉积方法在硅片背面沉积的一层氮化硅，氮化硅层的厚度为100nm，折射率为1.9。
10)在所述n型硅片正面制作正面钝化减反层，钝化减反层可以是氧化铝和氮化硅的叠层，氧化铝层位于氮化硅层下方，其中氧化铝5nm，氮化硅70nm。
11)使用丝网印刷的方法在所述n型硅片正面和背面制作金属电极。其中正面金属电极采用银铝浆，电极图案设计采用等间距的栅线状分布，栅线宽度约为25um，栅线间距约为1.5mm，正面金属电极位于局部p型重掺杂区域正上方； 其中背面金属电极采用银浆，其图案设计为等间距的栅线状分布，栅线宽度约为30um，栅线间距约为1mm。
本实施例提供的一种n型电池，电池正面发射结为由p型轻掺杂区和高度高于p型轻掺杂区且深度深于轻掺杂区的p型重掺杂区组成的选择性发射结，电池背面掺杂层为全面积的磷背场结构（n型PERT电池结构）。与其他传统的n型PERT电池相比，本发明的实施例给出的n型电池能够有效降低电池正面的接触电阻以及光生载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能；且电池正面选择性发射结的重掺杂区表面形貌为随机金字塔的绒面结构，有利于丝网印刷金属化方法所形成的金属半导体欧姆接触性能。
实施例2 ：一种背面掺杂层为背面局部磷背场结构（也就是n型PERL电池的背面结构）的n型电池制备方法。主要包括以下步骤：
1)使用抛光的方法对一种（100）晶向的n型单晶硅片进行抛光，以在n型硅片正面形成抛光表面。
2)使用打印的方法在抛光后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂，硼掺杂剂按等间距的栅线状分布，栅线宽度约20um，栅线间距约1mm，局部覆盖硼掺杂剂在硅片表面位于正面金属电极正下方。在n型硅片表面所使用的硼掺杂剂为掺硼硅粉。
3)将局部覆盖硼掺杂剂的n型硅片放入高温炉中进行推进，形成局部p型重掺杂区。所述推进工艺方案可设置为：推进温度为1080℃，推进时间为120min，氮气流量为10000sccm，氧气流量为5000sccm。推进工艺完成后局部p型重掺杂区内的硼元素表面浓度为8E21cm-3，结深为3um。推进工艺完成后局部p型重掺杂区之外的由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的轻扩散层中硼表面浓度低于1E19cm-3，n型硅片表面掺杂层上方形成硼硅玻璃。
4)使用氢氟酸刻蚀的方法去除在高温推进中n型硅片表面生成的硼硅玻璃。氢氟酸刻蚀的工艺条件为氢氟酸浓度为12%，清洗时间为10min。
5)对氢氟酸清洗后的n型硅片进行碱制绒，刻蚀去除n型硅片表面未覆盖硼掺杂剂区域处由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的p型轻掺杂浓度层，并在该区域形成随机金字塔状绒面，同时局部p型重掺杂区及其表面形貌仍然保留。所述碱制绒条件：碱制绒液温度为70℃，制绒时间为7min，KOH浓度为3%，制绒辅助化学品浓度为0.05%。碱制绒结束后局部p型重掺杂区高度高出其他未覆盖硼掺杂的绒面区域2um。
6)使用三溴化硼管式硼扩散的方法将碱制绒后的n型硅片进行轻掺杂，在其正面形成轻掺杂的p型发射结，同时在n型硅片表面形成一层硼硅玻璃。轻掺杂区的表面浓度为3E19cm-3，结深为0.7um。
7)使用碱抛光的方法将上述步骤6）后的n型硅片进行背面抛光，刻蚀去除在步骤6）中p型轻掺杂过程中绕扩到硅片背面和边缘的p型掺杂层，并在硅片背面形成抛光面形貌。碱抛光工艺条件如下：先使用氢氟酸水上漂的方法将硅片背面的硼硅玻璃去除干净，再使用氢氧化钾溶液对硅片背面进行抛光，碱浓度为3%，溶液温度为80℃，时间300s。抛光后硅片正面的硼硅玻璃仍被保留。
8)使用磷离子注入的方法在所述n型硅片背面制作背面掺杂层。背面掺杂层为等间距栅线状分布的局部磷背场结构（也就是n型PERL电池的背面结构）。离子注入中需要采用掩膜版技术来实现局部磷背场的掺杂。栅线宽度为30um，栅线间距为1mm，局部磷背场的方块电阻为20Ω/□。
9)在所述n型硅片背面掺杂层上制作背面钝化层。背面钝化层可为通过等离子体增强化学气相沉积方法在硅片背面沉积的一层氮氧化硅，厚度为130nm，折射率为1.7。
10)在所述n型硅片正面制作钝化减反层，钝化减反层可以是氧化铝和氮化硅的叠层，氧化铝层位于氮化硅层下方，其中氧化铝5nm，氮化硅70nm。
11)使用蒸镀的方法在所述n型硅片正面和背面制作金属电极。其中，正面金属电极采用铝，图案设计为等间距的栅线状分布，栅线宽度约为20um，栅线间距约为1mm，正面金属电极位于局部p型重掺杂区域正上方；其中，背面金属电极采用银，图案设计采用等间距的栅线状分布，栅线宽度约为30um，栅线间距约为1mm，背面金属电极位于局部磷背场区域的正上方。
本实施例提供一种n型电池，电池正面发射结为由p型轻掺杂区和高度高于p型轻掺杂区且深度深于轻掺杂区的p型重掺杂区组成的选择性发射结，电池背面掺杂层为背面局部磷背场结构（也即n型PERL电池的背面结构）。与其他传统的n型PERL电池相比，本实施例所述的n型电池能够有效降低电池正面的接触电阻以及光生载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能；且选择性发射结重掺杂区表面形貌为抛光结构，有利于蒸镀的金属化方法所形成的接触性能。
实施例3：一种背面掺杂层为隧穿氧化钝化接触结构（也即n型TOPCon电池的背面结构）的n型电池制备方法。主要包括以下步骤：
1)使用碱制绒的方法对一种（100）晶向的n型单晶硅片进行制绒，以在n型硅片正面形成随机金字塔形貌的绒面结构。
2)使用丝网印刷的方法在制绒后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂，硼掺杂剂按等间距的栅线状分布，栅线宽度约40um，栅线间距约1.5mm，局部覆盖硼掺杂剂在硅片表面位于待印刷正面电极正下方。在n型硅片表面所使用的硼掺杂剂为含硼浆料。
3)将局部覆盖硼掺杂剂的n型硅片放入高温炉中进行推进，形成局部p型重掺杂区。所述推进工艺方案可设置为：推进温度为930℃，推进时间为120min，氮气流量为20000sccm，氧气流量为0sccm。推进工艺完成后局部p型重掺杂区内的硼元素表面浓度为6E21cm-3，结深为1.2um。推进工艺完成后局部p型重掺杂区之外未覆盖硼掺杂剂区域处由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的p型轻掺杂浓度层中，硼表面浓度低于1E19cm-3。n型硅片表面掺杂层上方形成硼硅玻璃。
4)使用氢氟酸刻蚀的方法去除在高温推进中n型硅片表面生成的硼硅玻璃。氢氟酸刻蚀工艺条件为氢氟酸浓度为5%，清洗时间为30min。
5)对氢氟酸清洗后的n型硅片进行碱制绒，刻蚀去除n型硅片正面未覆盖硼掺杂剂区域处由于硼掺杂剂中的硼挥发而形成的p型轻掺杂浓度层，并在这些区域形成随机金字塔形貌的绒面，同时局部p型重掺杂区及其表面形貌仍然保留。所述碱制绒条件：碱制绒液温度为60℃，制绒时间为10min，KOH浓度为2%，制绒辅助化学品浓度为0.05%。碱制绒结束后，局部p型重掺杂区高度高出其他未覆盖硼掺杂的绒面区域0.5um。
6)使用三溴化硼管式硼扩散的方法将碱制绒后的n型硅片进行轻掺杂，在其正面形成轻掺杂的p型发射结，同时在n型硅片表面形成一层硼硅玻璃。轻掺杂区的表面浓度为2E19cm-3，结深为0.5um。
7)使用酸刻蚀的方法将上述步骤6）后的n型硅片进行背面抛光，刻蚀去除在步骤6）中p型轻掺杂过程中绕扩到硅片背面和边缘的p型掺杂层，并在硅片背面形成抛光面形貌。其中，酸刻蚀工艺条件如下：通过氢氟酸加硝酸混合溶液水上漂的方法对硅片背面进行刻蚀，氢氟酸浓度为4%，硝酸浓度为40%，溶液温度为8℃，刻蚀时间为10s，酸刻蚀后硅片正面硼硅玻璃仍被保留。
8)在所述n型硅片背面制作背面掺杂层。背面掺杂层为隧穿氧化钝化接触结构（也即n型TOPCon电池的背面结构）。所述隧穿氧化钝化接触结构包含超薄隧穿氧化层，以及磷掺杂多晶硅层，超薄隧穿氧化层位于磷掺杂多晶硅层下方。
其中，超薄隧穿氧化层通过热氧化的方法制备，超薄隧穿氧化层厚度约为1.5nm。
其中，掺磷多晶硅层的制备，首先通过等离子增强化学气相沉积的方法，制备在线掺磷的非晶硅，然后通过热退火将非晶硅晶化为多晶硅，同时磷掺杂也得以激活并在多晶硅层内实现再分布。掺磷多晶硅厚度为约150nm，磷掺杂浓度2E20cm-3，方块电阻50Ω/□。
9)在制作背面掺杂层完成后，由于绕镀现象会有少量磷掺杂多晶硅沉积在n型硅片正面硼硅玻璃上面。可以在氢氟酸刻蚀正面硼硅玻璃的时候，一并刻蚀去除掉，氢氟酸刻蚀工艺条件为氢氟酸浓度为8%，清洗时间为25min。
10)在n型硅片背面的隧穿氧化钝化接触结构的基础上，再继续制备一层氮化硅，可以通过等离子体增强化学气相沉积方法实现。氮化硅厚度为100nm，折射率为2.05。
11)在所述n型硅片正面制作钝化减反层，钝化减反层可以是氧化铝和氮化硅的叠层，氧化铝层位于氮化硅层下方，其中氧化铝5nm，氮化硅70nm。
12)使用丝网印刷的方法在所述n型硅片正面和背面制作金属电极。其中，正面金属电极采用银浆，图案设计是等间距的栅线状分布，栅线宽度约为25um，栅线间距约为1.5mm，正面金属电极位于局部p型重掺杂区域正上方；其中，背面金属电极采用银浆，图案设计采用等间距的栅线状分布，栅线宽度约为30um，栅线间距约为1mm。
本实施例提供一种n型电池，电池正面发射结为由p型轻掺杂区和高度高于p型轻掺杂区且深度深于轻掺杂区的p型重掺杂区组成的选择性发射结，电池背面掺杂层为隧穿氧化钝化接触结构（也即n型TOPCon电池背面结构）。与传统的n型TOPCon电池相比，本实例给出的n型电池能够有效降低电池正面的接触电阻以及光生载流子在电池正面的复合损失，进而提升电池性能。选择性发射结重掺杂区表面形貌为随机金字塔形貌的绒面结构，有利于丝网印刷金属化方法所形成的金属半导体欧姆接触性能。
最后需要说明的是，以上对本发明所提供的n 型电池以及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体案例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种n型电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取一种(100)晶向n型单晶硅片，对所述n型硅片进行表面结构化处理，以在硅片表面形成特定形貌；
在结构化处理后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂，并对所述n型硅片进行高温推进，以在其正面形成局部p型重掺杂区，所述局部p型重掺杂区中硼元素的表面浓度为7E19-1E22cm-3；
去除高温推进过程中n型硅片表面形成的硼硅玻璃，然后对所述n型硅片进行碱制绒，刻蚀掉高温推进过程中未覆盖硼掺杂剂的晶硅区域因硼掺杂剂中的硼元素挥发而形成的轻扩散层，并在所述晶硅区域表面形成绒面结构，在此过程中，所述局部p型重掺杂区仍保留原有的表面形貌；
对碱制绒后的n型硅片的正面进行硼的轻掺杂，以形成p型轻掺杂区，所述p型轻掺杂区硼的表面浓度低于局部p型重掺杂区硼的表面浓度，高度低于局部p型重掺杂区的高度；
在所述n型硅片背面制作n型掺杂层，所述n型掺杂层为全面积的磷掺杂背场结构、局部磷掺杂背场结构、钝化接触结构中的任意一种；
在所述n型硅片正面制作钝化减反射层，在背面制作钝化层；
在所述n型硅片正面和背面制作金属电极，所述正面金属电极与局部p型重掺杂区相对应。
2.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，采用丝网印刷或打印的方式在结构化处理后的n型硅片正面局部覆盖硼掺杂剂；所述硼掺杂剂包括但不限于含硼浆料、硼墨和掺硼硅粉。
3.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，所述碱制绒的条件为：碱制绒液采用浓度为2-5%的氢氧化钾或氢氧化钠溶液，碱制绒液温度为50-80℃，制绒时间为5-10min。
4.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，碱制绒结束后，所述局部p型重掺杂区的高度高于绒面结构的p型轻掺杂区0.5-2um。
5.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，所述局部p型重掺杂区的结深深于所述p型轻掺杂区。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温推进的工艺方案为：推进温度为750-1100℃，推进时间为30-120min，氮气流量为3000-20000sccm，氧气流量为0-20000sccm；高温推进工艺完成后，所述局部p型重掺杂区的结深为1-3um，方块电阻为20-80Ω/□。
7.如权利要求6所述的n型电池制备方法，其特征在于，所述轻掺杂选用三溴化硼管式硼扩散、硼离子注入、气相化学沉积方法中的任意一种实现，所述p型轻掺杂区的结深为0.3-1um，方块电阻为100-250Ω/□。
8.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，所述局部p型重掺杂区是图案化的，所述图案与正面金属电极图案相对应。
9.如权利要求1所述的n型电池制备方法，其特征在于，所述金属电极的制作方式包括丝网印刷、电镀或物理气相沉积；所述金属电极制作方式为电镀或物理气相沉积时，所述表面结构化处理采用抛光方式，从而在局部p型重掺杂区形成抛光结构；所述金属电极制作方式为丝网印刷时，所述表面结构化处理采用制绒方式，从而在局部p型重掺杂区形成绒面结构。
10.一种n型电池，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项所述的方法制备，所述n型电池包括：
单晶n型硅片；
位于所述n型硅片正面的p型掺杂层，所述p型掺杂层包括局部p型重掺杂区和p型轻掺杂区，所述局部p型重掺杂区的高度高于其他轻掺杂的p型发射结区域0.5-2um；所述局部p型重掺杂区的结深为1-3um，方块电阻为20-80Ω/□；所p型轻掺杂区的结深为0.3-1um，方块电阻为80-500Ω/□；
位于所述n型硅片背面的n型掺杂层，所述n型掺杂层为全面积的磷掺杂背场结构、局部磷掺杂背场结构、钝化接触结构中的任意一种；
位于所述p型掺杂层上的正面钝化减反射层；
位于所述n型掺杂层上的背面钝化层；
位于所述正面钝化减反射层上的正面金属电极，以及位于所述背面钝化层上的背面金属电极，所述正面金属电极与局部p型重掺杂区的位置相对应。
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