CN111564503A - 一种背结背接触太阳能电池结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本专利提供了一种一种背结背接触太阳能电池结构及其制备方法，所述电池结构自上而下依次包括：减反层(1)、钝化膜(2)、N+掺杂层(3)、N型硅衬底(4)、背面P+掺杂层(5)及Topcon结构和电池电极；所述背面P+掺杂层(5)及所述Topcon结构交叉分布在同一层；所述Topcon结构为超薄氧化层(6)和N+多晶硅/非晶硅层(7)；所述电池电极包括正电极(8)和负电极(9)；所述正电极(8)与P+掺杂层(5)接触；所述负电极(9)与所述N+多晶硅/非晶硅层(7)接触。通过改变现有技术背面掺杂层的N+背面掺杂区为Topcon结构，不但能提高电池开压同时没有增加工艺流程的复杂度，从根本上降低了电池的度电成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池领域，特别是背结背接触太阳能电池。
背景技术
随着太阳能电池在制绒、扩散、栅线数目及浆料的不断改善，电池效率有了大幅提高。相比其他电池类型，背结背接触太阳能电池因将电极栅线放置于背面而带来了光吸收增益，因此改善了短路电流。然而，在优化开路电压方面，除了常用的增加扩散方阻及主栅线数目的方法外，本发明提出了一种Topcon背结背接触太阳能电池结构及其制备方法，避免了N+掺杂区处与金属接触时的载流子复合，进而提高了电池的转换效率。同时通过改变电池结构及缩减工艺流程使电池生产成本降低。
目前背结背接触太阳能电池的工艺流程较复杂且生产成本居高不下，针对此情况，本发明通过改变电池结构及工艺制备方法来提高电池效率的同时并因工艺流程简化而降低电池生产成本。
发明内容
本发明在电池将半接触处实施Topcon工艺以降低表面载流子的复合，从而达到提高效率的目的。
本发明专利技术提出了一种背结背接触太阳能电池结构，所述电池结构自上而下依次包括：减反层(1)、钝化膜(2)、N+掺杂层(3)、N型硅衬底(4)、背面P+掺杂层(5)及Topcon结构和电池电极；所述背面P+掺杂层(5)及所述Topcon结构交叉分布在同一层；所述Topcon结构为超薄氧化层(6)和N+多晶硅/非晶硅层(7)；所述电池电极包括正电极(8)和负电极(9)；所述正电极(8)与P+掺杂层(5)接触；所述负电极(9)与所述N+多晶硅/非晶硅层(7)接触。
优选的，所述背面P+掺杂层(5)及所述Topcon结构下沉积减反层(1)。
一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，所述制备顺序依次为清洗制绒、制备Topcon结构、激光烧蚀、清洗、制备选择性发射极制备前表面场、清洗刻蚀、沉积减反层和金属化；
所述清洗制绒包括
1)将N型硅片放置于NaOH及H2O2液中进行硅片表面的机械损伤层和表面油污的清洗；
2)接着在NaOH及制绒添加剂混合液中进行硅片表面织构化处理；
3)接着在HCl/HF混酸液中进行硅片表面所沾NaOH液的中和、金属离子及氧化层的清洗；
4)在O3和HCl混合液中进行高效清洗；
5)在碱液中进行酸中和处理；
6)最后进行预脱水及热烘干处理；
所述制作Topcon结构过程包括
1)在所述激光开孔完成的硅片背面利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成超薄钝化氧化硅层，得到钝化隧穿层；
2)通过低压化学气相沉积法(LPCVD)，以硅烷气体、氢气源在钝化隧穿层上进行沉积，形成多晶硅/非晶硅薄膜层；
3)在离子注入设备进行磷掺杂，形成N型非晶硅/多晶硅层；
4)将硅片进行RCA清洗，去除表面金属离子等污物；
5)再将硅片进行退火工艺，形成PSG钝化层；
所述激光开孔为用激光烧蚀法在电池背面进行选择性发射极区的开窗，并依次经过HF液、水洗、KOH+H2O2液、水洗、HCl及HF混液和水洗，最后经烘干槽烘干，以去除激光打孔给硅衬底带来的损伤层；
所述沉积掩膜层为通过PECVD在Topcon结构沉积SiNx膜；
所述制备选择性发射极包括
将硅片单槽正面贴正面放置，在三溴化硼、氧气氛围内对电池进行硼扩散，并形成BSG钝化层；
所述制备前表面场包括
1)将所述完成以上步骤的硅片按照单槽双片背面贴背面放置，在三氯氧磷、N2氛围下进行磷扩散，形成前表面场和PSG钝化层；
2)所述清洗为将所述硅片放入槽式湿法设备中，依次经过HF/HCl液、水洗、KOH及H2O2液、水洗、慢提拉及烘干槽，同时去除BSG及PSG层；
3)所述沉积减反射膜为在PECVD上首先完成所述N型硅片正面镀膜，其次将硅片翻转面后进行背面镀膜；
所述金属化包括五步印刷为
1)第一道印刷点断式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料，在导出电子和空穴的前提下，并保持较低的接触电阻和良好的表面钝化能力；
2)第二道印刷线式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料；
3)第三道印刷绝缘浆料；
4)第四道叠印一层绝缘浆料，使主栅线与副栅线的能更好的选择性连接；
5)第五道印刷主栅线银铝浆，将副栅线收集的电流通过主栅线导出。
优选的，所述制备选择性发射极的硼扩散方阻为130-150Ω/□，扩散温度为700-1100℃，所述制备选择性发射极的扩散炉温度为700-900℃。
优选的，所述制作Topcon过程的钝化隧穿层厚度为0.8-2.8nm。
优选的，所述制作Topcon过程的磷掺杂硅薄膜厚度为10-950nm，沉积温度范围为150-355℃，掺杂浓度为3e20-10e20，沉积压力为0.05-1.0torr。
优选的，所述磷扩散制前表面场的扩散方阻为130-150Ω/□，扩散温度为700-1100℃；扩散炉温度为700-900℃。
本发明与现有技术相比存在以下优点和积极效果：
本发明专利涉及背结背接触太阳能电池结构，通过改变现有技术背面掺杂层的N+背面掺杂区为Topcon结构，不但能提高电池开压同时没有增加工艺流程的复杂度，从根本上降低了电池的度电成本；背结背接触太阳能电池的制备方法，通过改变制绒工序在整个工艺流程的顺序，可以获得全绒面的Topcon背结背接触太阳能电池结构，同时也增大了电池的双面光学吸收能力实现电池短路电流参数的提升。
附图说明
图1是背结背接触太阳能电池结构；
图2 Topcon背结背接触太阳能电池的制备方法。
具体实施方式
实施例
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明专利技术提出了一种背结背接触太阳能电池结构及其制备方法，电池结构自上而下依次包括：正面减反层(1)/钝化膜(2)、N+掺杂层(3)、N型硅衬底(4)、背面P+掺杂层(5)及Topcon结构(超薄氧化层6及N+多/非晶硅7)和电池电极：其中，所述的电池电极包括正电极(8)和负电极(9)，正极局部接触电极与P+掺杂层接触，用于导出空穴载流子；负极局部接触电极与N+多晶硅或N+非晶硅接触，用于导出N+区的电子。制备方法特征在于，工艺顺序依次为：清洗制绒、制备选择性发射极、刻蚀、沉积掩膜层、激光开孔、湿法刻蚀、Topcon制作、磷扩散制前表面场、刻蚀、镀SiNx膜和金属化。
所述清洗制绒主要包括：
(1)将N型硅片放置NaOH及H2O2液中进行硅片表面的机械损伤层和表面油污的清洗；
(2)在NaOH及API液中进行硅片表面织构化处理；
(3)在HCl/HF混酸液中进行硅片表面所沾NaOH液的中和、金属离子及氧化层的清洗；
(4)在O3、HCl及HF酸液中进行清洗；
(5)在碱液中进行酸中和处理；
(6)进行预脱水及热烘干处理；
所述制备选择性发射极包括：
(7)将步骤2)制绒后的硅片正面面贴面放置，在三溴化硼氛围内对电池进行硼扩散，扩散方阻为130-150Ω/□,扩散温度为700-1100℃；
(8)在扩散炉温度降至700-900℃时，通氧气形成硼硅玻璃；
所述刻蚀包括：
(9)将硅片背面朝下，通过链式湿法刻蚀掉背面BSG层和绕镀区，保证背面硼扩散面方阻均匀性及上下表面断路；
所述沉积掩膜层包括：
(10)通过PECVD在电池背面沉积SiNx,为保护发射极区不被再次污染；
所述激光开孔包括：
(11)通过自对准后，用激光烧蚀法在电池背面进行Topcon区的开窗；
(12)依次经过HF液、水洗、KOH+H2O2液、水洗、HCl及HF混液、水洗及烘干槽，去除激光打孔给硅衬底带来的损伤层；
所述制作Topcon过程包括：
(13)在步骤6)完成的硅片背面利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成超薄钝化氧化硅层，得到钝化隧穿层，厚度为0.8-2.8nm；
(14)通过低压化学气相沉积法(LPCVD)，以硅烷气体和磷烷、氢气源在钝化隧穿层上进行沉积，形成磷掺杂硅薄膜层，得到磷掺杂硅薄膜,厚度为10-950nm,沉积温度范围为150-355℃，掺杂浓度为3e20-10e20,沉积压力为0.05-1.0torr；
所述磷扩散制前表面场包括：
(15)将硅片背面面贴面放置，在三氯氧磷、N2氛围下进行磷扩，形成前表面场，扩散方阻为130-150Ω/□,扩散温度为700-1100℃；
(16)在扩散炉温度降至700-900℃时，通氧气形成磷硅玻璃层；
所述刻蚀包括：
(17)将硅片磷扩散面朝下放置刻蚀机滚轴上完成正表面PSG的和绕镀区的刻蚀；
所述沉积减反射膜包括：
(18)在PECVD上首先完成硅片正面镀膜，其次将硅片翻转面后完成背面镀膜，其特征在于：避免正面绒面不被上下料输运时传送带对其的磨损；
所述金属化包括五步印刷，分别为：
(19)第一道印刷点断式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料，其特征在于：在导出电子和空穴的前提下，并保持较低的接触电阻和良好的表面钝化能力；
(20)第二道印刷直线式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料；
(21)第三道印刷绝缘浆料；
(22)第四道叠印一层绝缘浆料，其特征在于：使主栅线与副栅线的能更好的选择性连接；
(23)第五道印刷主栅线银铝浆，其特征在于：将副栅线收集的载流子导出主栅线。
本发明专利设计Topcon的背结背接触太阳能电池结构及其制备方法，工艺流程相比Sunpower,乐叶公司的背结背接触太阳能电池生产路线，复杂度显著下降，在效率相当的前提下，极大的降低了电池的生产成本并显著方便了在电池产线调试期出现问题的工艺源排查。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种背结背接触太阳能电池结构，其特征在于，所述电池结构自上而下依次包括：减反层(1)、钝化膜(2)、N+掺杂层(3)、N型硅衬底(4)、背面P+掺杂层(5)及Topcon结构和电池电极；所述背面P+掺杂层(5)及所述Topcon结构交叉分布在同一层；所述Topcon结构为超薄氧化层(6)和N+多晶硅/非晶硅层(7)；所述电池电极包括正电极(8)和负电极(9)；所述正电极(8)与P+掺杂层(5)接触；所述负电极(9)与所述N+多晶硅/非晶硅层(7)接触。
2.根据权利要求1所述的一种背结背接触太阳能电池结构，其特征在于，所述背面P+掺杂层(5)及所述Topcon结构下设置有减反层(1)。
3.一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述制备顺序依次为清洗制绒、制备Topcon结构、激光烧蚀、清洗、制备选择性发射极制备前表面场、清洗刻蚀、沉积减反层和金属化；
所述清洗制绒包括
1)将N型硅片放置于NaOH及H2O2液中进行硅片表面的机械损伤层和表面油污的清洗；
2)接着在NaOH及制绒添加剂混合液中进行硅片表面织构化处理；
3)接着在HCl/HF混酸液中进行硅片表面所沾NaOH液的中和、金属离子及氧化层的清洗；
4)在O3和HCl混合液中进行高效清洗；
5)在碱液中进行酸中和处理；
6)最后进行预脱水及热烘干处理；
所述制作Topcon结构过程包括
1)在所述激光开孔完成的硅片背面利用低压化学气相沉积法(LPCVD)形成超薄钝化氧化硅层，得到钝化隧穿层；
2)通过低压化学气相沉积法(LPCVD)，以硅烷气体、氢气源在钝化隧穿层上进行沉积，形成多晶硅/非晶硅薄膜层；
3)在离子注入设备进行磷掺杂，形成N型非晶硅/多晶硅层；
4)将硅片进行RCA清洗，去除表面金属离子等污物；
5)再将硅片进行退火工艺，形成PSG钝化层；
所述激光开孔为用激光烧蚀法在电池背面进行选择性发射极区的开窗，并依次经过HF液、水洗、KOH+H2O2液、水洗、HCl及HF混液和水洗，最后经烘干槽烘干，以去除激光打孔给硅衬底带来的损伤层；
所述沉积掩膜层为通过PECVD在Topcon结构沉积SiNx膜；
所述制备选择性发射极包括
将硅片单槽正面贴正面放置，在三溴化硼、氧气氛围内对电池进行硼扩散，并形成BSG钝化层；
所述制备前表面场包括
1)将所述完成以上步骤的硅片按照单槽双片背面贴背面放置，在三氯氧磷、N2氛围下进行磷扩散，形成前表面场和PSG钝化层；
2)所述清洗为将所述硅片放入槽式湿法设备中，依次经过HF/HCl液、水洗、KOH及H2O2液、水洗、慢提拉及烘干槽，同时去除BSG及PSG层；
3)所述沉积减反射膜为在PECVD上首先完成所述N型硅片正面镀膜，其次将硅片翻转面后进行背面镀膜；
所述金属化包括五步印刷为
1)第一道印刷点断式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料，在导出电子和空穴的前提下，并保持较低的接触电阻和良好的表面钝化能力；
2)第二道印刷线式副栅线银、铜、镀银铜、镀镍铜、镀锡铜或合金浆料；
3)第三道印刷绝缘浆料；
4)第四道叠印一层绝缘浆料，使主栅线与副栅线的能更好的选择性连接；
5)第五道印刷主栅线银铝浆，将副栅线收集的电流通过主栅线导出。
4.根据权利要求3所述的一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述制备选择性发射极的硼扩散方阻为130-150Ω/□，扩散温度为700-1100℃，所述制备选择性发射极的扩散炉温度为700-900℃。
5.根据权利要求3所述的一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述制作Topcon过程的钝化隧穿层厚度为0.8-2.8nm。
6.根据权利要求3所述的一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述制作Topcon过程的磷掺杂硅薄膜厚度为10-950nm，沉积温度范围为150-355℃，掺杂浓度为3e20-10e20，沉积压力为0.05-1.0torr。
7.根据权利要求3所述的一种背结背接触太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述磷扩散制前表面场的扩散方阻为130-150Ω/□，扩散温度为700-1100℃；扩散炉温度为700-900℃。
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