CN111653650A - 一种TOPCon电池生产片清洗参数优化及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于太阳能电池技术领域，提供了一种TOPCon电池生产片清洗参数优化及制备方法，包括：在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层，在所述硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层，在所述Poly硅层上进行磷扩散，制备得到调试片；使用氢氟酸对所述调试片进行预清洗，并根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。本发明能够解决现有技术TOPCon电池制备工艺中，对生产片的清洗参数不能准确把控，容易腐蚀poly硅层的问题，可以有效提高TOPCon电池的电学性能。

Description

一种TOPCon电池生产片清洗参数优化及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种TOPCon电池生产片清洗参数优化及制备方法。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化钝化接触)电池是一种新型钝化接触技术下的太阳能电池，该电池具有稳定性好、转化率高的特点，是目前高效N型电池的发展趋势。
在现有电池工艺中，通常需要使用HF(氢氟酸)腐蚀的方法，清洗去除电池正面的硼硅玻璃层。在常规工艺中，由于HF对硅本身的腐蚀速率非常低，并不会对电池造成较大损伤，但是TOPCon电池工艺中，多晶硅层(Poly硅层)比较薄，通常在100-300nm之间，且HF对多晶硅有相对较高的腐蚀速率，其浓度、温度、时间以及药液批次的波动，都可能造成背面poly硅的腐蚀，进而破坏硅片的钝化性能，降低TOPCon电池的电学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种TOPCon电池生产片清洗参数优化及制备方法，以解决现有技术TOPCon电池制备工艺中，对生产片的清洗参数不能准确把控，容易腐蚀poly硅层，影响TOPCon电池的电学性能的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，包括：
在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层，在硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层，在Poly硅层上进行磷扩散，制备得到调试片；
使用氢氟酸对该调试片进行预清洗；
根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。
可选的，在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层包括：
将硅片浸入在KON与H2O2的混合溶液、或NaOH与H2O2的混合溶液中去除损伤层；
将去除损伤层后的硅片浸入KON与异丙醇的混合溶液、或NaOH与异丙醇的混合溶液中进行制绒得到绒面硅片；
在900℃高温下对绒面硅片进行硼扩散形成硼硅玻璃层。
可选的，硼硅玻璃层的厚度为40-60nm。
可选的，在硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层包括：
采用低压力化学气相沉积法沉积氧化硅层，采用低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法沉积Poly硅层。
可选的，调试片Poly硅层的厚度与生产片Poly硅层的厚度相同，调试片Poly硅层的沉积方法与生产片Poly硅层的沉积方法一致。
可选的，硼扩散的硼源为三溴化硼，磷扩散的磷源为三氯氧磷。
可选的，使用氢氟酸对调试片进行预清洗包括：
将调试片置于浓度为5％-15％的氢氟酸中1-20min后，水洗并烘干。
可选的，根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化包括：
判断调试片的颜色是否发生变化；
若调试片的颜色没有发生变化，则表明调试片表面没有被破坏，根据调试片的清洗参数对生产片进行清洗；
若调试片的颜色发生变化，则表明调试片表面已经被破坏，对调试片的清洗参数进行调整后，再基于调整后的清洗参数对生产片进行清洗。
可选的，清洗参数包括氢氟酸浓度、氢氟酸温度和清洗时间。
本发明实施例的第二方面提供了一种TOPCon电池生产片制备方法，包括：
步骤一，对硅片进行双面碱制绒，形成绒面硅片；
步骤二，对绒面硅片的正面进行硼扩散，形成硼硅玻璃层；
步骤三，对绒面硅片的背面进行抛光及边缘刻蚀处理，去除硼扩散过程中绕扩到背面的硼掺杂层；
步骤四，在绒面硅片的背面先后沉积氧化硅层和Poly硅层；
步骤五，在Poly硅层上进行磷扩散；
步骤六，根据本发明实施例的第一方面提供的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化；
步骤七，根据优化后的TOPCon电池生产片的清洗参数清洗去除正面的硼硅玻璃层以及绕镀到正面的Poly硅层；
步骤八，正背面钝化；
步骤九，正背面丝网印刷，高温下烧结，完成电池生产片的制备。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明通过在对TOPCon电池生产片进行清洗前，先利用制备得到的调试片进行预清洗，由于调试片表层的poly硅叠加在硼硅玻璃层上，在经过氢氟酸腐蚀后，可以很容易根据颜色变化判断poly硅是否被腐蚀，进而对TOPCon电池生产片的清洗参数进行优化。本发明能够解决现有技术TOPCon电池制备工艺中，对生产片的清洗参数不能准确把控，容易腐蚀poly硅层的问题，可以有效提高TOPCon电池的电学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化的实现流程示意图；
图4是本发明实施例提供的TOPCon电池生产片制备方法的实现流程示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，其示出了TOPCon电池生产片清洗参数优化方法的实现流程示意图，详述如下：
步骤S101，在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层，在硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层，在Poly硅层上进行磷扩散，制备得到调试片。
在本发明实施例中，硅片为N型单晶硅片，硅片的表面可以是硅片的正面、硅片的背面、或者硅片的正面和背面。制绒的目的是增加硅片对光子的吸收，通过对硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层，在硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层，采用离子注入机在Poly硅层上进行磷扩散，可以制备得到衬底为硼硅玻璃层，外表面为Poly硅层的调试片。
步骤S102，使用氢氟酸对该调试片进行预清洗。
步骤S103，根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。
在本发明实施例中，由于衬底有硼硅玻璃层，在沉积了poly硅层后调试片的表面颜色均匀，经过预清洗后，如果调试片表层的poly硅被氢氟酸腐蚀，那么调试片的表面颜色就会发生变化，根据调试片的颜色变化可以对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。
可选的，参照图2所示，步骤S101中在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层具体包括以下步骤：
步骤S1011，将硅片浸入在KON与H2O2的混合溶液、或NaOH与H2O2的混合溶液中去除损伤层。
在本发明实施例中，可以将硅片浸入温度为60℃-85℃、质量分数为1-10％的KON与质量分数为1-6％的H2O2混合溶液，或温度为60℃-85℃、质量分数为1-10％的NaOH与质量分数为1-6％的H2O2混合溶液中去除硅片表面的损伤层。
步骤S1012，将去除损伤层后的硅片浸入KON与异丙醇的混合溶液、或NaOH与异丙醇的混合溶液中进行制绒得到绒面硅片。
在本发明实施例中，可以将步骤S1011中去除损伤层后的硅片浸入质量分数为1-3％的KON与体积分数为3-6％的异丙醇混合溶液、或质量分数为1-3％的NaON与体积分数为3-6％的异丙醇混合溶液中进行制绒得到绒面硅片，制绒的时间控制在20-30min。
步骤S1013，在900℃高温下对绒面硅片进行硼扩散形成硼硅玻璃层。
在本发明实施例中，可以将制绒后获得的绒面硅片载入到管式低压硼扩散炉管中，在900℃的高温下恒温15～20min完成表面硼扩散掺杂工艺，形成硼硅玻璃层。
可选的，硼硅玻璃层的厚度为40-60nm。
在本发明实施例中，为了能制备得到颜色均匀的调试片，硼硅玻璃层的厚度至少为40nm，而为了经过预清洗后能更好的观察到颜色变化，以检验当前清洗参数对poly硅层的腐蚀情况，硼硅玻璃层的厚度不超过60nm。
可选的，在硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层包括：
采用低压力化学气相沉积法沉积氧化硅层，采用低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法沉积Poly硅层。
在本发明实施例中，可以采用一台LCPVD设备通过低压力化学气相沉积法先后沉积氧化硅层和Poly硅层，也可以采用等离子体增强化学气相沉积法沉积Poly硅层。
可选的，调试片Poly硅层的厚度与生产片Poly硅层的厚度相同，调试片Poly硅层的沉积方法与生产片Poly硅层的沉积方法一致。
在本发明实施例中，Poly硅层的厚度不同会对调试片表面的颜色变化产生影响，而沉积方法不同生成的Poly硅层有所差异，会影响氢氟酸腐蚀的效率，为了能准确的体现清洗参数对生产片表面Poly硅层的影响，可以将调试片Poly硅层的厚度设置为与生产片Poly硅层的厚度相同，调试片Poly硅层的沉积方法设置为与生产片Poly硅层的沉积方法一致，尽可能的减小误差。
可选的，硼扩散的硼源为三溴化硼，磷扩散的磷源为三氯氧磷。
可选的，使用氢氟酸对调试片进行预清洗包括：
将调试片置于浓度为5％-15％的氢氟酸中1-20min后，水洗并烘干。
在本发明实施例中，为了满足实际生产中的需求，氢氟酸的浓度控制在5％-15％，腐蚀时间控制在1-20min。
可选的，参照图3所示，在步骤S103中，根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化可以包括以下步骤：
步骤S1031，判断调试片的颜色是否发生变化。
在本发明实施例中，由于衬底有硼硅玻璃层，在沉积了poly硅后的调试片表面颜色均匀(由于硼硅玻璃层的厚度不同，颜色可以表现为粉色或者绿色等)，经过预清洗后，可以通过调试片表面的颜色是否发生变化来判断poly硅是否被腐蚀。
步骤S1032，若调试片的颜色没有发生变化，则表明调试片表面没有被破坏，根据调试片的清洗参数对生产片进行清洗。
在本发明实施例中，若调试片的颜色没有发生变化，则表明调试片表面的poly硅层没有被氢氟酸腐蚀，当前清洗参数可以达到生产要求，可以直接将调试片的清洗参数应用到生产片的生产中去。
步骤S1033，若调试片的颜色发生变化，则表明调试片表面已经被破坏，对调试片的清洗参数进行调整后，再基于调整后的清洗参数对生产片进行清洗。
在本发明实施例中，若调试片的颜色发生变化，则表明调试片表面的poly硅层已经被氢氟酸腐蚀，需要对当前清洗参数进行调整后，再将调整后的调试片的清洗参数应用到生产片的生产中去。
可选的，清洗参数包括氢氟酸浓度、氢氟酸温度和清洗时间。
在本发明实施例中，清洗参数可以是氢氟酸浓度、氢氟酸温度和清洗时间，相应的，对当前清洗参数进行调整可以包括：降低氢氟酸浓度、降低氢氟酸温度或减少清洗时间等。
图4是本发明实施例提供的TOPCon电池生产片制备方法的实现流程示意图，如图4所示，该制备方法具体包括以下步骤：
S401，对硅片进行双面碱制绒，形成绒面硅片。
在本发明实施例中，可以将硅片浸入温度为60℃-85℃、质量分数为1-10％的KON与质量分数为1-6％的H2O2混合溶液，或温度为60℃-85℃、质量分数为1-10％的NaOH与质量分数为1-6％的H2O2混合溶液中去除硅片正面和背面的损伤层，然后浸入质量分数为1-3％的KON与体积分数为3-6％的异丙醇混合溶液、或质量分数为1-3％的NaON与体积分数为3-6％的异丙醇混合溶液中进行双面制绒得到绒面硅片，制绒的时间控制在20-30min。
S402，对绒面硅片的正面进行硼扩散，形成硼硅玻璃层。
在本发明实施例中，可以将制绒后获得的绒面硅片载入到管式低压硼扩散炉管中，并通入三溴化硼，在900℃的高温下恒温15～20min对绒面硅片的正面进行硼扩散掺杂工艺，形成硼硅玻璃层。
S403，对绒面硅片的背面进行抛光及边缘刻蚀处理，去除硼扩散过程中绕扩到背面的硼掺杂层；
在本发明实施例中，在上述步骤S402中，对绒面硅片的正面进行硼扩散时，难免会有一部分硼绕扩到绒面硅片的背面，利用HNO3及HF的混合溶液对背面进行抛光及边缘蚀刻，一方面去除硼扩散过程中绕扩到背面的硼硅玻璃层，另一方面抛光后的表面有利于沉积更加均匀的氧化硅层及poly硅层。
S404，在绒面硅片的背面先后沉积氧化硅层和Poly硅层。
在本发明实施例中，可以通过低压力化学气相沉积法，采用LPCVD设备在温度为500℃～600℃的条件下，在绒面硅片的背面先后沉积氧化硅层和Poly硅层。
S405，在Poly硅层上进行磷扩散。
在本发明实施例中，可以采用离子注入机台在poly硅层注入三氯氧磷，注入剂量为2.5e+15～5.0e+15atoms/cm2。
S406，根据权利要求1-9所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。
S407，根据优化后的TOPCon电池生产片的清洗参数清洗去除正面的硼硅玻璃层以及绕镀到正面的Poly硅层。
S408，正背面钝化。
在本发明实施例中，可以采用原子沉积法，在TOPCon电池生产片的正面和背面形成钝化层，该钝化层可以是氧化铝和氮化硅的复合层。
S409，正背面丝网印刷，高温下烧结，完成电池生产片的制备。
在本发明实施例中，可以将钝化后的TOPCon电池生产片正背面分别进行丝网印刷，然后在高温下烧结完成电池生产片的制备。
由上可知，本发明通过在对TOPCon电池生产片进行清洗前，先利用制备得到的调试片进行预清洗，由于调试片表层的poly硅叠加在硼硅玻璃层上，在经过氢氟酸腐蚀后，可以很容易根据颜色变化判断poly硅是否被腐蚀，进而对TOPCon电池生产片的清洗参数进行优化。本发明能够解决现有技术TOPCon电池制备工艺中，对生产片的清洗参数不能准确把控，容易腐蚀poly硅层的问题，可以有效提高TOPCon电池的电学性能。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，包括：
在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层，在所述硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层，在所述Poly硅层上进行磷扩散，制备得到调试片；
使用氢氟酸对所述调试片进行预清洗；
根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化。
2.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述在硅片的表面进行碱制绒和硼扩散形成硼硅玻璃层包括：
将硅片浸入在KON与H2O2的混合溶液、或NaOH与H2O2的混合溶液中去除损伤层；
将去除损伤层后的硅片浸入KON与异丙醇的混合溶液、或NaOH与异丙醇的混合溶液中进行制绒得到绒面硅片；
在900℃高温下对所述绒面硅片进行硼扩散形成硼硅玻璃层。
3.如权利要求1或2所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述硼硅玻璃层的厚度为40-60nm。
4.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述在所述硼硅玻璃层上先后沉积氧化硅层和Poly硅层包括：
采用低压力化学气相沉积法沉积氧化硅层，采用低压力化学气相沉积法或等离子体增强化学气相沉积法沉积Poly硅层。
5.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，调试片Poly硅层的厚度与生产片Poly硅层的厚度相同，调试片Poly硅层的沉积方法与生产片Poly硅层的沉积方法一致。
6.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述硼扩散的硼源为三溴化硼，所述磷扩散的磷源为三氯氧磷。
7.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述使用氢氟酸对所述调试片进行预清洗包括：
将所述调试片置于浓度为5％-15％的氢氟酸中1-20min后，水洗并烘干。
8.如权利要求1所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述根据预清洗后的调试片的颜色对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化包括：
判断调试片的颜色是否发生变化；
若调试片的颜色没有发生变化，则表明调试片表面没有被破坏，根据调试片的清洗参数对生产片进行清洗；
若调试片的颜色发生变化，则表明调试片表面已经被破坏，对调试片的清洗参数进行调整后，再基于调整后的清洗参数对生产片进行清洗。
9.如权利要求8所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法，其特征在于，所述清洗参数包括氢氟酸浓度、氢氟酸温度和清洗时间。
10.一种TOPCon电池生产片制备方法，其特征在于，包括：
步骤一，对硅片进行双面碱制绒，形成绒面硅片；
步骤二，对所述绒面硅片的正面进行硼扩散，形成硼硅玻璃层；
步骤三，对所述绒面硅片的背面进行抛光及边缘刻蚀处理，去除硼扩散过程中绕扩到背面的硼掺杂层；
步骤四，在所述绒面硅片的背面先后沉积氧化硅层和Poly硅层；
步骤五，在所述Poly硅层上进行磷扩散；
步骤六，根据权利要求1-9所述的TOPCon电池生产片清洗参数优化方法对TOPCon电池生产片制备过程中的清洗参数进行优化；
步骤七，根据优化后的TOPCon电池生产片的清洗参数清洗去除正面的硼硅玻璃层以及绕镀到正面的Poly硅层；
步骤八，正背面钝化；
步骤九，正背面丝网印刷，高温下烧结，完成电池生产片的制备。
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