CN111725350A - 一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳电池技术领域，具体讲是一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，本发明公开了一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，包括以下步骤：将多晶硅钝化接触结构在含水蒸气气氛下进行中低温热处理；本发明对不同钝化水平的TOPCon钝化片都有提升作用；处理方法多样化，工艺窗口大，重复性强，所需设备简单，其工艺完全适用于TOPCon电池的背钝化。经过上述方法处理后，基本上能够将n‑TOPCon的iVoc显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，具体讲是一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法。
背景技术
隧穿氧/多晶硅钝化接触(TOPCon或POLO或polysilicon passivated contact)太阳电池是2013年由德国弗兰霍夫研究所提出的一种新型硅太阳电池。电池采用n型硅片，硅片背面上覆盖一层厚度在2nm以下的超薄氧化硅层，然后再覆盖一层掺杂硅薄层，所述掺杂硅薄层为掺杂的多晶硅或非晶硅层。其基本电池结构及钝化结构如下图1所示。目前，该电池背钝化结构均采用超薄氧化硅+掺磷多晶硅钝化结构。氧化硅制备方法主要有：湿化学法(硝酸氧化、臭氧水法)、热氧化法、臭氧氧化法、化学气相沉积法。掺磷多晶硅的制备主要通过LPCVD、PECVD、PVD制备掺杂硅薄膜结合高温氮气保护下的晶化退火实现。氧化硅隧穿层可以有效降低硅片表面缺陷态密度，配合重掺杂掺磷非晶硅形成极好的场钝化效应，显著降低整个背表面的复合速率，可获得较低的表面饱和暗电流密度(J0)和较高的隐含开路电压(iVoc)。
钝化是决定电池效率高低的关键因素。经过氮气保护下的中高温(700-1100℃)晶化退火处理后，n型TOPCon的平均iVoc约为700-720mV(p型为670-690mV)。如果要进一步提升钝化效果，需要进行后处理，方法包括：氮氢混合气氛热处理(Forming Gas Annealing,FGA)、非原位微波离子体氢处理法(RPHP)、PECVD氮化硅钝化法。不过，上述几种方法却各有不足，具体表现如下：FGA处理法相对简单，对设备要求也低，易于产业化应用，然而缺点是对钝化的提升效果相对有限、且需要使用活泼的氢气，存在一定的安全隐患。RPHP氢化处理法、PECVD氮化硅钝化法的提升效果较明显，然而缺点在于这三种方法需要定制专用的设备、价格昂贵；处理过程需要使用真空条件、产率低、操作麻烦；完成钝化后处理后还需要将氮化硅去除，非常繁琐，不利于工业化生产。
发明内容
为了克服现有钝化处理的不足之处，本发明提供一种有效提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法。
本发明的技术解决方案如下：一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，包括以下步骤，将多晶硅钝化接触结构在含水蒸气气氛下进行中低温热处理。
作为优选，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至200-700℃并保温5min以上。
作为进一步优选，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温5min以上。
作为最优选，所述中低温热处理为以每分钟15-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温20-30min。
作为优化，所述含水蒸气气氛由水蒸气和惰性载气组成。
作为优化，所述含水蒸气气氛中水蒸气与惰性载气的流量比为0.01％-100％。
本发明的有益效果是：本发明对不同钝化水平的TOPCon钝化片都有提升作用；处理方法多样化，工艺窗口大，重复性强，所需设备简单，其工艺完全适用于TOPCon电池的背钝化。经过上述方法处理后，基本上能够将n-TOPCon的iVoc显著提升。归纳来说，本发明主要优势如下：
钝化效果明显，对n型TOPCon钝化片和p型TOPCon钝化片均有效果，且钝化改善作用明显。
工艺简单：通过载气将水蒸气携带进入炉管即可，载气比例范围大，水蒸气与载气流量比在0.01％-100％之间均有效。
成本低：热处理过程可采用普通退火炉，水蒸气来自于高纯去离子水；退火无需真空环境，简单可靠，易于操作，适用于工业批量化处理。
工艺路线简单、稳定、重复性高，对钝化效果具有可靠的提升作用。
附图说明
图1为现有多晶硅钝化接触结构太阳电池结构示意图。
图2为实施例中钝化片的结构示意图。
图3为本发明二次离子质谱法(SIMS)测得的具体结果示意图。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
以下实施例所采用的钝化片均为高温晶化后的双面n型(掺磷)或p型(掺硼)TOPCon钝化结构，制备方法为：首先对厚度为170μm、电阻率为1-7Ω·cm的n型直拉单晶硅片，双面化学抛光，再进行标准的RCA清洗，保证表面足够洁净，然后采用热硝酸氧化法双面制备高质量的SiOx隧穿层，再采用PECVD双面沉积磷掺杂非晶硅，最后采用双管扩散炉进行高温晶化退火。
具体钝化片的结构为:
n型TOPCon钝化片n+-poly-Si/SiOx/n-Si wafer/SiOx/n+-poly-Si
p型TOPCon钝化片p+-poly-Si/SiOx/n-Si wafer/SiOx/p+-poly-Si
实施例1
在含水蒸气气氛下，对多晶硅层厚度为50nm的n型TOPCon钝化结构样品以每分钟20℃升温至400℃保温30分钟后冷却的退火处理，样品的iVoc得到显著提升。含水蒸气气氛由采用不同流量比的水蒸气和氮气组成。
实施例2
在含水蒸气气氛下，含水蒸气气氛由流量比为2％的水蒸气和氮气组成，对多晶硅层厚度为50nm的n型TOPCon钝化结构样品进行以每分钟20℃升温至以下温度后保温30分钟后冷却的退火处理。
实施例3
在含水蒸气气氛下，对多晶硅层厚度为50nm的n型TOPCon钝化结构样品以每分钟20℃升温至450℃保温30分钟后冷却的退火处理，样品的iVoc得到显著提升。含水蒸气气氛由采用不同流量比的水蒸气和氮气组成。
实施例4
在含水蒸气气氛下，含水蒸气气氛由流量比为5％的水蒸气和氮气组成，对多晶硅层厚度为50nm的n型TOPCon钝化结构样品以每分钟20℃升温至400℃保温1-120分钟后冷却的退火处理。
实施例5
在含水蒸气气氛下，含水蒸气气氛由流量比为2％的水蒸气和氮气组成，对多晶硅层厚度为50nm的p型TOPCon钝化结构样品以每分钟20℃升温至以下温度保温30分钟后冷却的退火处理。
钝化的基本原理在于，通过水汽热处理，水汽中的氢能够进入多晶硅薄膜，钝化界面处缺陷态。图3为二次离子质谱法(SIMS)测得的具体结果，可以看到，经过水汽处理，界面处存在显著的氢原子。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：将多晶硅钝化接触结构在含水蒸气气氛下进行中低温热处理。
2. 根据权利要求1所述的提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至200-700℃并保温5 min以上。
3. 根据权利要求2所述的提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，所述中低温热处理为以每分钟5-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温5 min以上。
4. 根据权利要求3所述的提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，所述中低温热处理为以每分钟15-20℃的升温速率升温至300-600℃并保温20-30min。
5.根据权利要求1所述的提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，所述含水蒸气气氛由水蒸气和惰性载气组成。
6.根据权利要求5所述的提升太阳电池中多晶硅钝化接触结构钝化性能的方法，其特征在于，所述含水蒸气气氛中水蒸气与惰性载气的流量比为0.01%-100%。
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