CN111785809A - 钝化接触电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钝化接触电池的制备方法，先在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层，再去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀，再对硅片进行退火，使硅片背面沉积的掺杂非晶硅层晶化为掺杂多晶层。本发明可解决由PECVD在线沉积掺杂非晶硅产生的非晶硅绕镀问题，且本发明无需通过沉积掩膜层来阻挡非晶硅绕镀，本发明主要通过链式刻蚀机碱洗的方法，并在添加剂的协助下，使碱对非晶硅绕镀进行快速腐蚀，而对BSG层的腐蚀量极低，实现在对发射极几乎无损害的前提下快速去除非晶硅绕镀，从而大大降低了由于掺杂非晶硅绕镀造成的电池漏电问题。
Description
技术领域
本发明涉及钝化接触电池的制备方法。
背景技术
钝化接触电池（也称为TOPCon电池）由于能大幅减少电池背面金属接触带来的复合同时具备较高的载流子运输能力，使得其具有较高的电池开压、填充因子和效率，近年来受到了行业内广泛地关注与研究，并有望成为下一代光伏主流电池之一。钝化接触电池背面的钝化接触区域通常由隧穿氧化层（1～2nm）+掺杂多晶层（30～200nm）这两部分构成，两者质量的好坏直接影响钝化接触的质量，从而影响电池性能的好坏。隧穿氧化层可以通过湿化学或者热氧化等方法制备，掺杂多晶硅目前主要通过以下两种方法制备：1）通过LPCVD沉积本征微晶或多晶硅后，再经过离线热扩散或者离子注入方法后经退火工艺制备；2）通过PECVD设备在线沉积掺杂非晶硅后经过高温退火后制备。PECVD相较于LPCVD能更加有效的实现在线掺杂，从而可以减少LPCVD由于离线掺杂导致的电池工艺步骤长的问题。
然而，通过PECVD在线沉积掺杂非晶硅过程中，硅片的正面边沿和侧边不可避免的会沉积一定的掺杂非晶硅，即硅片正面边沿和侧边会形成非晶硅绕镀，经过常规电池工艺步骤高温（850～950℃）退火后，绕镀区域的掺杂原子会扩散进入硅衬底中，这会使电池正面的发射极和电池背面形成导通，造成电池漏电，严重影响电池的电性能。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种钝化接触电池的制备方法，包括PECVD沉积掺杂非晶硅和退火；还包括去除非晶硅绕镀；先在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层，再去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀，再对硅片进行退火，使硅片背面沉积的掺杂非晶硅层晶化为掺杂多晶层。
优选的，通过链式刻蚀机碱洗去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀。
优选的，链式刻蚀机碱洗所用的碱溶液中加入了添加剂；添加剂的各组分的质量百分含量为：单硬脂酸甘油酯2%～5%，二甘醇1%～2.5%，月桂酸钠1%～2.5%，β-环糊精1%～2%，余量为去离子水。
优选的，链式刻蚀机碱洗所用的碱溶液为2～15wt%的KOH或NaOH溶液；添加剂与碱溶液的体积比为1～5:100。
优选的，所述链式刻蚀机碱洗，包括如下具体步骤：
将硅片正面朝下、背面朝上置于链式滚轮上，硅片经过去离子水喷区域，使硅片背面的掺杂非晶硅层覆盖水膜；
然后硅片经过链式碱槽，碱槽中存有加入了添加剂的碱溶液，碱溶液的液面与链式滚轮底部接触，通过滚轮的旋转带液使碱溶液与硅片正面和侧边的非晶硅绕镀接触，碱溶液与非晶硅绕镀发生反应并去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀；通过添加剂加速碱溶液与非晶硅的反应，且通过添加剂阻挡或减缓碱液与BSG反应，使正面BSG在去除非晶硅绕镀完成后得以保留，避免碱溶液破坏硼发射结；
硅片经过链式碱槽后，先用去离子水洗去硅片表面的碱溶液，然后用酸溶液去除硅片正面的BSG层，然后再进行清洗与烘干。
优选的，所述链式刻蚀机碱洗的过程中，滚轮带速为0.5～2 m/min。
优选的，所述碱槽中碱溶液的温度为45～75℃。
优选的，去除硅片正面BSG层所用的酸溶液为6wt%的HF溶液。
优选的，上述钝化接触电池的制备方法，其具体步骤包括：
1）制绒；
2）硼扩散；
3）去除硅片背面和侧边的BSG层，保留正面BSG层；
4）去除硅片背面和侧边的硼绕扩散层；
5）硅片背面生长隧穿氧化层；
6）在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层；
7）通过链式刻蚀机碱洗去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀，且通过酸溶液去除正面BSG层；
8）退火。
优选的，上述钝化接触电池的制备方法，其具体步骤还包括：
9）硅片正面镀钝化减反膜；
10）硅片背面镀钝化保护膜；
11）印刷与烧结。
行业内目前没有针对PECVD沉积掺杂非晶硅造成硅片正面边沿和侧边绕镀的去除方法，基本上都是针对LPCVD绕镀的解决方法，针对LPCVD去除绕镀都是较大面积区域的绕镀，该区域绕镀严重影响电池正面的吸光和外观效果。LPCVD沉积本征多晶硅后大多通过离子注入或者热扩散进行离线掺杂。目前行业内针对LPCVD绕镀大多采用了正面或者背面掩膜(SiONx、SiNx或者SiOx），再经过酸或者碱槽体浸泡的方式去除多晶硅绕镀层和掩膜层，整体去绕镀工艺步骤长且繁琐，生产成本高。也有通过链式酸抛（HF+HNO3）的方法去除LPCVD多晶硅绕镀的方法，由于HF和HNO3的混合酸液在去除多晶硅绕镀的同时，难以精确控制混酸刻蚀多晶硅时不与BSG层反应，导致混合酸液不可避免的会对电池正面BSG层以及硼发射极造成一定程度的破坏。
本发明可解决由PECVD在线沉积掺杂非晶硅产生的非晶硅绕镀问题，且本发明无需通过沉积掩膜层来阻挡非晶硅绕镀，本发明主要通过链式刻蚀机碱洗的方法，并在添加剂的协助下，使碱对非晶硅绕镀进行快速腐蚀，而对BSG层的腐蚀量极低，实现在对发射极几乎无损害的前提下快速去除非晶硅绕镀，从而大大降低了由于掺杂非晶硅绕镀造成的电池漏电问题。
本发明还具有如下特点：
1、本发明工艺步骤少，成本低。
2、本发明对硼发射极损伤小。
3、本发明可行性高。
4、本发明兼容工业化设备。
5、本发明应用前景广。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
1）制绒：将原始硅片置于0.5～2.0wt%的KOH溶液中，去除硅片切割过程中造成的原始损伤层；然后将硅片置入制绒液中，对硅片进行双面制绒，然后对硅片进行后处理和酸洗并烘干；
2）硼扩散：将制绒后的硅片双面叠片插入石英舟，然后置于炉管内进行高温硼扩散，硼扩散温度为900～970℃，使硅片正面和背面形成BSG（硼硅玻璃）层，正面BSG层的厚度为20～50nm；
3）去除硅片背面和侧边的BSG层：通过链式刻蚀机单面酸洗，去除硅片背面和侧边的BSG层，酸洗所用的酸溶液为3～6wt%的HF溶液；
4）去除硅片背面和侧边的硼绕扩散层：通过碱抛去除硅片背面和侧边的硼绕扩散层，保留正面BSG层；去除硅片背面和侧边的硼绕扩散层的同时，使得硅片背表面抛光，更有利于隧穿和非晶硅层的钝化；然后对硅片进行酸洗烘干处理；
5）硅片背面生长隧穿氧化层：对抛光后的硅片进行氧化，使硅片的背面和侧边生长一层隧穿氧化层，隧穿氧化层的厚度为1～2nm；
6）在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层：利用PECVD设备，在200～400℃的条件下，使用SH4，H2和PH3气体（按照一定的比例混合），在硅片背面沉积一层磷掺杂的非晶硅层，掺杂非晶硅层的厚度为30～200nm；
7）通过链式刻蚀机碱洗去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀：
将硅片正面朝下、背面朝上置于链式滚轮上，滚轮带速为0.5～2 m/min，硅片经过去离子水喷区域，使硅片背面的掺杂非晶硅层覆盖水膜；
然后硅片经过链式碱槽，碱槽中存有加入了添加剂的碱溶液；碱溶液为2～15wt%的KOH或NaOH溶液；添加剂与碱溶液的体积比为1～5:100；添加剂的各组分的质量百分含量为：单硬脂酸甘油酯2%～5%，二甘醇1%～2.5%，月桂酸钠1%～2.5%，β-环糊精1%～2%，余量为去离子水；碱溶液的温度为45～75℃，碱溶液的液面与链式滚轮底部接触，通过滚轮的旋转带液使碱溶液与硅片正面边沿和硅片侧边的非晶硅绕镀接触，碱溶液与非晶硅绕镀发生反应并去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀；通过添加剂加速碱溶液与非晶硅的反应，且通过添加剂阻挡或减缓碱液与正面BSG反应，使正面BSG在去除非晶硅绕镀完成后得以保留，避免碱溶液破坏硼发射结；
硅片经过链式碱槽后，先用去离子水洗去硅片表面的碱溶液，然后用6wt%HF溶液去除硅片正面的BSG层，然后再进行清洗与烘干；
8）退火：在N2氛围中，在850～920℃的环境下对掺磷非晶硅层进行退火，使硅片背面沉积的掺杂非晶硅层晶化为掺杂多晶层，硅片背面形成钝化接触结构；
9）硅片正面镀钝化减反膜：利用原子层沉积设备在硼面镀Al2O3膜，膜厚3～8nm，然后利用PECVD沉积氮化硅膜，厚度在75～80nm，折射率为2.1～2.2；
10）硅片背面镀钝化保护膜：利用PECVD在硅片背面镀氮化硅膜，厚度在70～90nm，折射率为2.0～2.2；
11）印刷与烧结：采用丝网印刷方法在硼面钝化减反射膜上印刷Ag/Al浆，在磷面钝化膜上印刷Ag浆，经过烘干后，电池进入带式烧结炉共烧，烘干温度200～360℃，烘干时间10～40s；烧结峰值温度800～870℃，烧结峰值时间1～4s。
本发明的步骤7）中，添加剂起到关键作用，有添加剂和无添加剂的对比如下：
对比例1 无添加剂：
以正面长有30nm厚的BSG为例，在背面镀有150nm掺磷非晶硅后进行去非晶硅绕镀，采用6wt%的KOH溶液，控制溶液温度在60℃的条件下进行去非晶硅绕镀，最终以1.2m/min的滚轮带速走两遍才能将硅片正面边沿和硅片侧边的掺杂非晶硅绕镀完全去除干净，而此时硅片正面的BSG层局部偏薄区域已经被碱液刻蚀掉，导致该区域的硼结发射极遭到碱液刻蚀破坏，其他区域的BSG厚度也明显减薄。
对比例2 有添加剂：
同样采用正面长有30nm厚的BSG为例，背面镀有150nm掺磷非晶硅后进行去非晶硅绕镀，在6wt%的KOH溶液中添加体积分数为1.5%的添加剂后，同样控制在60℃的条件下进行去非晶硅绕镀，最终以1.0m/min的滚轮带速走一遍即可将硅片正面边沿和硅片侧边的掺杂非晶硅绕镀完全去除干净，此时硅片正面的整个区域BSG层厚度减薄量非常少，硼结发射极在经过去非晶硅绕镀后无任何破坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.钝化接触电池的制备方法，包括PECVD沉积掺杂非晶硅和退火；其特征在于，还包括去除非晶硅绕镀；先在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层，再去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀，再对硅片进行退火，使硅片背面沉积的掺杂非晶硅层晶化为掺杂多晶层。
2.根据权利要求1所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，通过链式刻蚀机碱洗去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀。
3.根据权利要求2所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，链式刻蚀机碱洗所用的碱溶液中加入了添加剂；添加剂的各组分的质量百分含量为：单硬脂酸甘油酯2%～5%，二甘醇1%～2.5%，月桂酸钠1%～2.5%，β-环糊精1%～2%，余量为去离子水。
4.根据权利要求3所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，链式刻蚀机碱洗所用的碱溶液为2～15wt%的KOH或NaOH溶液；添加剂与碱溶液的体积比为1～5:100。
5.根据权利要求4所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述链式刻蚀机碱洗，包括如下具体步骤：
将硅片正面朝下、背面朝上置于链式滚轮上，硅片经过去离子水喷区域，使硅片背面的掺杂非晶硅层覆盖水膜；
然后硅片经过链式碱槽，碱槽中存有加入了添加剂的碱溶液，碱溶液的液面与链式滚轮底部接触，通过滚轮的旋转带液使碱溶液与硅片正面和侧边的非晶硅绕镀接触，碱溶液与非晶硅绕镀发生反应并去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀；通过添加剂加速碱溶液与非晶硅的反应，且通过添加剂阻挡或减缓碱液与BSG反应，使正面BSG在去除非晶硅绕镀完成后得以保留，避免碱溶液破坏硼发射结；
硅片经过链式碱槽后，先用去离子水洗去硅片表面的碱溶液，然后用酸溶液去除硅片正面的BSG层，然后再进行清洗与烘干。
6.根据权利要求5所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述链式刻蚀机碱洗的过程中，滚轮带速为0.5～2 m/min。
7.根据权利要求6所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述碱槽中碱溶液的温度为45～75℃。
8.根据权利要求7所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，去除硅片正面BSG层所用的酸溶液为6wt%的HF溶液。
9.根据权利要求8所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，其具体步骤包括：
1）制绒；
2）硼扩散；
3）去除硅片背面和侧边的BSG层，保留正面BSG层；
4）去除硅片背面和侧边的硼绕扩散层；
5）硅片背面生长隧穿氧化层；
6）在硅片背面PECVD沉积掺杂非晶硅层；
7）通过链式刻蚀机碱洗去除硅片正面和侧边的非晶硅绕镀，且通过酸溶液去除正面BSG层；
8）退火。
10.根据权利要求8所述的钝化接触电池的制备方法，其特征在于，其具体步骤还包括：
9）硅片正面镀钝化减反膜；
10）硅片背面镀钝化保护膜；
11）印刷与烧结。
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