CN111816732A - 一种钝化接触太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钝化接触太阳能电池的制备方法，涉及太阳能电池制造领域，所述方法包括：在掺杂后的硅片的第一表面形成氧化保护层，所述硅片的第一表面包括所述硅片一面的掺杂面和所述硅片的侧面。本发明提供的技术方案既可以简化工艺，又能提高太阳能电池的产能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种钝化接触太阳能电池的制备方法。
背景技术
晶体硅太阳电池钝化接触的主要工艺过程为在硅片表面生成超薄的氧化层，并在氧化层上生长的一层掺杂的晶硅薄膜，随后对晶硅薄膜进行掺杂。在上述过程中，难免的会在另一面以及边缘形成绕镀，从而导致硅片边缘也会发生掺杂，进而引发电池的漏电。
为了降低边缘漏电，通常在高温激活工艺前增加一步退火前清洗或者干刻工艺，用来降低边缘绕镀的掺杂量从而降低边缘漏电。
然而，增加工艺步骤就意味着降低太阳能电池的产能，甚至可能会降低太阳电池的质量。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种钝化接触太阳能电池的制备方法，简化工艺，并提高太阳能电池的产能。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供了一种钝化接触太阳能电池的制备方法，包括：
在掺杂后的硅片的第一表面形成氧化保护层，所述硅片的第一表面包括所述硅片一面的掺杂面和所述硅片的侧面。
进一步地，所述氧化保护层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
进一步地，在所述硅片的另一面制备一层超薄钝化介质层，以及
在硅片的第二表面形成硅薄膜，所述第二表面包括所述硅片的侧面的氧化保护层表面和所述硅片的另一面的超薄钝化介质层表面。
进一步地，对所述硅薄膜进行硼掺杂或磷掺杂，所述硼掺杂或磷掺杂浓度为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3。
进一步地，所述超薄钝化介质层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
进一步地，对掺杂后的硅薄膜进行退火。
进一步地，去除所述硅片一面的掺杂面上的氧化保护层。
进一步地，制备钝化减反膜；
在包覆所述钝化减反膜的硅片上制备电极。
进一步地，所述钝化减反膜覆盖所述硅片的整个表面。
进一步地，所述钝化减反膜包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
本发明技术方案的有益效果：
1、本发明提供了一种钝化接触太阳能电池的制备方法，在掺杂面和硅片侧面上形成氧化保护层，如此在对硅片背面进行掺杂时，不会污染掺杂面；
2、在对晶硅薄膜进行掺杂时，由于边缘绕镀，会在掺杂面和掺杂面边缘形成掺杂相，该掺杂相的导电特性与在掺杂面和掺杂面边缘的导电特性相反。而氧化保护层使得边缘绕镀不会在掺杂面边缘和硅片侧面上形成与掺杂面电性相反的掺杂层，由此大大降低了由于边缘不同导电特性n+、p+相接触导致的漏电。
3、由于晶硅薄膜的导电特性与掺杂面的导电特性相反，氧化保护层将硅片的侧面与晶硅薄膜隔离开，从而防止在硅片的侧面出现短路的情况。
4、本发明提供的一种钝化接触太阳能电池的制备方法，省去了对边缘掺杂的处理，简单有效的降低了边缘漏电，且由于钝化过程为制备太阳能电池的必要过程，因此本发明实施例提供的方法并没有增加工艺步骤，因而相比于现有技术简化了工艺步骤，减化了工艺流程，进而提高了产能。
综上所述，本发明提供的技术方案能够简化工艺，并提高太阳能电池的产能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的一种钝化接触太阳能电池的制备方法流程图；
图2为本发明实施例的制成氧化保护层后硅片的结构示意图；
图3为本发明实施例的制成超薄钝化介质层后硅片的结构示意图；
图4为本发明实施例的制成硅薄膜后硅片的结构示意图；
图5为本发明实施例的除去氧化层后硅片的结构示意图；
图6为本发明实施例的制成钝化减反膜后硅片的结构示意图；
图7为本发明实施例的制成电极后硅片的结构示意图。
附图标记：
31-硅片，32-掺杂层，33-氧化保护层，41-超薄钝化介质层，51-多晶硅薄膜，61-上电极，71-氮化硅层，81-下电极。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种钝化接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤101、对硅片进行清洗、制绒、掺杂。
步骤102、制备氧化保护层33。
在本发明实施例中，掺杂面通过低温炉管氧化工艺，或硝酸氧化工艺，或臭氧氧化工艺，或原子层沉积(ALD)生长，或低压化学气相沉积法(LPCVD)原位生长氧化保护层。氧化保护层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅等中的一种单层膜或几种的叠层膜。与现有技术相比，氧化保护层不仅覆盖掺杂面，还覆盖硅片侧面，如图2所示。
需要说明的是，氧化保护层不仅仅限于氧化物保护层，保护层还可以为氮化物和氮氧化物，只是氧化物作为保护层后续更容易去除，厚度为50-150nm(例如55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95mn、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm等)。由于后续掺杂时，掺杂元素也会在氧化保护层上进行掺杂，如果氧化保护层厚度太薄，掺杂元素会穿过氧化保护层，从而污染掺杂面；如果氧化保护层厚度太厚，会增加工艺时间，从而降低生产效率。
步骤103、制备超薄钝化介质层41。
在本发明实施例中，在硅片的另一面采用低温炉管氧化工艺，或硝酸氧化工艺，或臭氧氧化工艺，或ALD生长，或LPCVD原位生长形成小于1.5-2.5nm的超薄钝化介质膜，如图3所示。超薄钝化介质层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅等中的一种单层膜或几种的叠层膜。
步骤104、制备硅薄膜51。
在本发明实施例中，在超薄钝化介质层上采用低压化学气相沉积法(LPCVD)或者等离子增强化学气相沉积法(PECVD)沉积硅薄膜，其厚度范围为5nm-200nm，如图4所示。硅薄膜包括：微晶硅薄膜层、非晶硅薄膜层、多晶硅薄膜层、氧化硅薄膜层及碳化硅薄膜层中的一种或者几种的叠层膜。
步骤105、硅薄膜掺杂。
在本发明实施例中，利用炉管扩散工艺或者离子注入工艺对硅薄膜进行掺杂。需要说明的是，在掺杂层32进行掺杂时，硅片31的侧面因为也掺杂入相应的元素从而形成电极，如图4所示。因此如果没有氧化保护层33将硅薄膜51和硅片31的侧面隔开，就造成不同导电特性的掺杂层相接触，即电源正负极直接相连，从而引发电池短路。由于氧化保护层33绝缘性能良好，因此能防止上述原因造成的电池短路。此外，在制备硅薄膜51时，由于绕镀，掺杂面边缘上也会形成多晶硅薄膜层。因此，在硅薄膜掺杂时必然会在掺杂面边缘上的多晶硅薄膜层进行掺杂，从而在掺杂面上出现不同导电特性的掺杂层相接触，进而引发电池短路。
而氧化保护层的存在避免由于绕镀在掺杂面的边缘生成多晶硅薄膜层的情况。
步骤106、退火。
在本发明实施例中，通过退火的方式可以将掺杂进的元素进行激活，从而真正实现对硅薄膜的掺杂。例如将掺杂物质从非晶状态变为晶体状态，以提高其电学性能。同时对硅薄膜进行晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能。退火温度与掺杂元素有关，例如掺杂元素为磷时退火温度为900℃，掺杂元素为铜时退火温度为1000℃。
步骤107、去除氧化层。
在本发明实施例中，通过HF等化学溶液将退火后在硅薄膜表面生长的氧化保护层除去，如图5所示。
步骤108、制备钝化减反膜。
在本发明实施例中，通过管式或板式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的两面生长一层氮化硅层。钝化减反膜可以包括：氧化硅SiO2、氧化铝Al2O3、氧化钛TiO2、氮氧化硅SiOxN1-x中的一种单层膜或者几种的叠层膜。需要说明的是，制备钝化减反膜的工艺参数和工艺步骤均可以为本领域常规技术。
步骤109、制备电极。
在本发明实施例中，采用丝网印刷的方式实现金属接触。进一步地，步骤101和步骤105中的掺杂原子的类型可以是磷原子(P)也可以是硼原子(B)。
现有技术中，钝化接触太阳电池的制备中，其主要是采用超薄的氧化层，并在氧化层上生长的一层掺杂的晶硅薄膜，随后对晶硅薄膜进行掺杂。在生长超薄氧化层和硅薄膜的工艺过程中，难免的会在另一面以及边缘形成绕镀，随后在对晶薄膜掺杂的过程中边缘绕镀也会受到同等状态的掺杂，在高温激活掺杂的同时会使得边缘绕镀的掺杂向内部扩散推进与另一面不同导电特性的掺杂相接触，这就导致了边缘掺杂引起的漏电，为了降低边缘漏电，就需要在高温激活工艺前增加一步退火前清洗或者干刻工艺，用来降低边缘绕镀的掺杂量从而降低边缘漏电，但是增加了工艺步骤就意味着增加了成本降低了产能，而且预清洗还意味着浪费了扩散原料，进而增加了成本。
与现有技术相比，本发明提供的一种高性能钝化接触太阳能电池的制备工艺，通过在硅片掺杂面和侧面沉积一层氧化保护层来杜绝另一面硅薄膜边缘绕镀掺杂与此面不同导电特性掺杂相接触的可能，免除了对边源掺杂处理的工艺步骤，简化了生产工艺流程，提高了产能，降低了生产成本。
作为示例，本发明给出如下说明实施例用于说明利用本发明提供的钝化接触太阳能电池的制备方法的具体过程。
实施例一
本实施例说明了一种高性能钝化接触太阳能电池的制备工艺，具体步骤如下：
1、清洗、制绒、掺杂：选用N型单晶硅基体，其电阻率为0～30Ω·cm，厚度为50～300μm，在对硅片31的一面进行清洗、制绒后，对硅片进行掺杂，形成掺杂层32，硼(B)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，随后利用1000℃温度对掺杂B进行推进、扩散；
2、制备沉积氧化保护层33：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片掺杂面原位生长50nm的氧化保护层33，可以为氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图2所示。
3、制备低压化学沉积(LPCVD)超薄钝化介质层41：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片的另一面原位生长1.5nm的氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图3所示。
4、制备多晶硅薄膜51：在低压化学沉积(LPCVD)生长超薄钝化介质层的氧化层之后，在同一设备中，温度为610℃在超薄钝化介质层的氧化层上再生长一层120nm多晶硅薄膜，完成本步骤后如图4所示。
5、多晶硅薄膜掺杂：利用离子注入或者炉管扩散，实现多晶硅薄膜掺杂，磷(P)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3。
6、退火：利用900℃温度对掺杂磷(P)进行激活，同时次高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能。
7、氧化层去除：通过HF化学溶液将掺杂层表面生长的氧化保护层除去，完成本步骤后如图5所示。
8、制备氮化硅71：通过板式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的两面生长一层氮化硅层，厚度范围是50～200nm，完成本步骤后如图6所示。
9、制备上电极61和下电极81：采用丝网印刷的方式在硅片正反两面的氮化硅层上涂覆电极浆料，经烧结后实现金属接触，完成本步骤后如图7所示。
实施例二
本实施例说明了一种高性能钝化接触太阳能电池的制备工艺，具体步骤如下：
1、清洗、制绒、掺杂：选用N型单晶硅基体，其电阻率为0～30Ω·cm，厚度为50～300μm，在对硅片31的一面进行清洗、制绒后，对硅片进行掺杂，形成掺杂层32，硼(B)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，随后利用1000℃温度对掺杂B进行推进、扩散。
2、制备沉积氧化保护层33：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片掺杂面原位生长100nm的氧化保护层33，可以为氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图2所示。
3、制备低压化学沉积(LPCVD)超薄钝化介质层41：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片的另一面原位生长1.5nm的氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图3所示。
4、制备多晶硅薄膜51：在610℃等离子增强化学气相沉积法(PECVD)设备中沉积一层多晶硅薄膜层，其在抛光面及湿刻面上的厚度分别为151nm和125nm，完成本步骤后如图4所示。
5、多晶硅薄膜掺杂：利用离子注入或者炉管扩散，实现多晶硅薄膜掺杂，磷(P)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3。
6、退火：利用900℃温度对掺杂磷(P)进行激活，同时次高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能。
7、氧化层去除：通过HF化学溶液将掺杂层表面生长的氧化保护层除去，完成本步骤后如图5所示。
8、制备氮化硅71：通过板式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的两面生长一层氮化硅层，厚度范围是50～200nm，完成本步骤后如图6所示；
9、制备上电极61和下电极81：采用丝网印刷的方式在硅片正反两面的氮化硅层上涂覆电极浆料，经烧结后实现金属接触，完成本步骤后如图7所示。
实施例三
本实施例说明了一种高性能钝化接触太阳能电池的制备工艺，具体步骤如下：
1、清洗、制绒、掺杂：选用P型单晶硅基体，其电阻率为0～30Ω·cm，厚度为50～300μm，在对硅片31的一面进行清洗、制绒后，对硅片进行掺杂32，磷(P)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3，随后利用900℃温度对掺杂P进行推进、扩散；
2、制备沉积氧化保护层33：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片掺杂面原位生长150nm的氧化保护层33，可以为氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图2所示。
3、制备低压化学沉积(LPCVD)超薄钝化介质层41：采用低压化学沉积(LPCVD)设备，在硅片的另一面原位生长1.5nm的氧化层(SiO2)，完成本步骤后如图3所示。
4、制备多晶硅薄膜51：在低压化学沉积(LPCVD)生长超薄钝化介质层的氧化层之后，在同一设备中，温度为610℃在超薄钝化介质层的氧化层上再生长一层120nm多晶硅薄膜，完成本步骤后如图4所示。
5、多晶硅薄膜掺杂：利用离子注入或者炉管扩散，实现多晶硅薄膜掺杂，硼(B)掺杂浓度范围为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3。
6、退火：利用1000℃温度对掺杂硼(B)进行激活，同时次高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能。
7、氧化层去除：通过HF化学溶液将掺杂层表面生长的氧化保护层除去，完成本步骤后如图5所示。
8、制备氮化硅71：通过板式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在硅片的两面生长一层氮化硅层，厚度范围是50～200nm，完成本步骤后如图6所示。
9、制备上电极61和下电极81：采用丝网印刷的方式在硅片正反两面的氮化硅层上涂覆电极浆料，经烧结后实现金属接触，完成本步骤后如图7所示。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在掺杂后的硅片的第一表面形成氧化保护层，所述硅片的第一表面包括所述硅片一面的掺杂面和所述硅片的侧面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述氧化保护层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述形成氧化保护层之后，所述方法还包括：
在所述硅片的另一面制备一层超薄钝化介质层，以及
在硅片的第二表面形成硅薄膜，所述第二表面包括所述硅片的侧面的氧化保护层表面和所述硅片的另一面的超薄钝化介质层表面。
4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，在所述形成硅薄膜之后，所述方法还包括：
对所述硅薄膜进行硼掺杂或磷掺杂，所述硼掺杂或磷掺杂浓度为1.0E19atoms/cm3-2.0E21atoms/cm3。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述超薄钝化介质层包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述硅薄膜进行掺杂之后，还包括：对掺杂后的硅薄膜进行退火。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述退火之后，所述方法还包括：去除所述硅片一面的掺杂面上的氧化保护层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述去除所述硅片一面的掺杂面上的氧化保护层之后，所述方法还包括：
制备钝化减反膜；
在包覆所述钝化减反膜的硅片上制备电极。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述钝化减反膜覆盖所述硅片的整个表面。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述钝化减反膜包括：氧化硅、氧化钛和氮氧化硅中的一种单层膜或几种的叠层膜。
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| CN111509082B (zh) * | 2020-03-20 | 2024-05-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 掺镓多晶硅薄膜制备方法及其在太阳电池的应用 |
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2020
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