CN111834493B - 一种TOPCon太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TOPCon太阳能电池的制备方法，包括在硅片正面制备掩膜层，所述掩膜层采用PECVD、APCVD、LPCVD、PEALD中的任一种方法在硅片正面沉积，所述掩膜层为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化铝中的一种或多种。本发明通过在正面BSG和绕镀多晶硅之间沉积一层掩膜层，在背面制备钝化接触层时，该掩膜层能够阻挡磷元素进入BSG，以及阻挡BSG中的硼元素进入绕镀多晶硅中，很好地保护了电池正面的硼发射极；使去除绕镀多晶硅的工艺条件简单且容易实现；绕镀多晶硅去除效果好，提高了电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制备方法，具体涉及一种TOPCon太阳能电池的制备方法。
背景技术
在晶硅太阳电池技术领域，隧穿氧化钝化接触(TOPCon)技术是一种优秀的电池钝化技术。在TOPCon电池中，电池背面沉积有由隧穿氧化层和多晶硅层组成的钝化接触层，能起到对电池背面金属接触区域的钝化作用，降低太阳电池光生载流子在电池背面金属接触区域的复合，进而提升电池性能。制作TOPCon电池背面钝化接触层通常使用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在硅片背面沉积本征非晶硅，然后通过磷扩散退火将本征的非晶硅晶化成为掺磷的多晶硅。但是非晶硅生长过程中硅片正面和侧面也会因绕镀现象或多或少的形成绕镀非晶硅层，同样的经过磷扩散退火后绕镀非晶硅层晶化成绕镀多晶硅层，由于多晶硅层具有较高的吸光系数，一旦出现在电池正面将会影响电池正面太阳光的吸收，同时多晶硅的导电性将会导致电池边沿处严重的漏电。
现有TOPCon电池背面沉积非晶硅时常采用将硅片正面对正面叠片的方式，导致正面边缘的绕镀多晶硅厚度往往最厚，正面远离边缘的区域往往没有覆盖绕镀多晶硅。去除绕镀多晶硅时，通常在硅片正面硼发射极表面沉积非晶硅前保留一层硼硅玻璃(BSG)作为去除绕镀多晶硅时硅片正面的掩膜，硅片背面则使用沉积非晶硅之后的磷扩散退火所形成的磷硅玻璃(PSG)作为掩膜，然后去除绕镀多晶硅表面的PSG并使用碱性溶液去除绕镀多晶硅。虽然利用了BSG和PSG在碱溶液中腐蚀速率较低的特性保护正面硼发射极和背面多晶硅层不被腐蚀，但忽略了掺杂元素对多晶硅和BSG性质的改变。一是由于绕扩现象，磷扩散退火过程中磷元素会进入未覆盖绕镀多晶硅的BSG中，使BSG与氢氟酸的反应速率大幅提升，导致去除绕镀多晶硅表面的PSG时未覆盖绕镀多晶硅的BSG被大量去除，后续去除绕镀多晶硅时硅片正面硼发射极易被破坏。二是由于杂质扩散，磷扩散退火时BSG中的硼元素会进入绕镀多晶硅，使绕镀多晶硅与碱性溶液反应速率大大降低，去除绕镀多晶硅所需的时间或溶液条件增强，进一步加大正面硼发射极被破坏的风险。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种TOPCon太阳能电池的制备方法，能够很好地保护电池正面的硼发射极不被破坏，使得去除绕镀多晶硅的工艺条件易实现，能够彻底去除绕镀多晶硅。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种TOPCon太阳能电池的制备方法，包括在硅片正面制备掩膜层，所述掩膜层采用PECVD、APCVD、LPCVD、PEALD中的任一种方法在硅片正面沉积，所述掩膜层为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化铝中的一种或多种。
优选的，所述掩膜层的厚度为10～200nm，折射率为1.45～2.3。
优选的，所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)硅片依次进行制绒和硼扩散，或者依次进行制绒、硼扩散和背面抛光；
(2)硅片正面沉积掩膜层；
(3)去除硅片背面和侧面绕镀的掩膜层；
(4)硅片背面制作钝化接触层；
(5)去除所述钝化接触层位于硅片正面和侧面的绕镀多晶硅；
(6)清洗去除掩膜层、正面BSG及背面PSG；
(7)正背面镀膜后印刷烧结，制得TOPCon太阳能电池。
优选的，步骤(4)中，钝化接触层包括隧穿氧化层和位于隧穿氧化层上的掺磷多晶硅层。
具体的，先在硅片背面制备隧穿氧化层，本发明对制作隧穿氧化层的方法不做限定，可采用硝酸氧化、热氧化、臭氧氧化、PECVD原位生长、LPCVD原位生长等方法制作。再在隧穿氧化层上沉积一层本征非晶硅层，然后通过磷扩散退火将本征非晶硅层晶化成为掺磷多晶硅层，并在掺磷多晶硅层表面形成PSG，此时掺磷多晶硅层在硅片侧面和正面沉积有绕镀多晶硅。
进一步优选的，所述隧穿氧化层的厚度为0.5～3nm。
进一步优选的，所述掺磷多晶硅层的厚度为30～300nm。
优选的，步骤(5)中，去除所述钝化接触层位于硅片正面及侧面的绕镀多晶硅，包括：氢氟酸水上漂的方式去除绕镀多晶硅表面的PSG后通过碱溶液刻蚀去除绕镀多晶硅。
进一步优选的，所述碱溶液为浓度0.5～10％的NaOH溶液或KOH溶液。
进一步优选的，所述碱溶液还加入有体积比0～10％的添加剂。
进一步优选的，所述碱溶液刻蚀的温度为25～70℃，时间为5～1200s。
由于TOPCon太阳能电池背面的钝化接触层在制备掺磷多晶硅层时，磷扩散退火存在高温工艺过程，高温下磷元素会大量进入正面BSG，导致去除绕镀多晶硅表面PSG时，BSG由于磷元素的掺杂也会被过量腐蚀，进而在后续碱溶液去除绕镀多晶硅时破坏了正面硼发射极；同时高温下BSG的硼元素会大量进入绕镀多晶硅，尤其是绕镀多晶硅位于正面的部分，导致碱溶液去除绕镀多晶硅时反应速率变缓，通常需要人为增加腐蚀条件来提高反应速率，进一步加大了对正面硼发射极的破坏。因此本发明通过在正面BSG远离硼发射极的表面沉积一层掩膜层，也就是位于正面BSG和绕镀多晶硅之间，该正面掩膜层的作用如下：磷扩散退火过程中能够阻挡磷元素进入正面BSG，防止去除绕镀多晶硅表面PSG的同时BSG也被过量腐蚀，保护正面硼发射极在后续碱溶液去除绕镀多晶硅时不被破坏；同时还能够阻挡BSG中的硼元素进入绕镀多晶硅中，防止碱溶液去除绕镀多晶硅时破坏正面硼发射极。本发明通过正面掩膜层不仅保护了正面硼发射极，而且容易彻底地去除绕镀多晶硅。
有益效果：同现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)保护电池正面的硼发射极不被破坏；
(2)去除绕镀多晶硅的工艺条件简单；
(3)绕镀多晶硅去除效果好，提高了电池效率；
(4)方法简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所采用的硅片为N型硅片，制备成TOPCon电池的工艺流程如图1所示。
实施例1
一种TOPCon太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)对原始硅片依次进行制绒和硼扩散；
(2)硅片正面沉积掩膜层；
采用PECVD在硅片正面沉积厚度150nm、折射率2.1的氮氧化硅作为正面掩膜层，此时硅片背面和侧面沉积有绕镀掩膜层。
(3)去除硅片背面和侧面的绕镀掩膜层；
采用链式酸洗，硅片背面朝下同HF溶液接触去除背面和侧面的绕镀掩膜层；该实施例在去除绕镀掩膜层后还包括有对硅片背面和侧面进行抛光。
(4)硅片背面制作钝化接触层；
具体的，钝化接触层包括隧穿氧化层和位于隧穿氧化层上方的掺磷多晶硅层。先采用热氧化方法在硅片背面制备厚度0.5nm的隧穿氧化层，再采用PECVD在隧穿氧化层上沉积本征非晶硅层，然后通过磷扩散退火将本征非晶硅层晶化成为掺磷多晶硅层并在掺磷多晶硅层表面形成PSG，此时硅片侧面和正面沉积有绕镀多晶硅，其中掺磷多晶硅层厚度为300nm，磷浓度为1E22/cm3，PSG厚度为30nm。
(5)去除钝化接触层位于硅片正面及侧面的绕镀多晶硅；
将硅片正面朝下置于链式设备中，采用浓度0.5％的HF溶液清洗300s去除硅片正面和侧面绕镀多晶硅表面的PSG，此时硅片正面掩膜层氮氧化硅的厚度有轻微减少但不会被完全去除；再采用浓度10％的KOH溶液于25℃刻蚀1200s，其中KOH溶液还加有10％比例的抛光添加剂，抛光添加剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚，用于降低氧化层在碱溶液中反应速率。
(6)HF溶液清洗去除正面掩膜层、正面BSG及背面PSG；
(7)正背面镀膜后印刷烧结，制得TOPCon太阳能电池。
实施例2
一种TOPCon太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)对原始硅片依次进行制绒、硼扩散和背面抛光；
(2)硅片正面沉积掩膜层；
采用APCVD在硅片正面沉积厚度65nm、折射率1.45的氧化硅作为正面掩膜层，此时硅片背面和侧面沉积有绕镀掩膜层。
(3)去除硅片背面和侧面的绕镀掩膜层；
采用链式酸洗，硅片背面朝下同HF溶液接触去除背面和侧面的绕镀掩膜层。
(4)硅片背面制作钝化接触层；
先采用PECVD原位生长制备厚度3nm的隧穿氧化层，再采用PECVD在隧穿氧化层上沉积本征非晶硅层，然后通过磷扩散退火将本征非晶硅层晶化成为掺磷多晶硅层并在掺磷多晶硅层表面形成PSG，此时硅片侧面和正面沉积有绕镀多晶硅，其中掺磷多晶硅层厚度为30nm，磷浓度为1E19/cm3，PSG厚度为20nm。
(5)去除钝化接触层位于硅片正面及侧面的绕镀多晶硅；
将硅片正面朝下置于链式设备中，采用浓度10％的HF溶液清洗5s去除硅片正面和侧面绕镀多晶硅表面的PSG；再采用浓度0.5％的NaOH溶液于70℃下刻蚀5s。
(6)HF清洗去除正面的掩膜层、正面BSG及背面PSG；
(7)正背面镀膜后印刷烧结，制得TOPCon太阳能电池。
实施例3
同实施例1，不同的是：
步骤(2)中，采用PEALD在硅片正面沉积厚度10nm、折射率1.63的氧化铝作为正面掩膜层；
步骤(4)中，采用LPCVD原位生长制备隧穿氧化层，隧穿氧化层厚度为2nm；掺磷多晶硅层厚度为90nm，磷浓度为1E20/cm3，PSG厚度为1nm。
实施例4
同实施例1，不同的是：
步骤(2)中，采用LPCVD在硅片正面沉积厚度200nm、折射率2.3的氮化硅作为正面掩膜层；
步骤(4)中，采用臭氧氧化制备隧穿氧化层，隧穿氧化层厚度为1nm；掺磷多晶硅层厚度为200nm，磷浓度为1E21/cm3，PSG厚度为30nm。
实施例5
同实施例4，不同的是：
步骤(2)中，先采用APCVD在硅片正面沉积一层厚度15nm、折射率1.57的氧化硅，再采用PECVD在氧化硅上沉积一层厚度50nm、折射率1.9的氮化硅，底层氧化硅和顶层氮化硅所形成的双层膜作为正面掩膜层。
Claims (1)
1.一种TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）对原始硅片依次进行制绒和硼扩散；
（2）硅片正面沉积掩膜层；
采用LPCVD在硅片正面沉积厚度200nm、折射率2.3的氮化硅作为正面掩膜层，此时硅片背面和侧面沉积有绕镀掩膜层；
（3）去除硅片背面和侧面的绕镀掩膜层；
采用链式酸洗，硅片背面朝下同HF溶液接触去除背面和侧面的绕镀掩膜层；去除绕镀掩膜层后还包括有对硅片背面和侧面进行抛光；
（4）硅片背面制作钝化接触层；
所述钝化接触层包括隧穿氧化层和位于隧穿氧化层上方的掺磷多晶硅层；先采用臭氧氧化方法在硅片背面制备厚度1nm的遂穿氧化层，再采用PECVD在隧穿氧化层上沉积本征非晶硅层，然后通过磷扩散退火将本征非晶硅层晶化成为掺磷多晶硅层并在掺磷多晶硅层表面形成PSG，此时硅片侧面和正面沉积有绕镀多晶硅，其中掺磷多晶硅层厚度为200nm，磷浓度为1E21/cm3，PSG厚度为30nm；
（5）去除钝化接触层位于硅片正面及侧面的绕镀多晶硅；
将硅片正面朝下置于链式设备中，采用浓度0.5%的HF溶液清洗300s去除硅片正面和侧面绕镀多晶硅表面的PSG，此时硅片正面掩膜层氮化硅的厚度有轻微减少但不会被完全去除；再采用浓度10%的KOH溶液于25℃刻蚀1200s用于去除硅片正面及侧面的绕镀多晶硅；
（6）HF溶液清洗去除正面掩膜层、正面BSG及背面PSG；
（7）正背面镀膜后印刷烧结，制得TOPCon太阳能电池。
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- 2020-07-22 CN CN202010708871.4A patent/CN111834493B/zh active Active
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| CN111834493A (zh) | 2020-10-27 |
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