CN112038444A - 一种n型晶体硅太阳能电池的制作方法及其背面钝化接触结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开一种N型晶体硅太阳能电池的制作方法及其背面钝化接触结构的制作方法。所述钝化接触结构的制作方法，包括如下步骤：在氮气气氛下抽真空并在氮气气氛下升温至预设温度，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；利用炉管内部的预留腔，使硅烷气体在所述隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。本发明提供的钝化接触结构的制作方法，能够有效避免硅基体表面不良氧化层的产生，保障隧穿氧化层的质量，并在在隧穿氧化层上制备厚度均匀的多晶硅层，进而得到质量良好的钝化接触结构。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种N型晶体硅太阳能电池的制作方法及其背面钝化接触结构的制作方法。
背景技术
Topcon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(Tunnel OxidePassivated Contact)太阳能电池技术，其电池结构为N型硅衬底电池，关键技术为电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，有效降低表面复合和金属接触复合，提升了电池的开路电压和短路电流。
目前，Topcon的钝化接触结构中超薄的隧穿氧化层可以通过高温热氧化、化学腐蚀等方式形成；高掺杂的多晶硅薄层多采用LPCVD制备。然而，在超薄的隧穿氧化层制备过程，由于在抽真空升温步骤中不能瞬间将炉管内压力抽到绝对真空条件，炉管中残存的空气可能会在高温下与硅片表面反应，生成质量非常差的氧化层，影响整个隧穿氧化层钝化层的质量。同时，现有的硅烷进气管路为炉口一根进气管和炉尾一根进气管，这种进气方式，使硅烷很难在短时间内均匀分布在整个炉管内，而硅烷在高温下反应速率又很快，很容易造成硅片表面多晶硅薄层的不均匀。
发明内容
针对现有N型Topcon电池制备过程中存在的上述技术问题，本发明提供一种N型晶体硅太阳能电池的制作方法及其背面钝化接触结构的制作方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种钝化接触结构的制作方法，采用炉管生长，所述炉管内部设有与自身轴线平行的隔板，所述隔板将所述炉管的内部分割为预留腔和反应腔，所述隔板上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，所述制作方法包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入炉管的反应腔，向反应腔内通入氮气并第一次抽真空，停止抽真空继续通入氮气，升温至预设温度，第二次抽真空，通入氧气，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：所述隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过进气管输送至炉管内部的预留腔中，当预留腔内的压强达到预设值时排气孔开启，硅烷气体进入反应腔，在所述隧穿氧化层上生长多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
相对于现有技术，本发明提供的钝化接触结构的制作方法，在氧化反应前，先通入氮气，边通氮气边抽真空，将炉管内残存的空气置换完全后，继续通入氮气达到大气压条件，使N型晶体硅基体处于氮气氛围的保护下，然后再进行升温至预设温度，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层，有效避免了硅基体表面不良氧化层的产生，能有效保障隧穿氧化层的质量。同时，通过对炉管的优化改进，使硅烷气体先进入由炉管内壁与隔板围成的预留腔内，当预留腔内的压强达到预设值时，经过隔板上均匀开设的若干个具有开闭功能的排气孔在反应炉管内均匀分布，并与N型晶体硅基体接触，在隧穿氧化层上制备多晶硅层，有效保证了多晶硅层的均匀性，进而得到质量良好的钝化接触结构。
进一步地，步骤S1中，第一次抽真空前氮气通入流量为20～50slm，第一次抽真空时间为10～30min，用氮气置换炉管内的空气。
进一步地，步骤S1中，停止抽真空后，先以20～50slm的流量通入氮气5～10min，使反应腔内气压达到0.5～0.7个大气压，再以1～5slm的流量通入氮气10～20min，并同时进行升温至预设温度580℃～650℃。保证炉管内为氮气氛围，在氮气氛围下升温，避免硅片表面不良氧化层的产生。
进一步地，步骤S1中，所述氧气的通入流量为5～40slm，通入时间为2～20min。
进一步地，步骤S2中，所述硅烷气体的通入流量为200～1000sccm，通入时间为15～50min。
进一步地，所述进气管具有若干个，分别对应设置在炉管的炉口和炉管的炉尾，保证迅速地将硅烷气体输送至炉管内部的预留腔中，使预留腔内的压强达到预设值后，在反应炉管内均匀分布。
进一步地，所述预留腔包括第一预留腔和第二预留腔，所述第一预留腔由炉管的一侧内壁与第一隔板围成，所述第二预留腔由炉管的另一侧内壁与第二隔板围成，通过炉管两侧的预留腔更快的实现硅烷气体在反应炉管内的均匀分布。
进一步地，所述具有开闭功能的排气孔包括排气孔和排气装置，所述排气装置用于在预留腔内的气压低于预设值时使排气孔处于关闭状态，在预留腔内的气压达到预设值时使排气孔处于开启状态，保证硅烷气体在反应炉管内的均匀分布。
进一步地，所述排气装置包括堵帽和挡块，所述堵帽固连于所述隔板的表面并位于所述排气孔的出气侧，且所述堵帽上设有侧向孔和弹簧；所述挡块滑动设置在所述堵帽内，且所述挡块借助所述弹簧靠近并切断所述排气孔和侧向孔的连通。在预留腔内的气压低于预设值时，所述挡块借助所述弹簧靠近并切断所述排气孔和侧向孔的连通，使排气孔处于关闭状态，在预留腔内的气压达到预设值时，所述挡块借助气体压力压缩所述弹簧远离并连接所述排气孔和侧向孔的连通，使排气孔处于开启状态，使硅烷气体在反应炉管内均匀分布。
本发明还提供一种N型晶体硅太阳能电池制作方法，包括上述的钝化接触结构的制作方法。
采用本发明提供的钝化接触结构的制作方法，N型硅衬底电池背面制备一层质量优异的超薄隧穿氧化层，然后再沉积一层均匀的掺杂多晶硅层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，并在此基础上得到N型TOPCon电池，改善太阳能电池电池转换效率。
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炉管的结构示意图；
图2是本发明实施例中炉管内隔板的结构示意图；
图3是本发明实施例中炉管内隔板上的排气孔和排气装置的结构示意图；
图4是本发明实施例与对比例中硅片的寿命测试结果图；
图5是本发明实施例与对比例中硅片的饱和电流密度测试结果图；
图6是本发明实施例与对比例中硅片的开路电压测试结果图；
图7是本发明实施例与对比例中硅片的多晶硅层均匀性测试结果图；
图中，10、进气管；20、隔板；21、第一隔板；22、第二隔板；30、预留腔；31、第一预留腔；32、第二预留腔；40、反应腔；50、排气孔；60、排气装置；61、堵帽；62、侧向孔；63、弹簧；64、挡块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种钝化接触结构的制作方法，采用炉管生长，所述炉管内部设有与自身轴线平行的隔板，所述隔板将所述炉管的内部分割为预留腔和反应腔，所述隔板上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，所述制作方法包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入炉管的反应腔，向反应腔内通入氮气并第一次抽真空，停止抽真空继续通入氮气，升温至预设温度，第二次抽真空，通入氧气，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：所述隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过进气管输送至炉管内部的预留腔中，在预留腔内的气压低于预设值时，所述排气孔处于关闭状态，当预留腔内的气压达到预设值时排气孔处于开启状态，硅烷气体进入反应腔，在所述隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
采用本发明提供的钝化接触结构的制作方法来制备N型晶体硅太阳能电池，包括如下步骤：
首先，在所述N型晶体硅基体的正面和侧面形成掩膜层，采用本发明提供的钝化接触结构的制作方法在所述N型晶体硅基体的背面形成隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
然后，去除位于所述正面的绕镀多晶硅，去除所述掩膜层，并在所述N型晶体硅基体的正面形成第一钝化层，在所述掺杂多晶硅层的背离所述氧化层的表面形成第二钝化层；
最后，在所述第一钝化层背离所述N型晶体硅基体的表面形成第一电极，在所述第二钝化层背离所述掺杂多晶硅层的表面形成第二电极。
为了更好的说明本发明实施例提供的N型晶体硅太阳能电池的制作方法及其背面钝化接触结构的制作方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种钝化接触结构的制作方法，采用如图1所示的炉管生长，炉管内部设有与自身轴线平行的隔板20，隔板20将炉管的内部分割为预留腔30和反应腔40，隔板20上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，具体包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入扩散炉管的反应腔40，先以10slm的流量通入氮气，调节氮气流量，再以20slm的流量通入氮气并进行第一次抽真空30min，抽真空停止后，继续保持通入氮气，以20slm的流量通入氮气10min，再以1slm的流量通入氮气20min，并在氮气气氛下升温至预设温度580℃，第二次抽真空3min，炉管内温度稳定约3min后，以5slm的流量通入氧气，通入时间为20min，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过进气管10输送至炉管内部的预留腔30中，预留腔30由炉管内壁与隔板20围成，隔板20上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔50(如图2所示)，硅烷气体的通入流量为200sccm，通入时间为50min，在预留腔30内的气压低于预设值时，排气孔50处于关闭状态，当预留腔30内的气压达到预设值时排气孔50处于开启状态，使硅烷气体进入反应腔40并均匀分布，在隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
实施例2
一种钝化接触结构的制作方法，采用如图1所示的炉管生长，炉管内部设有与自身轴线平行的隔板20，隔板20将炉管的内部分割为预留腔30和反应腔40，隔板20上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，具体包括如下步骤：：
S1：将N型晶体硅基体送入扩散炉管的反应腔40，先以15slm的流量通入氮气，调节氮气流量，再以30slm的流量通入氮气并进行第一次抽真空20min，抽真空停止后，继续保持通入氮气，以30slm的流量通入氮气8min，再以3slm的流量通入氮气15min，并在氮气气氛下升温至预设温度600℃，第二次抽真空3min，炉管内温度稳定约3min后，以5～40slm的流量通入氧气，通入时间为2～20min，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过设置在炉管的炉口和炉管的炉尾的进气管10输送至炉管内部的第一预留腔31和第二预留腔32中，第一预留腔31由炉管的一侧内壁与第一隔板21围成，第二预留腔32由炉管的另一侧内壁与第二隔板22围成，第一隔板21和第二隔板22上均匀开设有若干个排气孔50和排气孔50对应的排气装置60(图3)，排气装置60用于在预留腔30内的气压低于预设值时使排气孔50处于关闭状态，在预留腔30内的气压达到预设值时使排气孔50处于开启状态，硅烷气体的通入流量为600sccm，通入时间为30min，当预留腔30内的气压达到预设值时排气孔50处于开启状态，使硅烷气体进入反应腔40并均匀分布，在隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
实施例3
一种钝化接触结构的制作方法，采用如图1所示的炉管生长，炉管内部设有与自身轴线平行的隔板20，隔板20将炉管的内部分割为预留腔30和反应腔40，隔板20上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，具体包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入扩散炉管的反应腔40，先以20slm的流量通入氮气，调节氮气流量，再以50slm的流量通入氮气并进行第一次抽真空10min，抽真空停止后，继续保持通入氮气，以50slm的流量通入氮气5min，再以5slm的流量通入氮气10min，并在氮气气氛下升温至预设温度650℃，第二次抽真空3min，炉管内温度稳定约3min后，以40slm的流量通入氧气，通入时间为2min，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过设置在炉管的炉口和炉管的炉尾的进气管10输送至炉管内部的第一预留腔31和第二预留腔32中，第一预留腔31由炉管的一侧内壁与第一隔板21围成，第二预留腔32由炉管的另一侧内壁与第二隔板22围成，第一隔板21和第二隔板22上均匀开设有若干个排气孔50和排气孔50对应的排气装置60(如图3)，排气装置60包括堵帽61和挡块64，堵帽61固连于隔板20的表面并位于排气孔50的出气侧，且堵帽61上设有侧向孔62和弹簧63；挡块64滑动设置在堵帽61内，且挡块64借助63弹簧靠近并切断排气孔50和侧向孔62的连通。在预留腔30内的气压低于预设值时，挡块64借助弹簧63靠近并切断排气孔50和侧向孔62的连通，使排气孔50处于关闭状态，在预留腔30内的气压达到预设值时，挡块64借助气体压力压缩弹簧63远离并连接排气孔50和侧向孔62的连通，使排气孔50处于开启状态，硅烷气体的通入流量为1000sccm，通入时间为15min，当预留腔30内的气压达到预设值时排气孔50处于开启状态，使硅烷气体进入反应腔40并均匀分布，在隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
实施例4
一种N型晶体硅太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：
首先，在所述N型晶体硅基体的正面和侧面形成掩膜层，采用上述实施例提供的钝化接触结构的制作方法在所述N型晶体硅基体的背面形成隧穿氧化层和掺杂多晶硅层；
然后，去除位于所述正面的绕镀多晶硅，去除所述掩膜层，并在所述N型晶体硅基体的正面形成第一钝化层，在所述掺杂多晶硅层的背离所述氧化层的表面形成第二钝化层；
最后，在所述第一钝化层背离所述N型晶体硅基体的表面形成第一电极，在所述第二钝化层背离所述掺杂多晶硅层的表面形成第二电极。
为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。
对比例1
一种钝化接触结构的制作方法，在实施例1的基础上，使用原始的炉管，并改变抽真空和升温的方式，具体包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入扩散炉管，以10slm的流量通入氮气并进行抽真空30min，升温至预设温度580℃，炉管内温度稳定约3min后，以5slm的流量通入氧气，通入时间为20min，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，采用原始的炉管，将硅烷气体通过炉口一根进气管和炉尾一根进气管直接输送至炉管内，硅烷气体的通入流量为200sccm，通入时间为50min，使硅烷气体在隧穿氧化层上制备多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
为了更好的说明本发明实施例提供的钝化接触结构的制作方法的特性，下面分别采用实施例1和对比例1提供的制作方法，将硅片放置在炉管内不同位置制备得含有钝化接触结构的硅片，进行相应的钝化性能测试(采用饱和电流密度J0和隐含开路电压iVoc进行表征，J0越低越好、iVoc越高越好)和多晶硅层均匀性测试(采用椭偏仪)。
如图4所示，与对比例1相比采用本发明实施例1提供的制作方法得到的硅片的寿命有明显提升；分别如图5、6所示，与对比例1相比采用本发明实施例1提供的制作方法得到的硅片的饱和电流密度J0较小，而隐含开路电压iVoc较大，说明本发明实施例提供的硅片具有更加优异的钝化和接触性能。同时，如图7所示，与对比例1相比采用本发明实施例1提供的制作方法得到的硅片的多晶硅层厚度分布更加均匀，整个炉管的均匀性测试值(每片测试5个点，得到5个厚度，取平均值作为该片厚度；整个炉管管测试5片，(5片中厚度最大值-5片中厚度最小值)/5片的厚度平均值/2*100％，即均匀性测试值)从5.75％降至2.04％，说明本发明实施例提供的钝化接触结构具有更加均匀的多晶硅层。采用本发明其他实施例所得到的的碎片具有与实施例1基本相当的性能。
以上数据说明采用本发明提供的钝化接触结构的制作方法，能够有效避免硅基体表面不良氧化层的产生，保障隧穿氧化层的质量，并在在隧穿氧化层上制备厚度均匀的多晶硅层，进而得到质量良好的钝化接触结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钝化接触结构的制作方法，其特征在于：采用炉管生长，所述炉管内部设有与自身轴线平行的隔板，所述隔板将所述炉管的内部分割为预留腔和反应腔，所述隔板上均匀开设有若干个具有开闭功能的排气孔，所述制作方法包括如下步骤：
S1：将N型晶体硅基体送入炉管的反应腔，向反应腔内通入氮气并第一次抽真空，停止抽真空继续通入氮气，升温至预设温度，第二次抽真空，通入氧气，在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层；
S2：所述隧穿氧化层制备完毕后，抽真空，并用氮气吹扫去除氧气，将硅烷气体通过进气管输送至炉管内部的预留腔中，当预留腔内的压强达到预设值时排气孔开启，硅烷气体进入反应腔，在所述隧穿氧化层上生长多晶硅层，然后进行掺杂处理，得到钝化接触结构。
2.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：步骤S1中，第一次抽真空前氮气通入流量为20～50slm，第一次抽真空时间为10～30min。
3.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：步骤S1中，停止抽真空后，先以20～50slm的流量通入氮气5～10min，再以1～5slm的流量通入氮气10～20min，并同时进行升温至预设温度580℃～650℃。
4.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：步骤S1中，所述氧气的通入流量为5～40slm，通入时间为2～20min。
5.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：步骤S2中，所述硅烷气体的通入流量为200～1000sccm，通入时间为15～50min。
6.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：所述进气管具有若干个，分别对应设置在所述炉管的炉口和所述炉管的炉尾。
7.如权利要求1所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：所述预留腔包括第一预留腔和第二预留腔，所述第一预留腔由炉管的一侧内壁与第一隔板围成，所述第二预留腔由炉管的另一侧内壁与第二隔板围成。
8.如权利要求1至7任一项所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：所述具有开闭功能的排气孔包括排气孔和排气装置，所述排气装置用于在预留腔内的气压达到预设值时使排气孔处于开启状态，在预留腔内的气压低于预设值时使排气孔处于关闭状态。
9.如权利要求8所述的钝化接触结构的制作方法，其特征在于：所述排气装置包括：
堵帽，固连于所述隔板的表面并位于所述排气孔的出气侧，所述堵帽上设有侧向孔和弹簧；
挡块，滑动设置在所述堵帽内，所述挡块借助所述弹簧靠近并切断所述排气孔和侧向孔的连通。
10.一种N型晶体硅太阳能电池制作方法，其特征在于：包括权利要求1至9任一项所述的钝化接触结构的制作方法。
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