CN112542521A - 一种p型背面定域掺杂电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种P型背面定域掺杂电池及制备方法，采用PE‑ALD的方式，通入三甲基铝与臭氧沉积超薄隧穿层，采用PECVD的方式，通入硅烷、硼烷或镓烷与氢气离化沉积掺硼/镓非晶硅薄膜，采用纳秒绿光激光或者纳秒红外激光对电池背面进行局部掺杂，形成背面局部P+掺杂区，使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，使掺硼/镓非晶硅薄膜晶化成掺硼/镓多晶硅薄膜，采用HF清洗掉掺硼/镓多晶硅薄膜表面的氧化层，采用采用PECVD的方式在掺硼/镓多晶硅薄膜表面沉积一层单层膜或几种的叠层膜的钝化减反射层，采用丝网印刷方法先在钝化减反射层表面激光掺杂重合区域印刷烧穿型铝线铝浆形成背面铝电极，再并进行烧结，形成铝硅合金。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种P型背面定域掺杂电池及制备方法。
背景技术
近期，钝化接触技术在晶体硅太阳能电池逐渐应用，其基本方法采用超薄氧化隧穿层与多晶硅薄膜的作为太阳能电池背面的钝化层与金属接触层，金属电极与重掺杂的多晶硅薄膜形成欧姆接触，从而降低金属复合电流，提升电池性能。但是，大规模工业生产都用丝网印刷银浆料或铝浆料，再通过高温烧结的方法来实现金属-硅接触。在高温烧结过程中，金属浆料会穿透多晶硅薄膜达到晶硅基体，对其隧穿钝化效果造成一定的影响，造成开路电压降低。
现有专利，如CN 108987505晶澳(扬州)太阳能科技有限公司申请的一种太阳能电池及其制备方法，提出了先对金属接触电极下方的硅基体进行选择性的局部掺杂，从而改善金属浆料穿透多晶硅薄膜达到晶体基体造成金属复合电流大幅上升的问题。
现有的钝化接触电池中的掺硼/镓多晶硅内部硼/镓杂质的浓度达到了2E20~3E20/cm3，是完全可以作为杂质源进行硅基体局部掺杂的。但现有技术无法采用金属接触区域的多晶硅中的杂质作为杂质源进行激光掺杂的原因是采用银浆与多晶硅进行金属电接触，需要保留多晶硅中的杂质保证较好的欧姆接触；如现有专利CN 108987505晶澳(扬州)太阳能科技有限公司申请的一种太阳能电池及其制备方法，提出先对金属接触区域底部的硅基底进行离子注入或在硅基体表面利用低压气相沉积(APCVD)设备生长一层磷硅玻璃(PSG)或硼硅玻璃(BSG)，再利用激光扫描对硅基体进行选择性的磷(P)或硼 (B)掺杂，以上方案都需要额外的杂质源与设备进行硅基底的掺杂，工艺步骤复杂，成本较高。
申请内容
解决的技术问题：
本申请需要解决的技术问题是开路电压降低、金属复合电流大幅上升、工艺步骤复杂和成本较高等技术问题，提供一种P型背面定域掺杂电池及制备方法，采用烧穿型铝浆与P+掺杂硅基烧结形成BSF的方式替代银电极与掺杂多晶硅形成电接触的方式，金属接触区域由多晶硅层延伸到P+掺杂的硅基；通过对激光掺杂工艺的优化，以金属电极底部多晶硅薄膜中的硼/镓杂质作为杂质源进行激光扫描掺杂到硅基底，而后续金属化制程中烧穿型铝浆穿透多晶硅后与P+掺杂硅基形成BSF，降低了接触电阻与金属复合电流。
技术方案：
一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，步骤为：
第一步：对P型晶体硅进行清洗后，采用PE-ALD的方式，通入三甲基铝与臭氧沉积超薄隧穿层；
第二步：采用PECVD的方式，通入硅烷、硼烷或镓烷与氢气离化沉积掺硼/镓非晶硅薄膜；
第三步：采用纳秒绿光激光或者纳秒红外激光对电池背面硼/镓非晶硅薄膜的位置限定进行局部掺杂，形成背面局部P+掺杂区；
第四步：使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使硼/镓非晶硅薄膜晶化成掺硼/镓多晶硅薄膜；
第五步：采用HF清洗掉掺硼/镓多晶硅薄膜表面的氧化层；
第六步：采用采用PECVD的方式在掺硼/镓多晶硅薄膜表面沉积一层氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜的钝化减反射层；
第七步：采用丝网印刷方法先在钝化减反射层激光掺杂重合区域印刷烧穿型铝线铝浆形成背面铝电极，再并进行烧结，形成铝硅合金。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中超薄隧穿层为二氧化硅、氧化铝和氮氧化硅中的单层膜或者几种叠层膜，厚度为1nm-3nm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第二步中掺硼/镓非晶硅薄膜的厚度为10nm-500nm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第三步中背面局部P+掺杂区采用纳秒绿光或者纳秒红外激光将掺硼/镓非晶硅薄膜中的硼/镓杂质烧结进P型晶体硅内，激光功率控制在10W~30W，以5BB电池为例，激光掺杂的线条数量为50~200根；掺杂区域的硼/镓杂质表面浓度达到1E18cm-3~5E19cm-3，结深为0.1~2μm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第六步中钝化减反射层为二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜，厚度为20nm～300nm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第七步中背面铝电极采用烧穿型铝线铝浆通过丝网印刷的方式印刷到钝化减反射层表面，电极图形与激光掺杂的图形重合，烧结后，铝浆与背面局部P+掺杂区形成铝硅合金。
本申请还公开了一种由上述制备方法制备得到的P型背面定域掺杂电池。
作为本申请的一种优选技术方案：所述P型背面定域掺杂电池包括背面采用掺硼/镓多晶硅中的硼/镓作为杂质源，通过激光烧结掺杂的方式，把硼/镓杂质掺入体内形成局部背场。
有益效果：
本申请所述一种P型背面定域掺杂电池及制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、据TLM测试，背面铝线与掺硼/镓硅基的欧姆接触电阻率可以达到0.3mΩ.cm2，远低于银浆或者银铝浆与多晶硅薄膜的欧姆接触电阻率50mΩ.cm2；
2、硅基局部P+掺杂区强化了铝硅合金区域对少数载流子电子的排斥作用，从而使金属复合电流密度也大幅下降，据测试J0 metal可以下降至~200fA/cm2，同样实现了金属接触区域复合电流的大幅下降；
3、现有技术如CN 108987505所需的制备方法需要9个步骤，需要增加离子注入设备或者APCVD与激光设备对硅基注入杂质，离子注入与APCVD设备造价昂贵，进而会大幅增加电池的制造成本；而本提案制备方法仅需8步，只需在非晶硅沉积完成之后采用常规的激光设备对电池背面进行局部扫描即可实现硅基局部掺杂，制备方法简单；
4、本提案采用通过激光掺杂的方式，将多晶硅中的硼或镓原子掺杂进P型基体，在硅基体背面形成局部的P+掺杂区，采用烧穿型铝浆与P+掺杂区形成铝硅合金，降低金属-硅接触电阻与金属区复合电流，实现了电池性能的提升。同时，工艺步骤简单，电池成本较低，易于实现大规模量产。
附图说明
图1为本申请的电池背面结构示意图；
图2为本申请电池背面激光掺杂图；
图3为本申请电池背面制备方法的流程图。
附图标记说明：
图1中，1. P型晶体硅、2. 超薄隧穿层、3. 掺硼/镓多晶硅薄膜、4. 钝化减反射层、5. 背面局部P+掺杂区、6. 铝硅合金、7. 背面铝电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里制备的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1:
如图1所示，一种P型背面定域掺杂电池，背面采用掺硼/镓多晶硅中的硼/镓作为杂质源，通过激光烧结掺杂的方式，把硼/镓杂质掺入体内形成局部背场，该太阳能电池制备方法如图3所示，采用以下步骤：
第一步：对P型晶体硅进行清洗后，采用PE-ALD的方式，通入三甲基铝与臭氧沉积超薄氧化铝隧穿层2，氧化铝的厚度控制在1nm-3nm；
第二步：采用PECVD的方式，通入硅烷、硼烷与氢气离化沉积掺硼非晶硅薄膜，非晶硅薄膜厚度控制在30-300nm；
第三步：采用纳秒绿光激光或者纳秒红外激光对电池背面进行局部掺杂，形成背面局部P+掺杂区5。以5BB电池为例，激光掺杂的图形如说明书附图2，掺杂的线条数量设定为100根；掺杂区域的硼/镓杂质表面浓度达到3E19cm-3~5E19cm-3，结深控制在0.1~0.3μm；
第四步：使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使掺硼非晶硅薄膜晶化成掺硼多晶硅薄膜3；
第五步：采用HF清洗掉掺硼多晶硅薄膜3表面的氧化层；
第六步：采用采用PECVD的方式在掺硼/镓多晶硅薄膜3表面沉积一层氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜的钝化减反射层4，厚度为65nm；
第七步：采用丝网印刷方法先在钝化减反射层4激光掺杂重合区域印刷烧穿型铝线铝浆形成背面铝电极7，再并进行烧结，形成铝硅合金6。
所述的超薄隧穿层2为二氧化硅、氧化铝和氮氧化硅中的单层膜或者几种叠层膜，厚度为1nm-3nm。
所述的掺硼/镓非晶硅薄膜3的厚度为10nm-500nm，通过PECVD的方法制备。
所述的背面局部P+掺杂区5，采用纳秒绿光或者纳秒红外激光将掺硼/镓非晶硅薄膜中的硼/镓杂质烧结进P型晶体硅1内，激光功率控制在10W~30W，以5BB电池为例，激光掺杂图形如说明书附图2，激光掺杂的线条数量为50~200根；掺杂区域的硼/镓杂质表面浓度达到1E18cm-3~5E19cm-3，结深为0.1~2μm。
所述钝化减反射层4为二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜，厚度为20nm～300nm。
所述背面铝电极7采用烧穿型铝浆通过丝网印刷的方式印刷到钝化减反射层4表面，电极图形与激光掺杂的图形重合，烧结后，铝浆与背面局部P+掺杂区域5形成铝硅合金6。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，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 (8)
1.一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于，步骤为：
第一步：对P型晶体硅（1）进行清洗后，采用PE-ALD的方式，通入三甲基铝与臭氧沉积超薄隧穿层（2）；
第二步：采用PECVD的方式，通入硅烷、硼烷或镓烷与氢气离化沉积掺硼/镓非晶硅薄膜；
第三步：采用纳秒绿光激光或者纳秒红外激光对电池背面进行局部掺杂，形成背面局部P+掺杂区（5）；
第四步：使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使硼/镓非晶硅薄膜晶化成掺硼/镓多晶硅薄膜（3）；
第五步：采用HF清洗掉掺硼/镓多晶硅薄膜（3）表面的氧化层；
第六步：采用采用PECVD的方式在掺硼/镓多晶硅薄膜（3）表面沉积一层氮化硅薄膜、二氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜的钝化减反射层（4）；
第七步：采用丝网印刷方法先在钝化减反射层（4）表面激光掺杂重合区域印刷烧穿型铝线铝浆形成背面铝电极（7），再并进行烧结，形成铝硅合金（6）。
2.根据权利要求1所述的一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于：所述第一步中超薄隧穿层（2）为二氧化硅、氧化铝和氮氧化硅中的单层膜或者几种叠层膜，厚度为1nm-3nm。
3.根据权利要求1所述的一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于：所述第二步中掺硼/镓非晶硅薄膜的厚度为10nm-500nm。
4.根据权利要求1所述的一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于：所述第三步中背面局部P+掺杂区（5）采用纳秒绿光或者纳秒红外激光将掺硼/镓非晶硅薄膜中的硼/镓杂质烧结进硅片内，激光功率控制在10W~30W，以5BB电池为例，激光掺杂的线条数量为50~200根；掺杂区域的硼/镓杂质表面浓度达到1E18cm-3~5E19cm-3，结深为0.1~2μm。
5.根据权利要求1所述的一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于：所述第六步中钝化减反射层（4）为二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的一种单层膜或几种的叠层膜，厚度为20nm～300nm。
6.根据权利要求1所述的一种P型背面定域掺杂电池的制备方法，其特征在于：所述第七步中背面铝电极（7）采用烧穿型铝线铝浆通过丝网印刷的方式印刷到钝化减反射层（4）表面，电极图形与激光掺杂的图形重合，烧结后，铝浆与背面局部P+掺杂区（5）形成铝硅合金（6）。
7.一种由权利要求1-6任一制备方法制备得到的P型背面定域掺杂电池。
8.根据权利要求7所述的P型背面定域掺杂电池，其特征在于：所述P型背面定域掺杂电池包括背面采用掺硼/镓多晶硅中的硼/镓作为杂质源，通过激光烧结掺杂的方式，把硼/镓杂质掺入体内形成局部背场。
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