CN112599636B - 一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，提供了一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池。该制备方法包括：对N型晶体硅片清洗和制绒；在硅片正面进行硼扩散形成P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至硅片背面的硼硅玻璃；在硅片背面制备隧穿氧化层，并依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至硅片正面的多晶硅和磷硅玻璃；高温退火，将硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到硅片背面的多晶硅层和硅片中；用酸溶液去除硅片背面的磷硅玻璃层和正面的硼硅玻璃层；在硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层和制备金属电极。本发明的方法工艺流程合理、产能高，且制备得到的晶体硅电池无外观过刻现象，电池质量得到显著提高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池。
背景技术
太阳能电池作为太阳能利用的重要方式之一，在世界各国得到技术研发及推广。经过近年来的发展，多种太阳能电池材料已经被开发和应用。其中，晶体硅太阳能电池因其光电转换效率高、原材料充足等优点，占据了光伏市场很大的市场份额。
然而，晶体硅太阳能电池仍在结构、制备工艺等方面存在改进的需求。以TOPCON高效太阳能电池为例，其背面掺杂多数通过磷扩散或离子注入加退火的方式实现。但是，磷扩散极易造成绕扩，且会与正面LPCVD制备的多晶硅发生绕镀反应，造成去绕镀困难。离子注入的方式虽然可实现单面掺杂，但是设备昂贵，维护成本极高。
因而，如何改进晶体硅太阳能电池的制备工艺，以简化工艺流程、降低制备成本并进一步提高晶体硅太阳能电池的质量和性能，是光伏电池技术领域的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种晶体硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和磷硅玻璃；
通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层和正面的硼硅玻璃层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
作为另外一种并列可选的方案，本发明的第一方面所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法，也可包括如下步骤：
对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的磷硅玻璃；
通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层、扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和所述晶体硅片正面的硼硅玻璃层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
相对于现有技术而言，本发明在晶体硅片的背面制备隧穿氧化层之后，在隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层，并在多晶硅层上继续沉积磷硅玻璃层，以该沉积的磷硅玻璃层为后续的磷掺杂提供磷源。本发明在进行退火掺杂前已去除正面绕过的磷硅玻璃层，由于未经过高温，扩散至晶体硅片正面的磷硅玻璃未与多晶硅反应，极易溶于酸溶液中而实现去除；同时，本发明用酸/碱溶液去除扩散至晶体硅片正面的多晶硅，保证背面的磷硅玻璃层不被破坏。然后，本发明在去除了正面的多晶硅及磷硅玻璃绕镀之后再进行高温退火工艺，使得背面磷硅玻璃层中的磷掺杂到多晶硅及硅基体中，后再去除正面的硼硅玻璃层及背面的磷硅玻璃层(作为并列可选的方案，也可先用酸去除正面的磷硅玻璃绕镀，后进行高温退火工艺，然后再去除正面的多晶硅绕镀及正面的硼硅玻璃层和背面的磷硅玻璃层)，至此，背面结构完成，从而顺利实现了无绕扩的单面沉积工艺，有利于增加晶体硅太阳能电池的产能、降低电池成本，且制备得到的晶体硅太阳能电池不会产生外观过刻的现象，电池的质量得到显著提高。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述酸溶液选自硝酸、氢氟酸或其混合物。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述隧穿氧化层的制备方法为热氧化法或湿化学法。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，在所述隧穿氧化层上沉积多晶硅层的方法选自LPCVD或PECVD。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，在所述多晶硅层上沉积所述磷硅玻璃层的方法选自LPCVD、PECVD或扩散沉积法。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述隧穿氧化层上的多晶硅层的厚度为30～200nm；所述隧穿氧化层上的多晶硅层的沉积温度为500～650℃。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述高温退火工艺中，退火温度为750～1000℃。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的厚度为10～100nm。
本发明所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法中，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的沉积温度为500～800℃。
当磷硅玻璃层的厚度为10～100nm、磷硅玻璃层的沉积温度为500～800℃时，不但可保证在后续的磷掺杂步骤中，同时获得较佳的磷掺杂深度和磷掺杂浓度，使得在晶体硅片的表面形成优异的钝化性能；且磷硅玻璃在上述厚度范围内极易溶于酸，从而避免磷硅玻璃较多地覆盖到正面的硼硅玻璃上发生反应；最终能达到最佳的去除绕镀效果，可最大程度地避免外观过刻的现象。
本发明的第二方面提供了一种晶体硅太阳能电池，其采用本发明第一方面所述的方法制备。具体来说，本发明第二方面提供的晶体硅太阳能电池包括： N型晶体硅片；在所述N型晶体硅片正面上形成的P型发射极、正面钝化层和正面金属电极；在所述N型晶体硅片背面上形成的隧穿氧化层、利用磷硅玻璃作为掺杂源形成的掺杂多晶硅层、背面钝化层和背面金属电极。
附图说明
图1为根据本发明一实施方式的晶体硅太阳能电池的制备流程图；
图2为根据本发明另一实施方式的晶体硅太阳能电池的制备流程图；
图3为本发明实施方式中在650℃下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层，并以该磷硅玻璃层提供掺杂磷源，所制备得到的晶体硅太阳能电池半成品的外观图；
图4为本发明实施方式中作为对比的在850℃下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层，并以该磷硅玻璃层提供掺杂磷源，所制备的晶体硅太阳能电池半成品的外观图；
图5为本发明实施方式中分别在650℃和480℃下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层后、再通过高温退火进行磷掺杂的掺杂曲线图。
具体实施方式
为了能够更清楚理解本发明的目的、特点和优势，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明的部分实施方式提供了一种晶体硅太阳能电池的制备方法，如图1 所示，该种晶体硅太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
S1：对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
S2：在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
S3：在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和磷硅玻璃；
S4：通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
S5：用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层和正面的硼硅玻璃层；
S6：在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
S7：在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
作为另外一种可选择的方案，如图2所示，本发明的部分实施方式所提供的晶体硅太阳能电池的制备方法，也可包括如下步骤：
S11：对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
S12：在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
S13：在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的磷硅玻璃；
S14：通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
S15：用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层、扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和所述晶体硅片正面的硼硅玻璃层；
S16：在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
S17：在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
本发明的部分实施方式还提供了一种晶体硅太阳能电池，其采用本发明第一方面中的方法制备。具体来说，所述晶体硅太阳能电池包括：N型晶体硅片；设于所述N型晶体硅片正面的P型发射极、正面钝化层和正面金属电极；设于所述N型晶体硅片背面的隧穿氧化层、利用磷硅玻璃作为掺杂源形成的掺杂多晶硅层、背面钝化层和背面金属电极。
本发明的实施方式中，在晶体硅片的背面制备隧穿氧化层之后，在隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层，并在多晶硅层上继续沉积磷硅玻璃层，以该沉积的磷硅玻璃层为后续的磷掺杂提供磷源。本发明在进行退火掺杂前已去除正面绕过的磷硅玻璃层，由于未经过高温，扩散至晶体硅片正面的磷硅玻璃未与多晶硅反应，极易溶于酸溶液中而实现去除；同时，本发明用酸/碱溶液去除扩散至晶体硅片正面的多晶硅，保证背面的磷硅玻璃层不被破坏。然后，本发明在去除了正面的多晶硅及磷硅玻璃绕镀之后再进行高温退火工艺，使得背面磷硅玻璃层中的磷掺杂到多晶硅及硅基体中，后再去除正面的硼硅玻璃层及背面的磷硅玻璃层(作为并列可选的方案，也可先用酸去除正面的磷硅玻璃绕镀，后进行高温退火工艺，然后再去除正面的多晶硅绕镀及正面的硼硅玻璃层和背面的磷硅玻璃层)，至此，晶体硅太阳能电池的背面结构完成，从而顺利实现了无绕扩的单面沉积工艺，有利于增加晶体硅太阳能电池的产能、降低电池成本，且制备得到的晶体硅太阳能电池不会产生外观过刻的现象，电池的质量得到显著提高。
在本发明的部分实施方式中，所述酸溶液选自硝酸、氢氟酸或其混合物。在本发明的部分实施方式中，所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物。上述酸溶液和碱溶液均为本领域常用的酸溶液和碱溶液，均可通过商业渠道购买获得。
在本发明的部分实施方式中，所述隧穿氧化层的制备方法为热氧化法或湿化学法。在本发明的部分实施方式中，在所述隧穿氧化层上沉积多晶硅层的方法选自LPCVD或PECVD。在本发明的部分实施方式中，在所述多晶硅层上沉积所述磷硅玻璃层的方法选自LPCVD、PECVD或扩散沉积法。上述以热氧化法或湿化学法制备隧穿氧化层、以及LPCVD、PECVD或扩散沉积法沉积膜层均可采用本领域常规操作步骤进行，本文中不再赘述。
在本发明的部分实施方式中，所述隧穿氧化层上的多晶硅层的厚度为 30～200nm；所述隧穿氧化层上的多晶硅层的沉积温度为500～650℃。
本发明的部分实施方式中，所述高温退火工艺中，退火温度为750～1000℃，通过该温度范围下的高温退火工艺，可将晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷全面掺杂到晶体硅片背面的多晶硅层和晶体硅片中。
在本发明的部分实施方式中，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的厚度为 10～100nm。
在本发明的部分实施方式中，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的沉积温度为 500～800℃。
当磷硅玻璃层的厚度为10～100nm、磷硅玻璃层的沉积温度为500～800℃时，不但可保证在后续的磷掺杂步骤中，同时获得较佳的磷掺杂深度和磷掺杂浓度，使得在晶体硅片的表面形成优异的钝化性能；且磷硅玻璃在上述厚度范围内极易溶于酸，从而避免磷硅玻璃较多地覆盖到正面的硼硅玻璃上发生反应；最终能达到最佳的去除绕镀效果，可最大程度地避免外观过刻的现象。
如图3和4所示，图3为按照本发明的方法在650℃下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层，并以该磷硅玻璃层提供掺杂磷源，所制备得到的晶体硅太阳能电池半成品的外观图，该电池半成品的外观无任何过刻不良现象，电池质量较好。而图4为在高于800℃(850℃)下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层，并以该磷硅玻璃层提供掺杂磷源，所制备的晶体硅太阳能电池半成品的外观图，该电池半成品的边缘出现了明显的类似“脏污”的外观印记，造成电池外观不良，也影响电池的质量。
图5分别显示了在650℃下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层后、再通过高温退火进行磷掺杂的掺杂曲线以及在低于500℃(480℃)下沉积厚度为60nm的磷硅玻璃层后、再通过高温退火进行磷掺杂的掺杂曲线。对比两曲线可知，当磷硅玻璃层的沉积温度为650℃时，可同时获得较优的磷掺杂浓度和磷掺杂深度；当磷硅玻璃层的沉积温度低于500℃时，磷掺杂的浓度和深度均不理想。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和磷硅玻璃；
通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层和正面的硼硅玻璃层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
2.一种晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
对N型晶体硅片进行清洗和制绒处理；
在所述晶体硅片的正面进行硼扩散，形成依次层叠的P型发射极和硼硅玻璃层，用酸溶液去除扩散至所述晶体硅片背面的硼硅玻璃；
在所述晶体硅片的背面制备隧穿氧化层，在所述隧穿氧化层上依次沉积多晶硅层和磷硅玻璃层，用酸溶液或碱溶液去除扩散至所述晶体硅片正面的磷硅玻璃；
通过高温退火工艺，将所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层中的磷掺杂到所述晶体硅片背面的多晶硅层和所述晶体硅片中；
用酸溶液去除所述晶体硅片背面的磷硅玻璃层、扩散至所述晶体硅片正面的多晶硅和所述晶体硅片正面的硼硅玻璃层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别沉积钝化膜层；
在所述晶体硅片的正面和背面分别制备金属电极。
3.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述酸溶液选自硝酸、氢氟酸或其混合物；和/或：
所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物。
4.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述隧穿氧化层上沉积多晶硅层的方法选自LPCVD或PECVD。
5.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述多晶硅层上沉积所述磷硅玻璃层的方法选自LPCVD、PECVD或扩散沉积法。
6.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述隧穿氧化层上的多晶硅层的厚度为30～200nm；
所述隧穿氧化层上的多晶硅层的沉积温度为500～650℃。
7.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的厚度为10～100nm。
8.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述多晶硅层上的磷硅玻璃层的沉积温度为500～800℃。
9.根据权利要求1或2所述的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述高温退火工艺中，退火温度为750～1000℃。
10.一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的方法制备，所述晶体硅太阳能电池包括：N型晶体硅片；设于所述N型晶体硅片正面的P型发射极、正面钝化层和正面金属电极；设于所述N型晶体硅片背面的隧穿氧化层、利用磷硅玻璃作为掺杂源形成的掺杂多晶硅层、背面钝化层和背面金属电极。
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