CN113140655A - 一种背面选择性发射极topcon电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,包括如下步骤:1)对N型硅片清洗制绒;2)正面硼扩散;3)背面酸洗、刻蚀或者抛光;4)背面氧化硅、多晶硅的复合双层制作;5)背面磷扩散;6)去除正面第二层多晶硅;7)印刷掩膜层;8)酸洗去正背面PSG、碱洗,碱抛形成轻、重扩区;9)正面沉积氧化铝;10)正面减反膜沉积;11)背面钝化膜沉积;12)电极印刷。本发明在炉管内直接制备出SiOx+Poly Si+SiOx+Poly Si复合双层结构,同时只需在原有的TOPCON电池制备流程上增加一步掩膜工序,通过清洗工艺就可以一步形成重、轻扩区,降低了制造成本低,易于实现量产化。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制备技术领域,具体涉及一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法。
背景技术
随着太阳能行业的不断发展,简单、高效成为太阳能电池的发展必然趋势。
TOPCON电池背面选择性发射极技术主要为通过改变poly硅即多晶硅的两种不同厚度,重扩区的poly硅厚度一般为60-250nm,轻扩区的poly硅厚度为10-100nm。
目前一般的背面选择性发射极结构的TOPCON电池制备流程为:N型硅片清洗制绒、正面B扩散制备PN结、背面酸洗、背面刻蚀去BSG&背面抛光、背面遂穿SiO2以及Poly Si、背面P扩散、背面蜡印掩膜层制备、正背面酸洗、正背面去poly,酸洗去BSG、正面氧化铝、正面&背面钝化膜沉积、正背面电极印刷、烧结、抗LID注入。由此可见,实现TOPCON电池背面的poly选择性发射极结构所需的流程较多,步骤复杂,其需要进行两次poly 硅的沉积,两次背面的P扩散,以及掩膜的图形化,复杂的流程以及繁琐的步骤将导致工艺稳定性难以控制,另外额外增加的步骤将提升电池制造成本以及难以实现量产化。
发明内容
为了克服上述缺陷,本发明的目的在于提供一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,其工艺简单,制造成本低,且易于实现量产化。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,包括如下步骤:
1)对N型硅片清洗制绒;
2)正面硼扩散;
3)背面酸洗、刻蚀或者抛光;
4)背面氧化硅、多晶硅的复合双层制作:将硅片送入炉管内进行氧化,管温为500-750℃,在硅片正背面生长出厚度为1-2nm的第一层氧化硅;随后在炉管内通入SiH4,沉积生长得到厚度为40nm-200nm的第一层多晶硅;
调整炉内温度至500-600之间,并抽至低压后进行通氧,氧气流量5slm-20slm,随后进行恒压氧化3-5min形成均匀厚度的第二层氧化硅;随后在炉管内通入SiH4,调压至20pa-300pa之间,SiH4流量100sccm-1000sccm之间,沉积时间20-40min,形成均匀厚度的第二层多晶硅;
5)背面磷扩散;
6)去除正面第二层多晶硅;
7)使用丝网印刷,在背面制备出与电极图形一致的掩膜层;
8)酸洗去正背面PSG、碱洗,碱抛形成轻、重扩区;
9)正面沉积氧化铝;
10)正面减反膜沉积;
11)背面钝化膜沉积;
12)电极印刷。
作为本发明的进一步改进:由于步骤4)中生长了两层氧化硅以及多晶硅,而本步骤针对的是第二层较薄的氧化硅以及多晶硅进行的,为了保证第二层氧化硅不受到掺杂高温的破坏同时兼顾掺杂浓度,本发明使用先低温沉积然,后在不同温度进行推进,利用不同的温度控制将第二层氧化硅进行保护;步骤5)具体为:采用POCl3扩散,先低温沉积,沉积温度为750-800℃;后分段推进:先在温度为800-850℃进行推进,时间为5-30min,再在850-930℃高温推进,时间10-30min;最后进行降温至720-780之间。
作为本发明的优选方式:第二层多晶硅和氧化硅的厚度小于第一层多晶硅和氧化硅的厚度,别于后续工艺的顺利进行以及对轻重扩区的控制。
作为本发明的进一步改进:步骤8)具体为:使用浓度为1%-10%HF洗去除正背面的PSG,脱水后使用浓度为1%-10%的氨水和浓度为1%-20%的双氧水进行碱洗;随后进行碱抛,碱抛使用浓度为1%-15%的氢氧化钾或者氢氧化钠,温度40-80℃,时间1-10min,完成后进行酸洗。
本发明中重扩区与轻扩区不同的多晶硅厚度制备过程中使用掩膜层,利用掩膜层保护内层的氧化硅,随后通过清洗的方式在背面掩膜区形成重扩区,非掩膜区形成轻扩区;本发明通过配置适合的清洗工艺一步就可以形成重轻扩区不同的多晶硅厚度,简单实用。
本发明的创新点及优点在于:
1、设计出了新型制备工艺,并使工艺步骤简单化,避免进行两次poly 硅制备以及两次P掺杂;
2、同一步骤内在炉管内直接制备出SiOx+ Poly Si+ SiOx+ Poly Si 复合双层结构,同时只需在原有的TOPCON电池制备流程上增加一步掩膜工序,通过清洗工艺就可以一步形成重、轻扩区,降低了制造成本低,易于实现量产化;
3.充分利用氧化硅具有的保护作用,与减抛以及碱抛添加剂不反应;即本发明中利用氧化硅的保护作用进行清洗碱抛,清洗过程中可直接对上层多晶硅进行抛掉,而氧化硅以及下层的poly硅得到保护未参与反应,本发明利用该方法可以一次成型重扩与轻扩去不同的poly硅厚度,极大的节省了制备流程;
4.与一般选择性TOPCON电池相比,工艺步骤更简单,更易于工艺稳定性的控制,另外再电池的效率上也具有一定优势。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1,本实施例涉及一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,包括如下步骤:
1)选择N型硅片,电阻率0.1-3Ω·cm;
2)硅片去损伤层、清洗制绒;
3)正面硼扩散,采用BCI3或者BBr3或者旋涂B源方式进行B扩散;
4)背面酸洗去BSG清洗,酸或碱进行背面刻蚀或者抛光;
5)背面遂穿氧化以及镀多晶硅:将硅片单插片或者双插片送入炉管内,在620℃进行氧化12min,氧气流量15slm,压力从低压到常压,在硅片正背面双面生长厚度为1.6nm的第一层氧化硅;随后在炉管内继续通入SiH4,沉积时间40min,SiH4流量600sccm之间,压力100pa之间,得到整面均匀生长的厚度80nm的第一层多晶硅;
随后调整沉积温度,将沉积温度降低至540℃,抽至低压后进行通氧氧化3min,氧气流量10slm,随后进行恒压氧化4min,制备出均一性好的厚度为1.1nm的第二层氧化硅,均一性较好的氧化硅是后续保证清洗均一性的关键;随后进行第二层多晶硅的沉积,沉积温度540℃,沉积时间30min,SiH4流量500sccm,压力120pa,同样在较低温度下得到均一性较好的厚度为60nm的poly硅;
6)背面磷扩散,采用POCl3扩散,沉积温度为770℃,小氮流量为900sccm,沉积时间为15min,后在温度为820℃进行推进,时间为12min,随后再进行高温推进,温度为900℃,时间20min,最后进行降温至75之间;本发明使用先低温沉积然后在不同温度进行推进,利用不同的温度控制,将第二层的氧化硅保护;针对制备出的N型片方阻测试在40;
7)由于正面绕镀同样为两层氧化硅以及多晶硅结构,但是本发明的选择性结构重点是背面形成轻扩与重扩区厚度不同的多晶硅结构,所以需预先将正面第二层多晶硅去除,而氧化硅与碱不发生反应;故对正面单面酸洗,HF浓度为2%,脱水后进行碱抛,使用氢氧化钾或者氢氧化钠,浓度为6%,温度60℃,时间5min去除正面最外层的多晶硅;
8)使用丝网印刷,以印蜡的方式在背面制备出图形化的掩膜层,该掩膜层的图形与后续丝网印刷金属浆料电极制备的图形保持一致;
9)使用浓度为3%的HF酸洗去除正背面的PSG,脱水后进行碱洗,碱洗使用质量浓度为4%的氨水和质量浓度为10%的双氧水混合液,氨水和双氧水的混合比例为常用配比,随后进行碱抛,碱抛使用质量浓度为6%的氢氧化钾溶液,温度60℃,时间6min,去除背面上层的多晶硅,剩余下层多晶硅形成轻扩区,而蜡印所在区域形成重扩区,完成后进行酸洗。本步骤可以将正面绕镀区剩余的多晶硅完全去除,极大的优化了工艺步骤;
10)正面沉积氧化铝,在ALD腔室内真空条件下周期性通入TMA、N2、H2O双面沉积氧化铝5nm;
11)正面减反膜沉积,使用PECVD依次沉积SiNx或者SiOx、SiNx、SiON三者之间相互叠加的多层膜,总膜厚在70nm;
12)背面钝化膜沉积,使用PECVD沉积SiON、SiOx、SiNx,三者之中的一层或多层,总膜厚在100nm;
13)背面电极印刷、背面栅线印刷,正面电极以及栅线印刷,然后高温烧结;
14)抗LID注入,LIR或ELR。
经检测,对比本发明的太阳能电池与常规电池电性能效果,如下:
本实施例中像第一层氧化硅和多晶硅的制备等都可以采用常规工艺。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
1)对N型硅片清洗制绒;
2)正面硼扩散;
3)背面酸洗、刻蚀或者抛光;
4)背面氧化硅、多晶硅的复合双层制作:将硅片送入炉管内进行氧化,管温为500-750℃,在硅片正背面生长出厚度为1-2nm的第一层氧化硅;随后在炉管内通入SiH4,沉积生长得到厚度为40nm-200nm的第一层多晶硅;
调整炉内温度至500-600之间,并抽至低压后进行通氧,氧气流量5slm-20slm,随后进行恒压氧化3-5min形成均匀厚度的第二层氧化硅;随后在炉管内通入SiH4,调压至20pa-300pa之间,SiH4流量100sccm-1000sccm之间,沉积时间20-40min,形成均匀厚度的第二层多晶硅;
5)背面磷扩散;
6)去除正面第二层多晶硅;
7)使用丝网印刷,在背面制备出与电极图形一致的掩膜层;
8)酸洗去正背面PSG、碱洗,碱抛形成轻、重扩区;
9)正面沉积氧化铝;
10)正面减反膜沉积;
11)背面钝化膜沉积;
12)电极印刷。
2.根据权利要求1所述的一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,其特征在于:步骤5)具体为:采用POCl3进行磷扩散,先低温沉积,沉积温度为750-800℃;后分段推进:先在温度为800-850℃进行推进,时间为5-30min,再在850-930℃高温推进,时间10-30min;最后进行降温至720-780之间。
3.根据权利要求1所述的一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,其特征在于:第二层多晶硅和氧化硅的厚度小于第一层多晶硅和氧化硅的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种背面选择性发射极TOPCON电池的制备方法,其特征在于:步骤8)具体为:使用浓度为1%-10%HF洗去除正背面的PSG,脱水后使用浓度为1%-10%的氨水和浓度为1%-20%的双氧水进行碱洗;随后进行碱抛,碱抛使用浓度为1%-15%的氢氧化钾或者氢氧化钠,温度40-80℃,时间1-10min,完成后进行酸洗。
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