CN113224202A - 一种polo-ibc太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种POLO‑IBC太阳能电池及其制备方法，所述方法包括：S1、对硅片进行制绒；S2、在硅片的背面形成隧穿氧化层；S3、在隧穿氧化层上形成n型非晶硅层；S4、在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；S5、形成P型区和N型区；S6、热氧退火；S7、在n+轻掺杂层和SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；S8、形成N型电极和P型电极。本发明的制备方法工艺简单，生产周期短，成本低。
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POLO-IBC太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前PERC电池效率提升逐渐到瓶颈期，而客户端组件商对高效电池需求持续强烈。高效电池结构中叉指背接触(Interdigitated Back Contact，IBC)太阳能电池具有高转换效率、正面无遮挡、外观优美、组件封装简单多样化的优点。
现有的方法在IBC结构的基础上再叠加钝化接触结构(POLy-Si on passivatedinterfacial Oxides，POLO)来进一步提高电池的转换效率。但这用方法工艺复杂、生产周期长、成本高，无法实现大批量生产。
中国专利CN107342332A公开的双面POLO电池的制备方法，包括以下步骤：制绒，在硅片的双面形成SiOx隧穿氧化层，在双面的SiOx隧穿氧化层上形成多晶层，对硅片的正面和背面进行离子注入，分别形成P+Ploy-Si层和 N+Ploy-Si层，在P+Ploy-Si层和N+Ploy-Si层上形成导电薄膜ITO，形成电极。该方法需要离子注入设备来形成形成P+Ploy-Si层和N+Ploy-Si层，成本高。
中国专利CN110112255A公开的一种IBC太阳能电池的制备方法，则需要通过多次掩膜来形成，工艺复杂，生产周期长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种POLO-IBC太阳能电池的制备方法，工艺简单，生产周期短，成本低。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其制备而得的电池转换效率高。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种POLO-IBC太阳能电池，转换效率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种POLO-IBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、对硅片进行制绒；
S2、将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中，在硅片的背面形成隧穿氧化层；
S3、在隧穿氧化层上形成n型非晶硅层；
S4、采用磷扩散工艺在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；
S5、对n型多晶硅层和隧穿氧化层进行激光消融刻蚀，形成P型区，未被刻蚀的区域为N型区；
S6、热氧退火，减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层；
S7、在n+轻掺杂层和SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；
S8、形成N型电极和P型电极。
作为上述方案的改进，步骤S6中，在温度为650～750℃、压力为100～200 mTor的条件下，通入300～400sccm的氧气。
作为上述方案的改进，步骤S2中，将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中1～30min，在硅片的背面形成厚度为0.5～2.5nm的隧穿氧化层。
作为上述方案的改进，所述隧穿氧化层为SiO2层。
作为上述方案的改进，步骤S3中，将硅片置于CVD设备中，通入PH3、 SiH4和N2气体，在温度为350～650℃的条件下，在隧穿氧化层上形成厚度为 50～500nm的n型非晶硅层。
作为上述方案的改进，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为2～5*1020cm-3，n型非晶硅层的方块电阻为40～110Ω/□。
作为上述方案的改进，步骤S4中，将硅片置于扩散设备内，向扩散设备通入磷源，在温度为750～1050℃的条件下，扩散70～90min，其中，硅片的背面靠着插舟，正面朝外磷源。
作为上述方案的改进，n+轻掺杂层的掺杂浓度0.01～2*1020cm-3，结深为0.1～1μm；n+轻掺杂层的方块电阻为100～300Ω/□。
作为上述方案的改进，步骤S5中，采用掩膜和激光消融的方法来去除部分的n型多晶硅层和隧穿氧化层以形成P型区，所述P型区与N型区交替设置。
相应地，本发明还公开了一种POLO-IBC太阳能电池，其采用上述的制备方法制备而得，包括硅片，依次设于硅片正面的n+轻掺杂层、AlOx钝化层和SiNx减反层；
所述硅片的背面设有N型区和P型区，所述N型区包括依次设置隧穿氧化层、n型多晶硅层、SiO2钝化层、AlOx钝化层和SiNx减反层，所述P型区包括依次设置在SiO2钝化层、AlOx钝化层和SiNx减反层；还包括N型电极和P型电极，所述N型电极与n型多晶硅层导电连接，所述P型电极与硅片导电连接。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，工艺简单，与现有的 POLO-IBC太阳能电池制备工艺相比，本发明无需增加离子注入设备，也无需进行多次掩膜工艺及硼扩工艺，无需进行多次高温工艺；其中，步骤S1的制绒和步骤S2的隧穿氧化层可以在制绒设备中一体化制备完成，步骤S4中只用一台扩散设备就可以同时完成n+轻掺杂层，以及非晶硅晶层转化为n型多晶硅层，步骤S5中，通过激光消融的方法，只需一次掩膜就可形成N型区和P型区，有效减少工艺和步骤，缩短生产周期，降低成本，适合于大规模生产。
本发明步骤S6中通过热氧退火工艺，同时实现了减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和 P型区上形成SiO2钝化层。
本发明的隧穿氧化层和n型多晶硅层组合形成本发明太阳能电池的POLO 结构。其中，本发明的隧穿氧化层具有超薄、高质量、低表面缺陷密度等特点，光生载流子可通过隧穿或微孔(Pinhole)传输机制选择性通过隧穿氧化层。
本发明的隧穿氧化层通过微孔(主导)和隧穿共同实现电流的导通，使能带弯曲，让光生载流子选择性通过，N+的POLO结构中光生载流子的电子会通过隧穿氧化层，而空穴不能通过隧穿氧化层，这样可以实现钝化，降低少子复合，提高电池转换效率。
本发明的n+轻掺杂层的掺杂浓度0.01～2*1020cm-3，结深为0.1～1μm；n+轻掺杂层的方块电阻为100～300Ω/□，其作为本发明太阳能电池的前表面浮空发射极，有利于少数载流子在前表面的横向传输和收集，提高电池效率；在较宽的背表面场情况下能有效降低“电遮挡”效应，减少载流子的复合，且对前表面掺杂工艺窗口要求范围较宽。
附图说明
图1是本发明POLO-IBC太阳能电池的制备方法流程图；
图2是本发明POLO-IBC太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明提供的一种POLO-IBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、对硅片进行制绒；
具体的，所述硅片为P型硅片，厚度为50～200μm，电阻率为0.3～10Ω·cm，少子寿命为0.2～2ms，硅片制绒后在表面形成金字塔陷光结构。
S2、将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中，在硅片的背面形成隧穿氧化层；
具体的，将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中1～30min，在硅片的背面形成厚度为0.5～2.5nm的隧穿氧化层。其中所述隧穿氧化层为SiO2层。
优选的，富臭氧去离子水的温度为15～60℃。
需要说明的是，富臭氧的去离子水是指去离子水中含有预设浓度的臭氧。本发明隧穿氧化层还可以通过热硝酸法、紫外臭氧法(UV/O3)、PECVD-N2O法制成。
S3、在隧穿氧化层上形成n型非晶硅层；
具体的，将硅片置于CVD设备中，通入PH3、SiH4和N2气体，在温度为 350～650℃的条件下，在隧穿氧化层上形成厚度为50～500nm的n型非晶硅层。
在本发明中，n型非晶硅层的掺杂浓度和方块电阻直接影响后面结构的金属化，非晶硅层能够变成多晶硅层。优选的，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为2～5*1020cm-3，n型非晶硅层的方块电阻为40～110Ω/□。其中，方块电阻的单位为Ω/□(Ohm/Square)。
更优的，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为2.5～4*1020cm-3，n型非晶硅层的方块电阻为60～90Ω/□。
S4、采用磷扩散工艺在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；
具体的，将硅片置于扩散设备内，向扩散设备通入磷源，在温度为750～1050℃的条件下，扩散70～90min，其中，硅片的背面靠着插舟，正面朝外磷源，在硅片的正面形成n+轻掺杂层，同时在高温环境下，硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层。
本发明只用一台扩散设备就可以同时完成n+轻掺杂层，以及非晶硅晶层转化为n型多晶硅层。现有的制备方法，n+轻掺杂层和非晶硅晶层转化为n型多晶硅层要采用两台设备、分开两个步骤来完成。本发明采用扩散设备并设定特定的参数，即可一步完整，不仅提高生产效率，还降低设备的成本投入，降低成本。
优选的，n+轻掺杂层的掺杂浓度0.01～2*1020cm-3，结深为0.1～1μm；n+轻掺杂层的方块电阻为100～300Ω/□。若n+轻掺杂层的掺杂浓度大于2*1020cm-3，则会影响电池的转换效率。
更优的，n+轻掺杂层的掺杂浓度0.1～1.5*1020cm-3，结深为0.3～0.7μm；n+ 轻掺杂层的方块电阻为150～250Ω/□。
其中，所述磷源为POCl3。
需要说明的是，本发明的隧穿氧化层和n型多晶硅层组合形成本发明太阳能电池的POLO结构。
还需要说明的是，本发明的n+轻掺杂层为本发明太阳能电池的前表面浮空发射极(Front Floating Emitter，FFE)，所述前表面浮空发射极有利于少数载流子在前表面的横向传输和收集，提高电池效率；在较宽的背表面场(Back Surface Field，BSF)情况下能有效降低“电遮挡”效应，减少载流子的复合，且对前表面掺杂工艺窗口要求范围较宽。
S5、对n型多晶硅层和隧穿氧化层进行激光消融刻蚀，形成P型区，未被刻蚀的区域为N型区；
具体的，采用掩膜和激光消融的方法来去除部分的n型多晶硅层和隧穿氧化层，以形成P型区，其中，所述P型区用于形成P型结构，而未被去除的n 型多晶硅层和隧穿氧化层为N型区，用于形成N型结构。优选的，所述P型区与N型区交替设置。
为了形成N型区和P型区，现有的制备方法需要采用多次掩膜来实现，本发明通过激光消融的方法，只需一次掩膜就可实现，有效简化生产工艺，提高生产效率。
S6、热氧退火，减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层；
具体的，在温度为650～750℃、压力为100～200mTor的条件下，通入300～400sccm的氧气，在高温的条件下，硅片背面的隧穿氧化层的厚度会减薄，局部形成微孔，此外，在一定的温度、压力和氧气含量下，N型区的磷会扩散到隧穿氧化层中以形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层。
优选的，在温度为680～720℃、压力为130～170mTor的条件下，通入320～360sccm的氧气。
本发明通过微孔(主导)和隧穿共同实现电流的导通，POLO技术可以看作是纳米尺度的背面局部接触(PERC)。
本发明的隧穿氧化层具有超薄、高质量、低表面缺陷密度等特点，光生载流子可通过隧穿或微孔(Pinhole)传输机制选择性通过隧穿氧化层。
具体的，隧穿氧化层会使能带弯曲，让光生载流子选择性通过，N+的POLO 结构中光生载流子的电子会通过隧穿氧化层，而空穴不能通过隧穿氧化层，这样可以实现钝化，降低少子复合，提高电池转换效率。
S7、在n+轻掺杂层和SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；
具体的，将硅片置于PECVD设备，在硅片正面的n+轻掺杂层依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层，同时，在硅片背面的SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；为了降低电池片表面复合，所述Al2O3层和SiNx层的总厚度为80～150nm。
S8、形成N型电极和P型电极；
具体的，步骤S8包括：
S81、采用激光开槽的方法形成第一开槽和第二开槽；
具体的，所述第一开槽位于N型区，从SiNx减反层、AlOx钝化层和SiO2钝化层刻蚀至n型多晶硅层；所述第二开槽位于P型区，从SiNx减反层、AlOx钝化层和SiO2钝化层刻蚀至硅片内部。
S82、在第一开槽内形成N型电极，在第二开槽内形成P型电极；
具体的，采用丝网印刷工艺，在第一开槽内使用银浆料制备N型电极，在第二开槽内使用铝浆料制备P型电极。
其中，印刷形成电极后，需要对电极进行烧结烘干，以使电极与电池片形成有效结合。优选的，烧结温度为300～900℃。更优的，烧结温度为450～750℃。
相应地，参见图2，本发明还提供了一种POLO-IBC太阳能电池，其采用上述的制备方法制备而得，包括硅,10，依次设于硅片10正面的n+轻掺杂层11、 AlOx钝化层12和SiNx减反层13；
所述硅片10的背面设有N型区和P型区，所述N型区包括依次设置隧穿氧化层14、n型多晶硅层15、SiO2钝化层16、AlOx钝化层17和SiNx减反层18，所述P型区包括依次设置在SiO2钝化层16、AlOx钝化层17和SiNx减反层18；还包括N型电极21和P型电极22，所述N型电极21与n型多晶硅层15导电连接，所述P型电极22与硅片10导电连接。
具体的，所述N型电极贯穿所述SiNx减反层18、AlOx钝化层17和SiO2钝化层16并与n型多晶硅层15导电连接；所述P型电极22贯穿所述SiNx减反层18、AlOx钝化层17和SiO2钝化层16并与硅片10导电连接。
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明：
实施例1
S1、对硅片进行制绒，所述硅片为P型硅片，尺寸为166mm*166mm，厚度为160μm，电阻率为2.0Ω·cm，少子寿命为1ms；
S2、将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中15min，在硅片的背面形成厚度为1.5nm的隧穿氧化层；
S3、采用CVD设备，通入PH3、SiH4和N2气体，在温度为450℃的条件下，在隧穿氧化层上沉积形成n型非晶硅层，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为4*1020 cm-3，厚度为180nm；
S4、将硅片置于扩散设备内，向扩散设备通入磷源，在温度为850℃的条件下，扩散80min，其中，硅片的背面靠着插舟，正面朝外磷源(POCl3)，在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；
S5、对n型多晶硅层和隧穿氧化层进行刻蚀，形成P型区，未被刻蚀的区域为N型区；
S6、热氧退火，在温度为700℃、压力为150mTor的条件下，通入350sccm 的氧气，减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层；
S7、在n+轻掺杂层和SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；
S8、形成N型电极和P型电极。
采用该方法形成的IBC太阳能电池的转换效率为23.8％。
实施例2
S1、与实施例1的步骤S1相同；
S2、将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中20min，在硅片的背面形成厚度为2.0nm的隧穿氧化层；
S3、采用CVD设备，通入PH3、SiH4和N2气体，在温度为550℃的条件下，在隧穿氧化层上沉积形成n型非晶硅层，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为3*1020 cm-3，厚度为300nm；
S4、将硅片置于扩散设备内，向扩散设备通入磷源，在温度为950℃的条件下，扩散75min，其中，硅片的背面靠着插舟，正面朝外磷源(POCl3)，在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；
S5、与实施例1的相同；
S6、热氧退火，在温度为730℃、压力为180mTor的条件下，通入380sccm 的氧气，减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层；
S7、与实施例1的步骤S7相同；
S8、与实施例1的步骤S8相同。
采用该方法形成的IBC太阳能电池的转换效率为23.6％。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对硅片进行制绒；
S2、将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中，在硅片的背面形成隧穿氧化层；
S3、在隧穿氧化层上形成n型非晶硅层；
S4、采用磷扩散工艺在硅片的正面形成n+轻掺杂层，并将硅片背面的n型非晶硅晶层转化为n型多晶硅层；
S5、对n型多晶硅层和隧穿氧化层进行激光消融刻蚀，形成P型区，未被刻蚀的区域为N型区；
S6、热氧退火，减薄隧穿氧化层的厚度以形成微孔，以及通过磷扩散在隧穿氧化层中形成针孔隧穿结构，并在N型区和P型区上形成SiO2钝化层；
S7、在n+轻掺杂层和SiO2钝化层上分别依次形成AlOx钝化层和SiNx减反层；
S8、形成N型电极和P型电极。
2.如权利要求1所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S6中，在温度为650～750℃、压力为100～200mTor的条件下，通入300～400sccm的氧气。
3.如权利要求1所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将制绒后的硅片置于富臭氧的去离子水中1～30min，在硅片的背面形成厚度为0.5～2.5nm的隧穿氧化层。
4.如权利要求1～3任一项所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述隧穿氧化层为SiO2层。
5.如权利要求1所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将硅片置于CVD设备中，通入PH3、SiH4和N2气体，在温度为350～650℃的条件下，在隧穿氧化层上形成厚度为50～500nm的n型非晶硅层。
6.如权利要求1或5所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述n型非晶硅层的掺杂浓度为2～5*1020cm-3，n型非晶硅层的方块电阻为40～110Ω/□。
7.如权利要求1所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S4中，将硅片置于扩散设备内，向扩散设备通入磷源，在温度为750～1050℃的条件下，扩散70～90min，其中，硅片的背面靠着插舟，正面朝外磷源。
8.如权利要求1或7所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，n+轻掺杂层的掺杂浓度0.01～2*1020cm-3，结深为0.1～1μm；n+轻掺杂层的方块电阻为100～300Ω/□。
9.如权利要求1或7所述的POLO-IBC太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S5中，采用掩膜和激光消融的方法来去除部分的n型多晶硅层和隧穿氧化层以形成P型区，所述P型区与N型区交替设置。
10.一种POLO-IBC太阳能电池，其特征在于，其采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而得，包括硅片，依次设于硅片正面的n+轻掺杂层、AlOx钝化层和SiNx减反层；
所述硅片的背面设有N型区和P型区，所述N型区包括依次设置隧穿氧化层、n型多晶硅层、SiO2钝化层、AlOx钝化层和SiNx减反层，所述P型区包括依次设置在SiO2钝化层、AlOx钝化层和SiNx减反层；还包括N型电极和P型电极，所述N型电极与n型多晶硅层导电连接，所述P型电极与硅片导电连接。
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