CN113257956A - 一种TOPCon电池及其制作方法 - Google Patents

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何胜
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Abstract

本申请公开了一种TOPCon电池及其制作方法，该方法包括获得TOPCon电池的半成品；半成品包括硅片，位于硅片背面的隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、背面钝化层，位于硅片正面的发射极层、正面钝化层；在半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔；在半成品的背面制备背面主栅线和背面细栅线；利用电镀方式在槽孔中制备铝细栅线；在半成品的正面制备正面主栅线，并对半成品进行烧结，得到TOPCon电池。本申请的方法利用电镀方式在正面形成铝细栅线，降低制作成本，且可以精准控制铝细栅线的宽度及高宽比，提升铝细栅线的塑性。

Description

一种TOPCon电池及其制作方法
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TOPCon电池及其制作方法。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触)电池的背面具有一层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，为硅片的背面提供了良好的钝化效果，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，在制备TOPCon电池的正面电极和背面电极时，采用丝网印刷的方式，印刷路径为背面银主栅→背面银细栅→正面银主栅→正面银铝细栅，正面采用银铝浆印刷成本较高，若采用丝网印刷铝浆的工艺制备正面副栅线，会存在塑性差、铝浆外溢严重、高宽比低等缺点，影响TOPCon电池有效受光面积及载流子收集效率。
发明内容
本申请的目的是提供一种TOPCon电池及其制作方法，提升正面铝细栅线的塑性、精准控制正面铝细栅线的宽度及高宽比，从而提升TOPCon电池效率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种TOPCon电池制作方法，包括：
获得TOPCon电池的半成品；所述半成品包括硅片，位于所述硅片背面的隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、背面钝化层，位于所述硅片正面的发射极层、正面钝化层；
在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔；
在所述半成品的背面制备背面主栅线和背面细栅线；
利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线；
在所述半成品的正面制备正面主栅线，并对所述半成品进行烧结，得到所述TOPCon电池。
可选的，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：
以位于离子液体电镀液底部的铝片作为阳极、所述半成品的背面作为阴极，将所述半成品的正面接触所述离子液体电镀液，在所述槽孔中制备铝细栅线。
可选的，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：
利用脉冲电镀的方式在所述槽孔中制备所述铝细栅线
可选的，所述离子液体电镀液包括AlCl3-EMIC离子液体和添加剂，其中，EMIC与无水AlCl3的摩尔比为2:1。
可选的，所述获得TOPCon电池的半成品包括：
对所述硅片进行制绒；
对所述硅片的正面进行扩散处理，形成所述发射极层；
在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层的表面制备多晶硅层，并对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层；
在所述发射极层的表面制备正面钝化层；
在所述掺杂多晶硅层的表面制备背面钝化层。
可选的，所述对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层包括：
利用扩散法或者离子注入法对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层。
可选的，所述在所述发射极层的表面制备正面钝化层包括：
在所述发射极层的表面制备氧化铝层；
在所述氧化铝层的表面制备氮化硅层。
可选的，所述在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层包括：
利用高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法、化学气相沉积法中的任一种方法，在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层。
可选的，所述在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔包括：
利用激光在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置形成所述槽孔。
本申请还提供一种TOPCon电池，所述TOPCon电池由上述任一种所述的TOPCon电池制作方法制得。
本申请中的TOPCon电池制作方法，获得TOPCon电池的半成品后，在背面制备背面主栅线和背面细栅线，在制备正面铝细栅线时采用电镀方式可以精准控制正面铝细栅线的宽度及高宽比，提升铝细栅线的塑性，从而使TOPCon电池在铝细栅线处形成良好的场钝化效应，提升开压及载流子收集效率，极大提升TOPCon电池的效率。
此外，本申请还提供一种具有上述优点的TOPCon电池。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种TOPCon电池制作方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的获得TOPCon电池的半成品的流程图；
图3为本申请实施例所提供的TOPCon电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，目前在制备TOPCon电池正面的细栅线时采用银铝浆印刷形成，成本较高，若采用铝浆不仅可以节约成本，而且可以在栅线位置形成P++层，形成局部场钝化效应，达到提升开压、改善效率的作用，但是，采用丝网印刷铝浆会存在塑性差、铝浆外溢严重、高宽比低等缺点，严重影响TOPCon电池有效受光面积及载流子收集效率。
有鉴于此，本申请提供了一种TOPCon电池制作方法，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种TOPCon电池制作方法的流程图，该方法包括：
步骤S101：获得TOPCon电池的半成品；所述半成品包括硅片，位于所述硅片背面的隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、背面钝化层，位于所述硅片正面的发射极层、正面钝化层。
步骤S102：在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔。
需要说明的是，本申请中对开槽的方式不做具体限定，可自行设置。为了提升开槽的速度和精确控制开槽的宽度，所述在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔包括：
利用激光在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置形成所述槽孔。
其中，槽孔的宽度范围为20μm～50μm，具体的宽度值视情况而定。
步骤S103：在所述半成品的背面制备背面主栅线和背面细栅线。
本步骤中，可以采用丝网印刷方式制备背面主栅线和背面细栅线，印刷浆料可以为银浆。
步骤S104：利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线。
所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：以位于离子液体电镀液底部的铝片作为阳极、所述半成品的背面作为阴极，将所述半成品的正面接触所述离子液体电镀液，在所述槽孔中制备铝细栅线。
TOPCon电池的半成品的正面接触离子液体电镀液是指整个正面均接触离子液体电镀液，TOPCon电池的半成片浮在离子液体电镀液上。
阳极的铝片是牺牲电极，铝片逐渐溶解。优选地，铝片选用打磨光滑的高纯铝片，以增加电镀的速度，提升正面铝细栅线的铝的含量，从而提升TOPCon电池的场钝化效应。
离子液体是指在室温或低温条件下呈现液体状态的离子化合物，又称室温离子液体，离子液体中巨大的阳离子与阴离子具有高度的不对称性，由于空间阻碍其结晶，使得这种离子化合物熔点降低，在较低的温度下能够以液体存在。
本申请中对离子液体电镀液的种类不做具体限定，可自行设置。例如，离子液体电镀液可以为AlCl3-EMIC(1-甲基-3-乙基咪唑氯化物)离子液体和添加剂，其中，EMIC与无水AlCl3的摩尔比为0.5～2.5:0.5～1.5，优选地，EMIC与无水AlCl3的摩尔比为2:1；或者，离子液体电镀液为AlCl3-BMIC(1-丁基-3-甲基咪唑氯化物)、AlCl3和添加剂，等等。
离子液体电镀液中添加添加剂的目的是：改善沉积层质量，增加致密性以及使镀层光亮。
需要说明的是，本申请中对添加剂的种类也不做具体限定，可自行选择。例如，添加剂可以为添加剂可以为异丙醇、乙酸乙酯等。
优选地，作为一种具体实施方式，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：利用脉冲电镀的方式在所述槽孔中制备所述铝细栅线。但是，本申请对此并不做具体限定，在本申的其他实施方式中，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：利用直流电镀的方式在所述槽孔中制备所述铝细栅线。
其中，脉冲电镀设定值为电流1～15A/cm2，电镀时间为1～2S；直流电镀设定值为电流1～15A/cm2，电镀时间较脉冲电镀长。脉冲电镀具有可以提高阴极电流密度，降低浓度极差，使得正面铝细栅线镀层结晶更加细致致密，提高镀层韧性等优点。
步骤S105：在所述半成品的正面制备正面主栅线，并对所述半成品进行烧结，得到所述TOPCon电池。
本步骤中，可以采用丝网印刷方式制备正面主栅线，正面主栅线浆料可以为银浆。
本申请中的TOPCon电池制作方法，获得TOPCon电池的半成品后，在背面制备背面主栅线和背面细栅线，在制备正面铝细栅线时采用电镀方式可以精准控制正面铝细栅线的宽度及高宽比，提升铝细栅线的塑性，从而使TOPCon电池在铝细栅线处形成良好的场钝化效应，提升开压及载流子收集效率，极大提升TOPCon电池的效率。
下面对获得TOPCon电池的半成品的过程进行阐述。请参见考图2，图2为本申请实施例所提供的获得TOPCon电池的半成品的流程图。
步骤S1011：对所述硅片进行制绒。
本申请中对硅片的种类不做具体限定，可自行选择。例如硅片可以为P型硅片，或者为N型硅片。为了使TOPCon电池具有更高的效率，硅片优选为N型硅片。本实施例中以N型硅片为例进行阐述。
制绒使硅片形成金字塔绒面，目的是，增加对光线的利用率，提升TOPCon电池的效率。需要说明的是，本申请中对制绒的方式也不做具体限定，视情况而定。例如，可以采用碱液制绒，或者，反应离子刻蚀方式制绒等等。
步骤S1012：对所述硅片的正面进行扩散处理，形成所述发射极层。
对硅片进行硼扩散，得到方阻在60Ω/sq～150Ω/sq的掺杂区，形成P+发射极层。
需要指出的是，当采用碱液制绒制绒时，背面也会形成绒面结构，硼扩散时会形成硼硅玻璃，所以在扩散处理后还需要利用刻蚀设备去除硼硅玻璃以及对背面进行抛光。
步骤S1013：在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层。
本申请中对制备隧穿氧化层的方式不做具体限定，可自行选择。
可选的，所述在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层包括：
利用高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法、化学气相沉积法中的任一种方法，在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层。
隧穿氧化层为二氧化硅层，厚度范围在0.5～2nm。
步骤S1014：在所述隧穿氧化层的表面制备多晶硅层，并对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层。
本申请中对多晶硅层的制备方式不做具体限定，可自行设置。例如，可以采用低气压化学气相沉积法，或者等离子体增强化学气相沉积法，等等。
多晶硅层的厚度范围在100～300nm，多晶硅层厚度越大，对光线的吸收越严重，但是厚度太薄会使掺杂元素(如磷)注入接触到N型硅片，导致缺陷增多，复合增加。
本申请中对对多晶硅层掺杂的方式也不做具体限定，可自行选择。可选的，所述对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层包括：利用扩散法或者离子注入法对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层。
掺杂元素可以为磷，掺杂多晶硅层的方阻在30Ω/sq～90Ω/sq之间。
需要指出的是，在进行扩散时会形成绕镀的多晶硅层和磷硅玻璃，所以在扩散后还需要利用碱溶液去除绕镀的多晶硅层，并进行磷硅玻璃的去除，其中，清洗温度在50～90℃之间。
步骤S1015：在所述发射极层的表面制备正面钝化层。
可选的，所述在所述发射极层的表面制备正面钝化层包括：
步骤S1015a：在所述发射极层的表面制备氧化铝层。
本步骤中可以采用原子层沉积方法制备氧化铝层，氧化铝层的厚度在2～10nm。
步骤S1015b：在所述氧化铝层的表面制备氮化硅层。
本步骤中可以利用等离子体增强化学气相沉积设备，通硅烷，氨气，氮气等气体，利用等离子体增强化学气相沉积方法沉积氮化硅层，氮化硅层厚度在60～90nm之间，折射率在2.0～2.3。
需要说明的是，正面钝化层还可以为单层的氮化硅层。
步骤S1016：在所述掺杂多晶硅层的表面制备背面钝化层。
需要指出的是，本申请对制备背面钝化层的方式不做具体限定，例如可以采用等离子体增强化学气相沉积方法，或者，化学气相沉积法等等。背面钝化层为氮化硅层，厚度为100～150nm。
请参见图3，本申请还提供一种TOPCon电池，所述TOPCon电池由上述任一实施例所述的TOPCon电池制作方法制得。
TOPCon电池包括硅片1，位于硅片1背面的隧穿氧化层2、掺杂多晶硅层3、背面钝化层4、背面电极5，位于硅片1正面的发射极层6、正面钝化层，正面电极，其中，背面电极5包括背面主栅线和背面细栅线，正面电极包括正面主栅线和正面的铝细栅线9，正面钝化层包括层叠的氧化铝层7和氮化硅层8。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的TOPCon电池及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种TOPCon电池制作方法，其特征在于，包括：
获得TOPCon电池的半成品；所述半成品包括硅片，位于所述硅片背面的隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、背面钝化层，位于所述硅片正面的发射极层、正面钝化层；
在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔；
在所述半成品的背面制备背面主栅线和背面细栅线；
利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线；
在所述半成品的正面制备正面主栅线，并对所述半成品进行烧结，得到所述TOPCon电池。
2.如权利要求1所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：
以位于离子液体电镀液底部的铝片作为阳极、所述半成品的背面作为阴极，将所述半成品的正面接触所述离子液体电镀液，在所述槽孔中制备铝细栅线。
3.如权利要求1所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述利用电镀方式在所述槽孔中制备铝细栅线包括：
利用脉冲电镀的方式在所述槽孔中制备所述铝细栅线。
4.如权利要求2所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述离子液体电镀液包括AlCl3-EMIC离子液体和添加剂，其中，EMIC与无水AlCl3的摩尔比为2:1。
5.如权利要求1所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述获得TOPCon电池的半成品包括：
对所述硅片进行制绒；
对所述硅片的正面进行扩散处理，形成所述发射极层；
在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层的表面制备多晶硅层，并对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层；
在所述发射极层的表面制备正面钝化层；
在所述掺杂多晶硅层的表面制备背面钝化层。
6.如权利要求5所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层包括：
利用扩散法或者离子注入法对所述多晶硅层进行掺杂，形成所述掺杂多晶硅层。
7.如权利要求6所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述在所述发射极层的表面制备正面钝化层包括：
在所述发射极层的表面制备氧化铝层；
在所述氧化铝层的表面制备氮化硅层。
8.如权利要求6所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层包括：
利用高温热氧化法、硝酸氧化法、臭氧氧化法、化学气相沉积法中的任一种方法，在所述硅片的背面制备所述隧穿氧化层。
9.如权利要求8所述的TOPCon电池制作方法，其特征在于，所述在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置开槽，形成槽孔包括：
利用激光在所述半成品的正面对应正面细栅线的位置形成所述槽孔。
10.一种TOPCon电池，其特征在于，所述TOPCon电池由如权利要求1至9任一项所述的TOPCon电池制作方法制得。
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