CN113471336A - 一种局部背场钝化接触电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部背场钝化接触电池及制备方法，所述电池包括硅片主体；设置在硅片主体正面依次铺设的硼扩散层、正面钝化膜及正电极；设置在硅片主体背面依次铺设的隧穿氧化层、场钝化层、背面钝化膜及背电极；所述场钝化层设置有不同掺杂浓度的第一区域和第二区域。本发明的场钝化层设置有不同掺杂浓度的第一区域和第二区域，第一区域与电池的背电极接触即金属接触区，具有较高的掺杂浓度，保证了第一区域具有较小的电极接触电阻和电子隧穿电阻，而第二区域不与电池的背电极接触即非金属接触区，具有较低的掺杂浓度，有利于降低非金属接触区的俄歇复合，进一步降低非金属接触区的寄生吸收，从而提高了隧穿氧化钝化接触电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种局部背场钝化接触电池及制备方法。
背景技术
TOPCon电池和HIT电池作为目前可以实现大规模量产的下一代高效电池，已经被广大的公司和科研机构展开了深入的研究。从现有PERC电池产线的兼容度上看，TOPCon仅需增加多晶硅镀膜设备和硼扩散设备，便可以实现较低的改造成本来提升电池效率。因此，TOPCon电池和目前PERC电池的产线更兼容，是最具推广潜力的高效电池技术。
目前制约TOPCon电池效率提升的因素中，其中一个是背面较厚的多晶硅层产生的寄生吸收，寄生吸收又被称为自由载流子吸收，和自由载流子浓度关系密切，浓度越高，寄生吸收越强。为降低背面多晶硅层的寄生吸收，中国专利申请CN110265494A公开了一种局部背场TOPCon太阳能电池及其制备方法，采用在电池背面金属区下方印刷与栅线一致的耐酸碱性的掩膜胶，通过掩膜胶对下方多晶硅层进行保护，再用酸溶液或者碱溶液对没有覆盖掩膜胶的区域进行刻蚀，将多晶硅层的厚度刻蚀到所需要的厚度。该方法由于采用湿法工艺，增加了电池污染的可能性，从而会导致电池良率下降甚至影响电池的效率，而且需要去除掩膜胶，工艺步骤复杂，不利于产业化推广使用。
发明内容
本发明的目的是提出一种局部背场钝化接触电池及制备方法，能够提高钝化接触电池的转换效率。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种局部背场钝化接触电池，包括硅片主体；设置在硅片主体正面依次铺设的硼扩散层、正面钝化膜及正电极；设置在硅片主体背面依次铺设的隧穿氧化层、场钝化层、背面钝化膜及背电极；所述场钝化层设置有不同掺杂浓度的第一区域和第二区域。
优选的，所述第一区域的掺杂浓度大于所述第二区域的掺杂浓度。
优选的，所述第一区域与所述第二区域的掺杂浓度之比为1.3:1~3:1。
优选的，所述场钝化层为掺磷多晶硅层。
优选的，所述场钝化层的厚度为30~200nm。
优选的，所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
本发明还提供了一种上述局部背场钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
（a1）取制绒后的硅片主体进行硼扩散，在硅片主体的正面形成硼扩散层和BSG层；
（a2）去除硅片主体背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层；
（a3）在硅片主体的背面依次沉积隧穿氧化层和本征非晶硅层；
（a4）采用离子注入方式对硅片主体背面的本征非晶硅层进行选择性局部掺杂；
（a5）将硅片主体进行高温磷扩散，使得本征非晶硅层转变为本征掺杂多晶硅层，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层；
（a6）去除硅片主体正面和侧面绕扩的磷扩散层以及硅片主体正面的BSG层；
（a7）在硅片主体的正面沉积正面钝化膜，背面沉积背面钝化膜；
（a8）丝网印刷正电极与背电极并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
优选的，步骤（a5）中，所述场钝化层中，经过局部掺杂的区域形成第一区域，未经局部掺杂的区域形成第二区域，所述第一区域的掺杂浓度大于第二区域的掺杂浓度。
进一步优选的，步骤（a8）中，所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
本发明还提供了一种上述局部背场钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
（b1）取制绒后的硅片主体进行硼扩散，在硅片主体的正面形成硼扩散层和BSG层；
（b2）去除硅片主体背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层；
（b3）在硅片主体的背面依次沉积隧穿氧化层和原位掺杂非晶硅层；
（b4）将硅片主体进行高温退火处理，使得原位掺杂非晶硅层转变成原位掺杂多晶硅层；
（b5）采用激光掺杂方式对硅片主体背面的原位掺杂多晶硅层进行选择性局部掺杂，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层；
（b6）去除硅片主体正面和侧面绕镀的原位掺杂多晶硅层以及硅片主体正面的BSG层；
（b7）在硅片主体的正面沉积正面钝化膜，背面沉积背面钝化膜；
（b8）丝网印刷正电极与背电极并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
优选的，步骤（b5）中，所述场钝化层中，经过局部掺杂的区域形成第一区域，未经局部掺杂的区域形成第二区域，所述第一区域的掺杂浓度大于第二区域的掺杂浓度。
进一步优选的，步骤（b8）中，所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
本发明的硅片主体背面的隧穿氧化层和场钝化层形成了局部钝化接触结构，其中场钝化层设置有不同掺杂浓度的第一区域和第二区域，第一区域与电池的背电极接触即金属接触区，具有较高的掺杂浓度，保证了第一区域具有较小的电极接触电阻和电子隧穿电阻，而第二区域不与电池的背电极接触即非金属接触区，具有较低的掺杂浓度，有利于降低非金属接触区的俄歇复合，进一步降低非金属接触区的寄生吸收，从而提高了隧穿氧化钝化接触电池的转换效率。
本发明采用离子注入方式或者激光掺杂方式对电池背面的场钝化层进行图形化局部磷掺杂，局部磷掺杂的区域也就是第一区域，未掺杂的区域为第二区域，第一区域在场钝化层远离硅片主体的表面投影为第一栅线，电池的背电极在场钝化层远离硅片主体的表面投影为第二栅线，第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度，目的是为了缩小局部磷掺杂过程以及丝网印刷过程中产生的偏移误差，提高背电极与局部磷掺杂区域的对准性，保证第二栅线能够完全落在第一栅线的内部，从而提高了局部背场钝化接触电池的产业化可操作性。
本发明的制备方法工艺成熟，不需要额外制备掩膜和清洗步骤，简化了生产步骤。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a1）对应的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a2）对应的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a3）对应的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a4）对应的结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a5）对应的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池中场钝化层的掺杂浓度ECV示意图；
图7是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a7）对应的结构示意图；
图8是本发明一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（a8）对应的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（b3）对应的结构示意图；
图10是本发明另一实施例提供的局部背场钝化接触电池的制备方法中步骤（b5）对应的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
参见图8，本发明实施例提供一种局部背场钝化接触电池，包括硅片主1；设置在硅片主体1正面依次铺设的硼扩散层2、正面钝化膜6及正电极11；设置在硅片主体1背面依次铺设的隧穿氧化层4、场钝化层5、背面钝化膜7及背电极12；所述场钝化层5设置有不同掺杂浓度的第一区域501和第二区域502。
其中，第一区域501与电池的背电极12接触，第二区域502不与电池的背电极12接触，第一区域501的掺杂浓度大于第二区域502的掺杂浓度。而且，第一区域501在场钝化层5远离硅片主体1的表面设置有第一栅线101，背电极12在场钝化层5远离硅片主体1的表面设置有第二栅线102，第一栅线101的宽度大于第二栅线102的宽度。
其中，硅片主体1为n型硅片，场钝化层5为厚度30~200nm的掺磷多晶硅层。
本发明提供的又一实施例，第一区域501的掺杂浓度与第二区域502的掺杂浓度之比为1.3:1~3:1。具体地，第一区域501的掺杂浓度为4E20~6E20/cm2，第二区域502的掺杂浓度为2E20~3E20/cm2。
本发明实施例还提供了一种局部背场钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
（a1）取制绒后的硅片主体1进行硼扩散，在硅片主体1的正面形成硼扩散层2和BSG层3。
其中，硅片主体1为厚度160~180um的 n型硅片，制绒腐蚀量控制在0.4~1.0g，反射率控制在9~11%，采用背靠背的方式进行硼扩散，扩散方阻控制在80~160Ω/□。本步骤对应的电池结构示意图参见图1。
（a2）去除硅片主体1背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层。
其中，采用槽式碱抛的方式去除硅片主体1背面和侧面的硼扩散层和BSG层，保留正面的硼扩散层2和BSG层3。本步骤对应的电池结构示意图参见图2。
（a3）在硅片主体1的背面依次沉积隧穿氧化层4和本征非晶硅层51。
其中，采用LPCVD在硅片主体1的背面先沉积一层厚度1~2nm的隧穿氧化层4，接着沉积一层厚度为30~200nm的本征非晶硅层51，再通过链式刻蚀机台刻蚀去除硅片主体1正面和侧面绕镀的隧穿氧化层和本征非晶硅层。本步骤对应的电池结构示意图参见图3。
（a4）采用离子注入方式对硅片主体1背面的本征非晶硅层51进行局部掺杂。
其中，局部掺杂为局部磷掺杂，局部掺杂的图形呈栅线状。本步骤对应的电池结构示意图参见图4。
（a5）将硅片主体1进行高温磷扩散，使得本征非晶硅层51转变为本征掺杂多晶硅层，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层5。
其中，利用扩散炉对硅片主体1的整个背面进行高温磷扩散，局部掺杂区域通过离子注入和高温磷扩散两次掺杂形成重掺杂的第一区域501，而其他区域只通过高温磷扩散一次掺杂形成轻掺杂的第二区域502，第一区域501和第二区域502构成场钝化层5。第一区域501在场钝化层5远离硅片主体1的表面设置有第一栅线101，根数为150~200根，宽度为100~200um。本步骤对应的电池结构示意图参见图5。
本实施例中，第一区域501的掺杂浓度与第二区域502的掺杂浓度之比约为2.6:1。参见图6，该图为本实施例场钝化层不同区域的掺杂浓度ECV图，可以看出第一区域501的掺杂浓度为5.46E20/cm2，第二区域502的掺杂浓度为2.07E20/cm2。
本实施例中，第一栅线101的根数为150根，宽度为200um。
（a6）去除硅片主体1正面和侧面绕扩的磷扩散层以及硅片主体1正面的BSG层3。
其中，利用链式刻蚀机台，刻蚀去除步骤（a5）中磷扩散绕扩到硅片主体正面和侧面的磷扩散层，并清洗去除硅片主体正面的BSG层3。
（a7）在硅片主体1的正面沉积正面钝化膜6，背面沉积背面钝化膜7。
其中，正面钝化膜6为厚度2~10nm的Al2O3介质膜61和厚度70~90nm的SiNX介质膜62形成的复合钝化膜，背面钝化膜7为厚度80~100nm的SiNX介质膜。本步骤对应的电池结构示意图参见图7。
（a8）丝网印刷正电极11与背电极12并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
其中，背电极12的图形也呈栅线状，背电极12在场钝化层5远离硅片主体1的表面设置有第二栅线102，根数为100~200根，宽度为30~60um。本步骤对应的电池结构示意图参见图8。
本实施例中，第二栅线102的根数为150根，宽度为60um。
本发明实施例又提供了一种局部背场钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
（b1）取制绒后的硅片主体进行硼扩散，在硅片主体的正面形成硼扩散层和BSG层。
其中，硅片主体为厚度160~180um 的n型硅片，制绒腐蚀量控制在0.4~1g，反射率控制在9~11%，采用背靠背的方式进行硼扩散，扩散方阻控制在80~160Ω/□。
（b2）去除硅片主体背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层。
其中，硅片主体采用槽式碱抛的方式去除背面和侧面的硼扩散层和BSG层，保留硅片主体正面的硼扩散层和BSG层。
（b3）在硅片主体1的背面依次沉积隧穿氧化层4和原位掺杂非晶硅层52。
其中，原位掺杂非晶硅层52的制备方法包括LPCVD、PECVD、APCVD及PVD等。本实施例中，采用LPCVD在硅片主体1的背面先沉积一层厚度1~2nm的隧穿氧化层4，接着沉积一层厚度为30~60nm的原位掺杂非晶硅层52，再通过链式刻蚀机台刻蚀去除硅片主体1正面和侧面绕镀的隧穿氧化层和原位掺杂非晶硅层。本步骤对应的电池结构示意图参见图9。
本实施例中，原位掺杂非晶硅层52采用LPCVD在硅片主体1的背面进行原位磷掺杂非晶硅层52。
（b4）将硅片主体进行高温退火处理，使得原位掺杂非晶硅层52转变成原位掺杂多晶硅层。
其中，高温退火处理的温度为800~850℃，时间为30~60min。
（b5）采用激光掺杂方式对硅片主体1背面的原位掺杂多晶硅层进行选择性局部掺杂，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层5。
其中，局部掺杂区域通过激光掺杂处理后，大量磷原子会进一步推进到原位掺杂多晶硅层中形成重掺杂的第一区域501，而未通过激光掺杂处理的区域形成轻掺杂的第二区域502，第一区域501和第二区域502构成场钝化层5。第一区域501在场钝化层5远离硅片主体1的表面设置有第一栅线101，根数为150~200根，宽度为100~200um。本步骤对应的电池结构示意图参见图10。
本实施例中，第一区域501的掺杂浓度与第二区域502的掺杂浓度之比为2:1。具体地，第一区域501的掺杂浓度为4E20/cm2，第二区域502的掺杂浓度为2E20/cm2。
本实施例中，第一栅线101的根数为200根，第一栅线101的宽度为100um。
（b6）去除硅片主体正面和侧面绕镀的原位掺杂多晶硅层以及硅片主体正面的BSG层。
其中，利用链式刻蚀机台，刻蚀去除步骤（b3）和（b4）绕镀到硅片主体正面和侧面的原位掺杂多晶硅层，并清洗去除硅片主体正面的BSG层。
（b7）在硅片主体的正面沉积正面钝化膜，背面沉积背面钝化膜。
其中，正面钝化膜为厚度2~10nm的Al2O3介质膜和厚度70~90nm的SiNX介质膜形成的复合钝化膜，背面钝化膜为厚度80~100nm的SiNX介质膜。
（b8）丝网印刷正电极与背电极并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
其中，背电极的图形也呈栅线状，背电极在场钝化层远离硅片主体1的表面设置有第二栅线，根数为100~200根，宽度为30~60um。
本实施例中，第二栅线的根数为200根，第二栅线的宽度为30um。
需要说明的是，实际操作过程中，不论是采用离子注入方式进行局部掺杂，还是采用激光掺杂方式进行局部掺杂，工艺过程中均会导致局部掺杂图形存在一定的偏移，进而导致第一栅线101产生偏移，而且后续丝网印刷工艺的相机对准过程则会导致背电极12存在一定的偏移，进而导致第二栅线102产生偏移，所以为了补偿偏移误差，本发明的第一栅线101和第二栅线102的根数保持一致，但第一栅线101的宽度大于第二栅线102的宽度，目的就是为了提高后续丝网印刷工艺中第一栅线101与第二栅线102的对准性，保证第二栅线102能够完全落在第一栅线101的区域内，确保背电极与局部掺杂区域之间具备良好的欧姆接触，从而提高了局部背场钝化接触电池的产业化可操作性。
Claims (12)
1.一种局部背场钝化接触电池，其特征在于，包括硅片主体；设置在硅片主体正面依次铺设的硼扩散层、正面钝化膜及正电极；设置在硅片主体背面依次铺设的隧穿氧化层、场钝化层、背面钝化膜及背电极；所述场钝化层设置有不同掺杂浓度的第一区域和第二区域。
2.根据权利要求1所述的局部背场钝化接触电池，其特征在于，所述第一区域的掺杂浓度大于所述第二区域的掺杂浓度。
3.根据权利要求2所述的局部背场钝化接触电池，其特征在于，所述第一区域与所述第二区域的掺杂浓度之比为1.3:1~3:1。
4.根据权利要求3所述的局部背场钝化接触电池，其特征在于，所述场钝化层为掺磷多晶硅层。
5.根据权利要求4所述的局部背场钝化接触电池，其特征在于，所述场钝化层的厚度为30~200nm。
6.根据权利要求1所述的局部背场钝化接触电池，其特征在于， 所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的局部背场钝化接触电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（a1）取制绒后的硅片主体进行硼扩散，在硅片主体的正面形成硼扩散层和BSG层；
（a2）去除硅片主体背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层；
（a3）在硅片主体的背面依次沉积隧穿氧化层和本征非晶硅层；
（a4）采用离子注入法对硅片主体背面的本征非晶硅层进行选择性局部掺杂；
（a5）将硅片主体进行高温磷扩散，使得本征非晶硅层转变为本征掺杂多晶硅层，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层；
（a6）去除硅片主体正面和侧面绕扩的磷扩散层以及硅片主体正面的BSG层；
（a7）在硅片主体的正面沉积正面钝化膜，背面沉积背面钝化膜；
（a8）丝网印刷正电极与背电极并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（a5）中，所述场钝化层中，经过局部掺杂的区域形成第一区域，未经局部掺杂的区域形成第二区域，所述第一区域的掺杂浓度大于第二区域的掺杂浓度。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤（a8）中，所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
10.一种如权利要求1-6中任一项所述的局部背场钝化接触电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（b1）取制绒后的硅片主体进行硼扩散，在硅片主体的正面形成硼扩散层和BSG层；
（b2）去除硅片主体背面和侧面绕扩的硼扩散层和BSG层；
（b3）在硅片主体的背面依次沉积隧穿氧化层和原位掺杂非晶硅层；
（b4）将硅片主体进行高温退火处理，使得原位掺杂非晶硅层转变成原位掺杂多晶硅层；
（b5）采用激光掺杂法对硅片主体背面的原位掺杂多晶硅层进行选择性局部掺杂，形成具有不同掺杂浓度的场钝化层；
（b6）去除硅片主体正面和侧面绕镀的原位掺杂多晶硅层以及硅片主体正面的BSG层；
（b7）在硅片主体的正面沉积正面钝化膜，背面沉积背面钝化膜；
（b8）丝网印刷正电极与背电极并烧结，完成局部背场钝化接触电池的制备。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤（b5）中，所述场钝化层中，经过局部掺杂的区域形成第一区域，未经局部掺杂的区域形成第二区域，所述第一区域的掺杂浓度大于第二区域的掺杂浓度。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤（b8）中，所述第一区域在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第一栅线，所述背电极在所述场钝化层远离硅片主体的表面设置有第二栅线，所述第一栅线的宽度大于第二栅线的宽度。
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