CN113851555A - 一种N型TOPCon太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种N型TOPCon太阳能电池及其制作方法，所述制作方法包括：提供N型硅片衬底，并在其背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层、第一多晶硅层、和复合膜层；在衬底的前表面上依次形成层叠的第二隧穿氧化层、第二多晶硅层、和第一掺氢氮化硅膜；在衬底的前表面的预定位置上进行开槽，以形成凹槽区；在凹槽区内进行磷扩散处理，形成N+掺杂层和PSG层；在PSG层上形成第二掺氢氮化硅膜；在衬底的前表面和背表面分别形成前表面电极和背表面电极。本发明通过将隧穿钝化接触结构同时应用于电池的前表面和背表面，并将电池的PN结设置在电池的背表面，从而提升了TOPCon太阳能电池的光电转换效率，并且制作工艺简单、适合电池的产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种N型TOPCon太阳能电池及其制作方法。
背景技术
基于N型硅片衬底的隧穿氧化钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)电池技术是针对于N型电池背面高复合问题而开发出的一种新型钝化技术。通过形成隧穿氧化钝化接触结构能够使多数载流子穿透氧化层，且对少数载流子起阻挡作用，从而有效地实现了载流子的选择通过性，极大地降低了电池的表面复合以及金属复合。因此，该表面钝化接触技术已被应用于许多高效晶硅太阳能电池的制作，例如将该隧穿钝化接触技术应用于PERC、PERT及IBC等电池结构中，从而获得了更高的电池转换效率。
现有技术中通过将超薄氧化硅与掺杂多晶硅(Poly-Si)的叠层结构应用于晶硅电池的背表面，从而形成隧穿钝化接触(TOPCon)电池结构。该叠层结构不仅具有优异的钝化特性，而且可以显著降低电池的表面复合及金属与半导体的接触复合，同时高掺杂浓度的多晶硅层也有利于降低金属与半导体的接触电阻。然而，由于掺杂的多晶硅层对光的寄生吸收吸收作用较强，导致现有的TOPCon电池结构大多只能应用于电池的背表面以减少光学损失，若将其应用于电池的前表面，容易造成电池的电流密度极大降低的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种N型TOPCon太阳能电池及其制作方法。
根据本发明实施例的一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法，其包括：提供N型硅片衬底，在所述N型硅片衬底的背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层和第一多晶硅层；
在所述第一多晶硅层上形成复合膜层；
在所述N型硅片衬底的前表面上依次形成层叠的第二隧穿氧化层和第二多晶硅层；
在所述第二多晶硅层上形成第一掺氢氮化硅膜；
在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置处进行开槽，以形成凹槽区；
在所述凹槽区内进行磷扩散处理，以在所述凹槽区内形成N+掺杂层和PSG层；
在所述PSG层上形成第二掺氢氮化硅膜；
在所述N型硅片衬底的前表面和背表面分别形成前表面电极和背表面电极，以获得所述N型TOPCon太阳能电池。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述第一多晶硅层为硼掺杂多晶硅层；所述第一隧穿氧化层的厚度为1nm～3nm，所述第一多晶硅层的厚度为100nm～300nm。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述复合膜层为层叠的SiONx膜和Si3N4膜，所述复合膜层的厚度为90nm～110nm。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述第二多晶硅层为磷掺杂多晶硅层；所述第二隧穿氧化层的厚度为1nm～3nm，所述第二多晶硅层的厚度为60nm～200nm。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置上进行开槽，以形成凹槽区，具体包括：
利用激光烧蚀在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置上进行开槽，以去除所述预定位置对应的第二隧穿氧化层、第二多晶硅层和第一掺氢氮化硅薄膜，形成凹槽区，所述凹槽区位于所述N型硅片衬底的前表面的中心位置；
其中，所述凹槽区的宽度为1000μm～2000μm。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，在所述凹槽区内进行磷扩散处理，以在所述凹槽区内形成层叠的N+掺杂层和PSG层的同时，所述制作方法还包括：对所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层进行退火处理。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述N+掺杂层的方阻为200Ω/sq～500Ω/sq。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述第一掺氢氮化硅膜和所述第二掺氢氮化硅膜的厚度为30nm～60nm。
在上述一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法中，所述在所述N型硅片衬底的前表面和背表面分别形成前表面电极和背表面电极，以获得所述N型TOPCon太阳能电池，具体包括：通过丝网印刷或电镀的方式在所述N型硅片衬底的前表面的非凹槽区的区域内形成与所述第二多晶硅层形成欧姆接触的前表面电极，以及在所述N型硅片衬底的背表面形成与所述第一多晶硅层形成欧姆接触的背表面电极，其中，所述背表面电极的数量为所述前表面电极的数量的1～2倍。
根据本发明实施例的另一方面提供的一种N型TOPCon太阳能电池，其由上述的制作方法制作形成。
有益效果：本发明通过将隧穿钝化接触结构同时应用于电池的前表面和背表面，不仅有利于降低前表面和背表面的金属与半导体之间的接触电阻率，还降低了金属接触区域的饱和电流密度值，从而提升了电池的开路电压；并通过采用激光选择性开槽的方式使隧穿钝化接触结构仅局部应用于电池的前表面，降低了掺杂多晶硅层对光的寄生吸收作用从而导致的光学损失，提升了短路电流密度；此外，本发明还将电池的PN结设置在电池的背表面，有利于实现硅片衬底内光生载流子的有效地传输，因此，本发明提供的TOPCon太阳能电池结构有利于提高电池的光电转换效率。并且，本发明所提供的TOPCon太阳能电池的制作方法，简化了电池的制作工艺流程，适合电池的产业化制作。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明实施例的N型TOPCon太阳能电池的制作方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的N型TOPCon太阳能电池的结构图。
附图中，N型硅片衬底10、第一隧穿氧化层20、第一多晶硅层30、复合膜层40、第二隧穿氧化层50、第二多晶硅层60、第一掺氢氮化硅膜70、N+掺杂层80、PSG层90、第二掺氢氮化硅膜100、前表面电极110、背表面电极120。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
为了解决如背景技术中所述的现有技术中有关N型选择性发射极太阳能电池其选择性发射极的开发存在的诸多技术问题，根据本发明的实施例提供了一种N型选择性发射极太阳能电池及其制作方法。
所述制作方法通过将隧穿钝化接触结构同时应用于电池的背表面，并通过采用激光选择性开槽的方式使隧穿钝化接触结构局部应用于电池的前表面，不仅有利于降低前表面和背表面金属与半导体之间的接触复合以及接触电阻，又极大降低了前表面的掺杂多晶硅对光的寄生吸收作用，同时将电池的PN结结构设置在电池的背表面，有利于实现硅片衬底内光生载流子的有效地传输，从而提高了TOPCon太阳能电池的光电转换效率。
以下将结合附图来详细描述根据本发明的实施例的N型TOPCon太阳能电池及其制作方法。图1是根据本发明的实施例的N型TOPCon太阳能电池的制作方法的流程图。
参阅图1，在步骤S110中，提供N型硅片衬底10，在所述N型硅片衬底10的背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层20和第一多晶硅层30；其中，所述N型硅片衬底10为N型单晶硅衬底。
通过在所述N型硅片衬底10的背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层20和第一多晶硅层30，实现了在电池的背表面形成PN结以及隧穿钝化接触结构；将PN结设置在电池的背表面，有利于实现硅片衬底内光生载流子的有效地传输，从而有利于提高TOPCon太阳能电池的光电转换效率。
在一个示例中，在所述N型硅片衬底10的背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层20和第一多晶硅层30之前，所述制作方法还包括：对所述N型硅片衬底10进行双面抛光处理，具体包括：
第一步、将所述N型硅片衬底10浸入温度为65℃～85℃的混合溶液中以去除衬底表面的损伤层，其中，所述混合溶液为质量分数为2％～5％的KOH溶液(或NaOH溶液)与质量分数为2％～6％的H2O2溶液的混合溶液；
第二步、利用质量分数为10％～30％的KOH溶液或NaOH溶液对所述N型硅片衬底10进行双面抛光处理。
在本实施例中，所述第一隧穿氧化层20的厚度为1nm～3nm；所述第一多晶硅层30为进行了原位硼掺杂处理的多晶硅层，其中，所述第一多晶硅层30的厚度为100nm～300nm。
在一个示例中，所述第一多晶硅层30的硼掺杂浓度为5×1019cm-3～1×1020cm-3，多晶硅底层的晶硅表面(PN结)的硼掺杂浓度为5×1018cm-3～6×1019cm-3，晶硅基体内的掺杂结深为0.1μm～0.3μm。
在步骤S120中，在所述第一多晶硅层30上沉积形成复合膜层40；其中，复合膜层40为层叠的SiONx膜和Si3N4膜，所述复合膜层40的厚度为90nm～110nm。
在步骤S130中，在所述N型硅片衬底10的前表面上依次形成层叠的第二隧穿氧化层50和第二多晶硅层60。
在本实施例中，在所述N型硅片衬底10的前表面上依次形成层叠的第二隧穿氧化层50和第二多晶硅层60之前，所述制作方法还包括：对所述N型硅片衬底10的前表面进行制绒处理。
其中，通过利用质量分数为1％～3％的KOH(或NaOH)溶液与质量分数为0.3％～1％的异丙醇(或质量分数为0.2％～2％的单晶制绒添加剂)的混合溶液对所述N型硅片衬底10的前表面进行制绒处理。
在一个示例中，所述第二隧穿氧化层50的厚度为1nm～3nm；所述第二多晶硅层60为进行了原位磷掺杂处理的多晶硅层，其中，所述第二多晶硅层60的厚度为60nm～200nm。
在一个示例中，所述第二多晶硅层60的磷掺杂浓度为1×1020cm-3～1×1021cm-3，多晶硅底层的晶硅表面的磷掺杂浓度为1×1019cm-3～1×1020cm-3，晶硅基体内的掺杂结深为0.1μm～0.4μm。
在步骤S140中，在所述第二多晶硅层60上形成第一掺氢氮化硅(SiNy:H)膜70；其中，所述第一SiNy:H膜70的厚度为30nm～60nm。
在步骤S150中，在所述N型硅片衬底10的前表面的预定位置处进行开槽，以形成凹槽区，具体包括：
利用激光烧蚀在所述N型硅片衬底10的前表面的预定位置处进行开槽，以去除所述预定位置对应的第二隧穿氧化层50、第二多晶硅层60和第一掺氢氮化硅薄膜70，形成凹槽区，所述凹槽区位于所述N型硅片衬底10的前表面的中心位置；其中，所述凹槽区的宽度为1000μm～2000μm。
所述N型硅片衬底10的前表面的凹槽区域为前表面场钝化区域，非凹槽区的区域为遂穿钝化接触区域，所述前表面场钝化区域与所述遂穿钝化接触区域的表面高度差为3μm～10μm；其中，所述遂穿钝化接触区域对应的第二多晶硅层60的宽度为20μm～100μm，该宽度需大于或等于后续形成的金属栅线的宽度。
所述第一隧穿氧化层20和所述第二隧穿氧化层50均为氧化硅层。
通过在电池的前表面依次形成叠层的第二隧穿氧化层和第二掺杂多晶硅层，从而实现了在电池的前表面也形成隧穿钝化接触结构。
通过采用激光选择性开槽的方式进行电池前表面选择性隧穿钝化接触结构的制作，使隧穿钝化接触结构局部应用于电池的前表面，从而降低了前表面的掺杂多晶硅层对光的寄生吸收作用导致的光学损失，提升了短路电流密度；并且，相比于利用多次掩膜光刻的方式，还有利于简化电池的制作工艺流程。
本发明通过将隧穿钝化接触结构同时应用于电池的前表面和背表面，不仅有利于降低了前表面和背表面的金属与半导体之间的接触电阻率，同时降低了金属接触区域的饱和电流密度值，提升了电池的开路电压；进而有利于进一步提升电池的转换效率。
在步骤S160中，在所述凹槽区内进行磷扩散处理，以在所述凹槽区域内形成N+掺杂层80和PSG(磷硅玻璃层)层90，具体包括：
在850℃～950℃条件下对所述凹槽区进行磷扩散处理，以在所述凹槽区域内形成N+掺杂层80和PSG层90，并且，同时对所述第一多晶硅层30和所述第二多晶硅层60进行退火处理；以激活所述第一多晶硅层30和所述第二多晶硅层60内的掺杂源(硼，和/或磷掺杂源)，进一步推进掺杂结深。
在本实施例中，在对所述凹槽区内进行磷扩散处理之前，所述制作方法还包括：对所述凹槽区进行制绒处理。
其中，通过利用质量分数为1％～3％的KOH(或NaOH)溶液与质量分数为0.3％～1％的异丙醇(质量分数为0.2％～2％的单晶制绒添加剂)的混合溶液对所述凹槽区域进行制绒处理，使所述凹槽区域的表面形成绒面结构。
在本实施例中，在对所述凹槽区内进行磷扩散处理之后，所述制作方法还包括：采用质量分数为1％～3％的氟化氢溶液对所述凹槽区进行清洗，以减小在磷扩散过程中形成的PSG层90的厚度。
在步骤S170中，在所述PSG层90上形成第二SiNy:H薄膜100，以使所述N+掺杂层80形成减反射以及表面钝化的作用；其中，所述第二SiNy:H薄膜100的厚度为30nm～60nm。
在步骤S180中，在所述N型硅片衬底10的前表面和背表面分别形成前表面电极110和背表面电极120，以获得所述N型TOPCon太阳能电池，具体包括：通过丝网印刷或电镀的方式在所述N型硅片衬底10的前表面的非凹槽区的区域，即遂穿钝化接触区域内形成与所述第二多晶硅层60形成欧姆接触的前表面电极110，以及在所述N型硅片衬底10的背表面形成与所述第一多晶硅层30形成欧姆接触的背表面电极120。
其中，所述前表面电极110为Ag电极，所述背表面电极120为Ag/Al电极，且所述背表面电极120的数量为所述前表面电极110的数量的1～2倍。
图2根据本发明的实施例的N型TOPCon太阳能电池的结构图。图2示的N型TOPCon太阳能电池为利用上述的制作方法(即图1所示的制作方法)制作得到的N型TOPCon太阳能电池。参照图2所述N型TOPCon太阳能电池包括：前表面电极110、第一SiNy:H膜70、第二多晶硅层60、第二隧穿氧化层50、第二SiNy:H膜100、PSG层90、N+掺杂层80、N型硅片衬底10、第一隧穿氧化层20、第一多晶硅层30、复合膜层40、背表面电极120。
其中，所述前表面电极110穿透所述第一SiNy:H膜70与所述第二多晶硅层60形成欧姆接触；所述背面电极120穿透所述复合膜层40与所述第一多晶硅层30形成欧姆接触。
综上所述，根据本发明的实施例的TOPCon太阳能电池及其制作方法，通过将隧穿钝化接触结构同时应用于电池的前表面和背表面，不仅有利于降低了前表面和背表面的金属与半导体之间的接触电阻率，还降低了金属接触区域的饱和电流密度值，从而提升了电池的开路电压；并且，电池前表面的隧穿钝化接触结构通过利用激光选择性开槽的方式使其仅局部应用于前表面，极大降低了前表面的掺杂多晶硅层对光的寄生吸收作用导致的光学损失，从而提升了短路电流密度，有利于提高TOPCon太阳能电池的光电转换效率。此外，本发明还将电池的PN结设置在电池的背表面，有利于实现硅片衬底内光生载流子的有效的传输，进一步提高了电池的光电转化效率。并且，本发明所提供的TOPCon太阳能电池的制作方法，简化了电池的制作工艺流程，适合电池的产业化制作。
上述对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。
本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
Claims (10)
1.一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供N型硅片衬底，在所述N型硅片衬底的背表面上依次形成层叠的第一隧穿氧化层和第一多晶硅层；
在所述第一多晶硅层上形成复合膜层；
在所述N型硅片衬底的前表面上依次形成层叠的第二隧穿氧化层和第二多晶硅层；
在所述第二多晶硅层上形成第一掺氢氮化硅膜；
在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置处进行开槽，以形成凹槽区；
在所述凹槽区内进行磷扩散处理，以在所述凹槽区内形成N+掺杂层和PSG层；
在所述PSG层上形成第二掺氢氮化硅膜；
在所述N型硅片衬底的前表面和背表面分别形成前表面电极和背表面电极，以获得所述N型TOPCon太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一多晶硅层为硼掺杂多晶硅层；所述第一隧穿氧化层的厚度为1nm～3nm，所述第一多晶硅层的厚度为100nm～300nm。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述复合膜层为层叠的SiONx膜和Si3N4膜，所述复合膜层的厚度为90nm～110nm。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第二多晶硅层为磷掺杂多晶硅层；所述第二隧穿氧化层的厚度为1nm～3nm，所述第二多晶硅层的厚度为60nm～200nm。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置上进行开槽，以形成凹槽区，具体包括：
利用激光烧蚀在所述N型硅片衬底的前表面的预定位置上进行开槽，以去除所述预定位置对应的第二隧穿氧化层、第二多晶硅层和第一掺氢氮化硅薄膜，形成凹槽区，所述凹槽区位于所述N型硅片衬底的前表面的中心位置；
其中，所述凹槽区的宽度为1000μm～2000μm。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述凹槽区内进行磷扩散处理，以在所述凹槽区内形成N+掺杂层和PSG层的同时，所述制作方法还包括：对所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述N+掺杂层的方阻为200Ω/sq～500Ω/sq。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一掺氢氮化硅膜和所述第二掺氢氮化硅膜的厚度为30nm～60nm。
9.根据权利要求1～8任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在所述N型硅片衬底的前表面和背表面分别形成前表面电极和背表面电极，以获得所述N型TOPCon太阳能电池，具体包括：通过丝网印刷或电镀的方式在所述N型硅片衬底的前表面的非凹槽区的区域内形成与所述第二多晶硅层形成欧姆接触的前表面电极，以及在所述N型硅片衬底的背表面形成与所述第一多晶硅层形成欧姆接触的背表面电极，其中，所述背表面电极的数量为所述前表面电极的数量的1～2倍。
10.一种由权利要求1～9任一项所述的制作方法制作得到的N型TOPCon太阳能电池。
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