CN113871512B - 一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，包括在硼扩散之前制备掩膜；所述制备掩膜包括如下步骤：掩膜前驱体链式沉积、掩膜前驱体链式固化和掩膜激光开槽。本发明采用前驱体链式沉积固化成膜的方式，使前驱体在硅片表面快速交联成膜，获得具有较高致密度的掩膜。本发明前驱体沉积和固化采用链式制程，不需要复杂上下料过程，对硅片尺寸兼容性良好。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法。
背景技术
TOPCon太阳能电池(隧穿氧化层钝化接触，Tunnel Oxide Passivated Contact)通过在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，形成钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的表面钝化。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流，极大的提高了太阳能电池的电性能，是一种极具前景的N型太阳能电池结构。
目前商品化的N型太阳能电池，其发射极通常采用均匀结，其金属接触复合、短波响应及复合速率等往往并非最优。若使用硼硅玻璃(BSG)作为掺杂源进行激光掺杂，受BSG中B源浓度等条件限制，其重扩散区结深、表面浓度等与轻扩散区差异不明显，且激光也会引入额外损伤。因此，如何制备B掺杂的选择性发射极，获得更优的金属接触是目前TOPCon提效亟待解决的问题。
目前可行的实现硼掺杂选择性发射极的方法主要是：先制备掩膜，通过激光烧蚀或光刻形成电极窗口，利用掺杂源在有掩膜和无掩膜区域的掺杂效果的差异实现选择性掺杂。
将掩膜在硼扩散SE上进行应用，对掩膜的要求包括：
1）掩膜致密度高，对扩散有一定的阻挡能力；
2）掩膜均匀性好，使B扩散过程中形成均匀的扩散结。
目前可行的掩膜制备方法主要有：热氧化法、LPCVD/PECVD等方法制备氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等薄膜。热氧化法使硅片表面硅原子氧化形成氧化硅掩膜，但在短时间内无法形成较厚且拥有一定致密度的薄膜，为获得能实现阻挡的氧化层，热氧化法需要较长的氧化时间（30min左右）和较高的温度（900℃左右），加重了硅片的热损伤。而LPCVD或PECVD等方法利用硅烷氧化过程形成薄膜，最终在硅片表面形成氧化硅或氮化硅颗粒，但薄膜致密度和均匀性难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，包括在硼扩散之前制备掩膜；所述制备掩膜包括如下步骤：
掩膜前驱体链式沉积：在链式设备中对硅片表面沉积掩膜前驱体，使硅片表面覆盖掩膜前驱体；
掩膜前驱体链式固化：在链式设备中对硅片表面覆盖的掩膜前驱体进行加热，使掩膜前驱体固化为掩膜；
掩膜激光开槽：采用激光去除硅片表面部分区域的掩膜，所述硅片表面部分区域与硼掺杂的重掺区相对应。
优选的，所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将10-50g的金属醇盐、50-300mL的无水乙醇、1-10mL浓度0.1mol/L的盐酸、100-500mL的水以及0.05-5g硅烷偶联剂均匀混合后，在30-60℃条件下恒温水解1-5h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体。
优选的，所述金属醇盐选自正硅酸乙酯、正丙醇锆、异丙醇铝中的一种或几种。
优选的，所述硅烷偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述掩膜前驱体链式沉积步骤中，沉积采用滚涂、喷涂、刮涂、滴涂、狭缝涂布中的一种或多种。
优选的，所述掩膜前驱体链式固化步骤中，加热时通入氮气、氧气或氮氧混合气，加热的温度控制在300-800℃，加热的时间控制在20-300s。
优选的，所述掩膜前驱体链式固化步骤中，采用波长为800-2000nm的光对硅片表面覆盖的掩膜前驱体进行加热。
优选的，所述掩膜为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化锆。
优选的，所述掩膜的厚度为100-5000nm。
优选的，所述硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其具体步骤包括：
1）去除硅片表面损伤层；
2）掩膜前驱体链式沉积；
3）掩膜前驱体链式固化；
4）掩膜激光开槽；
5）硼扩散；
6）背面及边缘刻蚀；
7）背面抛光；
8）背面制备隧穿氧化层；
9）poly Si原位掺杂；
10）去绕镀；
11）去PSG；
12）钝化及金属化。
本发明的优点和有益效果在于：
本发明采用前驱体链式沉积固化成膜的方式，利用金属醇盐的水解缩聚作用，金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，使前驱体在硅片表面快速交联成膜，获得具有较高致密度的掩膜。
本发明的掩膜是附着在硅基底表面的交联氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜，对扩散的阻挡能力强。
通过调控前驱体中金属醇盐（正硅酸乙酯、正丙醇锆和异丙醇铝）的比例，可调控沉积掩膜的厚度，使掩膜的厚度在100-5000nm之间可调。
通过调控固化温度、固化灯管光照波长分布，可调控沉积掩膜致密度，固化温度越高，致密度越大，叠加灯管光照，能在短时间内获得较高致密度的薄膜。
本发明采用溶胶凝胶法制备掩膜前驱体，通过调整前驱体中硅含量，制备得到不同厚度、不同致密度的掩膜，获得不同的扩散阻挡性能，掩膜厚度在100-5000nm内可控，同时致密度高，使掺杂表面浓度在1020-1021/cm3内可控。
本发明还具有如下特点：
1、本发明的掩膜前驱体原料易得，易于制备且稳定性良好；
2、本发明固化得到的掩膜能较轻易的用简单的手段进行去除，不会在硅片表面残留，且无其他杂质的引入；
3、本发明操作简便，无需多次扩散过程，且固化温度低、时间短，避免长时间高温对硅片少子寿命的影响；
4、本发明链式过程操作简便，对硅片尺寸兼容性强；
5、本发明费用低、镀膜简单，易于大面积使用，并且具有良好的光学性能；
6、本发明掩膜均匀性好，使掩膜致密性高，掩膜厚度和硬度能通过简单的调整前驱体进行改善，调试空间大；
7、本发明前驱体沉积和固化采用链式制程，不需要复杂上下料过程，对硅片尺寸兼容性良好。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其具体步骤包括：
1）去除硅片表面损伤层；
2）掩膜前驱体链式沉积：在链式设备中对硅片表面沉积掩膜前驱体，使硅片表面覆盖掩膜前驱体；沉积采用滚涂、喷涂、刮涂、滴涂、狭缝涂布中的一种或多种；
所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将10-50g的金属醇盐、50-300mL的无水乙醇、1-10mL浓度0.1mol/L的盐酸、100-500mL的水以及0.05-5g硅烷偶联剂均匀混合后，在30-60℃条件下恒温水解1-5h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体；
所述金属醇盐选自正硅酸乙酯、正丙醇锆、异丙醇铝中的一种或几种；
所述硅烷偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；
3）掩膜前驱体链式固化：在链式设备中对硅片表面覆盖的掩膜前驱体进行加热，使掩膜前驱体固化为掩膜；可以采用波长为800-2000nm的光对硅片表面覆盖的掩膜前驱体进行加热；加热时通入氮气、氧气或氮氧混合气，加热的温度控制在300-800℃，加热的时间控制在20-300s；所得掩膜为氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜或氧化锆膜，掩膜的厚度为100-5000nm；
4）掩膜激光开槽：采用激光去除硅片表面部分区域的掩膜，所述硅片表面部分区域与硼掺杂的重掺区相对应；
5）硼扩散：硼扩散采用传统管式扩散+推进+氧化的扩散模式，扩散温度850-950℃，扩散时间10-30min，扩散氛围BBr3:O2为300:75；推进温度为950-1100℃，氮气氛围推进10-30min；氧化温度为950-1200℃，氧化氛围N2:O2=5:15，氧化30-60min；
掩膜清洗：在10-20%HF浓度下清洗300-600s，即可完全清除掩膜且无残留；
6）背面及边缘刻蚀；
7）背面抛光；
8）背面制备隧穿氧化层；
9）poly Si原位掺杂；
10）去绕镀；
11）去PSG；
12）钝化及金属化。
本发明更优选的实施例如下：
实施例1
在上述其他步骤不变的情况下，区别在于：
步骤2）中，所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将14g的正硅酸乙酯、30mL的无水乙醇、1mL浓度0.1mol/L的盐酸、70mL的水以及2g甲基三乙氧基硅烷均匀混合后，在40℃条件下恒温水解2h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体；
步骤3）中，加热时通入氮气，加热的温度控制在300℃，加热的时间控制在200s，所得掩膜为氧化硅膜，该氧化硅膜的厚度为536nm；B扩散后四探针和ECV表征方阻和掺杂表面浓度差异，该氧化硅膜能有效阻挡B扩散进程，相较于无掩膜的实验组，方阻提升50Ω，由无阻挡层的55Ω/□提升至105Ω/□，掺杂表面浓度由无阻挡层的5.6*1020cm-3下降至1.2*1020cm-3，起到良好的阻挡扩散的作用。
实施例2
在上述其他步骤不变的情况下，区别在于：
步骤2）中，所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将14g的正丙醇锆、30mL的无水乙醇、1mL浓度0.1mol/L的盐酸、70mL的水以及2g甲基三乙氧基硅烷均匀混合后，在40℃条件下恒温水解2h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体；
步骤3）中，加热时通入氧气，加热的温度控制在300℃，加热的时间控制在150s，所得掩膜为氧化锆膜，该氧化锆膜的厚度为348nm；B扩散后四探针和ECV表征方阻和掺杂表面浓度差异，该氧化锆膜能有效阻挡B扩散进程，相较于无掩膜的实验组，方阻提升37Ω，由无阻挡层的55Ω/□提升至92Ω/□，掺杂表面浓度由无阻挡层的5.6*1020cm-3下降至1.8*1020cm-3，起到良好的阻挡扩散的作用。
实施例3
在上述其他步骤不变的情况下，区别在于：
步骤2）中，所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将14g的异丙醇铝、30mL的无水乙醇、1mL浓度0.1mol/L的盐酸、70mL的水以及2g丙基三乙氧基硅烷均匀混合后，在35℃条件下恒温水解1h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体；
步骤3）中，加热时通入氮氧混合气，加热的温度控制在450℃，加热的时间控制在20s，所得掩膜为氮氧化硅膜，该氧化铝膜的厚度为470nm；B扩散后四探针和ECV表征方阻和掺杂表面浓度差异，该氧化锆膜能有效阻挡B扩散进程，相较于无掩膜的实验组，方阻提升68Ω，由无阻挡层的55Ω/□提升至123Ω/□，掺杂表面浓度由无阻挡层的5.6*1020cm-3下降至0.9*1020cm-3，起到良好的阻挡扩散的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）去除硅片表面损伤层；
2）掩膜前驱体链式沉积：在链式设备中对硅片表面沉积掩膜前驱体，沉积采用刮涂或滴涂，使硅片表面覆盖掩膜前驱体；
所述掩膜前驱体通过如下步骤制备：将14g的正丙醇锆、30mL的无水乙醇、1mL浓度0.1mol/L的盐酸、70mL的水以及2g甲基三乙氧基硅烷均匀混合后，在40℃条件下恒温水解2h，得到透明溶胶，该透明溶胶为掩膜前驱体；通过调控前驱体中正丙醇锆的比例，来调控氧化锆膜的厚度；
3）掩膜前驱体链式固化：在链式设备中采用波长为800-2000nm的光对硅片表面覆盖的掩膜前驱体进行加热，加热时通入氧气，加热的温度控制在300℃，加热的时间控制在150s，使掩膜前驱体固化为掩膜；所得掩膜为氧化锆膜，该氧化锆膜的厚度为348nm；
4）掩膜激光开槽：采用激光去除硅片表面部分区域的掩膜，所述硅片表面部分区域与硼掺杂的重掺区相对应；
5）硼扩散：硼扩散采用传统管式扩散+推进+氧化的扩散模式，扩散温度850-950℃，扩散时间10-30min，扩散氛围BBr3:O2为300:75；推进温度为950-1100℃，氮气氛围推进10-30min；氧化温度为950-1200℃，氧化氛围N2:O2=5:15，氧化30-60min；
掩膜清洗：在10-20%HF浓度下清洗300-600s，完全清除掩膜且无残留；
6）背面及边缘刻蚀；
7）背面抛光；
8）背面制备隧穿氧化层；
9）poly Si原位掺杂；
10）去绕镀；
11）去PSG；
12）钝化及金属化。
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