CN113948609A - 钝化接触太阳能电池制备方法及钝化接触太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钝化接触太阳能电池的制备方法及钝化接触太阳能电池，具体制备步骤为：提供一硅片，对硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面；在正面制备硼掺杂层；对背面进行刻蚀；采用ALD沉积技术在背面制备隧穿氧化层；采用PECVD沉积技术在隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层；采用ALD沉积技术在在硼掺杂层上制备氧化铝层；采用PECVD沉积技术在氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在氧化硅层上制备背膜；在正膜和背膜上分别制备电极，其中，所述ALD沉积技术和所述PECVD沉积技术通过管式PEALD沉积技术和所述管式PECVD沉积技术集成到同一设备上。一套设备完成了所有膜层的制备，工艺简单，效率高且使得产品良率高。

Description

钝化接触太阳能电池制备方法及钝化接触太阳能电池
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种钝化接触太阳能电池制备方法及钝化接触太阳能电池。
背景技术
近年来，钝化接触太阳能电池技术飞速发展，电池的转换效率不断提升，成本也持续下降，市场对高效电池的需求也越来越高。隧穿氧化物钝化接触电池TOPCon(TunnelOxide Passivated Contact)作为一种能够提升电池开路电压及短路电流、且无需背面开孔和对准、无需额外增加掺杂工艺的电池，已经成为人们追寻的新一代高效钝化接触太阳能电池。
TOPCon电池需要在硅片的正背面进行多层镀膜，在传统的制备工艺中，镀膜步骤比较复杂，需要将硅片在设备之间来回转移，通过多套制备工艺完成整个镀膜过程，工艺制作步骤复杂，且制作效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对现有生产工艺制作步骤复杂，且制作效率低问题，提供一种钝化接触太阳能电池制备方法及钝化接触太阳能电池，该钝化接触太阳能电池制备方法具有工艺制作简单、制作效率高且产品良率高的技术效果。
一种钝化接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
提供一硅片，对所述硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面；
在所述正面制备硼掺杂层；
对所述背面进行刻蚀；
采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层；
采用PECVD沉积技术在所述隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层；
采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层；
采用PECVD沉积技术在所述氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在所述氧化硅层上制备背膜；
在所述正膜和所述背膜上分别制备电极；
其中，所述ALD沉积技术和PECVD沉积技术分别通过管式PEALD和管式PECVD集成到同一设备上。
在其中一个实施例中，所述采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层的步骤包括：
采用所述ALD沉积技术在所述背面沉积氧化硅，形成所述隧穿氧化层。
在其中一个实施例中，其特征在于，在所述采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层的步骤中，所述隧穿氧化层的厚度＜3nm。
在其中一个实施例中，所述采用PECVD沉积技术，在所述隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层的步骤之后包括：
对所述硅片进行退火，将所述本征硅层和所述磷掺杂硅层转化为多晶硅层。
在其中一个实施例中，在所述采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层的步骤中,所述氧化铝层为所述硼掺杂层提供钝化。
在其中一个实施例中，所述PECVD沉积技术和所述ALD沉积技术通过管式PEALD和管式PECVD的技术方式集成到同一工艺管内。
在其中一个实施例中，所述对所述硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面的步骤包括：
通过湿法对所述硅片进行清洗；
通过制绒工艺在所述硅片上制备均具有绒面形貌的所述正面及所述背面。
在其中一个实施例中，所述在所述正面制备硼掺杂层的步骤包括：
采用硼掺杂扩散工艺，在所述正面形成所述硼掺杂层。
在其中一个实施例中，所述在所述隧穿氧化层上依次制备多晶硅层和氧化硅层的步骤之后，所述采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层的步骤之前，还包括：
采用清洗介质清洗所述硅片。
根据本申请的另一方面，提供一种钝化接触太阳能电池，采用上述任一实施例提供的钝化接触太阳能电池的制备方法制成。
上述钝化接触太阳能电池的制备方法，制备步骤为：提供一硅片，对硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面；在正面制备硼掺杂层；对背面进行刻蚀；采用ALD沉积技术在背面制备隧穿氧化层；采用PECVD沉积技术在隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层；采用ALD沉积技术在在硼掺杂层上制备氧化铝层；采用PECVD沉积技术在氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在氧化硅层上制备背膜；在正膜和背膜上分别制备电极，其中，所述ALD沉积技术和所述PECVD沉积技术分别通过管式PEALD沉积技术和所述管式PECVD沉积技术集成到同一设备上。在本申请提供的钝化接触太阳能电池的制备方法中，在同一个设备上通过管式PEALD和管式PECVD分别引入了ALD沉积技术和PECVD沉积技术，即能够通过一套设备完成所有膜层的制备工艺，减少了硅片在设备之间地转移，极大地减少了钝化接触太阳能电池工艺步骤，工艺简单，制作效率高且使得钝化接触太阳能电池产品良率高。
附图说明
图1为本发明提供的钝化接触太阳能电池制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。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。但是本发明能够以很多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改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参阅图1，本申请一实施例中，提供一种钝化接触太阳能电池的制备方法，具体包括：
S10、提供一硅片，对硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面。
在其中一个实施例中，先通过湿法对硅片进行清洗，再通过制绒工艺在硅片上制备均具有绒面形貌的正面和背面。提供的硅片可以为N型或P型的单晶硅片或多晶硅片，将单晶硅片或多晶硅片清洗，然后通过制绒工艺(可以根据需求，通过如碱制绒等方法)制备形成双面绒形貌，如金字塔绒面结构或其他符合要求的结构。
S20、在正面制备硼掺杂层。
在其中一个实施例中，采用硼掺杂扩散工艺，在正面形成硼掺杂层，即金属化可以接触的p+层，以便于后续的膜层的制备。
S30、对背面进行刻蚀。
不可避免地，在对正面进行硼掺杂扩散工艺镀硼掺杂层的时候，会在背面形成绕镀。
为了解决上述问题，为了将掺杂层在背面的绕镀去掉，对背面进行刻蚀。
进一步地，对背面进行刻蚀刻蚀之后，根据需要制备背面形貌，可以通过酸刻蚀，碱抛光或碱制绒等方法，在背面形成酸抛，碱抛或是小绒面等形貌结构，以便于后续的镀膜工艺。
S40、采用ALD沉积技术在背面制备隧穿氧化层。
在其中一个实施例中，在100℃到500℃的沉积温度下，采用ALD沉积技术，沉积氧化硅，形成隧穿氧化层。
具体地，采用ALD沉积技术沉积镀膜，可以更好地控制隧穿氧化层的厚度及其均匀性与重复性，更加适用于量产化生产中。
S50、采用PECVD沉积技术在隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层。
具体地，在沉积温度范围为100℃到500℃内，依次在隧穿氧化层上沉积厚度小于50nm的本征硅层，以及厚度分别小于150nm和30nm的磷掺杂硅层和氧化硅层。
具体地，PECVD沉积技术(即等离子体增强化学的气相沉积法)是借助微波或射频等使含有薄膜成分原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜的技术。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种技术称为等离子体增强化学气相沉积即PECVD沉积技术。
通过PECVD的方法沉积方式沉积本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层，沉积温度低、沉积速率快、成膜质量好，针孔较少，且不易龟裂，且上述膜层可以在同一根工艺管里实现，从而使得本申请制膜沉积速率快，产能相对高，后续清洗步骤去除绕镀更容易，从而进一步提高了钝化接触太阳能电池的良率。
S60、对硅片进行退火，将本征硅层和磷掺杂硅层转化为多晶硅层。
具体地，在800℃到1000℃的退火温度下，通入退火气体，将本征硅层和磷掺杂硅层转化为多晶硅层，退火时间小于120分钟。退火气体可以是氮气或氧气，通过退火工艺不仅能够将本征硅层和磷掺杂硅层转化为多晶硅，同时还能够激活里面的掺杂，提供场钝化，形成载流子选择性隧穿和与金属之间的低接触电阻等功能，进一步提高钝化接触太阳能电池的性能。
S70、采用清洗介质清洗硅片。
具体地，此步骤的目的是去除退火后的硅片正面可能存在的绕镀，同时清洗正面和背面，为后续镀膜步骤所需的高洁净的表面做准备。
进一步地，可以先用氢氟酸去除正面的磷硅玻璃(PSG)层，让绕镀的多晶硅层暴露出来，然后通过碱和添加剂去掉步骤S60在正面形成的绕镀；接着用含氢氟酸(HF)的配液同时去掉背面的其他多余结构，最后通过碱洗和酸洗来清洁正面和背面表面。
S80、采用ALD沉积技术在硼掺杂层上制备氧化铝层。
具体地，采用ALD沉积技术在在硼掺杂层上沉积氧化铝，氧化铝形成厚度小于10nm的氧化铝层，且在此步骤中，氧化铝层为硼掺杂层提供钝化。
进一步地，采用ALD沉积技术，一方面可以更好地在金字塔绒面结构上均匀地沉积一层薄薄的氧化铝层，更好地控制氧化铝层的厚度及其均匀性；另一方面提供硼掺杂层的钝化，氧化铝材料是能够钝化硼掺杂层的有效材料；再一方面能够实现单面沉积，减少沉积到背面的绕镀，避免绕镀引起的一系列问题，从而提高钝化接触太阳能电池的良率，提高产能。
S90、采用PECVD沉积技术在氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在氧化硅层上制备背膜。
具体地，采用PECVD沉积技术将氧化硅、氮氧化硅或氮化硅其中一者单层镀膜、或氧化硅、氮氧化硅或氮化硅多者叠层镀膜到氧化硅层上，形成总厚度小于150nm绝缘的正膜；
具体地，采用PECVD沉积技术将氧化硅、氮氧化硅或氮化硅其中一者单层镀膜、或氧化硅、氮氧化硅或氮化硅多者叠层镀膜到氧化铝层上，形成总厚度小于150nm绝缘的背膜。
S100、在正膜和背膜上分别制备电极。
进一步地，可以通过双面丝网印刷烧结技术在正膜上制备正电极，并在背膜上制备负电极，也可以通过双面丝网印刷烧结技术在正膜上制备负电极，并在背膜上制备正电极，从而使得金属电极制备工序简单，生产效率高，进一步提高产能。在其他一些实施例中，也可采用其他能进行金属电极制备的技术来完成。
在其中一个实施例中，再将制成的钝化接触太阳能电池通过光注入或电注入的方式进一步修复其缺陷，从而进一步提升钝化接触太阳能电池的性能。
其中，上述实施例中涉及到的ALD沉积技术和PECVD沉积技术，分别通过管式PEALD和管式PECVD沉积技术方式集成到同一设备上，即能够通过一套设备完成所有膜层的制备工艺，减少了硅片在设备之间地转移。
具体地，PEALD沉积技术(即等离子体原子层沉积法)，可以制备非常薄，非常致密的薄膜，本申请通过引入PEALD沉积技术，能够有效控制镀膜的厚度及膜层的均匀度，且使得薄膜的沉积具有规范性，从而实现规范化生产。
进一步地，隧穿氧化层的厚度小于3nm，单面沉积小于3nm的膜层是钝化接触太阳能电池制备过程中的一大难点，采用ALD沉积技术可以很好的控制膜层的均匀性重复性与厚度，从而提高钝化接触太阳能电池的良率。
如此，上述钝化接触太阳能电池的制备方法，具体制备步骤为：提供一硅片，对硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面；在正面制备硼掺杂层；对背面进行刻蚀；采用ALD沉积技术在背面制备隧穿氧化层；采用PECVD沉积技术在隧穿氧化层上依次制备多晶硅层和氧化硅层；采用ALD沉积技术在在硼掺杂层上制备氧化铝层；采用PECVD沉积技术在氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在氧化硅层上制备背膜；在正膜和背膜上分别制备电极。其中，ALD沉积技术和PECVD沉积技术通过管式PEALD和管式PECVD沉积技术方式集成到同一设备上。在本申请提供的钝化接触太阳能电池的制备方法中，在同一个设备上通过管式PEALD和管式PECVD引入了ALD沉积技术和PECVD沉积技术，即能够通过一套设备完成所有膜层的制备工艺，减少了硅片在设备之间地转移，极大地减少了钝化接触太阳能电池工艺步骤，工艺简单，制作效率高且使得钝化接触太阳能电池产品良率高。
同样地，一方面通过管式PECVD引入了PECVD沉积技术制膜，使得制备形成的钝化接触太阳能电池的沉积速率快，产能相对高，后续清洗步骤去除绕镀更容易，从而进一步提高了钝化接触太阳能电池的良率和产能。
进一步地，另一方面通过管式PEALD引入了ALD沉积技术，能够实现单面沉积小于3nm薄膜膜厚的控制以及其均匀性，稳定性和重复性，以满足钝化接触太阳能电池(TOPCon电池)所需的超薄隧穿氧化层的需求，同时，ALD技术实现了单面沉积，减少沉积到背面的绕镀，避免绕镀引起的一系列问题；同时能提供在金字塔绒面上更均匀的薄膜沉积，从而实现更好的硼掺杂层的钝化，从而提高钝化接触太阳能电池的良率，提高产能。
具体地，通过将ALD和PECVD两种沉积技术集成到同一设备上，成功地实现了一台设备完成钝化接触太阳能电池正背面膜层的沉积，极大地减少工艺步骤，并能够提供高质量的正面和背面镀膜，有利于提高生产效率和镀膜良率，从而提高产能，可以应用于工业规模化生产进行钝化接触太阳能电池的批量生产。
如下实施例1，提供一种钝化接触太阳能电池的制备方法的具体实施方式，具体制备过程如下：
实施例1：
采用通过管式PEALD和管式PECVD将ALD沉积技术和PECVD沉积技术集成的设备，进行以下镀膜步骤：
步骤一：提供N型硅片作为原料，先通过湿法清洗N型硅片，然后通过制绒工艺，形成双面金字塔形貌，得到具有绒面形貌的正面和背面；
步骤二：通过硼掺杂扩散工艺在正面形成硼掺杂层；
步骤三：对背面进行刻蚀，去掉硼掺杂扩散工艺在背面形成的绕镀，同时通过碱刻蚀，在背面形成小绒面形貌；
步骤四：通过ALD沉积技术在背面沉积厚度约为1.5nm的隧穿氧化层；
步骤五：通过PECVD沉积技术在背面依次沉积厚度约为30nm的本征硅层,厚度约为120nm磷掺杂硅层和厚度约为15nm氧化硅层；
步骤六：退火，对步骤五中的产物进行退火，在800℃到1000℃的退火温度下，通入退火气体，退火30分钟，将本征硅层和磷掺杂硅层转化为多晶硅，同时激活里面的掺杂，提供场钝化，形成载流子选择性隧穿和与金属之间的低接触电阻等功能；
步骤七：清洗步骤六中得到的产物，去除退火后的硅片正面可能存在的多晶硅绕镀,氧化硅，磷硅玻璃PSG层和硼硅玻璃BSG层等，通过碱洗和酸洗来清洁正背面表面；
步骤八：采用ALD沉积技术在正面制备厚度小于5nm的氧化铝层；
步骤九：通过PECVD沉积技术在硅片正面沉积厚度约为75nm的氮化硅，制备正膜；通过PECVD沉积技术在硅片背面沉积厚度约为75nm的氮化硅，制备背膜；
步骤十：采用双面丝网印刷烧结，通过双面丝网印刷烧结技术在正膜上制备正电极，并在背膜上制备负电极，(也可以通过双面丝网印刷烧结技术在正膜上制备负电极，并在背膜上制备正电极)，得到成品即钝化接触太阳能电池；
步骤十一：对成品进行光注入，以进一步提升钝化接触太阳能电池的性能。
与现有技术相比，本发明的技术优势是：本发明通过在同一个设备上同时引入了PECVD沉积技术和ALD沉积技术，针对钝化接触太阳能电池量产中的难点提出了一整套创新的解决方案：
首先，本发明针对钝化接触太阳能电池量产的核心难点之一超薄的隧穿氧化层(<3nm),如何实现亚纳米级膜厚精确控制以及其均匀性，重复性和稳定性(尤其是在大硅片上)。相对于传统的热氧等其他技术的局限性，ALD薄膜沉积技术可以完美地满足以上需求。通过ALD方式可以进一步实现单面沉积，且使得薄膜的沉积具有规范性。
其次，本发明针对钝化接触太阳能电池正面硼掺杂层的钝化，要在金字塔绒面上均匀地沉积一层钝化薄膜(<10nm)同时需要避免绕镀，利用ALD技术优异的保型性，引入ALD沉积单面氧化铝，形成氧化铝膜的同时并将硼掺杂层钝化。
再次，本发明引入了PECVD沉积背面本征硅层和磷掺杂硅层，相对于传统的LPCVD技术，优势是镀膜产生的绕镀小，原位掺杂对沉积速率影响小，产能相对高，后续清洗步骤去除绕镀更容易，良率高。
最后，本发明通过将ALD沉积技术和PECVD沉积技术分别通过管式PEALD和管式PECVD集成到同一设备上，一台设备即可完成钝化接触太阳能电池正背面膜层的沉积，极大地减少工艺步骤，降低了工艺复杂性。硅片无需再设备之间频繁转移，提效降本并提升良率。
根据本申请的另一方面，提供一种钝化接触太阳能电池，采用如上实施例中所述的钝化接触太阳能电池的制备方法制成，具体包括：具有正面和背面的硅片；依次连接的电极、正膜、氧化铝层及硼掺杂层，且硼掺杂层与正面连接；以及依次连接的电极、背膜、多晶硅层及隧穿氧化层，且隧穿氧化层与背面连接，从而形成成品即隧穿氧化物钝化接触电池，从而提供一种电池效率较高的钝化接触太阳能电池。
在其中一个实施例中，多晶硅层、正膜、背膜均采用PECVD沉积技术进行镀膜，使得采用本实施例提供的钝化接触太阳能电池的制备方法制得的隧穿氧化物钝化接触电池绕镀小，并且能够在镀膜时保证膜层的良率，进而提高了电池的产能。
在其中一个实施例中，本实施例提供的隧穿氧化物钝化接触电池的隧穿氧化层以及氧化铝层均采用ALD沉积技术制成；采用的ALD沉积技术，首先能够控制沉积单面镀膜的均匀性，重复性和稳定性，其次能够实现亚纳米级厚度精确控制尤其是小于3nm厚度的膜层，再次由于ALD技术优异的保型性，能确保在正面绒面上均匀地沉积一层薄膜从而进一步提高正面的硼掺杂层的钝化；ALD沉积技术，一方面可以亚纳米级膜厚精确控制，优异的镀膜均匀性，重复性和稳定性，从而满足量产需求，另一方面提供绒面硼掺杂层的钝化，再一方面能够实现单面沉积，减少沉积到背面的绕镀，避免绕镀引起的一系列问题，从而提高钝化接触太阳能电池的良率，提高产能。
进一步地，将PECVD沉积技术和ALD沉积技术集成到同一设备上。如此，可以用同一个设备实现批量化快速生产，进一步提高了钝化接触太阳能电池的制备产能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一硅片，对所述硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面；
在所述正面制备硼掺杂层；
对所述背面进行刻蚀；
采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层；
采用PECVD沉积技术在所述隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层；
采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层；
采用PECVD沉积技术在所述氧化铝层上制备正膜，采用PECVD沉积技术在所述氧化硅层上制备背膜；
在所述正膜和所述背膜上分别制备电极；
其中，所述ALD沉积技术和所述PECVD沉积技术分别通过管式PEALD和管式PECVD集成到同一设备上。
2.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层的步骤包括：
采用所述ALD沉积技术在所述背面沉积氧化硅，形成所述隧穿氧化层。
3.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述采用ALD沉积技术在所述背面制备隧穿氧化层的步骤中，所述隧穿氧化层的厚度＜3nm。
4.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述采用PECVD沉积技术，在所述隧穿氧化层上依次制备本征硅层、磷掺杂硅层和氧化硅层的步骤之后包括：
对所述硅片进行退火，将所述本征硅层和所述磷掺杂硅层转化为多晶硅层。
5.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层的步骤中,所述氧化铝层为所述硼掺杂层提供钝化。
6.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述PECVD沉积技术和所述ALD沉积技术通过管式PEALD和管式PECVD的技术方式集成到同一工艺管内。
7.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对所述硅片进行预处理，制备均具有绒面形貌的正面和背面的步骤包括：
通过湿法对所述硅片进行清洗；
通过制绒工艺在所述硅片上制备均具有绒面形貌的所述正面及所述背面。
8.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在所述正面制备硼掺杂层的步骤包括：
采用硼掺杂扩散工艺，在所述正面形成所述硼掺杂层。
9.根据权利要求1所述的钝化接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在所述隧穿氧化层上依次制备多晶硅层和氧化硅层的步骤之后，所述采用ALD沉积技术在所述硼掺杂层上制备氧化铝层的步骤之前，还包括：
采用清洗介质清洗所述硅片。
10.一种钝化接触太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求1～9中任一项所述的钝化接触太阳能电池的制备方法制成。
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