CN113972302B - TOPCon电池及其制备方法和电器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TOPCon电池及其制备方法和电器设备，该制备方法包括如下步骤：在硅片的正面制绒之后，制备PN结；在硅片的背面依次形成隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层；隧穿氧化层的沉积方式为PEALD，沉积温度为150℃～200℃；掺杂多晶硅层的沉积方式为PECVD，所述氧化硅掩膜层的厚度为10nm～40nm；去除硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料和多晶硅层材料，再去除背面的氧化硅掩膜层；分别在所述PN结上形成正面电极和在所述掺杂多晶硅层上形成背面电极。该制备方法工艺简单，且有利于外观和良率的控制，可在保证具有较高的光电转化效率和开路电压的基础上提高良率，具有更高的量产优势。

Description

TOPCon电池及其制备方法和电器设备
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种TOPCon电池及其制备方法和电器设备。
背景技术
TOPCon电池(隧穿氧化层钝化接触电池)，是一种使用超薄氧化层作为钝化层结构的太阳电池。TOPCon电池是由德国Fraunhofer ISE研究所的Frank Feldmann等人，于2013年报导其取得突破性试验进展。该技术关键部分是，采用化学湿法氧化的方法，先在N型硅基板的背面采用高浓度HNO3进行氧化形成一层1.4nm的隧穿氧化层SiO2，然后沉积磷掺杂的n+-poly-Si薄膜，经过高温退火后，形成一层超薄的隧穿氧化层和一层磷掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成钝化接触结构，该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，能够有效地降低背面复合电流密度，提高电池光电转换效率。
2020年，德国Fraunhofer ISE研究所通过优化poly-Si薄膜的制备工艺、选择性发射极(SE)技术和电池结构，制备出小面积的太阳电池，效率突破到26.0％，其高于目前主流电池PERC平均效率为22.8％-23.2％。可见，TOPCon太阳电池可以明显提高太阳电池的光电转换效率，从而可以提高组件输出功率和降低电站的LCOE(度电成本)。此外，TOPCon电池是采用N型硅片，无B-O复合硅片体寿命高；硅片中金属杂质含量低，LID和LeTID衰减率低；poly-Si钝化金属接触，Voc>705mV；电池背面小绒面结构，双面率约90％。根据德国TUVNORD户外实测，相比于主流电池产品PERC电池，双面TOPCon电池的发电量增益为14.3％，单面TOPCon电池的发电量增益为5.0％。因此，TOPCon电池技术具有较高的产业化价值和发电价值。
TOPCon电池在大规模量产的过程中，主要的技术路线是采用低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积隧穿氧化层和非晶硅薄膜，然后采用离子注入或磷扩散的方式对非晶硅薄膜进行掺杂形成磷掺杂的多晶硅。对于离子注入技术，电池需要经过RCA湿法清洗离子注入引入的金属杂质，后再经过退火激活poly-Si薄膜中的磷原子，同时修复离子注入引起的损伤。而磷扩散掺杂技术，由于扩散过程中存在绕镀和LPCVD沉积时的poly-Si薄膜绕镀，会导致电池外观发白和电致发光(EL)测试发黑，极大地影响了良率，并且工艺复杂且窗口较窄。
发明内容
基于此，有必要提供一种工艺简单、且能够在保证具有较高的光电转化效率和开路电压的基础上提高良率的TOPCon电池及其制备方法和电器设备。
本发明是通过如下的技术方案实现的。
本发明的一个方面，提供了一种TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：
在N型的硅片的正面制绒之后，制备PN结；
在所述硅片的背面依次形成隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层；所述隧穿氧化层的沉积方式为PEALD，沉积温度为150℃～200℃；所述掺杂多晶硅层的沉积方式为PECVD，所述氧化硅掩膜层的厚度为10nm～40nm；
去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料和多晶硅层材料，再去除背面的所述氧化硅掩膜层；以及
分别在所述PN结上形成正面电极和在所述掺杂多晶硅层上形成背面电极。
在其中一个实施例中，所述本征多晶硅层的沉积方式为PECVD；或者
所述本征多晶硅层及所述氧化硅掩膜层的沉积方式为PECVD。
在其中一个实施例中，所述隧穿氧化层、所述本征多晶硅层和所述掺杂多晶硅层是在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜并经退火处理形成的；或者
所述隧穿氧化层、所述本征多晶硅层、所述掺杂多晶硅层及所述氧化硅掩膜层是在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜及氧化硅掩膜层并经退火处理形成的。
在其中一个实施例中，所述退火处理的条件为：在氮气或氧气氛围下，于600℃～1000℃处理10min～60min。
在其中一个实施例中，沉积所述氧化硅掩膜层的条件包括：通入SiH4和N2O作为反应源，SiH4和N2O的流量比为1：(6～10)，沉积温度为350℃～500℃。
在其中一个实施例中，形成所述本征多晶硅层、所述掺杂多晶硅层及所述氧化硅掩膜层的步骤包括：
在所述隧穿氧化层上采用PECVD的方式依次沉积本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜，在氧气氛围下进行退火处理，以使所述本征非晶硅薄膜转化为所述本征多晶硅层，及使所述掺杂非晶硅薄膜的内层和表层分别转化为所述掺杂多晶硅层和所述氧化硅掩膜层；
所述退火处理的条件为：于600℃～1000℃处理10min～60min。
在其中一个实施例中，沉积所述本征非晶硅薄膜的条件包括：通入载气及SiH4，SiH4与载气的流量比为1:(6～8)，沉积温度为350℃～500℃。
在其中一个实施例中，沉积所述掺杂非晶硅薄膜的条件包括：通入载气、SiH4及PH3，SiH4、PH3与载气的流量比为1:(2～3):(4～6)，沉积温度为350℃～500℃。
在其中一个实施例中，沉积所述隧穿氧化层的条件包括：通入有机硅源和氧气作为反应源，所述有机硅源与所述氧气的流量比为1：(2～3)，沉积压强为100Pa～150Pa。
在其中一个实施例中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5nm～2nm；和/或
所述本征多晶硅层的厚度为10nm～50nm；和/或
所述掺杂多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
在其中一个实施例中，去除背面的所述氧化硅掩膜层的方式为酸洗，所述酸洗所采用的酸液为体积百分比在8％～15％的氢氟酸。
在其中一个实施例中，制备所述PN结采用硼扩散的方式，所述硅片在进行硼扩散时形成硼掺杂硅层，所述硼掺杂硅层的表面形成硼硅玻璃层；在去除背面的所述氧化硅掩膜层的同时去除所述硼硅玻璃层；
所述PN结表面形成的硼硅玻璃层的厚度为100nm～120nm；
所述氧化硅掩膜层的厚度为20nm～30nm。
在其中一个实施例中，去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料的方式为酸洗，所述酸洗所采用的酸液为体积百分比在10％～40％的氢氟酸。
在其中一个实施例中，去除所述硅片的正面绕镀的多晶硅层材料的步骤是在去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料之后进行；
去除所述硅片的正面绕镀的多晶硅层材料的方式为碱洗，所述碱洗所采用的碱液为包含氢氧化钠和氢氧化钾中至少一种的溶液，所述碱液的质量浓度为3％～6％。
在其中一个实施例中，在所述PN结上形成正面电极的步骤之前，还包括在所述PN结上依次形成正面钝化层、减反射层的步骤；
所述正面钝化层为氧化铝薄膜，所述减反射层为氮化硅薄膜。
在其中一个实施例中，在所述掺杂多晶硅层上形成背面电极的步骤之前，还包括在所述掺杂多晶硅层上形成背面钝化层的步骤；
所述背面钝化层为氮化硅薄膜。
本发明的另一个方面，提供了一种TOPCon电池，采用上述任一项所述的制备方法制得。
本发明的另一个方面，提供了一种电器设备，包括上述的TOPCon电池。
上述TOPCon电池的制备方法，采用PEALD和PECVD混合沉积技术，具体采用PEALD形成隧穿氧化层并在特定沉积温度进行，采用PECVD的沉积方式形成掺杂多晶硅层，相比于LPCVD沉积技术，PEALD的沉积温度较低，绕镀更小，而采用PECVD不会存在离子注入引出金属杂质的问题。同时，通过在掺杂多晶硅层上形成特定厚度的氧化硅掩膜层，可在去除硅片正面绕镀的多晶硅层材料时起到很好的保护背面的掺杂多晶硅层不被破坏的作用，且该厚度的氧化硅掩膜层又容易去除，以便在PN结和掺杂多晶硅层上分别形成正面电极和背面电极，制得TOPCon电池，该制备方法工艺简单，且有利于外观和良率的控制，可在保证具有较高的光电转化效率和开路电压的基础上提高良率，具有更高的量产优势。
附图说明
图1为本发明实施例1的TOPCon电池的结构示意图。
附图标记说明：
110：N型的硅片； 121：硼掺杂硅层； 122：正面钝化层；
123：减反射层； 124：正面电极； 131：隧穿氧化层；
132：本征多晶硅层； 133：掺杂多晶硅层； 134：背面钝化层；
135：背面电极。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。应该理解，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施方式提供了一种TOPCon电池及其制备方法。下面将结合TOPCon电池的制备方法对制得的TOPCon电池进行详细的介绍。
本发明一实施方式提供了一种TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤S1～S5。
步骤S1：在N型的硅片的正面制绒之后，制备PN结。
步骤S2：在硅片的背面依次形成隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层；隧穿氧化层的沉积方式为PEALD(等离子体增强原子层沉积技术)，沉积温度为150℃～200℃；掺杂多晶硅层的沉积方式为PECVD(等离子体增强化学气相沉积技术)，氧化硅掩膜层的厚度为10nm～40nm。
步骤S3：去除硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料和多晶硅层材料，再去除背面的氧化硅掩膜层。
步骤S4：在硅片正面的PN结上形成正面电极。
步骤S5：在硅片背面的掺杂多晶硅层上形成背面电极。
可理解，步骤S4和S5之间的先后顺序不限定。
上述TOPCon电池的制备方法，采用PEALD和PECVD混合沉积技术，具体采用PEALD形成隧穿氧化层并在特定沉积温度进行，采用PECVD形成掺杂多晶硅层，相比于LPCVD沉积技术，PEALD的沉积温度较低，绕镀更小，而采用PECVD不会存在离子注入引出金属杂质的问题。同时，通过在掺杂多晶硅层形成特定厚度的氧化硅掩膜层，可在去除硅片正面绕镀的多晶硅层材料时起到很好的保护背面的掺杂多晶硅层不被破坏的作用，且该厚度的氧化硅掩膜层又容易去除，以便在PN结和掺杂多晶硅层上分别形成正面电极和背面电极，制得TOPCon电池，该制备方法工艺简单，且有利于外观和良率的控制，可在保证具有较高的光电转化效率和开路电压的基础上提高良率，具有更高的量产优势。
在其中一些实施例中，本征多晶硅层的沉积方式为PECVD。
进一步地，本征多晶硅层和掺杂多晶硅层可在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜并经退火处理形成；或者，隧穿氧化层、本征多晶硅层和掺杂多晶硅层可在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜并经退火处理形成，如此在前一层沉积结束之前，无需出炉即可进行后一层沉积，避免了中途出炉和装卸片导致膜层划伤或污染的问题，不仅精简了工艺，缩短了工艺时间，提高了设备利用率，且还提高了制得的TOPCon电池的钝化性能，进而提高了电池效率。
可理解，根据需要在沉积过程中，将多种气体交替式通入或同步通入。
进一步地，各沉积步骤所采用的射频电源频率为40kHz、200kHz、400kHz中的一种，可以任意选择。
进一步地，研究表明，沉积所采用的射频电源频率越大，离子换向次数增加，离子加速时间变短，沉积速率降低，沉积时间较长，对基底膜层的损伤较小；而离子的价态升高，结合能增大，沉积的均匀性较好，有利于改善膜层的均匀性。
在其中一些实施例中，隧穿氧化层的厚度为0.5nm～2nm。超薄的隧穿氧化层可以使多子电子隧穿进入磷掺杂的多晶硅薄层同时阻挡少子空穴复合，进而使得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密度，提升了电池的开路电压和短路电流，提高了电池光电转换效率。
进一步地，本征多晶硅层的厚度为10nm～50nm。本征多晶硅层作为隧穿氧化层与掺杂多硅层之间的过渡层，其厚度不能太厚，以避免影响光生载流子的穿过。
进一步地，掺杂多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
在其中一些实施例中，氧化硅掩膜层的形成方式为PECVD。
进一步地，隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层是在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜及氧化硅掩膜层并经退火处理形成的。其中，退火处理的作用是使本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜分别转化为本征多晶硅层和掺杂多晶硅层。
如此将隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层的4步沉积镀膜工序合并在同一沉积腔室内进行然后一次性进行退火处理，进一步缩短了工艺时间，提高了沉积速度，便于产业化生产使用。
更进一步地，上述退火处理的条件为：在氮气或氧气氛围下，于600℃～1000℃处理10min～60min。由于掺杂非晶硅薄膜上具有氧化硅掩膜层，其在退火处理的步骤中可起到保护掺杂非晶硅薄膜的作用，避免其被氧化为氧化硅，因此退火处理的气氛可在氧气氛围下进行。
更进一步地，沉积氧化硅掩膜层的条件包括：通入SiH4和N2O作为反应源，SiH4和N2O的流量比为1：(6～10)，沉积温度为350℃～500℃。
在其他的一些实施例中，在其中一些实施例中，氧化硅掩膜层不采用PECVD的沉积方式直接形成；其形成本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层的步骤包括：
在隧穿氧化层上采用PECVD的方式依次沉积本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜，在氧气氛围下进行退火处理，以使本征非晶硅薄膜转化为本征多晶硅层，及使掺杂非晶硅薄膜的内层和表层分别转化为掺杂多晶硅层和氧化硅掩膜层。其中，退火处理的条件为：于600℃～1000℃处理10min～60min。
该实施例中，相当于无需采用PECVD的方式沉积氧化硅掩膜层的步骤，而采用控制退火处理的条件的方式获得氧化硅掩膜层；在氧气氛围下，掺杂非晶硅薄膜的内层转化为掺杂多晶硅层，而表层在氧气氛围下被氧化为氧化硅掩膜层。
进一步地，沉积本征非晶硅薄膜的条件包括：通入载气及SiH4，SiH4与载气的流量比为1:(6～8)，沉积温度为350℃～500℃。进一步地，载气选自H2和Ar中的至少一种。
可理解，TOPCon电池的上述硅片为N型硅片，掺杂非晶硅薄膜为N型掺杂非晶硅薄膜，掺杂多晶硅层为N型掺杂多晶硅层。进一步地，掺杂非晶硅薄膜为磷掺杂非晶硅薄膜，掺杂非晶硅层为磷掺杂非晶硅层。
进一步地，沉积掺杂非晶硅薄膜的条件包括：通入载气、SiH4及PH3，SiH4、PH3与载气的流量比为1:(2～3):(4～6)，沉积温度为350℃～500℃。进一步地，载气选自H2和Ar中的至少一种。控制SiH4、PH3与载气的流量比，可控制磷掺杂的浓度。
进一步地，隧穿氧化层的沉积温度为150℃～180℃。进一步地，本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜和氧化硅掩膜层的沉积温度各自独立地优选为350℃～400℃。
进一步地，隧穿氧化层为二氧化硅隧穿氧化层；沉积隧穿氧化层的条件包括：通入有机硅源和氧气作为反应源，有机硅源与氧气的流量比为1：(2～3)，沉积压强为100Pa～150Pa。更进一步地，有机硅源可为三(二甲胺基)硅烷和3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在其中一些实施例中，去除硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料的方式为酸洗，该酸洗所采用的酸液为体积百分比在10％～40％的氢氟酸；进一步优选为体积百分比在20％～30％的氢氟酸。具体地，该酸洗步骤采用链式HF进行，进而仅与硅片正面接触，以去除正面绕镀的氧化硅掩膜层材料；而背面的氧化硅掩膜层不会被去除。此外，在该酸洗步骤中，还可同时去除在退火过程中正面的绕镀层生成的磷硅玻璃PSG。
在其中一些实施例中，去除硅片的正面绕镀的多晶硅层材料的方式为碱洗，该碱洗所采用的碱液为包含氢氧化钠和氢氧化钾中至少一种的溶液，碱液的质量浓度为3％～6％。具体地，该碱洗步骤在碱槽中进行。
在其中一些实施例中，去除背面的氧化硅掩膜层的方式为酸洗，所采用的酸液为体积百分比在8％～15％的氢氟酸。具体地，该酸洗步骤在酸槽中进行。
进一步地，制备PN结采用硼扩散的方式，硅片进行硼扩散形成硼掺杂硅层，硼掺杂硅层的表面由于在高温扩散的条件下氧化形成硼硅玻璃层。其中，硼掺杂硅层为P型掺杂层，其与N型的硅片形成PN结。
进一步地，硼扩散的条件为：利用BCl3和氧气在900～1050℃扩散形成PN结结，BCl3与氧气的比例为1:8～20，BCl3在气氛中的体积占比为1％～3％。
在去除背面的氧化硅掩膜层的同时，可去除正面的硼硅玻璃层。如此，背面的氧化硅掩膜层和正面的硼硅玻璃层在该酸槽中一次性去除。此外工艺上检测该步骤背面的氧化硅掩膜层和正面的硼硅玻璃层是否去除完全，一般仅检测其中的一面，若该检测面符合要求即认为氧化硅掩膜层和硼硅玻璃层均去除干净。因此，优选背面的氧化硅掩膜层和正面的硼硅玻璃层在该酸槽中的去除速率一致，以避免一面未去除干净导致电阻较大或一面过度清洗的问题。
进一步地，PN结表面形成的硼硅玻璃层为含硼的二氧化硅，其结构较为疏松，酸洗去除速率较快；而氧化硅掩膜层为高纯的二氧化硅，其结构较为致密，酸洗去除速率较慢。研究表明，在上述酸液条件下，PN结表面形成的硼硅玻璃层的厚度为100nm～120nm；氧化硅掩膜层的厚度为20nm～30nm，二者的去除所需时间基本一致。
在其中一些实施例中，步骤S1之后，在进行步骤S2之前，还包括去除硅片背面硼扩绕镀的膜层，例如硼硅玻璃层的步骤。具体去除硅片背面硼扩绕镀的膜层的方式为酸洗，该酸洗所采用的酸液可为体积百分比在40％～80％的HF溶液，采用较高浓度的HF溶液，可减少酸洗作用时间。在去除硅片背面硼扩绕镀的膜层的步骤之后，再将硅片采用碱溶液去除硅片背面和边缘PN结，同时在硅片背面形成0.3～3μm的金字塔绒面结构，进一步地，为0.3～1μm的金字塔绒面结构。
在其中一些实施例中，在PN结上形成正面电极的步骤之前，还包括在PN结上依次形成正面钝化层、减反射层的步骤。
进一步地，正面钝化层为氧化铝薄膜，减反射层为氮化硅薄膜。更进一步地，正面钝化层采用PEALD或ALD方式沉积；减反射层采用PECVD沉积。进一步地，ALD方式沉积氧化铝薄膜，采用的反应物可为TMA(三甲基铝)和水(H2O)或者臭氧(O3)。
在其中一些实施例中，在掺杂多晶硅层上形成背面电极的步骤之前，还包括在掺杂多晶硅层上形成背面钝化层的步骤。
进一步地，背面钝化层为氮化硅薄膜。更进一步地，背面钝化层采用PECVD沉积。
本发明的另一个方面，提供了一种电器设备，包括上述的TOPCon电池，该TOPCon电池可给电器设备提供电源。
在一些实施例中，电器设备包括但不限于汽车、飞机等交通设备，车载香薰等需要电源驱动的电器设备。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下所描述的实施例仅为本发明较好的实施例，可用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
为了更好地说明本发明，下面结合实施例对本发明内容作进一步说明。以下为具体实施例。
实施例1
请参阅图1，该TOPCon电池包括如下结构：硅片110，其为N型硅片基底。在硅片110的正面依次层叠有硼掺杂硅层121、正面钝化层122、减反射层123及正面电极124。在硅片110的背面依次层叠有隧穿氧化层131、本征多晶硅层132、掺杂多晶硅层133、背面钝化层134和背面电极135。
该TOPCon电池的制备工艺主要包括如下步骤：
(1)正面制绒：先采用体积分数为2％的双氧水和质量浓度为0.3％的碱液进行清洗硅片110表面的油污，然后采用质量浓度为1％的碱液进行制绒，减缓反应速率，在硅片110表面形成金字塔的绒面结构，起到减反射的限光作用。
(2)正面硼扩：清洗完吹干的硅片110进入硼扩散炉，利用BCl3和氧气在1008℃扩散形成硼掺杂硅层121，以制得PN结。其中，BCl3与氧气的比例为1:15，BCl3在炉管气氛中的体积占比为1.4％，通过高温扩散，在硅片的表面生成120nm的硼硅玻璃层(BSG，图1未示)，方阻范围为80～150Ω/sq。
(3)背面碱抛：硼扩后的硅片先采用链式HF机去除背面硼扩绕度的BSG，HF的体积百分比为75％；再通过机械手转入槽式碱抛机，采用质量浓度2％的碱液和碱抛添加剂去除硅片背面和边缘PN结，同时在硅片背面形成0.3～1μm的小绒面结构。
(4)背面形成隧穿氧化层和多晶硅钝化膜：采用管式PEALD沉积隧穿氧化层131和PECVD沉积本征多晶硅薄膜(i-poly-Si)、掺杂多晶硅薄膜(n+-poly-Si)、掩膜层二氧化硅SiO2，四层膜在一根炉管内不破坏真空下，实现薄膜沉积，射频电源均选用200kHz电源。
膜层一(隧穿氧化层SiO2)：采用PEALD方式沉积，通入硅源和氧气(O2)作为反应源，在射频电场的电作用下在硅片表面沉积一薄层氧化硅层作为隧穿氧化层；隧穿氧化层131的厚度为1.2nm，有机硅源为二甲胺基硅烷，有机硅源与氧气的流量比为1:2.1，沉积压强为120Pa，沉积温度为180℃；
膜层二(本征非晶硅薄膜)：采用PECVD，通入SiH4、H2，沉积本征非晶硅薄膜，厚度为20nm，SiH4与H2的比例为1:7.0，沉积温度为380℃；
膜层三(掺杂非晶硅薄膜)：采用PECVD，通入SiH4、PH3、H2，沉积磷掺杂非晶硅薄膜，厚度为120nm，SiH4、PH3、H2的比例为1:2:2.5，沉积温度为380℃；
膜层四(掩膜层二氧化硅SiO2)：采用PECVD，通入SiH4和N2O，沉积SiO2湿法掩膜层，厚度为20nm，用于保护退火形成的掺杂多晶硅层在去绕镀清洗时不被破坏，SiH4和N2O的比例为1：8，沉积温度380℃。
(5)退火：采用管式退火炉，对步骤(4)制得的样品进行退火，退火气体氛围为氮气(N2)，温度为920℃，时间为45分钟，使得沉积的本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜中的非晶硅的晶体结构转变为多晶硅，形成本征多晶硅层132和掺杂多晶硅层133。
(6)RCA清洗：先经过链式HF，其中HF体积百分比为22％，去除步骤(4)中沉积膜层四的掩膜层时绕镀到正面的SiO2层，以及退火过程中生成的磷硅玻璃PSG，随后转入碱槽去除正面poly绕镀层，此时背面的N型掺杂层在SiO2掩膜层的保护下，不被破坏，其中碱槽中的碱液为氢氧化钠溶液，碱液的质量浓度为3.9％；当正面的poly绕镀去除干净后，再进入到槽式HF中，HF的体积百分比为10％，去除正面的BSG和背面的掩膜层。
(7)正面氧化铝膜和氮化硅膜沉积：采用PEALD方式以氧气和TMA(三甲基铝)作为反应物沉积的氧化铝(Al2O3)薄膜作为正面钝化层134，PECVD沉积氮化硅(SiNx)薄膜用作减反射层135。
(8)背面积背面氮化硅膜：采用PECVD沉积SiNx薄膜，用于背膜氢钝化，即为背面钝化层135。
(9)丝网印刷正背面浆料，制作正面电极124和背面电极135。
(10)光注入、测试效率和分选。
实施例2
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(7)的Al2O3沉积方式采用ALD的方式进行沉积，不需要电场激发，反应物为TMA(三甲基铝)和水(H2O)。
实施例3
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)的膜层二和膜层三的沉积厚度分别是40nm和80nm，即40nm本征非晶硅薄膜和80nm磷掺杂非晶硅薄膜，提高poly-Si的i/n比例，降低掺杂浓度。
实施例4
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)的膜层四的沉积厚度为40nm，即SiO2掩膜增厚为40nm，耐碱性更强，对背面本征多晶硅层132和掺杂多晶硅层133的保护作用更好。
实施例5
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中省略膜层四掩膜SiO2的沉积，而是将步骤(5)的退火气体变为氧气(O2)，温度为870℃，时间为30分钟，即在退火过程中通过高温氧化表面的poly-Si生成SiO2，作为后续的湿法掩膜层保护背面本征多晶硅层132和掺杂多晶硅层133。
实施例6
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中四层膜沉积时所采用的射频电源频率均选定为40kHz射频电源。
相比实施例1，实施例6由于电源频率减小，离子换向次数减少，离子加速时间变长，沉积速率较快。
实施例7
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中四层膜沉积时所采用的射频电源频率均选定为400kHz射频电源。
相比实施例1，实施例7由于电源频率变大，离子换向次数增加，离子加速时间变短，沉积速率降低；但是离子的价态升高，结合能增大，N型掺杂多晶硅层的掺杂均匀性提升，有利于改善膜层的均匀性。
实施例8
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中膜层四的沉积厚度为25nm。在该条件下，膜层四与厚度120nm的硼硅玻璃层在后续酸洗条件的去除时间基本一致，在该酸洗步骤两面清洗比较干净。
对比例1
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中膜层一的沉积温度为280℃。
对比例2
与实施例1基板相同，区别在于：步骤(4)中膜层四的沉积厚度为60nm。
各实施例和对比例制备TOPCon电池的部分关键参数，如下表1所示：
Figure BDA0003321807770000141
以下为性能测试。
将各实施例和对比例制得的TOPCon电池进行性能测试，采用halm测试台测试，测试条件为：辐照度1000W/m2，光谱AM1.5，温度25℃。结果如下表所示，其中Voc为开路电压(V)。
Figure BDA0003321807770000142
从上表可知，本发明实施例采用PEALD方式沉积隧穿氧化层(SiO2)薄膜，采用PECVD方式沉积本征多晶硅层(i-poly-Si)、磷掺杂的多晶硅层(n+-poly-Si)及背面掩膜SiO2层，四步镀膜工序合为1台管式沉积设备1根管内完成，工艺简化，制得的电池，其光电转换效率在24.5％以上，开路电压Voc在710mV以上，且相比对比例1～2，可在保证具有较高的光电转化效率和开路电压的基础上显著提高了良率。
对比例1在步骤(4)中膜层一的沉积温度控制在较高温度，由于膜层一采用采用PEALD方式沉积，通入炉管内的氧气会被电离形成臭氧，温度高于200℃分解加剧，造成氧源不足，沉积的隧穿氧化层无法形成稳定结构的SiO2，钝化性能变差，影响电池的光电转化效率和开路电压性能。
对比例2在步骤(4)中膜层四的沉积厚度控制在较厚范围，膜层四的沉积厚度过厚，一方面退火的时候影响晶化速率，可能导致本征非晶硅和掺杂的非晶硅不能完全转化成多晶硅，另一方面，可能导致RCA后清洗不干净的情况，进而使得电池的背面电阻率变大，影响载流子的传输速率。
此外，膜层四的沉积厚度液不宜太薄，否则将起不到保护膜层三的作用，在RCA去正面多晶硅绕镀和PSG过程中，可能会腐蚀掉膜层三，影响电池的光电转化效率和开路电压性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (18)

1.一种TOPCon电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在N型的硅片的正面制绒之后，制备PN结；制备所述PN结采用硼扩散的方式，所述硅片在进行硼扩散时形成硼掺杂硅层，所述硼掺杂硅层的表面形成硼硅玻璃层；所述PN结表面形成的硼硅玻璃层的厚度为100nm～120nm；
在所述硅片的背面依次形成隧穿氧化层、本征多晶硅层、掺杂多晶硅层及氧化硅掩膜层；所述隧穿氧化层的沉积方式为PEALD，沉积温度为150℃～200℃；所述掺杂多晶硅层的沉积方式为PECVD，所述氧化硅掩膜层的厚度为20nm～40nm；
去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料和多晶硅层材料，再去除背面的所述氧化硅掩膜层；其中，在去除背面的所述氧化硅掩膜层的同时完全去除所述硼硅玻璃层；以及
分别在所述PN结上形成正面电极和在所述掺杂多晶硅层上形成背面电极。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述本征多晶硅层的沉积方式为PECVD；或者
所述本征多晶硅层及所述氧化硅掩膜层的沉积方式为PECVD。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述隧穿氧化层、所述本征多晶硅层和所述掺杂多晶硅层是在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜并经退火处理形成的；或者
所述隧穿氧化层、所述本征多晶硅层、所述掺杂多晶硅层及所述氧化硅掩膜层是在同一管式沉积设备的同一沉积腔室内依次沉积隧穿氧化层、本征非晶硅薄膜、掺杂非晶硅薄膜及氧化硅掩膜层并经退火处理形成的。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的条件为：在氮气或氧气氛围下，于600℃～1000℃处理10min～60min。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，沉积所述氧化硅掩膜层的条件包括：通入SiH4和N2O作为反应源，SiH4和N2O的流量比为1：(6～10)，沉积温度为350℃～500℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，形成所述本征多晶硅层、所述掺杂多晶硅层及所述氧化硅掩膜层的步骤包括：
在所述隧穿氧化层上采用PECVD的方式依次沉积本征非晶硅薄膜及掺杂非晶硅薄膜，在氧气氛围下进行退火处理，以使所述本征非晶硅薄膜转化为所述本征多晶硅层，及使所述掺杂非晶硅薄膜的内层和表层分别转化为所述掺杂多晶硅层和所述氧化硅掩膜层；
所述退火处理的条件为：于600℃～1000℃处理10min～60min。
7.如权利要求3至6任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积所述本征非晶硅薄膜的条件包括：通入载气及SiH4，SiH4与载气的流量比为1:(6～8)，沉积温度为350℃～500℃。
8.如权利要求3至6任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积所述掺杂非晶硅薄膜的条件包括：通入载气、SiH4及PH3，SiH4、PH3与载气的流量比为1:(2～3):(4～6)，沉积温度为350℃～500℃。
9.如权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积所述隧穿氧化层的条件包括：通入有机硅源和氧气作为反应源，所述有机硅源与所述氧气的流量比为1：(2～3)，沉积压强为100Pa～150Pa。
10.如权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为0.5nm～2nm；和/或
所述本征多晶硅层的厚度为10nm～50nm；和/或
所述掺杂多晶硅层的厚度为80nm～150nm。
11.如权利要求1至6任一项所述的制备方法，其特征在于，去除背面的所述氧化硅掩膜层的方式为酸洗，所述酸洗所采用的酸液为体积百分比在8％～15％的氢氟酸。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，
所述氧化硅掩膜层的厚度为20nm～30nm。
13.如权利要求1至6及12任一项所述的制备方法，其特征在于，去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料的方式为酸洗，所述酸洗所采用的酸液为体积百分比在10％～40％的氢氟酸。
14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于，去除所述硅片的正面绕镀的多晶硅层材料的步骤是在去除所述硅片正面绕镀的氧化硅掩膜层材料之后进行；
去除所述硅片的正面绕镀的多晶硅层材料的方式为碱洗，所述碱洗所采用的碱液为包含氢氧化钠和氢氧化钾中至少一种的溶液，所述碱液的质量浓度为3％～6％。
15.如权利要求1至6、12、14任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述PN结上形成正面电极的步骤之前，还包括在所述PN结上依次形成正面钝化层、减反射层的步骤；
所述正面钝化层为氧化铝薄膜，所述减反射层为氮化硅薄膜。
16.如权利要求1至6、12、14任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述掺杂多晶硅层上形成背面电极的步骤之前，还包括在所述掺杂多晶硅层上形成背面钝化层的步骤；
所述背面钝化层为氮化硅薄膜。
17.一种TOPCon电池，其特征在于，采用如权利要求1至16任一项所述的制备方法制得。
18.一种电器设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的TOPCon电池。
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