CN114156354A - 一种具备SE结构的Topcon电池、其制备方法及光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备SE结构的Topcon电池，包括：N型晶体硅基体以及在所述N型晶体硅基体正表面依次生长的P+掺杂层、氧化铝钝化层、第二SiNx掩膜层以及银铝浆。本发明的有益效果是使用二次硼扩的方法来实现硼扩散的选择性发射极结构，能够使得Topcon电池表面有两种浓度的硼扩浓度，能够在非SE结构处减少掺杂减少表面复合速率，金属和金属化图形接触的部分进行高掺杂，实现好的欧姆接触，实现Topcon电池硼SE结构既有好的接触性能，也有好的钝化能力，替代硼扩散激光SE方法，解决硼扩重掺杂难题。

Description

一种具备SE结构的Topcon电池、其制备方法及光伏组件
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种具备SE结构的Topcon电池、其制备方法及光伏组件。
背景技术
太阳能电池，是一种通过光伏效应将光能直接转化为电能的电力设备。目前，最常见的太阳能电池是由硅制成的大面积PN结，其他可能的太阳能电池类型有染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池以及量子点太阳能电池等。
现有技术中，通常使用激光来对形成Topcon电池的SE结构，只能对整体Topcon电池形成SE结构，不能实现选择性的SE结构，导致不必要的结构处表面复合速率较高，虽然与栅线接触的部分能够有较好的接触能力，但是钝化能力较弱。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种具备SE结构的Topcon电池、其制备方法及光伏组件，有效的解决现有技术中激光形成的Topcon电池的SE结构不能实现选择性的SE结构，导致不必要的结构处表面复合速率较高，虽然与栅线接触的部分能够有较好的接触能力，但是钝化能力较弱的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具备SE结构的Topcon电池，包括：N型晶体硅基体以及在所述N型晶体硅基体正表面依次生长的P+掺杂层、氧化铝钝化层、第二SiNx掩膜层以及银铝浆。
优选地，所述P+掺杂层包括第一P+掺杂层和第二P+掺杂层。
优选地，所述银铝浆生长在所述第二SiNx掩膜层上的金属化栅线位置处。
一种制备如权利要求1所述的具备SE结构的Topcon电池的方法，其特征在于：
对所述N型晶体硅基体的正表面做制绒处理；
对所述N型晶体硅基体的正表面进行第一次硼扩散处理，形成所述第一P+掺杂层，并在所述第一P+掺杂层表面还形成一第一硼硅玻璃层；
去除所述第一硼硅玻璃层以及所述N型晶体硅基体的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层；
在所述第一P+掺杂层表面上沉积一第一SiNx掩膜层；
按照金属化图形进行激光开槽，去除所述金属化图形区域的所述第一P+掺杂层以及所述第一SiNx掩膜层，露出所述N型晶体硅基体正表面，并对开槽处进行清洗；
对所述N型晶体硅基体上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成所述第二P+掺杂层，并在所述第二P+掺杂层表面还形成一第二硼硅玻璃层；
去除所述第二硼硅玻璃层以及剩余所述第一SiNx掩膜层；
在所述第一P+掺杂层以及所述第二P+掺杂层表面生长一所述氧化铝钝化层，然后在所述氧化铝钝化层上沉积第二SiNx掩膜层；
按照所述金属化栅线印刷所述银铝浆，并烘干烧结，得到Topcon电池硼SE结构。
优选地，所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度为80-200μm。
优选地，对所述N型晶体硅基体的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，所述硼源浓度为0.5-1*E19，通源时间为120-240min，扩散时间为500-700s，扩散温度为900-1100℃，扩散深度为0.3-0.8μm，所述N型晶体硅基体进行第一次硼扩散后的方阻值为200-500Ω/sqr。
优选地，在所述第一P+掺杂层表面上沉积一第一SiNx掩膜层的步骤中，使用PECVD沉积所述第一SiNx掩膜层，所述第一SiNx掩膜层的厚度范围为30cm-80cm，折射率为1.8-2.2。
优选地，所述金属化图形为金属化栅线的细栅部分。
优选地，按照金属化图形进行激光开槽后，使用HCl或NaOH对开槽处进行清洗。
优选地，对所述N型晶体硅基体上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，所述硼源浓度为2-4*E19，扩散温度为900-1100℃，通源时间为1900-2300s，扩散时间为900-1000s，扩散深度为0.8-1.1μm，所述N型晶体硅基体进行第二次硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr。
优选地，使用HF去除所述第一硼硅玻璃层、所述第二硼硅玻璃层以及剩余所述第一SiNx掩膜层。
一种光伏组件，内含有如上述具备SE结构的Topcon电池或者如上述制备方法获得的具备SE结构的Topcon电池。
采用上述技术方案，使用二次硼扩的方法来实现硼扩散的选择性发射极结构，能够使得Topcon电池表面有两种浓度的硼扩浓度，能够在非SE结构处减少掺杂减少表面复合速率，金属和金属化图形接触的部分进行高掺杂，实现好的欧姆接触，实现Topcon电池硼SE结构既有好的接触性能，也有好的钝化能力，替代硼扩散激光SE方法，解决硼扩重掺杂难题。
附图说明
图1是本发明实施例一种具备SE结构的Topcon电池的结构示意图
图中：
1、N型晶体硅基体 2、第一P+掺杂层 3、第二P+掺杂层
4、氧化铝钝化层 5、第二SiNx掩膜层 6、银铝浆
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“正表面”、“背表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1一种具备SE结构的Topcon电池的结构示意图所示，一种具备SE结构的Topcon电池，包括：N型晶体硅基体以及在所述N型晶体硅基体1正表面依次生长的P+掺杂层、氧化铝钝化层4、第二SiNx掩膜层5以及银铝浆6。
其中，P+掺杂层包括第一P+掺杂层2和第二P+掺杂层3，第一P+掺杂层2中的硼浓度低于第二P+掺杂层3的硼浓度，第一P+掺杂层2为轻掺，第二P+掺杂层3为重掺，采用二次硼扩的方式，来实现硼扩散的选择性发射极结构，即SE结构，使得Topcon电池表面有两种浓度的硼扩浓度，能够在非SE结构处减少掺杂减少表面复合速率，金属和金属化图形接触的部分进行高掺杂，实现好的欧姆接触。
一种制备具备SE结构的Topcon电池的方法，包括：
S1：选用电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度为80-200μm的N形晶体硅基体，对N型晶体硅基体1的正表面做制绒处理；
S2：对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理，形成第一P+掺杂层2，并在第一P+掺杂层2表面还形成一第一硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，硼源浓度为0.5-1*E19，通源时间，即通入硼源的时间为120-240min，硼的扩散时间为500-700s，扩散温度为900-1100℃，扩散深度为0.3-0.8μm，形成第一P+掺杂层2和第一硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第一次硼扩散后的方阻值为200-500Ω/sqr。
S3：使用HF去除N型晶体硅基体1的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部第一硼硅玻璃层，去除第一硼硅玻璃层以及N型晶体硅基体1的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层2；只保留N型基体硅基体1正表面的第一P+掺杂层2。
S4：在第一P+掺杂层2表面上沉积一第一SiNx掩膜层；其中，采用PECVD的方法沉积第一SiNx掩膜层，厚度范围为30-80nm，折射率为1.8-2.2。
S5：按照金属化图形进行激光开槽，去除金属化图形区域的第一P+掺杂层2以及第一SiNx掩膜层，露出N型晶体硅基体1正表面，并对开槽处进行清洗；其中，
金属化图形区域为金属化栅线的细栅部分；对金属化栅线的细栅部分进行激光开槽后，使用HCl或NaOH对开槽处进行清洗，主要清洗残留的第一P+掺杂层2、第一SiNx掩膜层以及其他杂质，将开槽处的内表面处理干净。
S6：对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成第二P+掺杂层3，并在第二P+掺杂层3表面还形成一第二硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，硼源浓度为2-4*E19，硼源的通源时间为1900-2300s，扩散温度为900-1100℃，扩散时间为900-1000s，扩散深度为0.8-1.1μm，形成第二P+掺杂层3和第二硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第二次硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr。
S7：使用浓度范围为5-20％的HF去除N型晶体硅基体1开槽处以及其他位置的全部第一硼硅玻璃层，以及N型晶体硅基体1除开槽处的全部第二P+掺杂层3；只保留N型基体硅基体1开槽处的第二P+掺杂层3。
S8：在N型晶体硅基体1表面的第一P+掺杂层2以及开槽处的第二P+掺杂层3表面生长一氧化铝钝化层4，然后在氧化铝钝化层4上沉积第二SiNx掩膜层5，其中，氧化铝钝化层4的厚度为1-5nm，在氧化铝钝化层4上沉积的第二SiNx减反射钝化层5的厚度为30-80nm，折射率为1.8-2.2。
S9：按照金属化栅线印刷银铝浆6，并烘干烧结，得到一种具备SE结构的Topcon电池。
针对Topcon电池的SE结构，使用二次硼扩的方法来实现硼扩散的选择性发射极结构，能够使得Topcon电池表面有两种浓度的硼扩浓度，能够在非SE结构处减少掺杂减少表面复合速率，金属和金属化图形接触的部分进行高掺杂，实现好的欧姆接触，实现Topcon电池硼SE结构既有好的接触性能，也有好的钝化能力，替代硼扩散激光SE方法，解决硼扩重掺杂难题。
下面列举几个具体实施例：
实施例1
S1：选用电阻率为2Ω·cm，厚度为150μm的N形晶体硅基体，对N型晶体硅基体1的正表面做制绒处理；
S2：对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理，形成第一P+掺杂层2，并在第一P+掺杂层2表面还形成一第一硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼，硼源浓度为0.8*E19，通源时间，即通入硼源的时间为200min，硼的扩散时间为600s，扩散温度为1000℃，扩散深度为0.6μm，形成第一P+掺杂层2和第一硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第一次硼扩散后的方阻值为350Ω/sqr。
S3：使用浓度为5％的HF去除N型晶体硅基体1的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部第一硼硅玻璃层，去除第一硼硅玻璃层以及N型晶体硅基体1的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层2；只保留N型基体硅基体1正表面的第一P+掺杂层2。
S4：在第一P+掺杂层2表面上沉积一第一SiNx掩膜层；其中，采用PECVD的方法沉积第一SiNx掩膜层，厚度范围为50nm，折射率为2。
S5：按照金属化图形进行激光开槽，去除金属化图形区域的第一P+掺杂层2以及第一SiNx掩膜层，露出N型晶体硅基体1正表面，并对开槽处进行清洗；其中，
金属化图形区域为金属化栅线的细栅部分；对金属化栅线的细栅部分进行激光开槽后，使用HCl对开槽处进行清洗，主要清洗残留的第一P+掺杂层2、第一SiNx掩膜层以及其他杂质，将开槽处的内表面处理干净。
S6：对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成第二P+掺杂层3，并在第二P+掺杂层3表面还形成一第二硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三溴化硼，硼源浓度为3*E19，硼源的通源时间为2200s，扩散温度为1000℃，扩散时间为1000s，扩散深度为1μm，形成第二P+掺杂层3和第二硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第二次硼扩散后的方阻值为60Ω/sqr。
S7：使用HF去除N型晶体硅基体1开槽处以及其他位置的全部第一硼硅玻璃层，以及N型晶体硅基体1除开槽处的全部第二P+掺杂层3；只保留N型基体硅基体1开槽处的第二P+掺杂层3。
S8：在N型晶体硅基体1表面的第一P+掺杂层2以及开槽处的第二P+掺杂层3表面生长一氧化铝钝化层4，然后在氧化铝钝化层4上沉积第二SiNx掩膜层5，其中，氧化铝钝化层4的厚度为3nm，在氧化铝钝化层4上沉积的第二SiNx减反射钝化层5的厚度为50nm，折射率为2。
S9：按照金属化栅线印刷银铝浆6，并烘干烧结，得到一种具备SE结构的Topcon电池。
实施例2
S1：选用电阻率为0.5Ω·cm，厚度为100μm的N形晶体硅基体，对N型晶体硅基体1的正表面做制绒处理；
S2：对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理，形成第一P+掺杂层2，并在第一P+掺杂层2表面还形成一第一硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼，硼源浓度为0.5*E19，通源时间，即通入硼源的时间为150min，硼的扩散时间为550s，扩散温度为950℃，扩散深度为0.4μm，形成第一P+掺杂层2和第一硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第一次硼扩散后的方阻值为250Ω/sqr。
S3：使用浓度为15％的HF去除N型晶体硅基体1的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部第一硼硅玻璃层，去除第一硼硅玻璃层以及N型晶体硅基体1的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层2；只保留N型基体硅基体1正表面的第一P+掺杂层2。
S4：在第一P+掺杂层2表面上沉积一第一SiNx掩膜层；其中，采用PECVD的方法沉积第一SiNx掩膜层，厚度范围为40nm，折射率为2.1。
S5：按照金属化图形进行激光开槽，去除金属化图形区域的第一P+掺杂层2以及第一SiNx掩膜层，露出N型晶体硅基体1正表面，并对开槽处进行清洗；其中，
金属化图形区域为金属化栅线的细栅部分；对金属化栅线的细栅部分进行激光开槽后，使用HCl或NaOH对开槽处进行清洗，主要清洗残留的第一P+掺杂层2、第一SiNx掩膜层以及其他杂质，将开槽处的内表面处理干净。
S6：对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成第二P+掺杂层3，并在第二P+掺杂层3表面还形成一第二硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三溴化硼，硼源浓度为2.5*E19，硼源的通源时间为2000s，扩散温度为950℃，扩散时间为950s，扩散深度为0.9μm，形成第二P+掺杂层3和第二硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第二次硼扩散后的方阻值为50Ω/sqr。
S7：使用HF去除N型晶体硅基体1开槽处以及其他位置的全部第一硼硅玻璃层，以及N型晶体硅基体1除开槽处的全部第二P+掺杂层3；只保留N型基体硅基体1开槽处的第二P+掺杂层3。
S8：在N型晶体硅基体1表面的第一P+掺杂层2以及开槽处的第二P+掺杂层3表面生长一氧化铝钝化层4，然后在氧化铝钝化层4上沉积第二SiNx掩膜层5，其中，氧化铝钝化层4的厚度为2nm，在氧化铝钝化层4上沉积的第二SiNx减反射钝化层5的厚度为40nm，折射率为2.1。
S9：按照金属化栅线印刷银铝浆6，并烘干烧结，得到一种具备SE结构的Topcon电池。
实施例3
S1：选用电阻率为5Ω·cm，厚度为200μm的N形晶体硅基体，对N型晶体硅基体1的正表面做制绒处理；
S2：对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理，形成第一P+掺杂层2，并在第一P+掺杂层2表面还形成一第一硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三氯化硼，硼源浓度为1*E19，通源时间，即通入硼源的时间为150min，硼的扩散时间为700s，扩散温度为1050℃，扩散深度为0.7μm，形成第一P+掺杂层2和第一硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第一次硼扩散后的方阻值为300Ω/sqr。
S3：使用浓度为10％的HF去除N型晶体硅基体1的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部第一硼硅玻璃层，去除第一硼硅玻璃层以及N型晶体硅基体1的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层2；只保留N型基体硅基体1正表面的第一P+掺杂层2。
S4：在第一P+掺杂层2表面上沉积一第一SiNx掩膜层；其中，采用PECVD的方法沉积第一SiNx掩膜层，厚度范围为70nm，折射率为1.9。
S5：按照金属化图形进行激光开槽，去除金属化图形区域的第一P+掺杂层2以及第一SiNx掩膜层，露出N型晶体硅基体1正表面，并对开槽处进行清洗；其中，
金属化图形区域为金属化栅线的细栅部分；对金属化栅线的细栅部分进行激光开槽后，使用NaOH对开槽处进行清洗，主要清洗残留的第一P+掺杂层2、第一SiNx掩膜层以及其他杂质，将开槽处的内表面处理干净。
S6：对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成第二P+掺杂层3，并在第二P+掺杂层3表面还形成一第二硼硅玻璃层；其中，
对N型晶体硅基体1上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三氯化硼，硼源浓度为3.5*E19，硼源的通源时间为2200s，扩散温度为1100℃，扩散时间为900-1000s，扩散深度为1μm，形成第二P+掺杂层3和第二硼硅玻璃层，N型晶体硅基体1进行第二次硼扩散后的方阻值为80Ω/sqr。
S7：使用HF去除N型晶体硅基体1开槽处以及其他位置的全部第一硼硅玻璃层，以及N型晶体硅基体1除开槽处的全部第二P+掺杂层3；只保留N型基体硅基体1开槽处的第二P+掺杂层3。
S8：在N型晶体硅基体1表面的第一P+掺杂层2以及开槽处的第二P+掺杂层3表面生长一氧化铝钝化层4，然后在氧化铝钝化层4上沉积第二SiNx掩膜层5，其中，氧化铝钝化层4的厚度为4nm，在氧化铝钝化层4上沉积的第二SiNx减反射钝化层5的厚度为80nm，折射率为1.8。
S9：按照金属化栅线印刷银铝浆6，并烘干烧结，得到一种具备SE结构的Topcon电池。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种具备SE结构的Topcon电池，其特征在于，包括：N型晶体硅基体以及在所述N型晶体硅基体正表面依次生长的P+掺杂层、氧化铝钝化层、第二SiNx掩膜层以及银铝浆。
2.根据权利要求1所述的一种具备SE结构的Topcon电池，其特征在于：所述P+掺杂层包括第一P+掺杂层和第二P+掺杂层。
3.根据权利要求1所述的一种具备SE结构的Topcon电池，其特征在于：所述银铝浆生长在所述第二SiNx掩膜层上的金属化栅线位置处。
4.一种制备如权利要求1所述的具备SE结构的Topcon电池的方法，其特征在于：
对所述N型晶体硅基体的正表面做制绒处理；
对所述N型晶体硅基体的正表面进行第一次硼扩散处理，形成所述第一P+掺杂层，并在所述第一P+掺杂层表面还形成一第一硼硅玻璃层；
去除所述第一硼硅玻璃层以及所述N型晶体硅基体的背表面和边缘绕扩处的第一P+掺杂层；
在所述第一P+掺杂层表面上沉积一第一SiNx掩膜层；
按照金属化图形进行激光开槽，去除所述金属化图形区域的所述第一P+掺杂层以及所述第一SiNx掩膜层，露出所述N型晶体硅基体正表面，并对开槽处进行清洗；
对所述N型晶体硅基体上开槽处进行第二次硼扩散处理，形成所述第二P+掺杂层，并在所述第二P+掺杂层表面还形成一第二硼硅玻璃层；
去除所述第二硼硅玻璃层以及剩余所述第一SiNx掩膜层；
在所述第一P+掺杂层以及所述第二P+掺杂层表面生长一所述氧化铝钝化层，然后在所述氧化铝钝化层上沉积第二SiNx掩膜层；
按照所述金属化栅线印刷所述银铝浆，并烘干烧结，得到Topcon电池硼SE结构。
5.根据权利要求4所述的一种具备SE结构的Topcon电池的制备方法，其特征在于：所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度为80-200μm；
对所述N型晶体硅基体的正表面进行第一次硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，所述硼源浓度为0.5-1*E19，通源时间为120-240min，扩散时间为500-700s，扩散温度为900-1100℃，扩散深度为0.3-0.8μm，所述N型晶体硅基体进行第一次硼扩散后的方阻值为200-500Ω/sqr。
6.根据权利要求4所述的一种具备SE结构的Topcon电池的制备方法，其特征在于：在所述第一P+掺杂层表面上沉积一第一SiNx掩膜层的步骤中，使用PECVD沉积所述第一SiNx掩膜层，所述第一SiNx掩膜层的厚度范围为30cm-80cm，折射率为1.8-2.2。
7.根据权利要求4所述的一种具备SE结构的Topcon电池的制备方法，其特征在于：所述金属化图形为所述金属化栅线的细栅部分；
按照所述金属化图形进行激光开槽后，使用HCl或NaOH对开槽处进行清洗。
8.根据权利要求4所述的一种具备SE结构的Topcon电池的制备方法，其特征在于：对所述N型晶体硅基体上开槽处进行第二次硼扩散处理时，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，所述硼源浓度为2-4*E19，扩散温度为900-1100℃，通源时间为1900-2300s，扩散时间为900-1000s，扩散深度为0.8-1.1μm，所述N型晶体硅基体进行第二次硼扩散后的方阻值为40-100Ω/sqr。
9.根据权利要求4所述的一种具备SE结构的Topcon电池的制备方法，其特征在于：使用HF去除所述第一硼硅玻璃层、所述第二硼硅玻璃层以及剩余所述第一SiNx掩膜层。
10.一种光伏组件，内含有如权利要求1至2任一项所述具备SE结构的Topcon电池或者如权利要求3至9任一项所述制备方法获得的具备SE结构的Topcon电池。
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