CN114335236A - 钝化接触电池及其制备方法和钝化接触结构及其制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钝化接触电池及其制备方法和钝化接触结构及其制备装置。该制备方法包括：S1、对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层；S2、将硅片放入设置有靶材的PVD工艺腔中，并在PVD工艺腔内通入气体，以在介质层上制备掺杂非晶硅层；其中，靶材的个数为n，n≥2，n个靶材中至多存在一个不含掺杂源的靶材，其余靶材均为含掺杂源靶材，每个含掺杂源靶材的掺杂源浓度各不相同；靶材从工艺腔的炉口到炉尾沿着硅片的前进方向依次排放；掺杂非晶硅层为至少包含两层掺杂非晶硅层的复合掺杂非晶硅层，两层掺杂非晶硅层的掺杂浓度不同；S3、对硅片进行退火处理，以激活掺杂非晶硅层，形成多晶硅层；S4、对硅片进行后处理，完成电池片的制备。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种钝化接触电池及其制备方法和钝化接触结构及其制备装置。
背景技术
由于晶体硅电池硅片厚度的不断降低，且对于一定厚度的电池片而言，当少数载流子的扩散长度大于硅片厚度时，表面的复合速率对电池的效率影响特别明显。因此现行的技术多是对晶体硅表面进行钝化处理。目前比较主流的钝化技术是在电池正背面沉积氮化硅钝化膜，改善复合问题。一种较为先进的技术是采用隧穿氧化层钝化接触技术(TOPCon)；钝化隧穿技术采用n型硅片作为基底，在硅片表面先沉积一层隧穿层；然后再覆盖一层薄膜硅层；从而形成隧穿氧化层钝化接触。隧穿氧化层钝化技术能在电极与基底之间形成隧穿薄膜，隔绝金属电极与基底接触，减少接触复合损失，因此电池的开路电压可以做到很高，并且电子能隧穿薄膜不会影响电流传递。
目前制备该隧穿钝化接触结构的方法大部分为CVD法(化学气相沉积)，工艺过程中反应气体会沿衬底表面分散，可侵入衬底正面，形成所谓的绕镀，严重影响电池成品的外观。同时，绕镀也会在电池正面引起边缘寄生性吸收，导致电性能下降；此外CVD法工艺必须在550℃以上的高温下反应，高温会导致硅衬底弯曲变形，不利于后面工艺的进行。同时，目前的钝化接触结构多为隧穿氧化层搭配单层掺杂非晶硅层结构，该单层掺杂非晶硅层无法同时很好兼顾钝化效果和金属接触复合效果。采用多层复合掺杂非晶硅层能很好解决这个问题，最优化的掺杂非晶硅层的浓度应该为从隧穿氧化层界面向掺杂非晶硅层，掺杂浓度逐渐增加，靠近隧穿氧化层界面的低掺杂浓度可以使钝化接触结构的钝化水平更高，靠近掺杂非晶硅层界面的高掺杂浓度可以使金属接触复合更低，接触电阻率更低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钝化接触电池及其制备方法和钝化接触结构及其制备装置。
本发明的一种钝化接触电池的制备方法，其包括以下步骤：
S1、对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层；
S2、将硅片放入设置有靶材的PVD工艺腔中，并在所述PVD工艺腔内通入气体，以在所述介质层上制备掺杂非晶硅层；其中，
所述靶材的个数为n，n≥2，所述n个靶材中至多存在一个不含掺杂源的靶材，其余靶材均为含掺杂源靶材，每个含掺杂源靶材的掺杂源浓度各不相同；
所述靶材从工艺腔的炉口到炉尾沿着硅片的前进方向依次排放；
所述掺杂非晶硅层为至少包含两层掺杂非晶硅层的复合掺杂非晶硅层，所述两层掺杂非晶硅层的掺杂浓度不同；
S3、对硅片进行退火处理，以激活所述掺杂非晶硅层，形成多晶硅层；
S4、对硅片进行后处理，完成电池片的制备。
本发明提供的一种钝化接触电池的制备方法，还包括如下附属技术方案：
其中，在步骤S2中，PVD工艺腔的温度不大于350℃；掺杂非晶硅层的厚度为50-350nm。
其中，在步骤S2中，通过磁控管溅射法在所述介质层上制备所述掺杂非晶硅层。
其中，在步骤S2中，
所述气体为至少包含氩气和/或氦气。
其中，在步骤S1中，所述介质层包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铪或氧化铝。
其中，在步骤S1中，所述对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层包括：
S11、选取N型硅片，并进行制绒处理；
S12、选择硅片的一个制绒面为正面，在正面制备正面发射极；
S13、对硅片的背面进行刻蚀处理；
S14、在硅片的背面沉积介质层。
其中，在步骤S3中，退火温度860～950℃，退火时间为15～45min，退火后，掺杂非晶硅薄膜晶化形成掺杂多晶硅薄膜，该掺杂的多晶硅薄的方阻为20～40Ω/sq。
其中，在步骤S4中，所述对硅片进行后处理包括：
S41、在硅片的正背面沉积钝化减反射薄膜，所述钝化减反射薄膜的厚度为70～100nm；
S42、在硅片的正背表面印刷金属栅线，并烧结。
本发明还提供了一种钝化接触结构，所述钝化接触结构由浓度变化的多层掺杂非晶硅层组成。
本发明还提供了一种钝化接触电池，所述钝化接触电池根据上述所述的方法制备。
本发明还提供了一种钝化接触电池的制备装置，所述装置用于制备上述所述的钝化接触电池，PVD工艺腔内包含浓度不同的多个含掺杂源的掺杂靶材，且这些靶材按照浓度从小到大的顺序沿着硅片的前进的方向依次排列。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明采用PVD的方式沉积非晶硅薄膜，其沉积温度在350℃以下，低温沉积能够减少高温对硅片的损伤，同时避免高温带来的硅片弯曲。此外，本发明的包含不同掺杂浓度的复合掺杂非晶硅层的钝化接触结构，能更好的兼顾钝化接触结构的钝化效果及金属接触复合效果，同时，在同一个工艺腔内通过固体掺杂源的方式制备浓度变化的多层复合掺杂非晶硅层，相较于现有的一些采用气体掺杂的制备方法，通过在工艺腔内多次通入反应气体抽真空的循环操作，该制备方法简单，工艺时间短，同时也不用通入危险性比较大的掺杂源气体，如磷烷，硼丸等。
附图说明
图1为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S11后的电池结构截面示意图。
图2为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S12后的电池结构截面示意图。
图3为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S13后的电池结构截面示意图。
图4为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S14后的电池结构截面示意图。
图5-1、5-2为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S2后的电池结构截面示意图。
图6-1、6-2为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备方法步骤S4后的电池结构截面示意图。
图7-1为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备装置的示意图。
图7-2为本发明实施例的一种钝化接触电池的制备装置的示意图。
图中，1-N型晶体硅基体，3-正面发射极，4-SiO2薄膜，5-n1-背面第一层掺杂非晶硅层，5-n2-背面第二层掺杂非晶硅层，5-n0-背面第一层本征非晶硅层，6-正背面钝化层，7-正面栅线，8-背面栅线，C0-不含掺杂源的纯硅靶材，C1-掺杂浓度N1的含掺杂源靶材，C2-掺杂浓度N2的含掺杂源靶材。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到保护。
本发明的一种钝化接触电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层；
S2、将硅片放入设置有靶材的PVD工艺腔中，并在所述PVD工艺腔内通入气体，以在所述介质层上制备所述掺杂非晶硅层；其中，
所述靶材的个数为n，n≥2，所述n个靶材中至多存在一个不含掺杂源的靶材，其余靶材均为含掺杂源靶材，每个含掺杂源靶材的掺杂源浓度各不相同；
所述靶材从工艺腔的炉口到炉尾沿着硅片的前进方向依次排放；
所述掺杂非晶硅层为至少包含两层掺杂非晶硅层的复合掺杂非晶硅层，所述两层掺杂非晶硅层的掺杂浓度不同；
S3、对硅片进行退火处理，以激活所述掺杂非晶硅层，形成多晶硅层；
S4、对硅片进行后处理，完成电池片的制备。
需要说明的是，本实施例中的气体为至少包含氩气和/或氦气
本发明的制备方法艺简单、操作方便、安全可靠、质量稳定、生产效率高，易于实现大规模工业化生产，对于已存在的生产线易于更新、整合。
在一个实施例中，在步骤S2中，
PVD工艺腔的温度不大于350℃；掺杂非晶硅层的厚度为50-350nm。
本实施例通过将PVD工艺腔的温度设置成不大于350℃，以减少高温对硅片的损伤，同时避免高温带来的硅片弯曲的问题。
在一个实施例中，在步骤S2中，
通过磁控管溅射法在所述介质层上制备所述掺杂非晶硅层。
可选地，所述介质层包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铪或氧化铝等。
可选地，在步骤S1中，所述对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层包括：
S11、选取N型硅片，并进行制绒处理；
S12、选择硅片的一个制绒面为正面，在正面制备正面发射极；
S13、对硅片的背面进行刻蚀处理；
S14、在硅片的背面沉积介质层。
在一个实施例中，在步骤S3中，
退火温度860～950℃，退火时间为15～45min，退火后，掺杂非晶硅薄膜晶化形成掺杂多晶硅薄膜，该掺杂的多晶硅薄膜的方阻为20～40Ω/sq。
可选地，在步骤S4中，所述对硅片进行后处理包括：
S41、在硅片的正背面沉积钝化减反射薄膜，所述钝化减反射薄膜的厚度为70～100nm；
S42、在硅片的正背表面印刷金属栅线，并烧结。
本发明还提供了一种钝化接触，所述钝化接触结构由浓度变化的多层掺杂非晶硅层组成。
本发明还提供了一种钝化接触电池，所述钝化接触电池根据上述所述的方法制备。
本发明还提供了一种钝化接触电池的制备装置，所述装置用于制备上述所述的钝化接触电池，其PVD工艺腔内包含浓度不同的多个含掺杂源的掺杂靶材。
下面将以具体的实施例对发明的制备方法进行详细地说明。
实施例1
步骤S11、选取N型硅片1，并进行制绒处理；完成本步骤之后的电池结构如图1所示。
步骤S12、选取步骤S11处理后的硅片，选择其中一面作为正面，用管式扩散形成正面发射极3，扩散温度950℃～1020℃，正面发射极3的电阻为75～130Ω/sq；完成本步骤之后的电池结构如图2所示。
步骤S13、将步骤S12处理后的硅片背面进行刻蚀，晶体硅基体减重0.2g～0.5g，晶体硅基体背面反射率大于30％。完成本步骤之后的电池结构如图3所示。
步骤S14、用PECVD的方法在步骤S13处理后的硅片背面沉积一层SiO2薄膜4，其厚度为2～8nm。完成本步骤之后的电池结构如图4所示。
步骤S2、将步骤S1预处理后的硅片放入图7-1中的PVD工艺腔内，PVD工艺腔内共有2个含掺杂源的靶材，靠近炉口的第一个靶材C1的掺杂浓度为N1，靠近炉尾的靶材C2的掺杂浓度为N2，且N1<N2，通过磁控溅射的方式，在硅片的隧穿氧化层上经过第一个靶材的时候形成第一层浓度为n1的掺杂非晶硅层，硅片经过第二个靶材的时候在第一层掺杂非晶硅层的上面形成第二层浓度为n2的掺杂非晶硅层，这两层掺杂非晶硅层叠加形成复合掺杂非晶硅层，该复合掺杂非晶硅薄膜厚度为50nm～350nm。完成本步骤之后的电池结构如图5-1所示。
步骤S3、将步骤S2处理后的硅片放入管式退火炉进行退火，退火温度860～950℃，退火时间为15～45min，退火后掺杂非晶硅薄膜晶化形成掺杂多晶硅薄膜5，且该多晶硅薄膜退火后的方阻为20～40Ω/sq。
步骤S4、将步骤S3处理后的硅片进行钝化和金属化处理，在硅片的正背面沉积钝化层6，膜厚为70nm～100nm，完成钝化，在完成钝化后的硅片表面印刷正面金属栅线7和背面金属栅线8，并烧结，完成该钝化接触电池片的制作。完成本步骤之后的电池结构如图6-1所示。
实施例2
步骤S11、选取N型硅片1，并进行制绒处理；完成本步骤之后的电池结构如图1所示。
步骤S12、选取步骤S11处理后的硅片，选择其中一面作为正面，用硼注入的方式形成正面发射极3，正面发射极3的电阻为75～130Ω/sq；完成本步骤之后的电池结构如图2所示。
步骤S13、将步骤S12处理后的硅片背面进行刻蚀，晶体硅基体减重0.2g～0.5g，晶体硅基体背面反射率大于30％。完成本步骤之后的电池结构如图3所示。
步骤S13、用PECVD的方法在步骤S14处理后的硅片背面利用热氧化方法沉积一层SiO2薄膜4，热氧化温度为800～950℃，氧化时间为1～10min，SiO2薄膜厚度为2～8nm。完成本步骤之后的电池结构如图4所示。
步骤S2、将步骤S1预处理后的硅片放入图7-2的PVD工艺腔内，PVD工艺腔内有3个靶材，沿硅片的前进方向，从炉口到炉尾依次为第一个靶材C0，第二个靶材C1’，第三个靶材C2’，其中，第一个靶材为不含掺杂源的纯硅靶材，第二个靶材为掺杂浓度为N1’的含掺杂源靶材，第三个靶材为掺杂浓度为N2’的含掺杂源靶材，且N1’<N2’，通过磁控溅射的方式，在硅片的隧穿氧化层上经过第一个靶材的时候形成掺杂浓度为0的第一层本征非晶硅层，硅片经过第二个靶材的时候在第一层本征非晶硅层的上面形成第二层浓度为n1’的掺杂非晶硅层，硅片经过第三个靶材的时候在第二层掺杂非晶硅层的上面形成第三层浓度为n2’的掺杂非晶硅层，这三层非晶硅层叠加形成复合非晶硅层，该复合非晶硅薄膜厚度为50nm～350nm。完成本步骤之后的电池结构如图5-2所示。
步骤S3、将步骤S2处理后的硅片放入管式退火炉进行退火，退火温度860～950℃，退火时间为15～45min，退火后掺杂非晶硅薄膜晶化形成掺杂多晶硅薄膜5，且该多晶硅薄膜退火后的方阻为20～40Ω/sq。
步骤S4、将步骤S3处理后的硅片进行钝化和金属化处理，在硅片的正背面沉积钝化层6，膜厚为70nm～100nm，完成钝化，在完成钝化后的硅片表面印刷正面金属栅线7和背面金属栅线8，并烧结，完成该钝化接触电池片的制作。完成本步骤之后的电池结构如图6-2所示。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种钝化接触电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层；
S2、将硅片放入设置有靶材的PVD工艺腔中，并在所述PVD工艺腔内通入气体，以在所述介质层上制备掺杂非晶硅层；其中，
所述靶材的个数为n，n≥2，所述n个靶材中至多存在一个不含掺杂源的靶材，其余靶材均为含掺杂源靶材，每个含掺杂源靶材的掺杂源浓度各不相同；
所述靶材从工艺腔的炉口到炉尾沿着硅片的前进方向依次排放；
所述掺杂非晶硅层为至少包含两层掺杂非晶硅层的复合掺杂非晶硅层，所述两层掺杂非晶硅层的掺杂浓度不同；
S3、对硅片进行退火处理，以激活所述掺杂非晶硅层，形成多晶硅层；
S4、对硅片进行后处理，完成电池片的制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，
所述PVD工艺腔内的气体至少包含氩气和/或氦气。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，
PVD工艺腔的温度不大于350℃；掺杂非晶硅层的厚度为50-350nm。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，
通过磁控溅射法在所述介质层上制备所述掺杂非晶硅层。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，
所述不含掺杂源的靶材为位于硅片前进方向的第一个靶材。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，
所述介质层包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铪或氧化铝。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述对硅片进行预处理，以在硅片表面形成介质层包括：
S11、选取硅片，并进行制绒处理；
S12、选择硅片的一个制绒面为正面，在正面制备正面发射极；
S13、对硅片的背面进行刻蚀处理；
S14、在硅片的背面沉积介质层。
8.一种钝化接触结构，其特征在于，所述钝化接触结构由浓度变化的多层掺杂非晶硅层组成。
9.一种钝化接触电池，其特征在于，所述钝化接触电池根据权利要求1-8任一项所述的方法制备。
10.一种钝化接触电池的制备装置，其特征在于，所述装置用于制备权利要求9所述的钝化接触电池，其PVD工艺腔内包含浓度不同的多个含掺杂源的掺杂靶材。
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