CN114335249A - N-TOPCon电池及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
一种N‑TOPCon电池及其制作工艺，属于太阳能电池技术领域。一种N‑TOPCon电池的制作工艺，包括：S1：对硅片进行磷扩散以吸附硅片的杂质；S2:去除硅片表面形成的磷硅玻璃；S3：对硅片依次进行制绒、硼扩散形成pn结；S4：对步骤S3得到的硅片进行后处理制得N‑TOPCon电池。该制作工艺能够有效提高N‑TOPCon电池的少子寿命，增加转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种N-TOPCon电池及其制作工艺。
背景技术
N型TOPCon电池和HJT电池是当下比较热门的两大新型电池，N型TOPCon电池与现有的PERC电池产线具有很好的兼容性。对于N型TOPCon太阳能电池，目前的主流制备工艺包括：硅片-制绒-正面硼扩散形成N型硅片-背面刻蚀-隧穿氧化-原位掺杂非晶硅-去绕镀-正面氧化铝-正面氮化硅-背面氮化硅-印刷烧结-测试分选。
P型太阳能电池的制备工艺中，需要对硅片进行磷扩散以使得硅片成为P型硅片，进行磷扩散的主要目的是为了形成PN结。而P型太阳能电池的寿命相较于N型太阳能电池寿命较短，现有技术中，有在常规P型太阳能电池的制作工艺前先通过磷扩散的方式吸杂，从而达到提高P型太阳能电池的转换效率，提高少子寿命。由于P型太阳能电池的制备工艺中，原本就需要进行磷扩散形成PN结，则可以利用原本的产线设备进行磷扩散除杂。
现有的N型TOPCon电池所使用的单晶硅片一般都不是100％的纯硅，其是带有一些杂质的具有一定纯度的硅片，这些杂质则会影响N型TOPCon电池的少子寿命。由于N型太阳能电池的少子寿命一般都比P型太阳能电池的少子寿命长，本领域人员通常不会去增加工艺来提升N型TOPCon电池的少子寿命，因为N型太阳能电池的少子寿命本身较高，则认为没有必要进行进一步提高了；另一方面，即使是有提升N型TOPCon电池的少子寿命和电池效率的手段，现有的一些提升N型TOPCon电池的少子寿命和电池效率的方式一般是通过镀钝化膜来实现的。
发明内容
本申请提供了一种N-TOPCon电池及其制作工艺，该制作工艺能够有效提高硅片来料较差的N-TOPCon电池的少子寿命，增加电池效率。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种N-TOPCon电池的制作工艺，包括：
S1：对硅片进行磷扩散以吸附硅片的杂质；
S2:去除硅片表面形成的磷硅玻璃；
S3：对硅片依次进行制绒、硼扩散形成pn结；
S4：对步骤S3得到的硅片进行后处理制得N-TOPCon电池。
在一种可能的实施方案中，对硅片进行磷扩散的步骤包括：在第一温度下通入磷源并将硅片保持在磷源气氛下，然后在第二温度下保温，第一温度小于第二温度；可选地，第一温度为700～900℃，第二温度为800～1000℃。
在一种可能的实施方案中，磷源包括三氯氧磷、氧气和氮气。
在一种可能的实施方案中，去除硅片表面形成的磷硅玻璃的步骤包括：将步骤S1得到的硅片采用HF进行清洗。
在一种可能的实施方案中，对硅片进行磷扩散之前，先对硅片进行前清洗、烘干。
在一种可能的实施方案中，对硅片进行前清洗的步骤包括：将硅片依次进行碱洗和酸洗。
在一种可能的实施方案中，对硅片进行碱洗的步骤包括：采用体积浓度为1～20％的KOH在40～80℃对硅片进行碱洗。
在一种可能的实施方案中，对硅片进行酸洗的步骤包括：采用体积浓度为1～30％的HF对硅片进行酸洗。
在一种可能的实施方案中，S4步骤包括：对步骤S3得到的硅片依次进行刻蚀、隧穿氧化、掺杂非晶硅、退火、去绕度、沉积正面氧化铝、正面氮化硅和背面氮化硅以及丝网印刷。
第二方面，本申请实施例提供一种N-TOPCon电池，其由第一方面实施例的N-TOPCon电池的制作工艺制得。
本申请实施例至少具有如下有益效果：
对硅片进行磷扩散，金属在磷扩散区比在硅体有更大的溶解性，杂质会发生分凝往磷扩散区迁移，完成吸杂；磷扩散后硅片表面会形成磷硅玻璃，后续将磷硅玻璃去除以及通过制绒去除磷扩散区域，能够去除杂质，通过后续的硼扩散和后处理制得N-TOPCon电池，该N-TOPCon电池具有较高的少子寿命。针对一些采用杂质较多的硅片进行N-TOPCon电池的制作时，本申请实施例的N-TOPCon电池的制作工艺能明显提高N-TOPCon电池的少子寿命，增加电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请具体实施方式中的N-TOPCon电池的制作工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有的N型TOPCon电池所使用的单晶硅片一般都不是100％的纯硅，其是带有一些杂质的具有一定纯度的硅片，这些杂质则会影响N型TOPCon电池的少子寿命。但是，现有的N型太阳能电池的少子寿命一般也比P型太阳能电池的少子寿命高，一般提高电池少子寿命的技术，都是针对P型太阳能电池的，本领域人员通常不会去增加工艺来提升N型TOPCon电池的少子寿命，因为N型太阳能电池的少子寿命本身较高，则认为没有必要进行进一步提高了。另外，虽然有一些提升N型TOPCon电池的少子寿命和电池效率的方法，但是一般都是通过镀钝化膜来实现的。
本申请实施例提供一种N-TOPCon电池及其制作工艺，针对一些采用杂质较多的硅片进行N-TOPCon电池的制作时，本申请实施例的N-TOPCon电池的制作工艺也能明显提高N-TOPCon电池的少子寿命，增加电池效率。
以下针对本申请实施例的N-TOPCon电池及其制作工艺进行具体说明：
第一方面，本申请实施例提供一种N-TOPCon电池的制作工艺，请参照图1，其包括以下步骤：
S1：对硅片进行磷扩散以吸附硅片的杂质。
金属在磷扩散区比在硅体有更大的溶解性，杂质会发生分凝往磷扩散区迁移，完成吸杂；磷扩散后硅片表面会形成磷硅玻璃。
在一些实施方案中，对硅片进行磷扩散的步骤包括：在第一温度下通入磷源并将硅片保持在磷源气氛下，然后在第二温度下保温，第一温度小于第二温度。
在第一温度下通入磷源并使得硅片保持在磷源气氛下，能够使得磷源较好地扩散至硅片，并在表面形成磷硅玻璃，然后在第二温度下进行保温，由于第二温度高于第一温度，则更加有利于磷的扩散，利于吸杂。
可选地，第一温度为700～900℃，第二温度为800～1000℃。
示例性地，第一温度为700℃、750℃、800℃、850℃和900℃中的任一者或者任意两者之间的数值。示例性地，在第一温度下通入磷源时保持20～1500s，例如为20s、100s、300s、500s、700s、1000s、1200s或1500s。
示例性地，第二温度为800℃、850℃、900℃、950℃和1000℃中的任一者或者任意两者之间的数值。示例性地，在第二温度下的保温时间为30～6000s，例如为30s、100s、500s、1000s、2000s、3000s、4000s、5000s或6000s。
其中，磷源包括三氯氧磷、氧气和氮气，氮气作为载气气体，能够用于携带三氯氧磷，将三氯氧磷和氧气通入后，在第一温度的条件下三氯氧磷和氧气会发生反应生成五氧化二磷，五氧化二磷与硅片发生反应生成磷硅玻璃。可选地，三氯氧磷和氧气的通入流量之比为1:0.5～2。
进一步地，在一些实施方案中，对硅片进行磷扩散之前，先对硅片进行前清洗、烘干。
通过将硅片进行前清洗，能够先清洗掉硅片表面的一些杂质，避免这些杂质在后续工序中进入到硅片内部，影响硅片的性能。烘干后再进行磷扩散吸杂，能够进一步提高硅片的纯度，从而能够更加有效地提高N-TOPCon电池的少子寿命，增加电池效率。
可选地，烘干的温度为60～100℃，例如为60℃、70℃、80℃、90℃或100℃。
示例性地，对硅片进行前清洗的步骤包括：将硅片依次进行碱洗和酸洗。通过碱洗能够将硅片的一些杂质清洗掉，再通过酸洗能够将残留的碱洗残留的碱液中和掉。其中，碱洗步骤之后可以先进行水洗，再进行酸洗。另外，酸洗之后也可以进行水洗，然后再进行烘干。
在一些实施方案中，对硅片进行碱洗的步骤包括：采用体积浓度为1～20％的KOH在40～80℃对硅片进行碱洗。示例性地，KOH的体积浓度为1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％和20％中的任一者或者任意两者之间的数值。示例性地，对硅片进行碱洗的温度为40℃、50℃、60℃、70℃和80℃中的任一者或者任意两者之间的数值。
在一些实施方案中，对硅片进行酸洗的步骤包括：采用体积浓度为1～30％的HF对硅片进行酸洗。可选地，HF的体积浓度为1％、5％、10％、15％、20％、25％和30％中的任一者或者任意两者之间的数值。
S2:去除硅片表面形成的磷硅玻璃。
S3：对硅片依次进行制绒、硼扩散形成pn结。
磷扩散后硅片表面会形成磷硅玻璃，通过将磷硅玻璃去除以及通过制绒去除磷扩散区域，能够去除杂质。
在一些实施方案中，制绒步骤包括：将步骤S2得到的硅片放置于制绒槽中进行制绒，然后进行酸洗、水洗、慢提拉、在80～100℃的温度下烘干。其中，制绒槽中具有体积浓度为1～20％的KOH，制绒步骤的温度条件为40～80℃。酸洗采用体积浓度为1～30％的HF。
在一些实施方案中，对硅片进行硼扩散的步骤包括：将制绒完的硅片放置于硼扩管中，在700～900℃的温度下通入硼源20～1000s，然后在900～1200℃的温度下推结100～5000s。
S4：对步骤S3得到的硅片进行后处理制得N-TOPCon电池。
其中，步骤S4可以采用常规的N-TOPCon电池的制作工艺，本申请实施例的N-TOPCon电池的制作工艺在不改变原有的N-TOPCon电池的制作步骤上，增加了磷扩散步骤，进一步地增加了前清洗的步骤，工艺调整较小，且磷扩散步骤可以采用企业原本PERC电池生产设备中的磷扩散设备，能够尽可能地减小成本。而且，针对一些采用杂质较多的硅片进行N-TOPCon电池的制作时，本申请实施例的N-TOPCon电池的制作工艺也能明显提高N-TOPCon电池的少子寿命，增加电池效率，避免了企业花费高成本去购买高纯度的硅片。需要说明的是，在本申请中，对硼扩散后的硅片进行后处理的步骤只要能够实现制得N-TOPCon电池，都是可行的，本申请对其不做具体限定。
示例性地，对步骤S3得到的硅片进行后处理的步骤包括：对步骤S3得到的硅片依次进行刻蚀、隧穿氧化、掺杂非晶硅、退火、去绕度、沉积正面氧化铝、正面氮化硅和背面氮化硅以及丝网印刷。
在一些实施方案中，刻蚀的步骤包括：将硼扩散步骤得到的硅片在链式酸刻机台进行刻蚀，刻蚀槽中具有体积浓度为1％-20％的HNO3和体积浓度为1％-20％HF。
在一些实施方案中，隧穿氧化的步骤包括：将刻蚀后的硅片进行热氧化在硅片背面形成隧穿氧化层，其中，氧化温度为500～700℃，例如为500℃、550℃、600℃、650℃和700℃中的任一者或者任意两者之间的数值。
在一些实施方案中，掺杂非晶硅的步骤包括：对隧穿氧化步骤后得到的硅片进行原位掺杂非晶硅，其中，该步骤通入的气体为PH3和SiH4混合气体，工艺温度为200～600℃，例如为200℃、300℃、400℃、500℃和600℃中的任一者或者任意两者之间的数值。
在一些实施方案中，退火步骤包括：将掺杂非晶硅步骤后得到的硅片在700～1000℃下进行1-120min恒温退火，使得掺杂非晶硅变为掺磷多晶硅。示例性地，退火步骤的温度为700℃、800℃、900℃和1000℃中的任一者或者任意两者之间的数值。
在一些实施方案中，去绕镀的步骤包括：在退火完的硅片背面生长氧化硅，正面绕镀区域用体积浓度为1～40％的HF洗去氧化硅，然后放置于碱抛槽(KOH体积浓度1％-20％、温度40-90℃、碱抛添加剂2-20L)进行碱抛去掉正面多晶硅绕度。
在一些实施方案中，沉积正面氧化铝的步骤包括：采用热原子沉积(ALD)的方式沉积正面氧化铝，工艺温度为200～250℃，例如为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃。
在一些实施方案中，沉积正面氮化硅和背面氮化硅的步骤包括：采用等离子体化学气相沉积法沉积正面和背面氮化硅薄膜，沉积时通入NH3和SiH4气体，其中，工艺温度450-500℃，例如为400℃、410℃、420℃、430℃、440℃或450℃，压力为200-300Pa，例如为200Pa、220Pa、250Pa、280Pa或300Pa。
在一些实施方案中，丝网印刷的步骤采用DUP网版进行丝网印刷。
进一步地，丝网印刷之后还包括烧结和光注入的步骤，烧结步骤的峰值温度为600～1000℃，例如为600℃、700℃、800℃、900℃或1000℃，光注入步骤的退火峰值温度为200～700℃，例如为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃；进行光注入的温度为100～400℃，例如为100℃、200℃、300℃或400℃。
第二方面，本申请实施例提供一种N-TOPCon电池，其由第一方面实施例的N-TOPCon电池的制作工艺制得。
以下结合实施例对本申请的N-TOPCon电池及其制作工艺作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种N-TOPCon电池的制作工艺，其包括以下步骤：
(1)把硅片放置到碱槽中进行碱洗，碱槽中具有体积浓度为10％的KOH和碱液添加剂10L，温度为60℃；碱洗后依次进行水洗、酸洗(体积浓度为10％HF)、水洗、慢提拉、烘干，其中，烘干温度80℃。
(2)对清洗过的硅片进行磷扩散以吸附硅片的杂质；其中，通入磷源的温度为800℃，通入时间为800s，然后在900℃保温1000s，磷源包括三氯氧磷和氧气。
(3)将步骤(2)得到的硅片表面形成的磷硅玻璃去除。
(4)将步骤(3)得到的硅片放置于制绒槽中进行制绒，然后进行酸洗、水洗、慢提拉、在90℃的温度下烘干。其中，制绒槽中具有体积浓度为5％的KOH，制绒步骤的温度条件为70℃。酸洗采用体积浓度为20％的HF。
(5)将步骤(4)得到的硅片放置于硼扩管中，在900℃的温度下通入硼源500s，然后在1000℃的温度下推结1000s。
(6)将步骤(5)得到的硅片在链式酸刻机台进行刻蚀，刻蚀槽中具有体积浓度为15％的HNO3和体积浓度为10％HF。
(7)将步骤(6)得到的硅片进行热氧化在硅片背面形成隧穿氧化层，其中，氧化温度为600℃。
(8)将步骤(7)得到的硅片进行原位掺杂非晶硅，其中，该步骤通入的气体为PH3和SiH4混合气体，工艺温度为600℃。
(9)将步骤(8)得到的硅片在850℃下进行60min恒温退火，使得掺杂非晶硅变为掺磷多晶硅。
(10)在退火完的硅片背面生长氧化硅，正面绕镀区域用体积浓度为20％的HF洗去氧化硅，然后放置于碱抛槽(KOH体积浓度10％、温度50℃、碱抛添加剂10L)进行碱抛去掉正面多晶硅绕度。
(11)采用热原子沉积(ALD)的方式在步骤(10)得到的硅片沉积正面氧化铝，工艺温度为250℃。
(12)采用等离子体化学气相沉积法在步骤(11)得到的硅片表面沉积正面和背面氮化硅薄膜，沉积时通入NH3和SiH4气体，其中，工艺温度500℃，压力为200Pa。
(13)对步骤(12)得到的硅片采用DUP网版进行丝网印刷制得N-TOPCon电池。
实施例2
本实施例提供一种N-TOPCon电池的制作工艺，其包括以下步骤：
(1)对硅片进行磷扩散以吸附硅片的杂质；其中，通入磷源的温度为800℃，通入时间为800s，然后在900℃保温1000s，磷源包括三氯氧磷和氧气。
(2)将步骤(1)得到的硅片表面形成的磷硅玻璃去除。
(3)将步骤(2)得到的硅片放置于制绒槽中进行制绒，然后进行酸洗、水洗、慢提拉、在90℃的温度下烘干。其中，制绒槽中具有体积浓度为5％的KOH，制绒步骤的温度条件为70℃。酸洗采用体积浓度为20％的HF。
(4)将步骤(3)得到的硅片放置于硼扩管中，在900℃的温度下通入硼源500s，然后在1000℃的温度下推结1000s。
(5)将步骤(4)得到的硅片在链式酸刻机台进行刻蚀，刻蚀槽中具有体积浓度为15％的HNO3和体积浓度为10％HF。
(6)将步骤(5)得到的硅片进行热氧化在硅片背面形成隧穿氧化层，其中，氧化温度为600℃。
(7)将步骤(6)得到的硅片进行原位掺杂非晶硅，其中，该步骤通入的气体为PH3和SiH4混合气体，工艺温度为600℃。
(8)将步骤(7)得到的硅片在850℃下进行60min恒温退火，使得掺杂非晶硅变为掺磷多晶硅。
(9)在退火完的硅片背面生长氧化硅，正面绕镀区域用体积浓度为20％的HF洗去氧化硅，然后放置于碱抛槽(KOH体积浓度10％、温度50℃、碱抛添加剂10L)进行碱抛去掉正面多晶硅绕度。
(10)采用热原子沉积(ALD)的方式在步骤(9)得到的硅片沉积正面氧化铝，工艺温度为250℃。
(11)采用等离子体化学气相沉积法在步骤(10)得到的硅片表面沉积正面和背面氮化硅薄膜，沉积时通入NH3和SiH4气体，其中，工艺温度500℃，压力为200Pa。
(12)对步骤(11)得到的硅片采用DUP网版进行丝网印刷制得N-TOPCon电池。
对比例1
本对比例提供一种N-TOPCon电池的制作工艺，其制备步骤与实施例1的不同之处仅在于，本对比例省略了实施例1中的步骤(1)和步骤(2)。
试验例1
将实施例1和对比例1沉积了正面和背面氮化硅薄膜后的硅片在800℃的温度下烧结后测试其少子寿命和iVoc性能，其结果记录在表1中，其中iVoc性能代表钝化水平。
其中，本申请采用微波光电导衰退法对烧结后的N-TOPCon电池的少子寿命进行测试：包括利用904nm激光注入N-TOPCon电池产生电子-空穴对，撤去外界光注入时，利用少子寿命测试仪探测电导随时间变化的规律得到其少子寿命，其中，环境温度为25±2℃，湿度50％±10％。
表1.实施例1和对比例1的N-TOPCon电池烧结后的性能测试结果
| 少子寿命/us | iVoc/V | |
| 实施例1 | 1031.30 | 0.7150 |
| 对比例1 | 893.4 | 0.7106 |
从表1的结果可以看出，本申请实施例1和对比例1的N-TOPCon电池的制作工艺制得的N-TOPCon电池经烧结后，实施例1对应的N-TOPCon电池的少子寿命比对比例1高，说明了本申请实施例1的N-TOPCon电池的制作工艺能够提高N-TOPCon电池的少子寿命。
试验例2
将实施例1和对比例1制得的N-TOPCon电池在800℃的温度下烧结后进行光注入，然后采用halm在线I-V测试系统，在25℃、AM 1.5、1个标准太阳的条件下测试光注入后的N-TOPCon电池的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、串联电阻(Rs)、并联电阻(Rsh)、填充因子(FF)、转换效率(Ncell)，其结果记录在表2中。
表2.实施例1和对比例1的N-TOPCon电池的性能测试结果
| Voc/V | Isc/A | Rs/Ω | Rsh/Ω | FF/％ | Ncell | |
| 对比例1 | 0.7037 | 18.0720 | 0.0009 | 486 | 83.06 | 23.95％ |
| 实施例1 | 0.7068 | 18.0914 | 0.0009 | 563 | 83.24 | 24.08％ |
从表2的结果可以看出，本申请实施例1和对比例1的N-TOPCon电池的制作工艺制得的N-TOPCon电池经烧结、光注入后，实施例1对应的N-TOPCon电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率均比对比例1高，说明了本申请实施例1的N-TOPCon电池的制作工艺能够提高N-TOPCon电池的转换效率。
以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，包括：
S1：对硅片进行磷扩散以吸附所述硅片的杂质；
S2:去除所述硅片表面形成的磷硅玻璃；
S3：对所述硅片依次进行制绒、硼扩散形成pn结；
S4：对步骤S3得到的硅片进行后处理制得N-TOPCon电池。
2.根据权利要求1所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，所述对硅片进行磷扩散的步骤包括：在第一温度下通入磷源并将所述硅片保持在所述磷源的气氛下，然后在第二温度下保温，所述第一温度小于所述第二温度；
可选地，所述第一温度为700～900℃，所述第二温度为800～1000℃。
3.根据权利要求2所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，所述磷源包括三氯氧磷、氧气和氮气。
4.根据权利要求1～3任一项所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，去除所述硅片表面形成的磷硅玻璃的步骤包括：将步骤S1得到的所述硅片采用HF进行清洗。
5.根据权利要求1～3任一项所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，对所述硅片进行磷扩散之前，先对所述硅片进行前清洗、烘干。
6.根据权利要求4所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，对所述硅片进行前清洗的步骤包括：将所述硅片依次进行碱洗和酸洗。
7.根据权利要求6所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，对所述硅片进行碱洗的步骤包括：采用体积浓度为1～20％的KOH在40～80℃对所述硅片进行碱洗。
8.根据权利要求7所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，对所述硅片进行酸洗的步骤包括：采用体积浓度为1～30％的HF对所述硅片进行酸洗。
9.根据权利要求1～3任一项所述的N-TOPCon电池的制作工艺，其特征在于，S4步骤包括：对步骤S3得到的所述硅片依次进行刻蚀、隧穿氧化、掺杂非晶硅、退火、去绕度、沉积正面氧化铝、正面氮化硅和背面氮化硅以及丝网印刷。
10.一种N-TOPCon电池，其特征在于，其由权利要求1～9任一项所述的N-TOPCon电池的制作工艺制得。
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| CN202111659378.9A CN114335249A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | N-TOPCon电池及其制作工艺 |
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| CN114335249A true CN114335249A (zh) | 2022-04-12 |
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2021
- 2021-12-31 CN CN202111659378.9A patent/CN114335249A/zh active Pending
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