CN115020507A - 一种选择性钝化接触电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开一种选择性钝化接触电池及其制备方法。所述电池包括N型硅片，所述N型硅片的正表面上设有硼发射极，在所述硼发射极上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层和正电极；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层和第二氮化硅层；在所述N型硅片的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极，非栅线区域内为第一氮化硅层。本发明提供的选择性钝化接触电池，其正表面仅栅线区域下存在钝化接触结构，背表面整面预设钝化接触结构，显著降低吸光效应。

Description

一种选择性钝化接触电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种选择性钝化接触电池及其制备方法。

背景技术

钝化接触由Fraunhofer研究所在2013年提出的概念，首先在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的表面钝化，而由于氧化硅很薄，硅薄层有掺杂，多子可以穿透这两成钝化层，而少子则被阻挡。在钝化接触结构中，由于超薄氧化硅属于绝缘体一样的存在，载流子通过该层的方式为遂穿，所以，该超薄氧化硅也称之为遂穿氧化层。

钝化接触结构都存在严重的吸光效应，导致电池的短路电流下降，进而严重降低电池的效率，因此选择性钝化接触电池成为研究的热点。目前选择性钝化接触电池在形成图形化掩膜的时候，通常需要掩膜制备、图形化掩膜、刻蚀、掩膜清洗等四个步骤，工艺复杂，导致选择性钝化接触电池的成本及合格率均受到影响，难以实现工业化推广。

发明内容

针对目前钝化接触电池存在严重的吸光效应，导致短路电流下降等问题，本申请提供一种选择性钝化接触电池，其正表面仅栅线区域下存在钝化接触结构，而背表面整面预设钝化接触结构，显著降低吸光效应，提高电池的效率。

以及，本申请还提供一种选择性钝化接触电池的制备方法，采用激光氧化和刻蚀实现了选择性钝化接触的主体结构，显著提升电池的合格率。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种选择性钝化接触电池，包括N型硅片(1)，所述N型硅片(1)的正表面上设有硼发射极(2)，在所述硼发射极(2)上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层(3)和正电极(4)；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层(5)和第二氮化硅层(6)；在所述N型硅片(1)的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层(7)，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层(7)上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极(8)，非栅线区域内为第一氮化硅层(9)。

相对于现有技术，本申请提供的选择性钝化接触电池，具有以下优势：

本申请制备的选择性钝化接触结构，如图1所示，其正表面仅栅线区域下存在钝化接触结构，即在有金属栅电极覆盖的区域，存在钝化接触；在没有金属栅电极覆盖的区域，不存在钝化接触的电池；而背表面整面预设钝化接触结构，两者结合显著降低吸光效应，提高电池的效率。

本申请制备的选择性钝化接触结构能够保证正面金属栅线与多晶硅接触，避免了直接与衬底接触；同时保证了非金属区域由透明性更好的氧化铝/氮化硅薄膜覆盖，保证钝化的基础上增加了光入射量。

可选的，所述氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层中硼原子的密度为5×10¹⁴cm^-2～4×10¹⁵cm^-2。

可选的，所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层中磷原子的密度为1×10¹⁵cm^-2～5×10¹⁵cm^-2。

可选的，所述第一氮化硅层的厚度为40nm～90nm。

可选的，所述氧化铝层的厚度为3nm～8nm。

可选的，所述第二氮化硅层的厚度为70nm～90nm。

通过在所述硅片的正表面上沉积特定厚度的高透光的氧化铝层和特定厚度的第二氮化硅叠层钝化膜作为钝化层，保证硅片具有良好的钝化效果和优异的光吸收。

可选的，所述硼发射极的方阻为100Ω～220Ω。

进一步，本申请还提供上述选择性钝化接触电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、对N型硅片进行双面制绒；

步骤二、对所述硅片进行正表面硼扩散，制备PN结；

步骤三、对所述硅片的背表面进行清洗和抛光处理；

步骤四、在所述硅片的双面分别依次沉积氧化硅层和非晶硅层，双面分别形成遂穿钝化结构；

步骤五、在所述硅片正表面注入硼原子，在正表面上形成硼掺杂非晶硅层；

步骤六、在所述硅片背表表面注入磷原子，在背表面上形成磷掺杂非晶硅层；

步骤七、对所述硅片进行晶化处理；

步骤八、在所述硅片背表面上沉积第一氮化硅层；

步骤九、对所述硅片的正表面进行激光氧化，形成图案化氧化层；

步骤十、对所述硅片进行刻蚀，将非图案化的非晶硅层去除；

步骤十一、在所述硅片的正表面上依次沉积氧化铝层和第二氮化硅层；

步骤十二、在所述硅片的双面上分别制备金属化电极，得到选择性钝化接触电池。

相对于现有技术，本申请提供的选择性钝化接触电池的制备方法，具有以下优势：

本申请采用激光氧化的方式，生成图案化的氧化硅作为掩膜层，既可以在后续的刻蚀过程中保护钝化接触层，还能避免去除掩膜层的操作步骤，在电极的烧结过程中，电极可以直接穿过该氧化层、氧化铝层以及氮化硅层，显著降低金属接触复合，提升电池的开路电压，进而提高电池的光电转化效率。

本申请采用一次性同时形成正背面钝化接触结构，减少了工艺步骤，且电池背面采用了正面遂穿接触结构钝化，降低了整体背表面复合；使电池的开路电压显著提升，并提高光电转换效率。

本申请中步骤八中沉积的第一氮化硅层也具有掩膜的作用，使得步骤十中避免了背面钝化结构接触层被刻蚀，同时在没有栅线的位置，钝化接触叠层薄膜都被刻蚀掉，尽可能降低了该钝化接触面积，避免了该薄膜(非晶硅薄膜)对光的过度吸收，该位置采用了氧化铝薄膜对p型硼掺杂的发射极进行钝化，凭借其低消光系数，既保证了电池正面光入射量，也保留了良好的表面化学钝化和场钝化，进而提升电池的短路电流及电池效率。

可选的，对N型硅片采用碱制绒的方法进行双面制绒，且绒面形貌为金字塔形貌。

可选的，所述抛光处理后的背表面反射率为25％～45％。

采用KOH溶液对上述硅片的背表面进行抛光，得到表面光滑的背表面。

可选的，步骤五中，所述硼原子的密度为5×10¹⁴cm^-2～4×10¹⁵cm^-2。

采用离子注入法在所述硅片正表面注入硼原子，并形成特定浓度的硼掺杂，有助于硼掺杂非晶硅层与正表面的金属电极形成欧姆接触。

可选的，步骤六中，所述磷原子的密度为1×10¹⁵cm^-2～5×10¹⁵cm^-2。

采用离子注入法在所述硅片背表面注入磷原子，并形成特定浓度的磷掺杂，有助于磷掺杂非晶硅层与背表面的金属电极形成欧姆接触。

可选的，所述晶化处理的温度为850℃～1000℃。

通过高温处理，使得所述硅片双面的非晶硅层中的非晶结构实现部分晶化，实现非晶硅的共晶型晶化生长。

可选的，所述激光氧化的条件为：氧气的体积浓度为40％～70％，波长为532nm～1064nm，频率为5Hz～15Hz。

通过在特定条件下进行激光氧化，在所述硅片的正表面上形成图案化致密氧化层，再采用KOH溶液对所述硅片进行刻蚀，去除非图案化的非晶硅层，以保证未被遮挡的区域不被多晶硅膜覆盖，避免入射光被多晶硅膜吸收，进而影响光转化率。

可选的，所述氧化硅层的厚度为0.8nm～2.5nm。

可选的，所述非晶硅层的厚度为40nm～150nm。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例1提供的选择性钝化接触电池的结构示意；

其中，1、N型硅片，2、硼发射极，3、氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层，4、正电极，5、氧化铝层，6、第二氮化硅层，7、氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层，8、背电极，9、第一氮化硅层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供一种选择性钝化接触电池，如图1所示，包括N型硅片1，所述N型硅片1的正表面上设有硼发射极2，在所述硼发射极2上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层3和正电极4；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层5和第二氮化硅层6；在所述N型硅片1的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极8，非栅线区域内为第一氮化硅层9。

上述选择性钝化接触电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用KOK溶液对N型硅片进行双面制绒；

步骤二、对所述硅片进行正表面硼扩散，制备硼发射极，方块电阻为120Ω；

步骤三、对所述硅片的背表面采用HF酸进行清洗，通过KOH溶液进行抛光处理，形成反射率为40％的抛光背表面；

步骤四、在所述硅片的双面分别依次沉积氧化硅层和非晶硅层，双面分别形成遂穿钝化结构，其中氧化硅层的厚度为1.5nm，非晶硅层的厚度为120nm；

步骤五、在所述硅片正表面注入硼原子，硼原子的密度为1.5×10¹⁵cm^-2，在正表面上形成硼掺杂非晶硅层；

步骤六、在所述硅片背表表面注入磷原子，磷原子的密度为2.5×10¹⁵cm^-2，在背表面上形成磷掺杂非晶硅层；

步骤七、氮气气氛下，对所述硅片进行晶化处理，处理温度为950℃；

步骤八、采用PEVCD法在所述硅片背表面上沉积第一氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为80nm；

步骤九、对所述硅片的正表面进行激光氧化，形成图案化氧化层，氧气的体积浓度为50％，波长为1064nm，频率为15Hz，上述图案化的图形与栅线图形相同；

步骤十、然后采用浓度为5wt％的KOH溶液将非图案化的非晶硅层去除，以保证未被遮挡的区域不被多晶硅膜覆盖，避免入射光被多晶硅膜吸收；

步骤十一、采用ALD方法在所述硅片的正表面上沉积厚度为3nm的氧化铝层，然后采用PEVCD法再第二氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为70nm；

步骤十二、采用丝网印刷技术在所述硅片的正表面、背表面上形成电极，通过高温烧结，使金属与多晶硅形成良好接触，制备金属化电极，得到选择性钝化接触电池。

实施例2

本发明实施例提供一种选择性钝化接触电池，如图1所示，包括N型硅片1，所述N型硅片1的正表面上设有硼发射极2，在所述硼发射极2上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层3和正电极4；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层5和第二氮化硅层6；在所述N型硅片1的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极8，非栅线区域内为第一氮化硅层9。

上述选择性钝化接触电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用KOK溶液对N型硅片进行双面制绒；

步骤二、对所述硅片进行正表面硼扩散，制备硼发射极，方块电阻为220Ω；

步骤三、对所述硅片的背表面采用HF酸进行清洗，通过KOH溶液进行抛光处理，形成反射率为45％的抛光背表面；

步骤四、在所述硅片的双面分别依次沉积氧化硅层和非晶硅层，双面分别形成遂穿钝化结构，其中氧化硅层的厚度为0.8nm，非晶硅层的厚度为150nm；

步骤五、在所述硅片正表面注入硼原子，硼原子的密度为4×10¹⁵cm^-2，在正表面上形成硼掺杂非晶硅层；

步骤六、在所述硅片背表表面注入磷原子，磷原子的密度为1×10¹⁵cm^-2，在背表面上形成磷掺杂非晶硅层；

步骤七、氮气气氛下，对所述硅片进行晶化处理，处理温度为850℃；

步骤八、采用PEVCD法在所述硅片背表面上沉积第一氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为40nm；

步骤九、对所述硅片的正表面进行激光氧化，形成图案化氧化层，氧气的体积浓度为60％，波长为1064nm，频率为15Hz，上述图案化的图形与栅线图形相同；

步骤十、然后采用浓度为20wt％的KOH溶液将非图案化的非晶硅层去除，以保证未被遮挡的区域不被多晶硅膜覆盖，避免入射光被多晶硅膜吸收；

步骤十一、采用ALD方法在所述硅片的正表面上沉积厚度为5nm的氧化铝层，然后采用PEVCD法再第二氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为90nm；

步骤十二、采用丝网印刷技术在所述硅片的正表面、背表面上形成电极，通过高温烧结，使金属与多晶硅形成良好接触，制备金属化电极，得到选择性钝化接触电池。

实施例3

本发明实施例提供一种选择性钝化接触电池，如图1所示，包括N型硅片1，所述N型硅片1的正表面上设有硼发射极2，在所述硼发射极2上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层3和正电极4；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层5和第二氮化硅层6；在所述N型硅片1的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层7上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极8，非栅线区域内为第一氮化硅层9。

上述选择性钝化接触电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用KOK溶液对N型硅片进行双面制绒；

步骤二、对所述硅片进行正表面硼扩散，制备硼发射极，方块电阻为100Ω；

步骤三、对所述硅片的背表面采用HF酸进行清洗，通过KOH溶液进行抛光处理，形成反射率为25％的抛光背表面；

步骤四、在所述硅片的双面分别依次沉积氧化硅层和非晶硅层，双面分别形成遂穿钝化结构，其中氧化硅层的厚度为2.5nm，非晶硅层的厚度为40nm；

步骤五、在所述硅片正表面注入硼原子，硼原子的密度为5×10¹⁴cm^-2，在正表面上形成硼掺杂非晶硅层；

步骤六、在所述硅片背表表面注入磷原子，磷原子的密度为5×10¹⁵cm^-2，在背表面上形成磷掺杂非晶硅层；

步骤七、氮气气氛下，对所述硅片进行晶化处理，处理温度为1000℃；

步骤八、采用PEVCD法在所述硅片背表面上沉积第一氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为90nm；

步骤九、对所述硅片的正表面进行激光氧化，形成图案化氧化层，氧气的体积浓度为70％，波长为1064nm，频率为15Hz，上述图案化的图形与栅线图形相同；

步骤十、然后采用浓度为15wt％的KOH溶液将非图案化的非晶硅层去除，以保证未被遮挡的区域不被多晶硅膜覆盖，避免入射光被多晶硅膜吸收；

步骤十一、采用ALD方法在所述硅片的正表面上沉积厚度为8nm的氧化铝层，然后采用PEVCD法再第二氮化硅层，沉积温度为450℃，厚度为80nm；

步骤十二、采用丝网印刷技术在所述硅片的正表面、背表面上形成电极，通过高温烧结，使金属与多晶硅形成良好接触，制备金属化电极，得到选择性钝化接触电池。

为了更好的说明本发明实施例提供的选择性钝化接触电池的特性，下面将实施例1～3制备的选择性钝化接触电池进行性能检测，结果如表1所示。

表1

其中，Voc为开路电压；

Jsc为电流密度，单位为(mA/cm²)

FF为填充因子

Eta为转化效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种选择性钝化接触电池，其特征在于：包括N型硅片(1)，所述N型硅片(1)的正表面上设有硼发射极(2)，在所述硼发射极(2)上设有金属栅线区和非栅线区，在所述正表面的栅线区域内由下往上依次为氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层(3)和正电极(4)；在所述正表面的非栅线区域内由下往上依次为氧化铝层(5)和第二氮化硅层(6)；在所述N型硅片(1)的背表面上设有氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层(7)，在所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层(7)上设有金属栅线区和非栅线区，在所述背表面的栅线区域内为背电极(8)，非栅线区域内为第一氮化硅层(9)。

2.如权利要求1所述的选择性钝化接触电池，其特征在于：所述氧化硅/硼掺杂多晶硅叠层中硼原子的密度为5×10¹⁴cm^-2～4×10¹⁵cm^-2；和/或

所述氧化硅/磷掺杂多晶硅叠层中磷原子的密度为1×10¹⁵cm^-2～5×10¹⁵cm^-2。

3.如权利要求1所述的选择性钝化接触电池，其特征在于：所述第一氮化硅层的厚度为40nm～90nm。

4.如权利要求1所述的选择性钝化接触电池，其特征在于：所述氧化铝层的厚度为3nm～8nm；和/或

所述第二氮化硅层的厚度为70nm～90nm。

5.如权利要求1所述的选择性钝化接触电池，其特征在于：所述硼发射极的方阻为100Ω～220Ω。

6.如权利要求1～5任一项所述的选择性钝化接触电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

步骤一、对N型硅片进行双面制绒；

步骤二、对所述硅片进行正表面硼扩散，制备硼发射极；

步骤三、对所述硅片的背表面进行清洗和抛光处理；

步骤四、在所述硅片的双面分别依次沉积氧化硅层和非晶硅层，双面分别形成遂穿钝化结构；

步骤五、在所述硅片正表面注入硼原子，在正表面上形成硼掺杂非晶硅层；

步骤六、在所述硅片背表表面注入磷原子，在背表面上形成磷掺杂非晶硅层；

步骤七、对所述硅片进行晶化处理；

步骤八、在所述硅片背表面上沉积第一氮化硅层；

步骤九、对所述硅片的正表面进行激光氧化，形成图案化氧化层；

步骤十、对所述硅片进行刻蚀，将非图案化的非晶硅层去除；

步骤十一、在所述硅片的正表面上依次沉积氧化铝层和第二氮化硅层；

步骤十二、在所述硅片的双面上分别制备金属化电极，得到选择性钝化接触电池。

7.如权利要求6所述的选择性钝化接触电池的制备方法，其特征在于：所述抛光处理后的背表面反射率为25％～45％。

8.如权利要求6所述的选择性钝化接触电池的制备方法，其特征在于：所述晶化处理的温度为850℃～1000℃。

9.如权利要求6所述的选择性钝化接触电池的制备方法，其特征在于：所述激光氧化的条件为：氧气的体积浓度为40％～70％，波长为532nm～1064nm，频率为5Hz～15Hz。

10.如权利要求6所述的选择性钝化接触电池的制备方法，其特征在于：所述氧化硅层的厚度为0.8nm～2.5nm；和/或

所述和非晶硅层的厚度为40nm～150nm。

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