CN115148861A - 异质结太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种异质结太阳能电池的制作方法，它包括如下步骤，A，在半导体基板第一主面上形成隧穿氧化层；B，在隧穿氧化层上形成第一本征多晶硅层；C，使用扩散退火工艺，使第一本征多晶硅层形成P型多晶硅层；D，去除经扩散退火工艺形成的硼硅玻璃层；E，在P型多晶硅层上形成掩膜层；F，对半导体基板第二主面进行制绒清洗，之后去除掩膜层；G，在半导体基板第二主面上形成第二本征非晶硅层；H，在第二本征非晶硅层上形成N型掺氧微晶硅层。本发明的目的在于提供一种异质结太阳能电池的制作方法，减少了两套板式PECVD设备，从而大幅降低了设备投资成本。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种异质结太阳能电池的制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，太阳能电池已广泛应用于人们的日常生活以及工业中。近年来，太阳能电池生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，太阳能电池发电的应用日益广泛并成为电力供应的重要能源。
硅基异质结太阳能电池是其中一种高效的电池技术，其综合了单晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池的优势，有转换效率更高、高温特性好等特点，因此具有很大的市场潜力。
目前硅基异质结太阳能电池正背面的钝化层及掺杂层采用板式等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备沉积，沉积温度一般小于220℃，为减少掺杂元素的交叉污染，目前硅片一般采用背面本征非晶硅层、正面本征非晶硅层及N型掺杂非晶硅层、背面P型掺杂非晶硅层的顺序依序沉积，需要使用到3套板式PECVD镀膜设备，且中间需要进出真空腔室3次，其高昂设备成本，严重阻碍了异质结太阳能电池的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异质结太阳能电池的制作方法，减少了两套板式PECVD设备，从而大幅降低了设备投资成本。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种异质结太阳能电池的制作方法，它包括如下步骤，
A，在半导体基板第一主面上形成隧穿氧化层；
B，在隧穿氧化层上形成第一本征多晶硅层；
C，使用扩散退火工艺，使第一本征多晶硅层形成P型多晶硅层；
D，去除经扩散退火工艺形成的硼硅玻璃层；
E，在P型多晶硅层上形成掩膜层；
F，对半导体基板第二主面进行制绒清洗，之后去除掩膜层；
G，在半导体基板第二主面上形成第二本征非晶硅层；
H，在第二本征非晶硅层上形成N型掺氧微晶硅层。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
（1）电池采用隧穿氧化层及P型多晶硅层替代本征非晶硅层及P型掺杂非晶或部分掺氧的微晶层，载流子迁移率相对显著提升，因此可以大幅改善载流子在电池背面传输引起的电学功率损失，从而提高电池效率。
（2）电池采用隧穿氧化层及P型多晶硅层替代本征非晶硅层及P型掺杂非晶/微晶层，可以提升电池的耐候性和对后续工艺的高温处理耐受性，同时，减少了两套板式PECVD设备，从而提升电池质量，大幅降低了设备投资成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供抛光清洗后的N型单晶硅片。
图2为本发明实施例在硅片背面形成隧穿氧化层及本征多晶层的结构示意图。
图3为本发明实施例硅片通过高温扩散后在硅片背面本征多晶层转换为P型多晶硅层及形成硼硅玻璃层BSG的结构示意图。
图4为本发明实施例硅片背面去除BSG后的结构示意图。
图5为本发明实施例硅片背面通过化学气相沉积技术在硅片背面形成掩膜层的结构示意图。
图6为本发明实施例通过制绒清洗在硅片正面形成金字塔绒面的结构示意图。
图7为本发明实施例通过含氟的酸性溶液清洗，去除硅片背面掩膜层的结构示意图。
图8为本发明实施例通过PECVD或Hot-wire CVD技术在硅片正面依次沉积氢化本征非晶硅层、N型掺氧微晶硅层的结构示意图。
图9为本发明实施例1通过物理气相沉积技术在硅片正面沉积第二导电膜层，在硅片背面沉积第一导电膜层的结构示意图。
图10为本发明实施例2通过物理气相沉积技术在硅片正面沉积第二导电膜层，在硅片背面沉积第一导电膜层的结构示意图。
图11为本发明实施例3通过物理气相沉积技术在硅片正背面沉积第二导电膜层、第一导电膜层的结构示意图，所述第一、第二导电膜层为透明导电膜层与种子铜层的复合层。
图12为本发明实施例3在硅片正背面形成电镀栅线掩膜层的结构示意图。
图13为本发明实施例1通过印刷银浆技术，在硅片正背面形成银浆金属电极的结构示意图。
图14为本发明实施例2通过印刷银浆技术，在硅片正背面形成银浆金属电极的结构示意图。
图15为本发明实施例3通过电镀技术，在硅片正背面形成铜栅线电极的结构示意图。
图16为本发明实施例3通过碱性蚀刻液，去除硅片正背面电镀栅线掩膜层的结构示意图。
图17为本发明实施例3通过碱性或酸洗蚀刻液，去除硅片正背面铜栅线电极之外种子铜层的结构示意图。
图18为本发明实施例1一优选方案的结构示意图。
具体实施方式
一种异质结太阳能电池的制作方法，它包括如下步骤，
A，在半导体基板第一主面上形成隧穿氧化层；
B，在隧穿氧化层上形成第一本征多晶硅层；
C，使用扩散退火工艺，使第一本征多晶硅层形成P型多晶硅层；
D，去除经扩散退火工艺形成的硼硅玻璃层；
E，在P型多晶硅层上形成掩膜层；
F，对半导体基板第二主面进行制绒清洗，之后去除掩膜层；
G，在半导体基板第二主面上形成第二本征非晶硅层；
H，在第二本征非晶硅层上形成N型掺氧微晶硅层。
它还包括以下步骤，
I，在P型多晶硅层形成第一导电膜层，在N型掺氧微晶硅层形成第二导电膜层；
J，在第一导电膜层形成第一金属电极，在第二导电膜层形成第二金属电极。
在步骤A之前还进行抛光清洗，其具体为用温度为65-90℃、氢氧化钾或氢氧化钠的质量百分浓度为3%-12%的碱性溶液对半导体基板进行抛光，之后使用弱碱性溶液和酸性溶液进行清洗。
所述步骤A的具体方法为，在半导体基板第一主面上采用干法氧化方式或湿法氧化方式形成隧穿氧化层；所述干法氧化方式为采用加热氧化或化学气相沉积技术或等离子体辅助氧化，所述湿法氧化方式为采用硝酸氧化或臭氧氧化或添加双氧水氧化技术。
所述步骤C的具体方法为，对第一本征多晶硅层进行硼掺杂，使用的掺杂源为三氯化硼BCl3或三溴化硼BBr3，氧源为纯度大于99.9%的高纯氧气，扩散退火温度为800-1100℃，扩散退火时间为90-300分钟，以形成P型多晶硅层和硼硅玻璃层。
所述步骤E的具体方法为，在P型多晶硅层上通过等离子体化学气象沉积PECVD或高温化学气相沉积技术沉积氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种，以形成掩膜层。
所述掩膜层厚度为30-150nm。
所述步骤F的具体方法为，通过制绒清洗，在半导体基板第二主面上形成金字塔绒面，之后通过含氟的酸性溶液去除掩膜层。
所述隧穿氧化层的厚度为1-2.5nm；所述P型多晶硅层的厚度为30-250nm、方阻为30-300Ω/□；所述第二本征非晶硅层为氢化本征非晶硅层，其厚度为5-12nm；所述N型掺氧微晶硅层的厚度为5-25nm。所述N型掺氧微晶硅层为含氧型N型微晶。
所述步骤H的具体方法为，采用等离子体增强化学气相沉积技术或热丝化学气相沉积（Hot-wire CVD）技术形成由一层以上的含氧型微晶层和一层以上的非含氧型微晶层进行叠合构成的N型掺氧微晶硅层。在一优选方案中，在第二本征非晶硅层上依次沉积第一非含氧型微晶层、含氧型微晶层、第二非含氧型微晶层。
所述步骤H中，N型掺氧微晶硅层的各个膜层分别采用逐阶段提高N型掺杂气体与硅烷的比值的工艺方式进行沉积。
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
实施例1：
S101、如图1所示，提供抛光清洗后的N型单晶硅片10。
用温度为65-90℃、质量百分浓度为3%-10%的氢氧化钾或氢氧化钠溶液对所述N型单晶硅片10进行抛光，之后通过弱碱性溶液和酸性溶液清洗硅片10表面。所述硅片10为直拉单晶或铸锭单晶硅片，所述金字塔绒面大小为1-10um。
S102、如图2所示，在硅片10的背面依次形成隧穿氧化层11、第一本征多晶硅层12a。
所述隧穿氧化层11采用干法氧化或湿法氧化方式形成，所述干法氧化为采用加热氧化或化学气相沉积或采用等离子体辅助氧化，湿法氧化为采用硝酸氧化或臭氧氧化或添加双氧水氧化技术。所述隧穿氧化层11厚度为1-2.5nm，第一本征多晶硅层12a厚度为30-250nm。
S103、如图3所示，通过扩散退火，对第一本征多晶硅层12a掺杂硼形成P型多晶硅层12。
所述扩散使用的掺杂源为三氯化硼BCl3或三溴化硼BBr3，氧源为纯度大于99.9%的高纯氧气，扩散退火温度为800-1100℃，扩散退火时间为90-300分钟，扩散退火后在硅片背面形成硼硅玻璃层（BSG）12b。所述P型多晶硅层厚度为30-250nm、方阻为30-300Ω/□。
S104、如图4所示，通过至少包含氟离子的酸性溶液（含氟酸性溶液）清洗，去除硅片10表面的硼硅玻璃层12b。
S105、如图5所示，通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）或高温化学气相沉积技术，在硅片10背面沉积掩膜层13。
所述掩膜层13为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种，掩膜层13厚度为30-150nm。
S106、如图6所示，S106a，通过制绒清洗，先在硅片10正面形成金字塔绒面，之后，如图7所示，S106b，通过至少包含氟离子的酸性溶液去除掩膜层13。
S107、如图8所示，采用PECVD技术在硅片10正面依次沉积氢化本征非晶硅层14、N型掺氧微晶硅层15。所述氢化本征非晶硅层14厚度为3-12nm，N型掺氧微晶硅层15为5-25nm。
在一优选方案中，硅片10正面依次沉积氢化本征非晶硅层14后，采用等离子体增强化学气相沉积技术在氢化本征非晶硅层14上采用掺杂浓度逐阶段递增方式依次沉积形成如图18所示的第一非含氧型微晶层15N1、含氧型微晶层15N2、第二非含氧型微晶层15N3。使用磷烷和氢气的混合气体（下称“磷氢混合气”，其中磷烷的体积占为2%）对第一非含氧型微晶层15N1、含氧型微晶层15N2、第二非含氧型微晶层15N3进行沉积；在每个膜层沉积过程中，磷氢混合气与硅烷的比例从1:1阶梯递增到10:1。
S108a、如图9所示，采用物理气相沉积技术或活化反应等离子体技术在硅片正面沉积第二导电膜层16N，在硅片10背面沉积第一导电膜层16P。
所述第一导电膜层及第二导电膜层为氧化铟锡ITO、掺钨的氧化铟IWO、掺铝氧化锌AZO、掺锌氧化铟IZO、掺镓氧化锌GZO、掺钛氧化铟ITiO、掺镓掺锌氧化铟IGZO中的一种膜层或两种以上膜层组合。所述第二导电膜层厚度为70-110nm，第一导电膜层厚度为20-80nm。
S109a、如图13所示，采用印刷银浆技术，在硅片10正背面形成银浆金属电极17N/17P。
实施例2，与实施例1所不同的是：
S108b、如图10所示，采用物理气相沉积技术或活化反应等离子体技术在硅片10正面沉积第二导电膜层16N，在硅片10背面沉积第一导电膜层16P。所述第二导电膜层16N成分为氧化铟锡ITO，厚度为70-110nm。第一导电膜层16P为透明导电膜层16P1、金属导电层16P2、保护层16P3的复合层，所述透明导电膜层16P1为氧化铟锡ITO、掺钨的氧化铟IWO中的一种，厚度为20-100nm，所述金属导电层16P2为金属铜，厚度为100-500nm，所述保护层16P3为金属合金镍铬，厚度为30-100nm。
S109b、如图14所示，采用印刷银浆技术，在硅片10正面形成银浆金属电极17N，在硅片10背面形成银浆金属电极17P。
实施例3，与实施例1所不同的是，采用电镀技术形成金属栅线：
S108、如图11所示，S108c1，采用物理气相沉积技术或活化反应等离子体技术在硅片10正面沉积第二导电膜层16N，在硅片10背面沉积第一导电膜层16P。所述第二导电膜层16N为透明导电膜层16N1、种子铜层16N2的复合层，所述第一导电膜层16P为透明导电膜层16P1、种子铜层16P2的复合层。所述透明导电膜层16N1、16P1均为氧化铟锡ITO、掺钨的氧化铟IWO中的一种，厚度为20-100nm；所述种子铜层16N2、16P2的厚度均为50-150nm。如图12所示，S108c2，采用喷墨打印或印刷曝光油墨后曝光显影的方式，在硅片10正面形成电镀栅线掩膜层16N3，在硅片10背面形成电镀栅线掩膜层16P3，所述电镀栅线掩膜层16N3、16P3的厚度均为5-30um。如图11、12所示，硅片10正面依次形成透明导电膜层16N1、种子铜层16N2和电镀栅线掩膜层16N3，硅片10背面依次形成透明导电膜层16P1、种子铜层16P2和电镀栅线掩膜层16P3。
S109、如图15所示，S109c1，采用电镀技术，在硅片10正面形成铜栅线电极17N，在硅片10背面形成铜栅线电极17P，所述铜栅线电极17N、17P均为金属铜与金属锡的复合层，所述金属铜厚度为5-20um，金属锡厚度为1-6um。如图16所示，S109c2，通过碱性蚀刻液，如质量百分浓度为1-10%的氢氧化钠、氢氧化钾溶液，去除电镀栅线掩膜层16N3、16P3。如图17所示，S109c3，通过质量百分浓度为1-5%硫酸与质量百分浓度5-15%的双氧水混合金属铜蚀刻液，去除硅片正面铜栅线电极17N之外的种子铜层16N2，去除硅片背面铜栅线电极17P之外的种子铜层16P2。
本发明上述实施例，正面窗口层采用N型掺氧微晶硅层方案，光学带隙较宽，光学损失较少。同时对比正面向光层，同样厚度的异质结微晶方案对PVD溅射的响应更优异，可以保持更高的钝化水平和最终转化效率。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：它包括如下步骤，
A，在半导体基板第一主面上形成隧穿氧化层；
B，在隧穿氧化层上形成第一本征多晶硅层；
C，使用扩散退火工艺，使第一本征多晶硅层形成P型多晶硅层；
D，去除经扩散退火工艺形成的硼硅玻璃层；
E，在P型多晶硅层上形成掩膜层；
F，对半导体基板第二主面进行制绒清洗，之后去除掩膜层；
G，在半导体基板第二主面上形成第二本征非晶硅层；
H，在第二本征非晶硅层上形成N型掺氧微晶硅层。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤A的具体方法为，在半导体基板第一主面上采用干法氧化方式或湿法氧化方式形成隧穿氧化层；所述干法氧化方式为采用加热氧化或化学气相沉积技术或等离子体辅助氧化，所述湿法氧化方式为采用硝酸氧化或臭氧氧化或添加双氧水氧化技术。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤C的具体方法为，对第一本征多晶硅层进行硼掺杂，使用的掺杂源为三氯化硼或三溴化硼，氧源为纯度大于99.9%的高纯氧气，扩散退火温度为800-1100℃，扩散退火时间为90-300分钟，以形成P型多晶硅层和硼硅玻璃层。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤E的具体方法为，在P型多晶硅层上通过等离子体化学气象沉积或高温化学气相沉积技术沉积氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种，以形成掩膜层。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述掩膜层厚度为30-150nm。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤H的具体方法为，采用等离子体增强化学气相沉积技术或热丝化学气相沉积技术形成由一层以上的含氧型微晶层和一层以上的非含氧型微晶层进行叠合构成的N型掺氧微晶硅层。
7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤H中，N型掺氧微晶硅层的各个膜层分别采用逐阶段提高N型掺杂气体与硅烷的比值的工艺方式进行沉积。
8.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：在步骤A之前还进行抛光清洗，其具体为用温度为65-90℃、氢氧化钾或氢氧化钠的质量百分浓度为3%-12%的碱性溶液对半导体基板进行抛光，之后使用弱碱性溶液和酸性溶液进行清洗。
9.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：它还包括以下步骤，
I，在P型多晶硅层形成第一导电膜层，在N型掺氧微晶硅层形成第二导电膜层；
J，在第一导电膜层形成第一金属电极，在第二导电膜层形成第二金属电极。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述步骤F的具体方法为，通过制绒清洗，在半导体基板第二主面上形成金字塔绒面，之后通过含氟的酸性溶液去除掩膜层。
11.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述隧穿氧化层的厚度为1-2.5nm；所述P型多晶硅层的厚度为30-250nm、方阻为30-300Ω/□；所述第二本征非晶硅层为氢化本征非晶硅层，其厚度为3-12nm；所述N型掺氧微晶硅层的厚度为5-25nm。
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