CN115188835B - 钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法。电池包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层和第二多晶硅层，其中，所述第一多晶硅层的晶化率高于所述第二多晶硅层的晶化率。本发明提出的钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法，可以提升电池的钝化效果从而提高效率。

Description

钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法。

背景技术

随着光伏技术的快速发展，晶体硅太阳电池的转换效率逐年提高。目前，主流的P型双面PERC电池已经遇到效率瓶颈，各个厂家也开始了针对N型高效电池的布局。其中，TOPCon电池凭借效率高、衰减小、工艺流程与PERC具备延续性等诸多优点脱颖而出，行业内许多厂家开始加大对于TOPCon电池的研发和生产投入。

目前TOPCon电池的多晶硅部分主要结构是单层非晶硅层，通过高温晶化得到的单层多晶硅层。针对单层结构，单一的非晶硅本征层在工业生产中，往往因为产能需求，生长速率达到5nm/min，该层通过高温晶化后，晶化率达到80％以上，在与隧穿氧化层接触后，该层的场效应和化学钝化效果并不是最佳状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法，可以提升电池的钝化效果从而提高效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钝化接触的多层多晶硅电池，其特征在于，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层和第二多晶硅层，其中，所述第一多晶硅层的晶化率高于所述第二多晶硅层的晶化率。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层由不同的硅烷流量制备而成，其中，制备所述第一多晶硅层所用的硅烷流量小于制备所述第二多晶硅层所用的硅烷流量。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层在不同的晶化温度下制备而成，其中，制备所述第一多晶硅层时的晶化温度不低于制备所述第二多晶硅层所用的晶化温度。

在本发明的一实施例中，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层、第二多晶硅层以及至少一层钝化层，所述钝化层由氮化硅、氮氧化硅以及氧化硅中的一种或多种组成。

在本发明的一实施例中，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层、第二多晶硅层以及至少一层钝化层，所述钝化层仅包括氮化硅，且当所述电池包括多层钝化层时，每个钝化层中的氮化硅具有不同的折射率。

在本发明的一实施例中，还包括依次位于所述硅基底另外一表面的硼掺杂层和氧化铝层。

在本发明的一实施例中，还包括依次位于所述硅基底另外一表面的硼掺杂层、氧化铝层以及一个或多个钝化层，所述钝化层由氮化硅、氮氧化硅以及氧化硅中的一种或多种组成。

在本发明的一实施例中，当所述钝化层的层数为多个且所述钝化层仅包括氮化硅时，每个钝化层中的氮化硅具有不同的折射率。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层与所述第二多晶硅层相比，以更低的沉积速率制备而成。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层的沉积速率为1.3～2.2nm/min，且所述第二多晶硅层的沉积速率为3.5nm～40nm/min。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层的厚度为8nm～28nm，且所述第二多晶硅层的厚度为85～155nm。

为了解决上述的技术问题，本发明的另一方面还提出了一种钝化接触的多层多晶硅电池的制备方法，包括如下步骤：

准备硅基底；

在所述硅基底的一表面制备遂穿氧化层；

在所述遂穿氧化层上制备多晶硅层，所述多晶硅层包括第一多晶硅层和第二多晶硅层，且所述第一多晶硅层与所述第二多晶硅层相比，以更低的沉积速率制备而成。

在本发明的一实施例中，在所述遂穿氧化层上制备所述多晶硅层的步骤进一步包括：

以预设硅烷流量沉积所述第一多晶硅层；

增加硅烷流量沉积所述第二多晶硅层；以及

对所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层同时以预设晶化温度进行高温晶化，以获得制备完成的包括所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层的多晶硅层。

在本发明的一实施例中，在所述遂穿氧化层上制备所述多晶硅层的步骤进一步包括：

以第一晶化温度制备所述第一多晶硅层，所述第一多晶硅层的厚度为8nm～28nm；以及

以第二晶化温度制备所述第二多晶硅层，所述第二多晶硅层的厚度为85～155nm，

其中，所述第一晶化温度不低于所述第二晶化温度。

在本发明的一实施例中，所述第一多晶硅层的沉积速率为1.3～2.2nm/min，且所述第二多晶硅层的沉积速率为3.5nm～40nm/min。

在本发明的一实施例中，所述准备硅基底的步骤还包括对所述硅基底进行背面抛光或背面细小绒面制备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的钝化接触的多层多晶硅电池及其制备方法，通过以参数控制的手段制备具有不同沉积速率的多个多晶硅层，并且不同的多晶硅层以慢速沉积与快速沉积结合的方式，从而实现不同晶化率的多层多晶硅结构，其中，靠近隧穿氧化层的多晶硅层具有更高的晶化率，由此可以进一步提高钝化效果，从而提高电池效率。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一实施例的一种钝化接触的多层多晶硅电池的结构示意图；以及

图2是本发明一实施例的一种钝化接触的多晶硅电池的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。

本发明的一实施例参照图1提出了一种钝化接触的多层多晶硅电池10(以下简称“电池10”)。电池10主要包括依次位于硅基底100一表面的隧穿氧化层11、第一多晶硅层12和第二多晶硅层13。其中，第一多晶硅层12的晶化率高于第二多晶硅层13的晶化率。在本发明包括图1的一些实施例中，第一多晶硅层12与第二多晶硅层13相比，以更低的沉积速率制备而成。更具体的，第一多晶硅层12可以理解为慢速沉积多晶硅层，而第二多晶硅层13可以理解为快速沉积多晶硅层。示例性的，在本发明的一些实施例中，第一多晶硅层的沉积速率为1.3～2.2nm/min，而第二多晶硅层的沉积速率为3.5nm～40nm/min。在此基础上，从尺寸参数的角度，在这些实施例中，第一多晶硅层的厚度为8nm～28nm，且第二多晶硅层的厚度为85～155nm。虽然进行了这样的列举，但是本发明的不同实施例在实际制备过程中两个多晶硅层的沉积速率以及最终形成的尺寸参数不以上述的列举为限。

示例性的，为了使得第一多晶硅层12的晶化率高于第二多晶硅层13的晶化率，本发明提出了不同的实现方案。首先，在本发明的一些实施例中，为了使得第一多晶硅层12的晶化率高于第二多晶硅层13的晶化率，第一多晶硅层12和第二多晶硅层13由不同的硅烷流量制备而成。具体的，制备第一多晶硅层12所用的硅烷流量小于制备第二多晶硅层13所用的硅烷流量。这意味着，在这样的实施例中，第一多晶硅层12和第二多晶硅层13可以不间断的连续制备。具体来说，只需要首先采用一硅烷流量制备第一多晶硅层12，并适时地增加硅烷流量，即可继续制备第二多晶硅层13，使其以更加快速的速率沉积。在沉积之后将包括有第一多晶硅层12和第二多晶硅层13的多层多晶硅层进行高温晶化等步骤，以完成制备。在这样的实施例中，仅通过适时调整硅烷流量即可形成具有不同沉积速率的多层多晶硅层，工艺程序简单，降低成本。

除此之外，在本发明的一些其他的实施例中，如图1所示的第一多晶硅层12和第二多晶硅层13在不同的晶化温度下制备而成。其中，制备第一多晶硅层12时的晶化温度需要不低于制备第二多晶硅层13所用的晶化温度。这里的晶化温度指的是多晶硅层在进行高温晶化(退火)的步骤中所涉及的温度参数。在这样的实施例中，在对于上述第一多晶硅层12和第二多晶硅层13在分别进行高温晶化(退火)的过程中，控制不同的晶化温度，从而形成具有不同沉积速率的多个多晶硅层；或者控制第一多晶硅层12的沉积速率，使其与第二多晶硅层13的沉积速率相比较为缓慢，则在这样的情况下即使两层的晶化温度相同也能达到两层具有不同晶化率的效果。这意味着，在这样的实施例中，第一多晶硅层12和第二多晶硅层13进行了分别的制备，在完成了一层多晶硅层的沉积、高温晶化之后再进行下一层多晶硅层的制备。虽然工艺上较为繁琐，但是可以更加独立的控制两层多晶硅层的制备。

可以理解的是，在本发明中使得第一多晶硅层12的晶化率高于第二多晶硅层的晶化率13的实现方案并不仅限于上述列举出的两个方式。具体来说，在制备多晶硅层时往往会有多个参数可以影响多晶硅层的沉积速率，进而影响制备完成的多晶硅层的晶化率。在硬件允许的条件下，仅通过调整硅烷流量或者其他单一或多个变量来实现慢速沉积多晶硅层的制备；或者先制备尺寸上较薄的慢速沉积多晶硅层，高温晶化后再去制备较厚的快速沉积非晶硅层，再次高温晶化，控制慢速沉积的多晶硅层的晶化温度不低于快速沉积的多晶硅层的晶化温度，从而实现晶化率的差异。这是上文重点展开的两种方式，但是本发明不限于此。在本发明的不同的实施例中，还需要更多元的考虑制备过程中的如压力和沉积温度等参数，从而综合的控制多层多晶硅层的制备。总的来说，通过使得靠近隧穿氧化层的多晶硅层具有较高的晶化率，可以进一步提升电池的钝化效果，从而提高电池效率。

进一步参考图1所示，电池10在第二多晶硅层13的基础上，还进一步包括两层钝化层14。示例性的，钝化层14由氮化硅、氮氧化硅以及氧化硅中的一种或多种组成。进一步的，在本发明包括图1的一些实施例中，钝化层14如果仅选用氮化硅，则两层钝化层14中的氮化硅具有不同的折射率。可以理解的是，本发明不以图1示出的以及上述列举的情况为例。示例性的，在本发明的一些其他的实施例中，钝化层14可以是单层的氮化硅或者是更多层的氮化硅，又或者更多层的不同化合物的组合，本发明不对此做出限制。

根据图1，在硅基底100的另一侧，电池10还包括依次位于硅基底100之上的硼掺杂层15和氧化铝层16。相似的，在氧化铝层16之上也具有两层钝化层14。关于处于这个位置的钝化层14的说明可以参考上一段中的描述，在此不再赘述。除此之外，电池10还包括多个电极17。

本发明的另一方面参照图2还提出了一种钝化接触的多层多晶硅电池的制备方法20(以下简称“制备方法20”)。本申请中图2使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

根据图2，制备方法20包括如下的步骤。

步骤21为准备硅基底。具体的，在本发明包括图2的一些实施例中，此步骤21中准备硅基底的步骤还包括对硅基底进行背面抛光或背面细小绒面制备。

步骤22为在硅基底的一表面制备遂穿氧化层。

步骤23为在遂穿氧化层上制备多晶硅层，多晶硅层包括第一多晶硅层和第二多晶硅层，且第一多晶硅层与第二多晶硅层相比，以更低的沉积速率制备而成。

具体来说，如图2示出的步骤23在遂穿氧化层上制备多晶硅层的步骤，在本发明的一些实施例中进一步包括：以预设硅烷流量沉积第一多晶硅层；增加硅烷流量沉积第二多晶硅层；以及对第一多晶硅层和第二多晶硅层同时以预设晶化温度进行高温晶化，以获得制备完成的包括第一多晶硅层和第二多晶硅层的多晶硅层。这意味着，在这样的实施例中，多层多晶硅层是连续制备，只需要适时地增加硅烷流量即可以在制备完成后自然的形成具有不同沉积速率的分层。

另一方面，在本发明的一些其他的实施例中，如图2所示的步骤23在遂穿氧化层上制备多晶硅层的步骤进一步包括：以第一晶化温度制备第一多晶硅层，第一多晶硅层的厚度为8nm～28nm；以及以第二晶化温度制备第二多晶硅层，第二多晶硅层的厚度为85～155nm，其中，第一晶化温度不低于第二晶化温度。这意味着，在这样的实施例中，采用了分别制备两层多晶硅层的方式对本发明的多层多晶硅层进行制备。

无论是采用连续制备、还是分别制备的手段，最终均获得了具有不同沉积速率的多层多晶硅的电池。与前文关于本发明的电池10的相关介绍相似的，在本发明包括图2的一些实施例中，第一多晶硅层的沉积速率为1.3～2.2nm/min，且第二多晶硅层的沉积速率为3.5nm～40nm/min。如图2所示的制备方法20可以用来制备如图1所示的电池10，其他关于制备方法20的描述也可以参考上文中对于电池10的描述，再次不重新展开描述。

优选地，下面对于本发明提出的钝化接触的多层多晶硅电池已获得较好试验效果的制备过程再次做出系统的说明。在常规的TOPCon电池制备过程中，在完成硅基底背面抛光(或者背面细小绒面制备)的处理后，会进入隧穿氧化层和多晶硅掺杂层的制备工序。在完成隧穿氧化层的制备后(工业一般采用LPCVD机台，热氧方法制备)，先通过减小硅烷流量，并调整匹配压力的方式制备10-25nm厚度的慢速沉积非晶硅层，沉积速率约1.5～2nm/min；随后恢复到正常工业生产的硅烷流量和压力，制备100-140nm厚度的快速沉积非晶硅层，沉积速率约4～5nm/min。两层制备温度保持一致。完成后正常继续流转，完成后道工艺的制备过程即可。通过这样的方式进行制备，最终获得的钝化接触电池的多层多晶硅电池效率经过测算后可以提高0.02～0.08％。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种钝化接触的多层多晶硅电池，其特征在于，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层和第二多晶硅层，其中，所述第一多晶硅层与所述第二多晶硅层相比，以更低的沉积速率制备而成，以使所述第一多晶硅层的晶化率高于所述第二多晶硅层的晶化率，其中

所述第一多晶硅层的沉积速率为1.3~2.2nm/min，且所述第二多晶硅层的沉积速率为3.5~40nm/min，以及

所述第一多晶硅层的厚度为8~28nm，且所述第二多晶硅层的厚度为85~155nm。

2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层由不同的硅烷流量制备而成，其中，制备所述第一多晶硅层所用的硅烷流量小于制备所述第二多晶硅层所用的硅烷流量。

3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层在不同的晶化温度下制备而成，其中，制备所述第一多晶硅层时的晶化温度不低于制备所述第二多晶硅层所用的晶化温度。

4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层、第二多晶硅层以及至少一层钝化层，所述钝化层由氮化硅、氮氧化硅以及氧化硅中的一种或多种组成。

5.如权利要求1所述的电池，其特征在于，包括依次位于硅基底一表面的隧穿氧化层、第一多晶硅层、第二多晶硅层以及至少一层钝化层，所述钝化层仅包括氮化硅，且当所述电池包括多层钝化层时，每个钝化层中的氮化硅具有不同的折射率。

6.如权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括依次位于所述硅基底另外一表面的硼掺杂层和氧化铝层。

7.如权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括依次位于所述硅基底另外一表面的硼掺杂层、氧化铝层以及一个或多个钝化层，所述钝化层由氮化硅、氮氧化硅以及氧化硅中的一种或多种组成。

8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，当所述钝化层的层数为多个且所述钝化层仅包括氮化硅时，每个钝化层中的氮化硅具有不同的折射率。

9.一种钝化接触的多层多晶硅电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备硅基底；

在所述硅基底的一表面制备遂穿氧化层；

在所述遂穿氧化层上制备多晶硅层，所述多晶硅层包括第一多晶硅层和第二多晶硅层，且所述第一多晶硅层与所述第二多晶硅层相比，以更低的沉积速率制备而成；

以第一晶化温度制备所述第一多晶硅层，所述第一多晶硅层的厚度为8~28nm；

以第二晶化温度制备所述第二多晶硅层，所述第二多晶硅层的厚度为85~155nm，

其中，所述第一晶化温度不低于所述第二晶化温度；以及

所述第一多晶硅层的沉积速率为1.3~2.2nm/min，且所述第二多晶硅层的沉积速率为3.5~40nm/min。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述遂穿氧化层上制备所述多晶硅层的步骤进一步包括：

以预设硅烷流量沉积所述第一多晶硅层；

增加硅烷流量沉积所述第二多晶硅层；以及

对所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层同时以预设晶化温度进行高温晶化，以获得制备完成的包括所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层的多晶硅层。

11.如权利要求9~10任一项所述的制备方法，其特征在于，所述准备硅基底的步骤还包括对所述硅基底进行背面抛光或背面细小绒面制备。