CN115394881A - 一种磷浓度梯度分布的topcon电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏组件生产领域，特别是涉及一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池及其制作方法，通过在N型基体硅的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层；在所述N型基体硅的背光面依次设置多个复合导电层，得到硅片预制物；单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及非晶硅层；从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层对应的非晶硅层的沉积时间逐渐增加；对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层；在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层及正面电极，在背面光依次设置背面减反层及背面电极。本发明减少了复合中心的数量，实现光电转换效率的提升。

Description

一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及光伏组件生产领域，特别是涉及一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池及其制作方法。
背景技术
随着光伏电池片的不断的提效升级，市场上不断出现新的提效技术，TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contacts)技术就是其中之一。
现有的TOPCon电池，背光面设置有一层遂穿氧化层及覆盖所述遂穿氧化层表面的一层多晶硅掺杂层，一般情况下，为保证导电性与低内阻，所述多晶硅掺杂层都具有较高的掺杂浓度，同时为了满足丝网印刷浆料烧结时所需要的接触深度又具有较厚的厚度(通常为所述遂穿氧化层的几十甚至上百倍)，但同时较高的掺杂浓度与较厚的厚度就导致现有的TOPCON电池的背面具有大量的复合中心，严重拉低电池的输出功率，降低光电转换效率。
因此，如何提供一种减少TOPCon电池背面载流子复合，提高电池片光电转换效率的方法，就成了现有技术中亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池及其制作方法，以解决现有技术中TOPCon电池背面载流子复合现象严重，电池片光电转换率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，包括：
在N型基体硅的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层；
在所述N型基体硅的背光面依次设置多个复合导电层，得到硅片预制物；单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及非晶硅层；从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层对应的非晶硅层的沉积时间逐渐增加；
对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层；
在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层及正面电极，在背面光依次设置背面减反层及背面电极。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法中，最靠近所述N型基体硅的二氧化硅层的氧化时间的范围为200秒至500秒，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法中，相邻的两个所述复合导电层中，距离所述N型基体硅较远的二氧化硅层的氧化时间比距离所述N型基体硅较近的二氧化硅层的氧化时间缩短15％至30％，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法中，最靠近所述N型基体硅的非晶硅层的沉积时间的范围为500秒至1800秒，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法中，相邻的两个所述复合导电层中，距离所述N型基体硅较远的非晶硅层的沉积时间比距离所述N型基体硅较近的非晶硅层的沉积时间延长15％至30％，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法中，所述二氧化硅层对应的氧化后恒温时间的范围为100秒至500秒，包括端点值。
一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池，包括N型基体硅，从所述N型基体硅的迎光面向外依次包括P+掺杂层、正面减反层及正面电极；
从所述N型基体硅的背光面向外依次包括多个复合导电层、背面减反层及背面电极；
单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及N+多晶硅层；
从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的厚度逐渐减小，各个复合导电层对应的N+多晶硅层的厚度逐渐增大。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池中，最靠近所述N型基体硅的二氧化硅层的厚度的范围为1.2微米至2.3微米，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池中，最靠近所述N型基体硅的N+多晶硅层的厚度的范围为14微米至26微米，包括端点值。
可选地，在所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池中，所述磷浓度梯度分布的TOPCON电池包括3个所述复合导电层。
本发明所提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，通过在N型基体硅的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层；在所述N型基体硅的背光面依次设置多个复合导电层，得到硅片预制物；单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及非晶硅层；从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层对应的非晶硅层的沉积时间逐渐增加；对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层；在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层及正面电极，在背面光依次设置背面减反层及背面电极。
本发明中，将现有技术中的单层多晶硅层分散为多个N+多晶硅层，相邻的N+多晶硅层之间用所述二氧化硅层隔开，在满足丝网印刷浆料烧结时所需要的接触深度的同时，使所述二氧化硅层对掺杂过程中的磷进行有效阻挡，实现了硅片背面的磷掺杂浓度呈现阶梯状分布，避免了现有技术中磷掺杂浓度近似，且多晶硅在厚度方向上连续导致大量缺陷(也即复合中心)的产生，同时，由于所述二氧化硅层的阻拦效应，所述复合导电层的累计磷掺杂量相比与现有技术降低，也减少了复合中心的数量，最终实现太阳能电池的光电转换效率的提升。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的磷浓度梯度分布的TOPCON电池。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法的效果对比图；
图3为本发明提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，包括：
S101：在N型基体硅10的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层20。
S102：在所述N型基体硅10的背光面依次设置多个复合导电层30，得到硅片预制物；单个所述复合导电层30由内向外依次包括二氧化硅层31及非晶硅层；从内向外多个复合导电层30对应的二氧化硅层31的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层30对应的N+多晶硅层32的沉积时间逐渐增加。
具体地，所述二氧化硅层31及所述非晶硅层均可通过LPCVD沉积而成。
优选地，最靠近所述N型基体硅10的二氧化硅层31的氧化时间的范围为200秒至500秒，包括端点值，如200.0秒、362.3秒或500.0秒中的任一个。当然，本发明提供的是TOPCON电池，可以想见所述最靠近所述N型基体硅10的二氧化硅层31即相当于传统TOPCON电池中的遂穿氧化层，其厚度应当满足遂穿效应的发生条件。
更进一步地，相邻的两个所述复合导电层30中，距离所述N型基体硅10较远的二氧化硅层31的氧化时间比距离所述N型基体硅10较近的二氧化硅层31的氧化时间缩短15％至30％，包括端点值，如15.0％、20.3％或30.0％中的任一个。
在上述具体实施方式中，给出了相邻的复合导电层30的二氧化硅层31减薄的具体程度，上述范围均是经过大量理论计算与实验检验后的光电转换效率最大值对应的范围，当然，也可根据实际需要选取相应的范围。
而关于所述导电复合层中的非晶硅层，最靠近所述N型基体硅10的非晶硅层的沉积时间的范围为500秒至1800秒，包括端点值，如500.0秒、1000.2秒或1500.0秒中的任一个；相邻的两个所述复合导电层30中，距离所述N型基体硅10较远的非晶硅层的沉积时间比距离所述N型基体硅10较近的非晶硅层的沉积时间延长15％至30％，包括端点值，如15.0％、20.0％或30.0％中的任一个。
在上述具体实施方式中，给出了相邻的复合导电层30的非晶硅层增厚的具体程度与起始厚度(即最靠近所述N型基体硅10的非晶硅层的沉积时间)，上述范围均是经过大量理论计算与实验检验后的光电转换效率最大值对应的范围，当然，也可根据实际需要选取相应的范围。
S103：对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层32。
在所述二氧化硅层31的作用下，使得非晶硅层转化后的多晶硅层间掺杂磷原子浓度形成了明显的梯度台阶性递减分布。本步骤中的N+多晶硅层32的厚度参数可参考前文中的非晶硅的厚度参数。
S104：在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层40及正面电极60，在背面光依次设置背面减反层50及背面电极70。
作为一种优选实施方式，所述二氧化硅层31对应的氧化后恒温时间的范围为100秒至500秒，包括端点值，如100.0秒、369.2秒或500.0秒中的任一个。所述氧化后恒温指的是在经过通氧过程后的恒温过程，该阶段压力设定为常压，且不通入任何气体。
上述范围均是经过大量理论计算与实验检验后的光电转换效率最大值对应的范围，当然，也可根据实际需要选取相应的范围。
下面提供一种沉积所述复合导电层30的流程的具体实施例，包括：
第1步，进舟，时间在300～800秒间，各温区温度在500～600℃间，压力为常压。
第2步，抽真空，时间在100～300秒间，各温区在500～600℃间，压力设定为0mtorr。
第3步，捡漏，时间在20～100秒间，各温区设定在550～650℃，压力设定为0mtorr。
第4步，升温，时间在500～1500秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第5步，恒温，时间在100～800秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第6步，氧化，时间在200～500秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定常压，通入氧气流量在20000～40000Sccm。
第7步，恒温，时间在100～500秒间，各温区设定温度在550～680℃，压力设定常压，不通入任何气体。
第8步，抽真空，时间在50～200秒间，各温区设定在各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第9步，恒温，时间在400～800秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第10步，捡漏，时间在20～100秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第11步，恒压，时间在10～50秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
第12步，沉积，时间在500～1800秒，各温区设定在550～680℃，压力设定在100～500mtorr，炉门口通气硅烷流量+炉尾通气硅烷流量累计在1000～2400Sccm。
第13步，抽真空，时间在20～100秒间，各温区设定在550～680℃，压力设定为0mtorr。
到此步骤为止，已经完成了距离所述N型基体硅10最近的复合导电层30的制备，将要进行的第14～22步与第23～31步均为第5～13步的重复，只不过第7步、第16步、第25步恒温时间呈现15～30％的递减规律；第12步、第21步、第31步沉积时间呈现呈现15～30％的递增规律。
第32步，清洗，时间控制在10～100秒间，各温区设定在在500～600℃间，氮气流量设置值在500～3000Sccm间。
第33步，抽真空，时间在10～100秒间，各温区设定在在500～600℃间，压力设定为0mtorr。
第34步，破真空，时间在100～10000秒，各温区设定在在500～600℃间，压力设定为常压，氮气流量设定在10000～30000Sccm间。
第35步，出舟，时间在300～800秒间，各温区温度在500～600℃间，压力为常压。
现有Topcon电池N+POLY(掺杂多晶硅)仅为较厚的一层架构，其掺杂元素(磷元素)浓度分布，无梯度变化，受掺杂浓度和累计POLY厚度的影响，会成为载流子的负荷中心，存在对载流子收集率不利的影响，对效率提升不利；而本发明中通过所述二氧化硅层31对所述N+多晶硅的分隔作用，实现了电池背面阶梯状的掺杂浓度，请见图2，图2为用ECV(电化学电压电容法)测试仪器测试电池片背面掺杂磷原子浓度分布，其中横坐标为结深(单位微米)，纵坐标为测试浓度以基准为10的对数刻度函数，磷原子浓度分布模型从图2的曲线1到曲线2的实质性变化，可以看出，未变更前，为单层隧穿氧化层+多晶硅架构，在磷扩工序后，磷原子梯度分布，磷浓度梯度呈现前面一个水平的直线，该结构会过多的导致磷掺杂量过多；而曲线2不仅满足了丝网印刷浆料烧结时所需要的接触深度，通过阶梯性降低磷掺杂量，降低了累计掺杂量，减少了因掺杂量过多导致的负荷中心数量，达到了提升效率的目的，达到了本专利设计发明的目的，实现了突破性的发明。
本发明所提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，通过在N型基体硅10的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层20；在所述N型基体硅10的背光面依次设置多个复合导电层30，得到硅片预制物；单个所述复合导电层30由内向外依次包括二氧化硅层31及非晶硅层；从内向外多个复合导电层30对应的二氧化硅层31的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层30对应的N+多晶硅层32的沉积时间逐渐增加；对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层32；在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层40及正面电极60，在背面光依次设置背面减反层50及背面电极70。本发明中，将现有技术中的单层多晶硅层分散为多个N+多晶硅层32，相邻的N+多晶硅层32之间用所述二氧化硅层31隔开，在满足丝网印刷浆料烧结时所需要的接触深度的同时，使所述二氧化硅层31对掺杂过程中的磷进行有效阻挡，实现了硅片背面的磷掺杂浓度呈现阶梯状分布，避免了现有技术中磷掺杂浓度近似，且多晶硅在厚度方向上连续导致大量缺陷(也即复合中心)的产生，同时，由于所述二氧化硅层31的阻拦效应，所述复合导电层30的累计磷掺杂量相比与现有技术降低，也减少了复合中心的数量，最终实现太阳能电池的光电转换效率的提升。
本发明还提供了一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池，其一种具体实施方式的结构示意图如图3所示，称其为具体实施方式二，磷浓度梯度分布的TOPCON电池，包括N型基体硅10，从所述N型基体硅10的迎光面向外依次包括P+掺杂层20、正面减反层40及正面电极60；
从所述N型基体硅10的背光面向外依次包括多个复合导电层30、背面减反层50及背面电极70；
单个所述复合导电层30由内向外依次包括二氧化硅层31及N+多晶硅层32；
从内向外多个复合导电层30对应的二氧化硅层31的厚度逐渐减小，各个复合导电层30对应的N+多晶硅层32的厚度逐渐增大。
本具体实施方式中的磷浓度梯度分布的TOPCON电池与前文中的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法相对应，具体细节请参考前文，在此不再展开赘述。
优选地，最靠近所述N型基体硅10的二氧化硅层31的厚度的范围为1.2微米至2.3微米，包括端点值，如1.20微米、2.06微米或2.30微米中任一个。所述最靠近所述N型基体硅10的二氧化硅层31应满足遂穿效应，本具体实施方式中的厚度范围对应前文中所述二氧化硅层31的氧化时间。当然，相邻的所述复合导电层30对应的二氧化硅层31之间的厚度差的范围也为15％～30％，也即靠近外侧的所述二氧化硅层31比靠近内侧的二氧化硅层31薄15％～30％。
需要注意的是，本发明中的内指的是靠近所述N型基体硅10的方向，外指的是靠近电池片表面的方向。
同样地，最靠近所述N型基体硅10的N+多晶硅层32的厚度的范围为14微米至26微米，包括端点值，如14.0微米、20.4微米或26.0微米中的任一个。对应了前文中非晶硅层的沉积时间，当然，相邻的所述复合导电层30对应的N+多晶硅层32之间的厚度差的范围也为15％～30％，也即靠近外侧的所述N+多晶硅层32比靠近内侧的N+多晶硅层32厚15％～30％
另外，所述磷浓度梯度分布的TOPCON电池包括3个所述复合导电层30。经过大量理论计算与实际检验，如果所述复合导电层30小于两层则会导致阶梯状浓度分布不明显，且多晶硅层在厚度方向上的连续性依旧很大，导致缺陷不能得到有效控制；而超过3个，则会导致阻碍磷掺杂的二氧化硅层31过多，使磷掺杂过于困难，因此3个所述复合导电层30为经过大量理论计算与实际检验后的，可以获得最大光电转换效率的最佳值。
本发明所提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池，包括N型基体硅10，从所述N型基体硅10的迎光面向外依次包括P+掺杂层20、正面减反层40及正面电极60；从所述N型基体硅10的背光面向外依次包括多个复合导电层30、背面减反层50及背面电极70；单个所述复合导电层30由内向外依次包括二氧化硅层31及N+多晶硅层32；从内向外多个复合导电层30对应的二氧化硅层31的厚度逐渐减小，各个复合导电层30对应的N+多晶硅层32的厚度逐渐增大。本发明中，将现有技术中的单层多晶硅层分散为多个N+多晶硅层32，相邻的N+多晶硅层32之间用所述二氧化硅层31隔开，在满足丝网印刷浆料烧结时所需要的接触深度的同时，使所述二氧化硅层31对掺杂过程中的磷进行有效阻挡，实现了硅片背面的磷掺杂浓度呈现阶梯状分布，避免了现有技术中磷掺杂浓度近似，且多晶硅在厚度方向上连续导致大量缺陷(也即复合中心)的产生，同时，由于所述二氧化硅层31的阻拦效应，所述复合导电层30的累计磷掺杂量相比与现有技术降低，也减少了复合中心的数量，最终实现太阳能电池的光电转换效率的提升。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的磷浓度梯度分布的TOPCON电池及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，包括：
在N型基体硅的迎光面进行硼掺杂，得到P+掺杂层；
在所述N型基体硅的背光面依次设置多个复合导电层，得到硅片预制物；单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及非晶硅层；从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的氧化时间逐渐缩短，各个复合导电层对应的非晶硅层的沉积时间逐渐增加；
对所述硅片预制物的背光面进行磷掺杂，使所述非晶硅层转化为N+多晶硅层；
在经过磷掺杂的硅片预制物的迎光面依次设置正面减反层及正面电极，在背面光依次设置背面减反层及背面电极。
2.如权利要求1所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，最靠近所述N型基体硅的二氧化硅层的氧化时间的范围为200秒至500秒，包括端点值。
3.如权利要求2所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，相邻的两个所述复合导电层中，距离所述N型基体硅较远的二氧化硅层的氧化时间比距离所述N型基体硅较近的二氧化硅层的氧化时间缩短15％至30％，包括端点值。
4.如权利要求1所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，最靠近所述N型基体硅的非晶硅层的沉积时间的范围为500秒至1800秒，包括端点值。
5.如权利要求4所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，相邻的两个所述复合导电层中，距离所述N型基体硅较远的非晶硅层的沉积时间比距离所述N型基体硅较近的非晶硅层的沉积时间延长15％至30％，包括端点值。
6.如权利要求1所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池的制作方法，其特征在于，所述二氧化硅层对应的氧化后恒温时间的范围为100秒至500秒，包括端点值。
7.一种磷浓度梯度分布的TOPCON电池，包括N型基体硅，其特征在于，从所述N型基体硅的迎光面向外依次包括P+掺杂层、正面减反层及正面电极；
从所述N型基体硅的背光面向外依次包括多个复合导电层、背面减反层及背面电极；
单个所述复合导电层由内向外依次包括二氧化硅层及N+多晶硅层；
从内向外多个复合导电层对应的二氧化硅层的厚度逐渐减小，各个复合导电层对应的N+多晶硅层的厚度逐渐增大。
8.如权利要求7所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池，其特征在于，最靠近所述N型基体硅的二氧化硅层的厚度的范围为1.2微米至2.3微米，包括端点值。
9.如权利要求7所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池，其特征在于，最靠近所述N型基体硅的N+多晶硅层的厚度的范围为14微米至26微米，包括端点值。
10.如权利要求7所述的磷浓度梯度分布的TOPCON电池，其特征在于，所述磷浓度梯度分布的TOPCON电池包括3个所述复合导电层。
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