CN115483313A - 电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种电池及其制备方法，属于电池技术领域。该电池的制备方法包括：在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结；在形成PN结后的硅片的第一表面形成多孔硅层；对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理；对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极；在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构；在硅片的第一表面形成氧化铝钝化层；在氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层；在硅片的第二表面形成氮化硅钝化层；在选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。
Description
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种电池及其制备方法。
背景技术
TOPCon(隧穿氧化钝化)电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池。其电池结构为N型硅衬底电池，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，有效降低表面复合和金属接触复合，为电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。电池的正面是采用金属电极与硅基直接接触的形式，该结构会产生大量的接触复合损失，降低电池的转换效率。
发明内容
本申请实施例提供一种电池及其制备方法，能够解决现有TOPCon电池由于正面采用金属电极与硅基直接接触的形式，产生大量的接触复合损失，降低电池的转换效率的问题。
第一方面，提供了一种电池的制备方法，包括：
在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结；
在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层；
对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，所述掩膜层为在硼发射极的顶部形成的具有预设图案的掩膜层；
对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极；
在所述硅片背离所述第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的所述隧穿氧化层和所述多晶硅层组成TopCon结构；
在所述硅片的第一表面形成氧化铝钝化层；
在所述氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层；
在所述硅片的第二表面形成氮化硅钝化层；
在所述选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。
第二方面，提供了一种电池，所述电池采用如第一方面所述的电池的制备方法制得。
在本申请实施例公开了一种电池的制备方法，其通过在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结；在形成PN结后的硅片的第一表面形成多孔硅层；对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，掩膜层为在硼发射极的顶部形成的具有预设图案的掩膜层；对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极；在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构；在硅片的第一表面形成氧化铝钝化层；在氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层；在硅片的第二表面形成氮化硅钝化层；在选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。本申请实施例通过湿化学刻蚀的方法在硅片正面形成选择性发射极p++，可以降低金属电极与硅基的接触电阻，提升电池的光电转换效率。通过进一步优化p+/p++区域硼掺杂分布，提高电池的开路电压与填充因子，可以进一步提高电池片的光电转换效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请的实施例提供的电池的制备方法的流程图；
图2是本申请的实施例提供的电池的结构示意图。
其中，100-硅片、110-多孔硅层、120-选择性发射极、130-氧化铝钝化层、140-减反射膜层、150-上电极、160-隧穿氧化层、170-多晶硅层、180-氮化硅钝化层、190-下电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图1-2，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种电池及其制备方法进行详细地说明。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种电池的制备方法的流程图。如图1所示，该电池的制备方法可以包括：S101至S109所示的内容。
在S101中，在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结。
也就是说，对硅片，即基底的第一表面(称为正面)采取热扩散或离子注入等方式进行硼扩散，从而形成掺杂磷的P型的表面(p+掺杂的P型层)，构成PN结。
在S102中，在形成PN结后的硅片的第一表面形成多孔硅层。
本实施例中，可以利用湿化学工艺，催化剂为亚硝酸钠NaNO2，化学溶液为氟化氢HF/硝酸HNO3，在硅片的第一表面形成多孔硅层，其厚度可以为200nm～250nm。
在S103中，对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，掩膜层为在硼发射极的顶部形成的具有预设图案的掩膜层。
本实施例中，可以先在硼发射极顶部通过丝网印刷具有预设图案的掩膜层，其中，掩膜层可以为耐酸掩膜，预设图案可以为任意具有网格线的图案，也可以是其他所需图案，以具体应用为准，本申请实施例不做具体限定。然后对硅片进行刻蚀处理，可以是通过氢氧化钾KOH溶液去除掩膜层覆盖区域之外的多孔硅层，然后利用HF去除掩膜层。
在S104中，对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极。
本实施例中，对刻蚀处理后的硅片进行1000℃以上的高温热氧化，以降低硼表面浓度，同时在沉积有多孔硅的图形区域产生更深的结，这就形成了选择性发射极p++。
在S105中，在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构。
也就是说，对硅片背离正面的第二表面(称为背面)刻蚀，在硅片背面沉积隧穿氧化层，然后可以采用低压化学沉积(LPVCD)、等离子体增强化学的气相沉积(PECVD)或常压化学气相淀积(APCVD)等方法沉积多晶硅层，并对多晶硅层通过离子注入或热扩散等方式进行磷掺杂，形成n+掺杂的多晶硅层和磷硅玻璃(PSG)层，使得掺杂后的多晶硅层与隧穿氧化层组成TopCon结构。
可选地，可以利用湿化学工艺或者干法刻蚀去除多余硼硅玻璃(BSG)和PSG。也即，将杂质去除。
可选地，在硅片背面沉积上述物质之前，还可以对背面进行清洗，以去除杂质。
在S106中，在硅片的第一表面形成氧化铝钝化层。
也就是说，可以在硅片的正面利用原子层沉积(ALD)或PECVD制备氧化铝钝化层。
在S107中，在氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层。
然后利用PECVD方法制备氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层。
在S108中，在硅片的第二表面形成氮化硅钝化层。
可以在硅片的背面利用PECVD形成氮化硅钝化层。
在S109中，在选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。
对硅片在对应p++图形的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，最终形成电池。
本申请实施例，通过在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结；在形成PN结后的硅片的第一表面形成多孔硅层；对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，掩膜层为在硼发射极的顶部形成的具有预设图案的掩膜层；对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极；在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构；在硅片的第一表面形成氧化铝钝化层；在氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层；在硅片的第二表面形成氮化硅钝化层；在选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。本申请实施例通过湿化学刻蚀的方法在硅片正面形成选择性发射极p++，可以降低金属电极与硅基的接触电阻，提升电池的光电转换效率。通过进一步优化p+/p++区域硼掺杂分布，提高电池的开路电压与填充因子，可以进一步提高电池片的光电转换效率。
在本申请的一个可能的实施方式中，在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层，可以包括：利用HF/HNO3溶液和催化剂NaNO2，在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层。
也就是说，可以采用湿化学工艺在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层。
其中，催化剂NaNO2的浓度可以为1.3g/L，HF/HNO3溶液中HF与HNO3与水的体积比可以为3：2：15。
也就是说，可以酸液对硅片进行清洗。
在本申请的一个可能的实施方式中，对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，可以包括：利用KOH溶液去除除掩膜层覆盖区域之外的多孔硅层；利用HF溶液去除掩膜层。
也就是可以利用KOH去除多孔硅层，再利用HF去除掩膜层，以便于后续沉积。
在本申请的一个可能的实施方式中，在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构，可以包括：对硅片背离第一表面的第二表面进行抛光处理；在抛光后的硅片的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；对多晶硅层进行磷掺杂，形成PSG层，使得掺杂后的多晶硅层与隧穿氧化层组成TopCon结构。
也就是说，先对硅片背面进行抛光处理，然后对抛光后的硅片背面进行刻蚀，在硅片背面沉积隧穿氧化层，然后可以采用LPVCD、PECVD或APCVD等方法沉积多晶硅层，并对多晶硅层通过离子注入或热扩散等方式进行磷掺杂，形成n+掺杂的多晶硅层和PSG层，使得掺杂后的多晶硅层与隧穿氧化层组成TopCon结构。
在本申请的一个可能的实施方式中，在硅片背离第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的隧穿氧化层和多晶硅层组成TopCon结构之后，方法还可以包括：利用湿化学工艺去除多余的BSG层和PSG层。
本实施例中，可以利用湿化学工艺，也可以利用干法刻蚀去除多余的BSG和PSG。也即，将杂质去除。
在本申请的一个可能的实施方式中，在硅片的第一表面进行硼扩散之前，方法还可以包括：对硅片进行制绒。
也就是说，在形成PN结之前，可以利用酸液(如HF和HNO3的混合酸)、碱性溶液(如氢氧化钠NaOH或KOH溶液)对硅片进行制绒，以去除硅片表面的金属离子和切割损伤层，并形成虫孔状绒面或金字塔状绒面。还可以通过电化学制绒、反应离子刻蚀制绒、激光制绒、掩膜制绒等对硅片进行制绒。
如图2所示，为本申请实施例提供的电池的结构示意图。该电池采用如上述任一实施例提供的电池的制备方法制得。
其中，电池包括硅片100、多孔硅层110、选择性发射极120、氧化铝钝化层130、减反射膜层140、上电极150、隧穿氧化层160(Tunnel oxide)、多晶硅层170、氮化硅钝化层180、下电极190。具体结构如图2所示。
其中，多孔硅层的厚度为200nm～250nm；隧穿氧化层厚度为1nm～3nm；氧化铝钝化层的厚度为2nm～11nm；氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层的厚度为70nm～100nm。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种电池的制备方法，其特征在于，包括：
在硅片的第一表面进行硼扩散，形成PN结；
在形成PN结后的硅片的所述第一表面形成多孔硅层；
对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，所述掩膜层为在硼发射极的顶部形成的具有预设图案的掩膜层；
对刻蚀处理后的硅片进行高温热氧化处理，得到选择性发射极；
在所述硅片背离所述第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的所述隧穿氧化层和所述多晶硅层组成TopCon结构；
在所述硅片的第一表面形成氧化铝钝化层；
在所述氧化铝钝化层上形成氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层；
在所述硅片的第二表面形成氮化硅钝化层；
在所述选择性发射极对应的位置进行丝网印刷并烧结形成电极，得到电池。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层，包括：
利用HF/HNO3溶液和催化剂NaNO2，在形成PN结后的硅片的表面形成多孔硅层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂NaNO2的浓度为1.3g/L，所述HF/HNO3溶液中HF与HNO3与水的体积比为3：2：15。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对表面形成多孔硅层的硅片中除掩膜层覆盖区域之外的区域进行刻蚀处理，包括：
利用KOH溶液去除除掩膜层覆盖区域之外的多孔硅层；
利用HF溶液去除所述掩膜层。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述硅片背离所述第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的所述隧穿氧化层和所述多晶硅层组成TopCon结构，包括：
对所述硅片背离所述第一表面的第二表面进行抛光处理；
在所述抛光后的硅片的所述第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层；
对所述多晶硅层进行磷掺杂，形成PSG层，使得掺杂后的所述多晶硅层与所述隧穿氧化层组成TopCon结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述硅片背离所述第一表面的第二表面沉积隧穿氧化层和多晶硅层，使得沉积后的所述隧穿氧化层和所述多晶硅层组成TopCon结构之后，所述方法还包括：
利用湿化学工艺去除多余的BSG层和所述PSG层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在硅片的第一表面进行硼扩散之前，所述方法还包括：
对所述硅片进行制绒。
8.一种电池，其特征在于，所述电池采用如权利要求1-7任一项所述的电池的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，多孔硅层的厚度为200nm～250nm。
10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，隧穿氧化层厚度为1nm～3nm；氧化铝钝化层的厚度为2nm～11nm；氮化硅、氮氧化硅、氧化硅叠层减反射膜层的厚度为70nm～100nm。
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