CN115528130A - 一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，包括：N型晶体硅基体；正表面采用制绒处理、硼扩散处理、氧化铝钝化层以及SiNx减反射钝化层，激光开槽后清洗，化学镀或者光诱导电镀第一金属层，形成阻挡层，化学镀或者光诱导电镀第二金属层替代Ag传输电流、化学镀或者光诱导电镀薄层第三金属层实现栅线和焊带的焊接；背面依次制作氧化硅遂穿层、掺杂磷的多晶硅层、SiNx减反射钝化层，按照正表面制作电极的方法，依次进行电镀工艺。本发明的有益效果是直接将金属层按照一定顺序电镀至N型晶体硅基体表面，大大的减少生产成本，相比现有技术，能够得到较高的电池转换率，使得Topcon电池比PERC、HIT等电池更有竞争力。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法。
背景技术
随着Topcon太阳能电池工艺技术的不断进步与深入，高效降本已经成为Topcon太阳电池技术发展的重要方向，高效结构设计和采用低成本的技术方案是实现这一目标的关键。
目前，业界的N型Topcon太阳能电池，金属化的方法为丝网印刷银浆或者银铝浆的方法，丝网印刷的方法采用烧穿型的银浆，浆料对硅的腐蚀性能要求很苛刻，即考虑接触电阻率又要考虑金属的复合，对浆料的制作和电池的结构限制很大，大大限制了电池结构创新和效率进步；Topcon电池的银浆耗量比PERC耗量要多一倍，严重制约Topcon电池成本下降的需求。基于以上背景，采用电镀Ni、cu、Ag制作Topcon电极的方法，解决Topcon电池接触的问题，又大大的降低了成本。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，有效的解决现有技术对浆料的制作和电池的结构限制很大，大大限制了电池结构创新和效率进步以及Topcon电池的银浆耗量比PERC耗量要多一倍，严重制约Topcon电池成本下降的需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，包括：
对N型晶体硅基体的正表面做制绒处理；
对所述N型晶体硅基体的正表面进行硼扩散处理，形成P+掺杂层，并在所述P+掺杂层表面还形成一硼硅玻璃层；
去除所述硼硅玻璃层以及所述N型晶体硅基体的背表面和边缘绕扩处的P+掺杂层；
在处理后的所述N型晶体硅基体的背表面生长一氧化硅遂穿层，再沉积一掺有磷的非晶硅层，然后进行退火，得到掺杂磷的多晶硅层；
在所述掺杂磷的多晶硅层上沉积一SiNx减反射钝化层；
去除所述N型晶体硅基体正表面以及边缘绕扩处的所述掺杂磷的多晶硅层；
在所述P+掺杂层上生长氧化铝钝化层，并在所述氧化铝钝化层上再沉积一SiNx减反射钝化层，得到蓝膜片；
在所述蓝膜片的正表面和背表面上开槽，将所述蓝膜片浸入活性剂中；
取出所述蓝膜片，在凹槽内部电镀第一金属层，得到电镀样品，将所述电镀样品送入高温炉中烧结；
烧结完成后进行清洗，在所述第一金属层上电镀第二金属层；
电镀完成后进行清洗，在所述第二金属层上电镀第三金属层，得到采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池。
优选地，所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度为80-200μm。
优选地，对所述N型晶体硅基体的正表面进行硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，扩散温度为900-1100℃，扩散时间为120-240min，所述N型晶体硅基体进行硼扩散后的方阻值为100-180Ω/sqr。
优选地，在处理后的所述N型晶体硅基体的背表面生长一氧化硅遂穿层过程中，所述氧化硅遂穿层的制作材料为二氧化硅，通过热氧化、HN03氧化或原子层沉积法在所述N型晶体硅基体的背表面生长所述氧化硅遂穿层，其中，所述氧化硅遂穿层的厚度为0.5-3nm。
优选地，沉积所述掺有磷的非晶硅层的过程中，采用磁控溅射法、LPCVD法或PECVD法在所述氧化硅遂穿层上沉积所述掺有磷的非晶硅层。
更优选地，所述掺有磷的非晶硅层的沉积温度为550-650℃，所述掺有磷的非晶硅层的厚度为60-150nm。
优选地，在所述掺杂磷的多晶硅层上沉积的所述SiNx减反射钝化层的厚度为70-120nm，在所述氧化铝钝化层上沉积的所述SiNx减反射钝化层的厚度为60-110nm。
优选地，在所述蓝膜片开槽步骤中，所述凹槽开设至所述N型晶体硅基体的表面，清洗所述凹槽内部，去除杂质，然后将所述蓝膜片浸入所述活性剂中。
优选地，所述第一金属层为Ni金属层、Ti金属层或Cr金属层，厚度为0.1-5μm；将所述电镀样品送入惰性气体保护的高温炉中烧结，烧结温度为200-400℃；
所述第二金属层为Cu金属层，厚度为5-15μm；
所述第三金属层为Ag金属层，重量为3-5mg。
更优选地，所述第一金属层、第二金属层和第三金属层采用化学镀或光诱导电镀至所述凹槽中；所述第一金属层、第二金属层和第三金属层的宽度为所述凹槽宽度±3μm；将所述电镀样品送入惰性气体保护的高温炉中烧结，其中，惰性气体为氮气或氩气。
采用上述技术方案，以电镀的方法替代了传统丝网印刷银浆的方法，解决了烧穿型的银浆对硅的腐蚀性能要求很苛刻，既要考虑接触电阻率又要考虑金属的复合，对浆料的制作和电池结构限制较大的问题，直接将金属层按照一定顺序电镀至N型晶体硅基体表面，大大的减少生产成本，相比现有技术，能够得到较高的电池转换率，使得Topcon电池比PERC、HIT等电池更有竞争力。
还能够解决现有电池丝网印刷银浆和银铝浆的栅线宽度无法做到20μm以下，高度无法做到18μm以上的难题。
附图说明
图1是本发明实施例一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池结构示意图
图中：
1、第一金属层 2、第二金属层 3、第三金属层
4、SiNx减反射钝化层 5、氧化铝钝化层 6、P+掺杂层
7、氧化硅遂穿层 8、掺杂磷的多晶硅层 9、N型晶体硅基体
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“正表面”、“背表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池结构示意图所示，一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，包括：
S1：选择一个N型晶体硅基体9，其中，N型晶体硅基体9的电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度范围为80-200μm；选择完毕后，对N型晶体硅基体9的正表面做制绒处理。
S2：对N型晶体硅基体9的背表面粗拋处理后，对N型晶体硅基体9的正表面进行硼扩散处理，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，扩散温度为900-1100℃，时间为120-240min，形成P+掺杂层6，并在P+掺杂层6表面还形成一硼硅玻璃层；最后N型晶体硅基体9进行硼扩散后的方阻值为100-180Ω/sqr。
S3：去除N型晶体硅基体9的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部硼硅玻璃层，然后去除N型晶体硅基体9的背表面和边缘绕扩处的P+掺杂层6，只保留N型晶体硅基体9正表面的P+掺杂层6；
S4：在处理后的N型晶体硅基体9的背表面生长一氧化硅遂穿层7，再沉积一掺有磷的非晶硅层，然后进行退火，得到掺杂磷的多晶硅层8；其中，
氧化硅遂穿层7的制作材料为二氧化硅，通过热氧化、HN03氧化、或原子层沉积法在N型晶体硅基体9的背表面生长氧化硅遂穿层7，氧化硅遂穿层7的厚度为0.5-3nm；
使用LPCVD法沉积一层掺有磷的非晶硅层，沉积温度为550-650℃，掺有磷的非晶硅层的厚度为60-150nm；不局限于采用LPCVD的方法沉积掺有磷的非晶硅层，还包括采用PECVD和磁控溅射法在氧化硅遂穿层7上沉积或者溅射一层掺有磷的非晶硅层；
在非晶硅层进行退火，激活磷原子为替位杂质，或者磷扩散掺杂处理，得到掺有磷的多晶硅层8。
S5：在掺杂磷的多晶硅层8上采用PECVD法沉积一SiNx减反射钝化层4，N型晶体硅基体9背表面上的SiNx减反射钝化层4的厚度为70-120nm。
S6：去除N型晶体硅基体9正表面以及边缘绕扩处的掺杂磷的多晶硅层8；
S7：在P+掺杂层6上采用ALD工艺生长1-5nm厚的氧化铝钝化层5，并在氧化铝钝化层5上再沉积一层厚度为60-110nm的SiNx减反射钝化层4，得到蓝膜片；
S8：利用激光在蓝膜片的正表面和背表面上按照设计好的图形进行开槽，凹槽的宽度为5-15μm，凹槽的深度开设至露出N型晶体硅基体9的表面，但不能破坏N型晶体硅基体9的表面，将凹槽的表面清洗干净，去除杂质；然后将开槽后的蓝膜片浸入活性剂中，目的为了激活开槽露出的N型晶体硅基体9的表面。
S9：将蓝膜片从活性剂中取出，在凹槽内部电镀第一金属层1，得到电镀样品；第一金属层1为Ni金属层、Ti金属层或Cr金属层，第一金属层1的厚度为0.1-5μm，宽度为凹槽宽度±3μm，电镀后形成硅镍接触，并能起到阻挡第二金属层2电镀时金属扩散进N型晶体硅基体9的阻挡作用；将电镀样品送入具备惰性气体保护的高温炉中烧结，烧结温度为200-400℃，惰性气体可以选择为氮气、氩气或其他惰性气体，
第一金属层1烧结完成后用去离子水进行清洗，在第一金属层1上电镀第二金属层2，第二金属层2为Cu金属层，第二金属层2的厚度为5-15μm，宽度与第一金属层1一致，为凹槽宽度±3μm，第二金属层2作为电流传输层，为电池的工作提供良好的电流传输环境；
第二金属层2电镀完成后用去离子水进行清洗，在第二金属层2上电镀第三金属层3，第三金属层3为Ag金属层，重量为3-5mg，宽度与第一金属层1和第二金属层2一致，均为凹槽宽度±3μm，第三金属层3能够起到保护第二金属层2免受氧化的作用，同时还能满足焊带焊接的需求。第三金属层3电镀完成后，得到采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池。
上述步骤中，第一金属层1、第二金属层2和第三金属层3采用化学镀或光诱导电镀至凹槽中。
本发明通过对处理后的N型晶体硅基体9的正表面以及背表面进行开槽，然后电镀三层金属层的方案，实现硅和Ni的半导体金属接触，接触电阻率可以达到0.5mΩ·cm2以下，同时第一金属层1有效的阻挡第二金属层2在N型晶体硅基体9中的扩散，新型Topcon电池的正表面在300～600fA/cm-2,背表面在50～250fA/cm-2，在很好的接触了的同时还降低了电池表面的金属复合。
通过电镀第二金属层2，可以达到比丝网印刷更高的高宽比，传统丝网印刷高10um/宽40um，电镀金属高20um/宽15um，大大减少了栅线对电池正面的光遮挡，同时电镀Cu的导电能力比添加了玻璃料和其他成分的银栅线更高。镀Cu的表面镀Ag，满足焊带焊接和保护Cu不受氧化的目的。
下面列举几个具体实施例：
实施例1
S1：选择一个N型晶体硅基体9，N型晶体硅基体9的电阻率为1Ω·cm，厚度范围为160μm；对N型晶体硅基体9的正表面做制绒处理。
S2：对N型晶体硅基体9的背表面粗拋处理后，对N型晶体硅基体9的正表面进行硼扩散处理，硼源采用三氯化硼,扩散温度为1000℃，时间为240min，形成P+掺杂层6，并在所述P+掺杂层6表面还形成一硼硅玻璃层；最后N型晶体硅基体进行硼扩散后的方阻值为120Ω/sqr。
S3：采用清洗刻蚀机去除N型晶体硅基体9的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部硼硅玻璃层，然后去除N型晶体硅基体9的背表面和边缘绕扩处的P+掺杂层6，只保留N型晶体硅基体正表面的P+掺杂层6；
S4：将处理后的N型晶体硅基体9放入原位掺杂设备中，使用PECVD法在N型晶体硅基体9的背表面沉积一氧化硅遂穿层7，再沉积一掺有磷的非晶硅层，850℃进行退火，退火后得到掺杂磷的多晶硅层8，掺杂磷的多晶硅层8的电阻为200Ω/sqr；
氧化硅遂穿层8的制作材料为二氧化硅，通过原子层沉积法在N型晶体硅基体的背表面生长氧化硅遂穿层8，氧化硅遂穿层8的厚度为1nm；
使用PECVD法沉积一层掺有磷的非晶硅层时，沉积温度为600℃，掺有磷的非晶硅层的厚度为120nm。
S5：在掺杂磷的多晶硅层8上采用PECVD法沉积一SiNx减反射钝化层4，N型晶体硅基体9背表面上的SiNx减反射钝化层4的厚度为100nm。
S6：通过清洗去除N型晶体硅基体9正表面以及边缘绕扩处的掺杂磷的多晶硅层8；
S7：在P+掺杂层6上采用ALD工艺生长1nm厚的氧化铝钝化层5，并在氧化铝钝化层5上再沉积一层厚度为80nm的SiNx减反射钝化层4，折射率为2.1，得到蓝膜片；
S8：利用激光在蓝膜片的正表面和背表面上按照设计好的图形进行开槽，凹槽的宽度为15μm，凹槽的深度开设至露出N型晶体硅基体9的表面，但不能破坏N型晶体硅基体9的表面，将凹槽的表面清洗干净，去除杂质；然后将开槽后的蓝膜片浸入活性剂中，目的为了激活开槽露出的N型晶体硅基体9的表面。
S9：将蓝膜片从活性剂中取出，在凹槽内部电镀第一金属层1，得到电镀样品；第一金属层1为Ni金属层，第一金属层1的厚度为0.5μm，宽度为18μm，电镀后形成硅镍接触，并能起到阻挡第二金属层2电镀时金属扩散进N型晶体硅基体9的阻挡作用；将电镀样品送入具备惰性气体保护的高温炉中烧结，烧结温度为300℃，惰性气体可以选择为氮气；
第一金属层1烧结完成后用去离子水进行清洗，在第一金属层1上电镀第二金属层2，第二金属层2为Cu金属层，第二金属层2的厚度为15μm，宽度与第一金属层1一致，为18μm，第二金属层2作为电流传输层，为电池的工作提供良好的电流传输环境；
第二金属层2电镀完成后用去离子水进行清洗，在第二金属层2上电镀第三金属层3，第三金属层3为Ag金属层，厚度为1μm，宽度与第一金属层1和第二金属层2一致，均为18μm，第三金属层3能够起到保护第二金属层2免受氧化的作用，同时还能满足焊带焊接的需求。第三金属层3电镀完成后，得到采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池。
实施例2
S1：选择一个N型晶体硅基体9，N型晶体硅基体9的电阻率为4Ω·cm，厚度范围为180μm；对N型晶体硅基体9的正表面做制绒处理。
S2：对N型晶体硅基体9的背表面粗拋处理后，对N型晶体硅基体9的正表面进行硼扩散处理，硼源采用三溴化硼,扩散温度为1100℃,时间为200min，形成P+掺杂层6，并在所述P+掺杂层6表面还形成一硼硅玻璃层；最后N型晶体硅基体9进行硼扩散后的方阻值为170Ω/sqr。
S3：采用清洗刻蚀机去除N型晶体硅基体9的正表面、背表面以及边缘绕扩处的全部硼硅玻璃层，然后去除N型晶体硅基体9的背表面和边缘绕扩处的P+掺杂层6，只保留N型晶体硅基体正表面的P+掺杂层6；
S4：将处理后的N型晶体硅基体9放入原位掺杂设备中，使用PECVD法在N型晶体硅基体9的背表面沉积一氧化硅遂穿层7，再沉积一掺有磷的非晶硅层，900℃进行退火，退火后得到掺杂磷的多晶硅层8，掺杂磷的多晶硅层8的电阻为180Ω/sqr；
氧化硅遂穿层7的制作材料为二氧化硅，通过热氧化在N型晶体硅基体的背表面生长氧化硅遂穿层7，氧化硅遂穿层7的厚度为2.5nm；
使用LPCVD法沉积一层掺有磷的非晶硅层，沉积温度为650℃，掺有磷的非晶硅层的厚度为140nm。
S5：在掺杂磷的多晶硅层8上采用PECVD法沉积一SiNx减反射钝化层4，N型晶体硅基体9背表面上的SiNx减反射钝化层4的厚度为110nm。
S6：去除N型晶体硅基体9正表面以及边缘绕扩处的掺杂磷的多晶硅层8；
S7：在P+掺杂层6上采用ALD工艺生长4nm厚的氧化铝钝化层5，并在氧化铝钝化层5上再沉积一层厚度为105nm的SiNx减反射钝化层4，得到蓝膜片；
S8：利用激光在蓝膜片的正表面和背表面上按照设计好的图形进行开槽，凹槽的宽度为10μm，凹槽的深度开设至露出N型晶体硅基体9的表面，但不能破坏N型晶体硅基体9的表面，将凹槽的表面清洗干净，去除杂质；然后将开槽后的蓝膜片浸入活性剂中，目的为了激活开槽露出的N型晶体硅基体9的表面。
S9：将蓝膜片从活性剂中取出，在凹槽内部电镀第一金属层1，得到电镀样品；第一金属层1为Ni金属层，第一金属层1的厚度为4μm，宽度为9μm，电镀后形成硅镍接触，并能起到阻挡第二金属层2电镀时金属扩散进N型晶体硅基体9的阻挡作用；将电镀样品送入具备惰性气体保护的高温炉中烧结，烧结温度为400℃，惰性气体可以选择为氩气；
第一金属层1烧结完成后用去离子水进行清洗，在第一金属层1上电镀第二金属层2，第二金属层2为Cu金属层，第二金属层2的厚度为12μm，宽度与第一金属层1一致，为9μm，第二金属层2作为电流传输层，为电池的工作提供良好的电流传输环境；
第二金属层2电镀完成后用去离子水进行清洗，在第二金属层2上电镀第三金属层3，第三金属层3为Ag金属层，厚度为1μm，宽度与第一金属层1和第二金属层2一致，均为9μm，第三金属层3能够起到保护第二金属层2免受氧化的作用，同时还能满足焊带焊接的需求。第三金属层3电镀完成后，得到采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池
上述实施例采用电镀Ni、Cu、Ag的方法替代传统丝网印刷Ag的方法,实现更好的电性能，使得电池达到24％以上的电池转换效率。
Topcon电池双面采用电镀的方法，用廉价的Cu金属代替Ag金属，大大降低了Topcon的非硅成本，使Topcon电池比PERC、HIT等电池更有竞争力。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，包括：
对N型晶体硅基体的正表面做制绒处理；
对所述N型晶体硅基体的正表面进行硼扩散处理，形成P+掺杂层，并在所述P+掺杂层表面还形成一硼硅玻璃层；
去除所述硼硅玻璃层以及所述N型晶体硅基体的背表面和边缘绕扩处的P+掺杂层；
在处理后的所述N型晶体硅基体的背表面生长一氧化硅遂穿层，再沉积一掺有磷的非晶硅层，然后进行退火，得到掺杂磷的多晶硅层；
在所述掺杂磷的多晶硅层上沉积一SiNx减反射钝化层；
去除所述N型晶体硅基体正表面以及边缘绕扩处的所述掺杂磷的多晶硅层；
在所述P+掺杂层上生长氧化铝钝化层，并在所述氧化铝钝化层上再沉积一SiNx减反射钝化层，得到蓝膜片；
在所述蓝膜片的正表面和背表面上开槽，将所述蓝膜片浸入活性剂中；
取出所述蓝膜片，在凹槽内部电镀第一金属层，得到电镀样品，将所述电镀样品送入高温炉中烧结；
烧结完成后进行清洗，在所述第一金属层上电镀第二金属层；
电镀完成后进行清洗，在所述第二金属层上电镀第三金属层，得到采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池。
2.根据权利要求1所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：所述N型晶体硅基体的电阻率为0.5-5Ω·cm，厚度为80-200μm。
3.根据权利要求1所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：对所述N型晶体硅基体的正表面进行硼扩散处理中，硼源采用三溴化硼或者三氯化硼，扩散温度为900-1100℃，扩散时间为120-240min，所述N型晶体硅基体进行硼扩散后的方阻值为100-180Ω/sqr。
4.根据权利要求1所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：在处理后的所述N型晶体硅基体的背表面生长一氧化硅遂穿层过程中，所述氧化硅遂穿层的制作材料为二氧化硅，通过热氧化、HN03氧化或原子层沉积法在所述N型晶体硅基体的背表面生长所述氧化硅遂穿层，其中，所述氧化硅遂穿层的厚度为0.5-3nm。
5.根据权利要求4所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：沉积所述掺有磷的非晶硅层的过程中，采用磁控溅射法、LPCVD法或PECVD法在所述氧化硅遂穿层上沉积所述掺有磷的非晶硅层。
6.根据权利要求5所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：所述掺有磷的非晶硅层的沉积温度为550-650℃，所述掺有磷的非晶硅层的厚度为60-150nm。
7.根据权利要求1所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：在所述掺杂磷的多晶硅层上沉积的所述SiNx减反射钝化层的厚度为70-120nm，在所述氧化铝钝化层上沉积的所述SiNx减反射钝化层的厚度为60-110nm。
8.根据权利要求1所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：在所述蓝膜片开槽步骤中，所述凹槽开设至所述N型晶体硅基体的表面，清洗所述凹槽内部，去除杂质，然后将所述蓝膜片浸入所述活性剂中。
9.根据权利要求8所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：所述第一金属层为Ni金属层、Ti金属层或Cr金属层，厚度为0.1-5μm；将所述电镀样品送入惰性气体保护的高温炉中烧结，烧结温度为200-400℃；
所述第二金属层为Cu金属层，厚度为5-15μm；
所述第三金属层为Ag金属层，重量为3-5mg。
10.根据权利要求9所述的一种采用电镀工艺金属化的新型Topcon电池制备方法，其特征在于：所述第一金属层、第二金属层和第三金属层采用化学镀或光诱导电镀至所述凹槽中；所述第一金属层、第二金属层和第三金属层的宽度为所述凹槽宽度±3μm；将所述电镀样品送入惰性气体保护的高温炉中烧结。
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