CN115621333B - 双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于背接触太阳能电池技术领域，具体涉及双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池及其制备方法，包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层、第二半导体层，在硅片正面设置的钝化层，第一半导体层包括第一隧穿氧化硅层和第一掺杂多晶硅层，钝化层包括第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层，第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3‑8倍；硅片背面具有第一磷掺杂扩散区，硅片正面为制绒面且具有第二磷掺杂扩散区，第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1‑6：1。本发明能大幅降低生产成本，简化工艺流程；且该电池结构能兼顾较优异的钝化能力，同时提升电池光电转换效率，提高生产良率。

Description

双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于背接触太阳能电池技术领域，具体涉及双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前背接触异质结太阳能电池工艺流程一般为：S101、提供单面制绒、单面抛光结构的硅片；S102、硅片背面依次镀第一半导体层及第一掩膜层，第一半导体层包含本征非晶或微晶硅层及N型掺杂非晶或微晶硅层；S103、在硅片背面激光或蚀刻开口，去除第一掩膜层及部分第一半导体层，形成第二半导体区开口；S104、硅片清洗，去除第二半导体区内的第一半导体层；S105、硅片背面形成第二半导体层，所述第二半导体层采用PECVD或Hot-wire方式形成，第二半导体层包含本征非晶或微晶硅层及P型掺杂非晶或微晶硅层；S106、正面依次形成正面钝化层及减反层，所述正面钝化层及减反层采用PECVD或Hot-wire方式形成，所述正面钝化层包含本征非晶硅层及N型掺杂非晶或微晶硅层，所述减反层为氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种；S107、硅片背面激光或蚀刻开口，形成与第二半导体区交替排列的第一半导体区；S108、硅片清洗，去除第一半导体区内的第一掩膜层；S109、硅片背面沉积导电膜；S110、通过激光或蚀刻的方式，在第一半导体区与第二半导体区之间形成绝缘槽；S111、在硅片第一半导体区与第二半导体区上形成金属电极。
由上可知，目前背接触异质结太阳能电池背面的第一半导体层与电池正面的钝化层为本征非晶硅层与N型掺杂的非晶/微晶硅层。然而，目前本征非晶硅层与N型掺杂的非晶/微晶硅层一般采用板式PECVD镀膜分别形成，无法双面同时沉积完成，因此第一半导体层与电池正面的钝化层需要用到两套板式PECVD设备，然而板式PECVD设备非常昂贵，且正、背面分开镀膜进一步增加了设备成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的常规背接触异质结太阳能电池的第一半导体层和正面钝化层需要分别镀膜导致增加设备成本的缺陷，提供双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池及其制备方法，该背接触太阳能电池可使得同时双面沉积第一半导体层与钝化层，可以大幅降低生产成本（包括缩短生产周期，降低材料成本，降低设备成本），简化工艺流程；且该电池结构能兼顾较优异的钝化能力，同时提升电池光电转换效率，提高生产良率。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池，包括具有正面和背面的硅片，在所述硅片背面设置的第一半导体层、第二半导体层，在所述硅片正面设置的钝化层，所述第一半导体层包括由内向外依次设置的第一隧穿氧化硅层和第一掺杂多晶硅层，所述钝化层包括由内向外依次设置的第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3-8倍；所述硅片背面具有第一磷掺杂扩散区，所述硅片正面为制绒面且具有第二磷掺杂扩散区，所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1-6：1。
在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的面掺杂指数与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数的比值为0.2-5 :1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值。
在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度各自独立地为1e19-4e20 cm-3。
在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-200nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为15-50nm。
在一些优选实施方式中，所述第一隧穿氧化硅层、第二隧穿氧化硅层的厚度各自独立地为1-3nm。
在一些优选实施方式中，所述第二半导体层包括由内向外依次设置的非晶硅钝化层、掺杂晶硅层。
更优选地，所述掺杂晶硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层。
更优选地，所述非晶硅钝化层的厚度为3-15nm，所述掺杂晶硅层的厚度为4-30nm。
在一些优选实施方式中，所述硅片为N型硅片或P型硅片，所述第一掺杂多晶硅层、第二掺杂多晶硅层均为N型掺杂，所述掺杂晶硅层为P型掺杂。
在一些优选实施方式中，所述硅片背面具有第一半导体层与硅片直接接触的第一区域，第二半导体层与硅片直接接触的第二区域，以及在第一区域和第二区域之间的过渡区域，且在所述过渡区域中包括由内向外依次分布的第一半导体层、第二半导体层以及在所述第一半导体层和第二半导体层之间设置或不设置的掩膜层。
在一些优选实施方式中，所述第一区域的宽度为0.1-0.3mm，所述第二区域的宽度为0.3-0.6mm，所述掩膜层的厚度为30-80nm。
在一些优选实施方式中，所述背接触太阳能电池还包括：
在所述钝化层上设置的减反层；
在所述硅片背面设置的导电膜层，其位于所述第一区域、第二区域、过渡区域的表面，且在位于过渡区域的部分导电膜层上开设有绝缘槽；
以及在第一区域和第二区域上分别设置的金属电极，金属电极位于所述导电膜层的表面。
更优选地，所述减反层在制绒面上的厚度为60-85nm，导电膜层的厚度为30-120nm。
更优选地，所述绝缘槽的宽度为20-120μm。
第二方面，本发明提供第一方面所述的背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S101、提供背面抛光、正面制绒清洗后的硅片；
S102、在所述硅片的背面、正面同时形成相应的隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层。
其中在形成隧穿氧化硅层之后，形成掺杂多晶硅层的过程包括：
先在背面和正面相应的隧穿氧化硅层表面同时沉积未掺杂的本征非晶硅层；
然后在背面用原位掺杂的方式镀磷掺杂膜层，所述磷掺杂膜层为多晶硅膜层或非晶硅膜层；
再进行磷扩散，在磷扩散过程中保持硅片正面和背面均处于暴露状态，以保证正面和背面同时进行磷扩散过程、同时形成磷硅玻璃层；
之后去除磷硅玻璃层。
更优选地，控制所述本征非晶硅层与磷掺杂膜层的厚度之和为所述本征非晶硅层厚度的3-8倍。
在一些优选实施方式中，所述本征非晶硅层的沉积采用LPCVD的方式，所述镀磷掺杂膜层采用PECVD的方式。
优选地，所述磷掺杂膜层中磷的掺杂浓度在1e19-4e20 cm-3。
在一些优选实施方式中，所述磷扩散的条件包括：先进入预沉积的第一阶段，第一阶段中通入包括三氯氧磷、氮气和氧气中至少一种，通过化学反应形成磷单质和PSG层，第一阶段的反应温度为750-850℃，反应时间为5-180min；然后进入升温磷扩散的第二阶段，第二阶段在有氧的氛围中进行，在升温推进磷扩散的同时，在PSG层和本征硅晶层之间形成非掺杂氧化层，第二阶段的温度为800-900℃，时间为10-300min。
在一些更优选的实施方式中，所述制备方法还包括：在S102中，采用激光SE的方式，对背面形成的磷硅玻璃层中处于N型发射极的部分区域进行激光掺杂，以进一步提高有效掺杂量和扩散深度；然后再进行所述去除磷硅玻璃层。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：
S103、在S102所得硅片背面形成掩膜层，在硅片正面形成减反层；
S104、在S103所得硅片背面进行第一刻蚀开口，形成间隔分布的第二半导体开口区Wp，之后清洗以在Wp内裸露硅片；
S105、在S104所得硅片背面沉积第二半导体层；
S106、在S105所得硅片背面进行第二刻蚀开口，形成与第二半导体开口区Wp间隔排列的第一半导体开口区Wn，Wp与Wn之间形成过渡区域Wg；之后清洗以裸露掺杂多晶硅层；
S107、在S106所得硅片背面沉积导电膜层；
S108、在S107所得硅片背面的位于过渡区域Wg的部分导电膜层上进行第三刻蚀开口，形成绝缘槽Wi；
S109、在S108所得硅片背面的第二半导体开口区Wp、第一半导体开口区Wn的表面分别形成金属电极。
更优选地，所述第一刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于100ns。
更优选地，所述第二刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于50ns。
有益效果：
本发明通过前述特定的结构，尤其是双面叠加隧穿氧化硅钝化配合适宜厚度的第一掺杂多晶硅层、第二掺杂多晶硅层，以及硅片的正面、背面均具有相应的磷掺杂扩散区，能够保证正面、背面同时获得较优异的钝化能力，同时提升电池光电转换效率，提高生产良率；且该结构可双面同时沉积第一半导体层和钝化层，从而可大幅降低生产成本，简化工艺流程。其中，电池正面的第二掺杂多晶硅层厚度相对适宜薄，能够减少正面的寄生光学吸收损失；电池背面的第一掺杂多晶硅层相对适宜厚，能够提供较强的横向导电性，有利于电子收集及横向传导，同时对制备方法中激光开口的耐受性显著提升；而且正面形成了较薄多晶窗口层，背面形成了较厚传导层，满足器件要求。其中，电池的正面、背面均具有相应的磷掺杂扩散区且其深度比适宜，能够减少背面发射极的接触电阻和增大正面的光电流，利于提高转化效率。而在相同条件下，若相应掺杂多晶硅层的厚度比过高，相应的磷掺杂扩散区的深度比过大，会造成正面的FSF电场不够或者背面的死区扩大，导致钝化能力下降；若相应掺杂多晶硅层的厚度比过低，相应的磷掺杂扩散区的深度比过小，会造成背面发射极和电极之间的接触电阻不佳，导致电池的填充因子较低。
本发明不仅减少了设备投资，还保留了分别优化的工艺调节窗口，有良好的可生产性；能平衡光电转换效率、生产成本和生产良率均处于较高水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明双面叠加隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明的制备方法的一种实施方式的工艺流程图。
附图标记说明
10、硅片，11a、第一隧穿氧化硅层，11b、第一掺杂多晶硅层，12a、第二隧穿氧化硅层，12b、第二掺杂多晶硅层，13、掩膜层，14、减反层，15、非晶硅钝化层，16、掺杂晶硅层，17、导电膜层，18n、第一金属电极，18p、第二金属电极。
具体实施方式
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图和实际应用中所示的方位理解，“内、外”是指部件的轮廓的内、外。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。其中，术语“可选的”、“任选的”均是指可以包括，也可以不包括（或可以有，也可以没有）。
本发明中，以靠近硅片的方向为内，以远离硅片的方向为外。
第一方面，本发明提供了双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池，包括具有正面和背面的硅片，在所述硅片背面设置的第一半导体层、第二半导体层，在所述硅片正面设置的钝化层，所述第一半导体层包括由内向外依次设置的第一隧穿氧化硅层和第一掺杂多晶硅层，所述钝化层包括由内向外依次设置的第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3-8倍；所述硅片背面具有第一磷掺杂扩散区，所述硅片正面为制绒面且具有第二磷掺杂扩散区，所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1-6：1。
本发明采用相应的隧穿氧化硅层与相应的掺杂多晶硅层作为第一半导体层及正面钝化层，第一半导体层及正面钝化层可双面同时沉积完成（如可以采用湿法或管式炉），从而可以大幅降低设备成本，简化工艺流程。而常规背接触异质结太阳能电池的第一半导体层及正面钝化层为为本征非晶硅层与N型掺杂的非晶/微晶硅层，其一般采用板式PECVD单面分开沉积，需要两套板式PECVD设备，且板式PECVD设备成本一般为管式炉设备成本的数倍。
本发明中，应当理解的是，由于所述硅片正面为制绒面，故所述硅片正面上的各层厚度或深度均可以基于平面厚度转换为制绒面上的厚度，其为本领域的常规技术，在此不再赘述。
所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1-6：1，具体例如可以为1：1、1.4：1、1.5：1、1.6：1、2：1、3：1、4：1、5：1、6：1等。在一些优选实施方式中，所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1.5-5：1。该优选方案下，更利于提高转化效率，同时兼顾平衡生产成本和生产良率。
所述第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3-8倍，具体例如可以为3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8等。优选地，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3-5倍。该优选方案下，更利于提高转化效率，同时兼顾平衡生产成本和生产良率。
在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的面掺杂指数与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数的比值为0.2-5 :1，例如可以为0.2:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5 :1等，优选1-5 :1。其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值。在本发明的优选方案下，能够尽量增强背面发射极的导电性同时尽量减少正面的红外吸收，更利于提高电池的转化效率，兼顾提高生产良率，同时降低生产成本。
本发明的第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度及厚度只要能够满足前述面掺杂指数之比即可。例如，在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度各自独立地为1e19-4e20 cm-3。在一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-200nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为15-50nm。
在一些优选实施方式中，所述第一隧穿氧化硅层、第二隧穿氧化硅层的厚度各自独立地为1-3nm。
本发明第二半导体层可以为常规的结构，例如在一些实施方式中，所述第二半导体层包括由内向外依次设置的非晶硅钝化层、掺杂晶硅层。
更优选地，所述掺杂晶硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层。
更优选地，所述非晶硅钝化层的厚度为3-15nm，所述掺杂晶硅层的厚度为4-30nm。
在一些优选实施方式中，所述硅片为N型硅片或P型硅片，所述第一掺杂多晶硅层、第二掺杂多晶硅层均为N型掺杂，所述掺杂晶硅层为P型掺杂。
本发明中，硅片可以为直拉单晶硅片或铸造单晶硅片。
本发明的背接触太阳能电池中第一半导体层和第二半导体层可以按照现有的结构进行排布；例如在一些优选实施方式中，所述硅片背面具有第一半导体层与硅片直接接触的第一区域，第二半导体层与硅片直接接触的第二区域，以及在第一区域和第二区域之间的过渡区域，且在所述过渡区域中包括由内向外依次分布的第一半导体层、第二半导体层以及在所述第一半导体层和第二半导体层之间设置或不设置的掩膜层。可以理解的是，在所述第一半导体层和第二半导体层之间不设置掩膜层时，所述第一半导体层和第二半导体层直接接触。
在一些优选实施方式中，所述第一区域的宽度为0.1-0.3mm，所述第二区域的宽度为0.3-0.6mm。
优选地，所述掩膜层的厚度为30-80nm。
本发明的背接触太阳能电池中还可以包括其他所需的现有膜层。例如在一些优选实施方式中，所述背接触太阳能电池还包括：
在所述钝化层上设置的减反层；
在所述硅片背面设置的导电膜层，其位于所述第一区域、第二区域、过渡区域的表面，且在位于过渡区域的部分导电膜层上开设有绝缘槽；
以及在第一区域和第二区域上分别设置的金属电极，金属电极位于所述导电膜层的表面。
更优选地，所述减反层在制绒面上的厚度为60-85nm，导电膜层的厚度为30-120nm。
本发明中，优选地，所述掩膜层、减反层各自独立地选自氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种。
优选地，所述导电膜层的材料可以是掺杂氧化锡、氧化钛、氧化锌或氧化镓的氧化铟薄膜，或者是掺杂氧化铝、氧化镓或氧化硼的氧化锌薄膜。
更优选地，所述绝缘槽的宽度为20-120μm。
第二方面，本发明提供第一方面所述的背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S101、提供背面抛光、正面制绒清洗后的硅片；
S102、在所述硅片的背面、正面同时形成相应的隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层。可以理解的是，S102中，在硅片正面形成第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层，同时在硅片背面形成第一隧穿氧化硅层和第一掺杂多晶硅层。
所述形成隧穿氧化硅层可以采用湿法或干法的方式，所述湿法包含臭氧氧化法、硝酸氧化法、臭氧水氧化法等，所述干法包含热氧化法、PECVD原位氧化法等。
本发明中在形成隧穿氧化硅层之后，形成掺杂多晶硅层的过程包括：
先在背面和正面相应的隧穿氧化硅层表面同时沉积未掺杂的本征非晶硅层；
然后在背面用原位掺杂的方式镀磷掺杂膜层，所述磷掺杂膜层为多晶硅膜层或非晶硅膜层；
再进行磷扩散，在磷扩散过程中保持硅片正面和背面均处于暴露状态，以保证正面和背面同时进行磷扩散过程、同时形成磷硅玻璃层；
之后去除磷硅玻璃层。
可以理解的是，在所述磷扩散过程中，扩散深度会延伸进入硅片的正面和背面，从而形成前述的背面第一磷掺杂扩散区和正面第二磷掺杂扩散区。
本发明通过控制所述本征非晶硅层与磷掺杂膜层的厚度，来控制第一掺杂多晶硅层的厚度与第二掺杂多晶硅层的厚度及其比值。更优选地，控制所述本征非晶硅层与磷掺杂膜层的厚度之和为所述本征非晶硅层厚度的3-8倍。
在本发明的上述形成掺杂多晶硅层的过程中，正面的本征非晶硅层经磷扩散后，形成正面的掺杂多晶硅层；背面的本征非晶硅层经镀磷掺杂膜层、磷扩散后，磷扩散后的本征非晶硅层、磷掺杂膜层共同形成背面的掺杂多晶硅层，形成的磷硅玻璃层后续去除。
本发明中，正面上第二掺杂多晶硅层的掺杂量以及正面第二磷掺杂扩散区的深度由所述的磷扩散步骤来调节控制，例如可以调节磷扩散的温度。背面上第一掺杂多晶硅层的掺杂量以及背面第一磷掺杂扩散区的深度由所述的磷扩散步骤和镀磷掺杂膜层共同配合控制，例如调节磷扩散的温度，调节磷掺杂膜层的磷掺杂浓度。
在一些更优选的实施方式中，所述制备方法还包括：在S102中，采用激光SE的方式，对背面形成的磷硅玻璃层中处于N型发射极的部分区域进行激光掺杂，以进一步提高有效掺杂量和扩散深度；然后再进行所述去除磷硅玻璃层。该优选方案下，能够实现单独调控正面和背面的磷扩散深度，背面配合采用激光SE工艺，更利于保证在第一掺杂多晶硅层的外表面上有较高的峰值有效掺杂浓度，以配合调控背面上第一掺杂多晶硅层的掺杂量以及背面第一磷掺杂扩散区的深度，同时建立稳定有效的欧姆接触，即保证背面有良好的接触电阻。
在一些优选实施方式中，所述本征非晶硅层的沉积采用LPCVD的方式，所述镀磷掺杂膜层采用PECVD的方式。
优选地，所述磷掺杂膜层中磷的掺杂浓度在1e19-4e20 cm-3。
其中，保持硅片正面和背面均处于暴露状态是指硅片不采用常规的叠片放置或背靠背放置，而是将硅片正面和背面均暴露在环境气氛中，以保证正面和背面同时进行磷扩散过程、同时形成磷硅玻璃层。所述保持硅片正面和背面均处于暴露状态的方式例如可以为将硅片间隔放置。
在一些优选实施方式中，所述磷扩散的条件包括：先进入预沉积的第一阶段，第一阶段中通入包括三氯氧磷、氮气和氧气中至少一种，通过化学反应形成磷单质和PSG层，第一阶段的反应温度为750-850℃，反应时间为5-180min；然后进入升温磷扩散的第二阶段，第二阶段在有氧的氛围中进行，在升温推进磷扩散的同时，在PSG层和本征硅晶层之间形成非掺杂氧化层，第二阶段的温度为800-900℃，时间为10-300min。所述磷扩散可以在高温磷扩散炉中进行。
在一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S103、在S102所得硅片背面形成掩膜层，在硅片正面形成减反层。
S103中，所述形成掩膜层例如可以采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术或低压化学气相沉积（LPCVD）的方法。
在第一种优选实施方式中，所述制备方法还包括：
S104、在S103所得硅片背面进行第一刻蚀开口，形成间隔分布的第二半导体开口区Wp，之后清洗以在Wp内裸露硅片；此处清洗用于将第二半导体开口区Wp内的隧穿氧化硅层、掺杂多晶硅层、掩膜层都清洗干净；
S105、在S104所得硅片背面沉积第二半导体层；
S106、在S105所得硅片背面进行第二刻蚀开口，形成与第二半导体开口区Wp间隔排列的第一半导体开口区Wn，Wp与Wn之间形成过渡区域Wg；之后清洗以裸露掺杂多晶硅层；此处清洗用于将第一半导体开口区Wn内的掩膜层、第二半导体层都清洗干净；
S107、在S106所得硅片背面沉积导电膜层；
S108、在S107所得硅片背面的位于过渡区域Wg的部分导电膜层上进行第三刻蚀开口，形成绝缘槽Wi；
S109、在S108所得硅片背面的第二半导体开口区Wp、第一半导体开口区Wn的表面分别形成金属电极。该优选方案下，在过渡区域的第一半导体层与第二半导体层之间形成掩膜层。
在第二种优选实施方式中，在过渡区域的第一半导体层与第二半导体层直接接触，其制备方法与第一种优选实施方式的不同之处在于：在S104步骤的清洗中去除掩膜层。所述去除掩膜层例如可以用含氟离子的酸性溶液实现去除。
本发明所述第一刻蚀开口、第二刻蚀开口、第三刻蚀开口可以各自独立地采用激光或掩膜腐蚀的方式。
更优选地，所述第一刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于100ns。
更优选地，所述第二刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于50ns。
优选地，在S104中还包括：用碱液腐蚀的方式，平滑第二半导体开口区Wp暴露的硅片表面，同时进行相应的硅片清洁，为下一步形成第二半导体层做准备。
S105中沉积第二半导体层可以采用PECVD技术。
S107中沉积导电膜层可以采用物理气相沉积技术（PVD）或活化等离子体沉积技术（RPD）。
在S108的第三刻蚀开口之后，第一半导体开口区、第二半导体开口区分别形成的第一半导体与第二半导体之间的电阻大于10KΩ。
S109中形成金属电极例如可以采用丝网印刷或电镀技术。可以理解的是，所述金属电极包括第一金属电极、第二金属电极，第一金属电极、第二金属电极分别与第一半导体开口区、第二半导体开口区相对应。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细阐述。
实施例1
如图1所示，双面隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池，包括具有正面和背面的硅片10，在所述硅片10背面设置的第一半导体层、第二半导体层，在所述硅片10正面设置的钝化层，所述第一半导体层包括由内向外依次设置的第一隧穿氧化硅层11a和第一掺杂多晶硅层11b，所述钝化层包括由内向外依次设置的第二隧穿氧化硅层12a和第二掺杂多晶硅层12b，所述第一掺杂多晶硅层11b的厚度为第二掺杂多晶硅层12b厚度的5倍；所述硅片10背面具有第一磷掺杂扩散区，所述硅片10正面为制绒面且具有第二磷掺杂扩散区，所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1.6：1。所述第一掺杂多晶硅层11b的面掺杂指数与第二掺杂多晶硅层12b的面掺杂指数的比值为1:1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值。第二掺杂多晶硅层12b的有效掺杂浓度为1e19 cm-3，厚度为20nm。所述第一隧穿氧化硅层11a、第二隧穿氧化硅层12a的厚度均为2nm。
且如图2所示，其制备方法如下：
S101、提供背面抛光、正面制绒清洗后的硅片10，所述硅片10为N型直拉单晶硅片。
S102、在硅片10正面、背面同时形成隧穿氧化硅层、N型掺杂多晶硅层。所述隧穿氧化硅层采用湿法方式形成，所述湿法为臭氧氧化法。其中，在双面形成隧穿氧化硅层之后，形成N型掺杂多晶硅层的过程包括：先在正面背面的隧穿氧化硅层表面采用LPCVD同时沉积未掺杂的本征非晶硅层（为本征非晶/多晶硅混合态），本征非晶硅层厚度为30nm；然后采用PECVD方式在硅片10的背面用原位掺杂的方式镀磷掺杂多晶硅，其中磷的掺杂浓度在1e19cm-3，其磷掺杂多晶硅的厚度在120nm。完成上述镀膜工艺后，硅片10放入高温磷扩散炉进行磷扩散，磷扩散的条件包括：先进入预沉积的第一阶段，第一阶段中通入三氯氧磷、氮气和氧气，通过化学反应形成磷单质和PSG层，第一阶段的反应温度为770℃，反应时间为10min；然后进入升温磷扩散的第二阶段，第二阶段在有氧的氛围中进行，在升温推进磷扩散的同时，在PSG层和本征硅晶层之间形成非掺杂氧化层，第二阶段的温度为830℃，时间为20min。硅片10在此磷扩散步骤中，不可采用常规的叠片放置，采用等间隔放置，以保证双面都有相同的PSG玻璃层（磷硅玻璃层）形成，同时进行磷扩散过程。之后去除上述步骤中产生的PSG玻璃层。
S103、在所得硅片10背面采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在硅片10背面形成掩膜层13，硅片10正面形成减反层14，所述掩膜层13、减反层14均为氮化硅，其中掩膜层13厚度为30nm，减反层14厚度为在制绒面上的厚度为60nm。
S104、采用激光的方式，在硅片10背面进行第一刻蚀开口，形成第二半导体开口区Wp，之后清洗以在Wp内裸露硅片10。所述第二半导体开口区Wp宽度为0.3mm，刻蚀清洗后第二半导体开口区Wp内的第一半导体层、掩膜层13都被清洗干净。其采用激光开口的方式，所述激光为紫外激光，脉冲宽度为10ns。用碱液腐蚀的方式，平滑第二半导体开口区暴露的硅片10表面，同时进行相应的硅片10清洁，为下一步第二半导体层的镀膜做准备。
S105、采用PECVD技术，在硅片10背面沉积第二半导体层，第二半导体层包含非晶硅钝化层15、掺杂晶硅层16（P型掺杂非晶硅层），非晶硅钝化层15厚度为6nm，掺杂晶硅层16厚度为6nm。
S106、采用激光刻蚀的方式，在硅片10背面进行第二刻蚀开口，形成与第二半导体开口区Wp间隔排列的第一半导体开口区Wn，Wp与Wn之间形成过渡区域Wg，之后清洗以裸露第一半导体层。所述第一半导体开口区Wn宽度为0.2mm，刻蚀清洗后第一半导体开口区Wn内的掩膜层13、第二半导体层都被清洗干净。其采用激光开口的方式，所述激光为紫外激光，脉冲宽度为5ns。
S107、采用物理气相沉积技术（PVD）在硅片10背面沉积透明导电膜层17，导电膜层17厚度为50nm，导电膜层17的材料是氧化镓掺杂的氧化铟薄膜。
S108、采用激光方式，在硅片10背面的过渡区域Wg表面的部分导电膜层17上进行第三刻蚀开口，形成第一半导体与第二半导体之间的绝缘槽Wi。所述Wi宽度为50μm，刻蚀后第一半导体与第二半导体之间的电阻大于10KΩ。
S109、采用丝网印刷技术，在硅片10背面第一半导体开口区Wn表面形成第一金属电极18n，第二半导体开口区Wp表面形成第二金属电极18p。
实施例2
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一掺杂多晶硅层的厚度，其满足第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的8倍；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶硅的厚度为210nm。
实施例3
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第二掺杂多晶硅层的厚度，其满足第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3.4倍；其相对应的调节工艺为：在S102中调节本征非晶硅层的厚度为50nm。
实施例4
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一磷掺杂扩散区的深度，其满足第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为6：1；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶层的有效掺杂浓度为3e20 cm-3。
实施例5
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一磷掺杂扩散区的深度，其满足第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1：1；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶层的有效掺杂浓度为1e19cm-3。
实施例6
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度，使得第一掺杂多晶硅层的面掺杂指数与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数的比值为0.2:1；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶层的有效掺杂浓度满足上述面掺杂指数的比值。
对比例1
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一掺杂多晶硅层的厚度，其满足第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的10倍；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶硅的厚度270nm。
对比例2
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第二掺杂多晶硅层的厚度，其满足第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的1.8倍；其相对应的调节工艺为：在S102中调节本征非晶硅层的厚度为150nm。
对比例3
参照实施例1的方法进行，不同的是，改变第一磷掺杂扩散区的深度，其满足第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为10：1；其相对应的调节工艺为：在S102中调节磷掺杂多晶层的有效掺杂浓度为3e20 cm-3，同比减少本征非晶硅层和磷掺杂多晶硅的厚度为20nm和80nm，同时磷扩散温度从830℃降为815℃。
对比例4
参照实施例1的方法进行，不同的是，将其硅片正面的钝化层中的隧穿氧化硅层替换为本征非晶硅层，厚度不变；相应地，S102中采用背靠背方式，只是在背面形成多晶层，在S102后需要通过硅片的蚀刻去除正面绕镀，同时需要第二次高成本清洁，为正面的非晶硅镀膜做准备。
对比例5
参照实施例1的方法进行，不同的是，将其硅片正面的钝化层中的隧穿氧化硅层、硅片背面第一半导体层中的隧穿氧化硅层均替换为本征非晶硅层，厚度不变；其相对应的调节工艺为：在S102中摒弃LPCVD或PECVD制备掺杂多晶硅膜，同时不能经历高温步骤，在背面制备低温非晶硅镀膜（包含本征非晶硅层和N型掺杂非晶或微晶膜层，然后是激光或蚀刻开孔，在掩膜层的保护下经过制绒二次清洗步骤为后续的正面PECVD镀膜做准备。
测试例
将上述实施例和对比例得到的电池的电池转换效率进行测试，并对该批次的材料成本、生产良率进行测量，并记录工艺周期，其结果如表1所示。
表1
实施例编号 工艺周期（ H ） 材料成本（元 / 片） 电池转换效率（ % ） 生产良率（ % ）
实施例 1 10-15 1.2 25.1% 99%
实施例 2 13-18 1.25 25.0% 99%
实施例 3 12-16 1.21 24.7% 99%
实施例 4 12-17 1.23 24.95% 99%
实施例 5 9-13 1.18 25.0% 97%
实施例 6 10-14 1.19 25.0% 98%
对比例 1 15-19 1.31 24.9% 97%
对比例 2 10-15 1.2 24.2% 97%
对比例 3 9-13 1.18 24.7% 96%
对比例 4 12-16 1.35 25.8% 99%
对比例 5 9-13 1.5 25.9% 95%
通过上述实施例和对比例以及表1可知，本发明的实施例所得电池较对比例5的传统HBC电池、对比例4的联合钝化电池以及对比例1-3的电池，制造成本较低，生产良率更高，同时兼顾较高的电池转换效率，非常适合背接触电池的大规模推广。
进一步的，通过实施例1和实施例2-6可以看出，采用本发明优选层结构和优选磷掺杂扩散情况的实施例1方案，其能够进一步平衡生产成本和发电效率，同时兼顾更优的生产良率，更利于背接触电池的规模量产。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种双面叠加隧穿氧化硅钝化的背接触太阳能电池，包括具有正面和背面的硅片，在所述硅片背面设置的第一半导体层、第二半导体层，在所述硅片正面设置的钝化层，其特征在于，所述第一半导体层包括由内向外依次设置的第一隧穿氧化硅层和第一掺杂多晶硅层，所述钝化层包括由内向外依次设置的第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为第二掺杂多晶硅层厚度的3-8倍；所述硅片背面具有第一磷掺杂扩散区，所述硅片正面为制绒面且具有第二磷掺杂扩散区，所述第一磷掺杂扩散区和第二磷掺杂扩散区的深度之比为1-6：1；
所述第一隧穿氧化硅层、第一掺杂多晶硅层、第二隧穿氧化硅层和第二掺杂多晶硅层通过以下方法形成：在所述硅片的背面、正面同时依次形成相应的隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层；其中在形成隧穿氧化硅层之后，形成掺杂多晶硅层的过程包括：
先在背面和正面相应的隧穿氧化硅层表面同时沉积未掺杂的本征非晶硅层；
然后在背面用原位掺杂的方式镀磷掺杂膜层；
再进行磷扩散，在磷扩散过程中保持硅片正面和背面均处于暴露状态；
之后去除磷硅玻璃层。
2.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶硅层的面掺杂指数与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数的比值为0.2-5 :1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值。
3.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度各自独立地为1e19-4e20 cm-3，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为50-200nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为15-50nm；
和/或，所述第一隧穿氧化硅层、第二隧穿氧化硅层的厚度各自独立地为1-3nm。
4.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述第二半导体层包括由内向外依次设置的非晶硅钝化层、掺杂晶硅层；
其中，所述掺杂晶硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层；和/或，所述非晶硅钝化层的厚度为3-15nm，所述掺杂晶硅层的厚度为4-30nm。
5.根据权利要求4所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述硅片为N型硅片或P型硅片，所述第一掺杂多晶硅层、第二掺杂多晶硅层均为N型掺杂，所述掺杂晶硅层为P型掺杂。
6.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述硅片背面具有第一半导体层与硅片直接接触的第一区域，第二半导体层与硅片直接接触的第二区域，以及在第一区域和第二区域之间的过渡区域，且在所述过渡区域中包括由内向外依次分布的第一半导体层、第二半导体层以及在所述第一半导体层和第二半导体层之间设置或不设置的掩膜层。
7.根据权利要求6所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述第一区域的宽度为0.1-0.3mm，所述第二区域的宽度为0.3-0.6mm，所述掩膜层的厚度为30-80nm。
8.根据权利要求6所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述背接触太阳能电池还包括：
在所述钝化层上设置的减反层；
在所述硅片背面设置的导电膜层，其位于所述第一区域、第二区域、过渡区域的表面，且在位于过渡区域的部分导电膜层上开设有绝缘槽；
以及在第一区域和第二区域上分别设置的金属电极，金属电极位于所述导电膜层的表面；
其中，所述减反层在制绒面上的厚度为60-85nm，导电膜层的厚度为30-120nm，绝缘槽的宽度为20-120μm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、提供背面抛光、正面制绒清洗后的硅片；
S102、在所述硅片的背面、正面同时依次形成相应的隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层，其中在形成隧穿氧化硅层之后，形成掺杂多晶硅层的过程包括：
先在背面和正面相应的隧穿氧化硅层表面同时沉积未掺杂的本征非晶硅层；
然后在背面用原位掺杂的方式镀磷掺杂膜层，所述磷掺杂膜层为多晶硅膜层或非晶硅膜层；
再进行磷扩散，在磷扩散过程中保持硅片正面和背面均处于暴露状态，以保证正面和背面同时进行磷扩散过程、同时形成磷硅玻璃层；
之后去除磷硅玻璃层；
其中，控制所述本征非晶硅层与磷掺杂膜层的厚度之和为所述本征非晶硅层厚度的3-8倍。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述本征非晶硅层的沉积采用LPCVD的方式，所述镀磷掺杂膜层采用PECVD的方式，所述磷掺杂膜层中磷的掺杂浓度在1e19-4e20 cm-3；所述磷扩散的条件包括：先进入预沉积的第一阶段，第一阶段中通入包括三氯氧磷、氮气和氧气中至少一种，通过化学反应形成磷单质和PSG层，第一阶段的反应温度为750-850℃，反应时间为5-180min；然后进入升温磷扩散的第二阶段，第二阶段在有氧的氛围中进行，在升温推进磷扩散的同时，在PSG层和本征硅晶层之间形成非掺杂氧化层，第二阶段的温度为800-900℃，时间为10-300min；
和/或，所述制备方法还包括：在S102中，采用激光SE的方式，对背面形成的磷硅玻璃层中处于N型发射极的部分区域进行激光掺杂，以进一步提高有效掺杂量和扩散深度；然后再进行所述去除磷硅玻璃层。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
S103、在S102所得硅片背面形成掩膜层，在硅片正面形成减反层；
S104、在S103所得硅片背面进行第一刻蚀开口，形成间隔分布的第二半导体开口区Wp，之后清洗以在Wp内裸露硅片；
S105、在S104所得硅片背面沉积第二半导体层；
S106、在S105所得硅片背面进行第二刻蚀开口，形成与第二半导体开口区Wp间隔排列的第一半导体开口区Wn，Wp与Wn之间形成过渡区域Wg；之后清洗以裸露掺杂多晶硅层；
S107、在S106所得硅片背面沉积导电膜层；
S108、在S107所得硅片背面的位于过渡区域Wg的部分导电膜层上进行第三刻蚀开口，形成绝缘槽Wi；
S109、在S108所得硅片背面的第二半导体开口区Wp、第一半导体开口区Wn的表面分别形成金属电极。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述第一刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于100ns；
所述第二刻蚀开口采用激光开口的方式，所述激光为紫外或绿光激光，激光的脉冲宽度小于50ns。
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