CN116130539A - 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法 - Google Patents

一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116130539A
CN116130539A CN202310013883.9A CN202310013883A CN116130539A CN 116130539 A CN116130539 A CN 116130539A CN 202310013883 A CN202310013883 A CN 202310013883A CN 116130539 A CN116130539 A CN 116130539A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous silicon
layer
source
dielectric layer
silicon layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310013883.9A
Other languages
English (en)
Inventor
杜浩江
叶继春
曾俞衡
刘伟
廖明墩
杨阵海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN202310013883.9A priority Critical patent/CN116130539A/zh
Publication of CN116130539A publication Critical patent/CN116130539A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864—Annealing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1872—Recrystallisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法，叠层固态掺杂源结构包括层叠设在的正面掺杂源非晶硅层、正面介质层、晶硅衬底、背面介质层和背面掺杂源非晶硅层。本发明以一种创新的材料体系作为正面源，即利用介质层和掺杂源非晶硅层的叠层结构作为扩散源，可以调节发射极扩散所需的退火温度，尤其是降低硼扩散温度，还可以避免层错缺陷的产生，提升钝化效果；背面采用介质层和微量氮(或碳、氧)掺杂的非晶硅层作为TOPCon结构，可以调节制备温度，相应提高n型TOPCon退火温度，与正面扩散温度相匹配；由此实现通过一步高温退火同时制备发射极和TOPCon结构，减少了太阳能电池的生产步骤。

Description

一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体而言，涉及一种叠层固态掺杂源结构及太阳电池制备方法。
背景技术
隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳能电池是近年来由德国弗兰霍夫太阳能研究所提出的一种新型硅太阳能电池，正面发射极是TOPCon太阳能电池的关键部件之一。
现有技术中，n型TOPCon太阳能电池的正面硼发射极在实际大规模生产中仍存在许多固有缺陷。第一，传统的硼扩散技术通常使用BBr3或BCl3作为扩散源，反应副产物会粘附在石英管上，并在长时间高温退火过程中导致石英管破裂；尽管采用BCl3有助于改善炉门粘结，但它会产生高腐蚀性的副产物，导致石英件的寿命较短，需要每几个月更换一次，造成耗材和劳动力的巨大成本。第二，由于重力效应，液态硼源B2O3难以在大尺寸硅片上形成均匀的发射极。第三，B2O3与硅反应形成富硼层(BRL)，这对器件性能有着严重影响，需要长时间的超过1000℃的高温后氧化处理来去除，而长时间的高温杂质扩散和氧化退火将导致“同心圆”等晶体缺陷。正是由于上述原因，TOPCon太阳能电池大规模生产过程中，发射极制备步骤是成本最高的环节之一，因此亟需开发新的技术来降低生产成本。
为了解决采用BBr3或BCl3作为扩散源的方法所产生问题，现有技术中还提出了采用预沉积硼掺杂氧化物固态掺杂源，进而通过高温退火工艺制备发射极的方案。这种制造硼发射极的新型技术可以解决常规硼扩散工艺的一些问题，然而，这种方法需要沉积和退火的两步工艺来完成硼发射极的制备，并且仍然需要长时间的高温退火工艺来获得合适的硼扩散分布，从而又增加了制造成本，对器件寿命和性能造成不利影响。此外，在发射极形成之后，制造背面TOPCon结构时，还需要进行一次高温处理，也就是说额外的高温工艺仍然是不可避免的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种新的硼掺杂源，以降低发射极制备时的退火温度，以及简化TOPCon太阳能电池的制备工艺，减少生产成本。
为解决上述问题，本发明提供一种基于叠层固态掺杂源的双面源结构及其制备技术，叠层固态掺杂源结构包括层叠设在的正面掺杂源非晶硅层、正面介质层、晶硅衬底、背面介质层和背面掺杂源非晶硅层，所述正面掺杂源非晶硅层为掺硼非晶硅薄膜，所述背面掺杂源非晶硅层为掺磷非晶硅薄膜；之后，通过一次高温退火处理，同时形成正面的发射极、背面的纳米氧化硅/掺杂多晶硅结构。
本发明以一种创新的材料体系作为正面硼源，即利用介质层和掺杂源非晶硅层的叠层结构作为硼扩散源，可以将原有硼扩散所需的氧化退火温度从原来1000℃以上降低至1000℃以下，还可以避免层错缺陷的产生，提升钝化效果；背面采用介质层和重掺杂n型非晶硅层作为TOPCon结构，可以将退火温度从900℃左右提高940℃以上，与正面扩散温度相匹配。
进一步地，所述背面掺杂源非晶硅层的掺杂原子除了磷之外，还包括碳(C)、氮(N)、氧(O)中的一种或多种，掺杂浓度为1E17-1E22 cm-3。重掺杂非晶硅层中掺碳、氮或氧可增强热稳定性，使其可在更高的温度下退火而不造成结构的破坏。
进一步地，所述正面掺杂源非晶硅层的掺杂原子除了硼之外，还包括碳、氮、氧中的一种或多种，掺杂浓度为1E17-1E22 cm-3。
进一步地，所述正面掺杂源非晶硅层的硼掺杂浓度为1E17-5E20cm-3，所述背面掺杂源非晶硅层的磷掺杂浓度为1E19-2E21cm-3。限定掺杂源非晶硅层中硼/磷掺杂浓度，有利于降低扩散所需的退火温度。
进一步地，所述正面介质层选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种，所述背面介质层选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种。正面介质层可以避免非晶硅和多晶硅与衬底的之间接触，从而避免了高温退火时由于非晶硅外延生长导致的层错等晶体缺陷，显著提升发射极钝化效果；另外，正面介质层的存在对发射极方阻及结深的影响极小。进一步地，所述正面掺杂源非晶硅层的厚度为1-100nm，优选为4-20m，便于进行刻蚀；所述正面介质层的厚度为1-5nm，优选厚度2.0-3.0nm；所述背面介质层的厚度为1-5nm，优选厚度1.6-2.0nm；所述背面掺杂源非晶硅层的厚度为10-200nm。限定关键材料的厚度，有利于保证扩散充分以及钝化效果；限定背面介质层厚度，有利于提高退火温度。
本发明还提供一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、在晶硅衬底的正面制备一层正面介质层；
S2、在正面介质层上沉积一层正面掺杂源非晶硅层作为硼源；
S3、在晶硅衬底的背面制备一层背面介质层；
S4、在背面介质层上沉积一层背面掺杂源非晶硅层作为磷源；
S5、进行一步高温退火处理，使晶硅衬底的正面硼扩散形成发射极以及背面的非晶硅晶化；
S6、刻蚀掉晶硅衬底正面的正面掺杂源非晶硅层和正面介质层；
S7、在正面和/或背面沉积钝化层和减反层；
S8、进行正面和背面金属化处理，制得太阳能电池。
本发明太阳能电池的制备方法先连续沉积形成正面和背面源层结构，并通过一步高温退火同时制备发射极和TOPCon结构，将两个原本需要分两次进行的高温处理过程进行结合，最终实现双面镀膜，一次高温退火的制备工艺，可以减少太阳能电池的生产步骤。
进一步地，所述步骤S2和步骤S4中，用CVD或PVD法沉积正面掺杂源非晶硅层和背面掺杂源非晶硅层，可以是PECVD、APCVD、LPCVD等。优选为PECVD，利用PECVD法沉积正面掺杂源非晶硅层和背面掺杂源非晶硅层，硼/磷激活浓度高，可以使退火温度降低；且其沉积反应气体为气体，沉积的均匀性高。
进一步地，所述步骤S4中，高温退火处理温度为800-1100℃，优选温度为800-1000℃。CVD或PVD法沉积正面掺杂源非晶硅层作为硼源，有助于退火温度降低；背面n型TOPCon结构设置高厚度的介质层和微掺氮等多晶硅，有助于提高退火温度，从而可使扩散和结晶在一个高温步骤中实现，缩减工艺步骤。
进一步地，所述步骤S1和步骤S3中，正面介质层和背面介质层的制备方法选自以下一种：高温处理法(如氧化、氮化)、等离子处理法(氧化气体、氮化气体)、湿化学法、或特殊气体处理法(如臭氧)。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用CVD或PVD法沉积正面掺杂源非晶硅层作为硼源层，硼激活浓度高，可以使退火温度降低至1000℃以下；且其沉积反应气体为气体，沉积的均匀性高；由于CVD或PVD法采用的反应物为硅烷、硼烷、氢气、磷烷等，不会产生含溴化物，不会对炉门等部件产生粘结作用，可有效克服传统BBr3或BCl3扩硼方法导致的各种弊端，且存在可连续镀膜、方便维护等优势。
(2)在正面掺杂源非晶硅层与晶硅衬底之间引入一层介质层，可以避免非晶硅与衬底的之间接触，从而避免了高温退火时由于非晶硅外延生长导致的层错等晶体缺陷，显著提升发射极钝化效果；介质层的存在几乎不会影响发射极方阻及结深；介质层的存在还能够调节硼/磷的扩散浓度，这提供了改善发射体钝化及掺杂分布的空间。
(3)背面TOPCon结构采用增厚介质层提升热稳定性，背面掺杂源非晶硅层掺C、N或O可增加其光学带隙，同时增强热稳定性，使其可在更高的温度下退火而不造成结构的破坏，从而可使扩散和结晶在一个高温步骤中实现，缩减工艺步骤。
(4)由于在碱性溶液中SiOx等介质层和多晶硅之间的高选择性蚀刻比率，在大规模生产中可以通过碱性蚀刻完全去除SiOx层上的多晶硅。
(5)本发明将太阳能电池正面扩散与背面TOPCon结构制备和后继高温处理结合在一起，将两边原本不一致的高温处理过程进行统一，最终实现双面镀膜，一次高温退火，减少了太阳能电池制备的工艺步骤，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中叠层固态掺杂源结构的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中另一叠层固态掺杂源结构的结构示意图。
图3为本发明具体实施方式中TOPCon太阳能电池的结构图。
图4为本发明具体实施方式中太阳能电池的制备方法的流程示意图。
附图标记说明：
1-晶硅衬底，2-正面介质层，3-正面掺杂源非晶硅层，4-背面介质层，5-背面掺杂源非晶硅层，6-发射极，7-背面重掺杂多晶硅层，8-钝化层，9-减反层，10-金属电极，11-背电极。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本发明的实施方法和典型参数，而不用于限定本发明所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本发明权利要求的保护范围内。
需要说明的是，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。
本发明的具体实施方式提供一种叠层固态掺杂源结构，其结构如图1所示，包括从正面至背面依次层叠设置的正面掺杂源非晶硅层3、正面介质层2、晶硅衬底1、背面介质层4和背面掺杂源非晶硅层5，晶硅衬底1为n型，正面掺杂源非晶硅层3为掺硼非晶硅薄膜，背面掺杂源非晶硅层5为掺磷非晶硅薄膜。上述结构利用正面介质层和掺杂源非晶硅层的叠层结构作为硼扩散源，可以降低扩散所需的退火温度，还可以避免层错缺陷的产生，提升钝化效果；背面采用介质层和掺杂源非晶硅层作为TOPCon结构，可提高退火温度，与正面扩散温度相匹配。
上述基于叠层固态掺杂源的双面源结构适用于不同表面形貌的硅片，包括绒面、碱抛光面、酸抛光面等，双面绒面结构如图2所示，包括从正面至背面依次层叠设置的正面掺杂源非晶硅层3、正面介质层2、晶硅衬底1、背面介质层4和背面掺杂源非晶硅层5。
在具体实施例中，正面掺杂源非晶硅层的硼掺杂浓度为1E19-1E21cm-3，厚度为1-100nm；背面掺杂源非晶硅层5的磷掺杂浓度为1E19-2E21cm-3，厚度为10-200nm。
优选地，背面掺杂源非晶硅层5的掺杂原子除了磷之外，包括碳、氮、氧中的一种或多种，掺杂浓度为1E17-1E22 cm-3，C、N或O掺杂可增强非晶硅热稳定性，使其可在更高的温度下退火而不造成结构的破坏。
在具体实施例中，正面介质层2选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种，优选为氧化硅薄膜，厚度为1-5nm。正面介质层2可以避免非晶硅和多晶硅与衬底的之间接触，从而避免了高温退火时由于非晶硅外延生长导致的层错等晶体缺陷，显著提升发射极钝化效果；另外，正面介质层2的存在对发射极方阻及结深的影响极小；正面介质层2的存在还能够调节硼的扩散浓度，这提供了改善发射体钝化及掺杂分布的空间。
在具体实施例中，背面介质层4选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种，优选为氧化硅薄膜，厚度为1-5nm。背面介质层4可以提高TOPCon结构的热稳定性，使其可在更高的温度下退火而不造成结构的破坏，从而可使扩散和结晶在一个高温步骤中实现，缩减工艺步骤。
本发明的具体实施方式还提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，TOPCon太阳能电池结构如图3所示，包括晶硅衬底1，晶硅衬底1正面具有扩散层作为发射极6，发射极6上依次设置钝化层8和减反层9，减反层9上设置金属电极10；晶硅衬底1正面依次设置背面介质层4和背面重掺杂多晶硅层7，背面掺杂源非晶硅层5上设置背电极11。
结合图4所示，上述太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1、在晶硅衬底1的正面制备一层正面介质层2，正面介质层2为氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜等，制备方法选自PECVD、LPCVD、湿化学法、高温氧化法、等离子体辅助氧化法、等离子体辅助原子层沉积法等任意一种。
S2、在正面介质层2上沉积一层正面掺杂源非晶硅层3作为硼源，正面掺杂源非晶硅层3的制备方法采用CVD或PVD法，优选为PECVD，，硼激活浓度高，可以使退火温度降低至1000℃以下，且其沉积反应气体为气体，沉积的均匀性高。
S3、在晶硅衬底1的背面制备一层背面介质层4，背面介质层4为氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜等，制备方法选自PECVD、LPCVD、湿化学法、高温氧化法、等离子体辅助氧化法、等离子体辅助原子层沉积法等任意一种。
S4、在背面介质层4上沉积一层背面掺杂源非晶硅层5，背面掺杂源非晶硅层5的制备方法采用CVD或PVD法，优选为PECVD，背面掺杂源非晶硅层5掺杂C、N或O，可增加其光学带隙，同时增强热稳定性。
S5、进行一步高温退火处理，使晶硅衬底1的正面硼扩散形成发射极6以及背面的非晶硅晶化，高温退火处理温度为800-1100℃，优选温度为800-1000℃，时间为10-200min。扩散和结晶在一个高温步骤中实现，缩减工艺步骤。
S6、刻蚀掉晶硅衬底1正面的掺杂源非晶硅层3和正面介质层2，刻蚀溶液选自HF、HNO3、NH4F、KOH、NaOH中的一种。
S7、在发射极6上沉积钝化层8和减反层9，钝化层8优选为氧化铝薄膜，制备方法优选为ALD，减反层9优选为氮化硅薄膜，制备方法优选为PECVD。
S8、进行正面和背面金属化处理，形成正面金属电极10和背电极11，电极制备方法选自热蒸发沉积、电子束沉积、丝网印刷等。
上述制备方法先通过连续沉积形成正面和背面源层结构，再通过一步高温退火同时制备发射极和TOPCon结构，将两个原本不一致的高温处理过程进行结合，最终实现双面镀膜，一次高温退火的制备工艺，减少了太阳能电池制备的工艺步骤，提高了生产效率。
以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面制绒，RCA清洗。
随后将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面和背面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行960℃高温退火处理120min，形成pn结。
采用HF体系溶液对硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面发射极钝化片。
实施例2
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面制绒，RCA清洗。
随后将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面和背面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行980℃高温退火处理120min，形成pn结。
采用HF体系溶液对硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面发射极钝化片。
对比例1
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面制绒，RCA清洗。
利用管式PECVD在硅片两面沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行960℃高温退火处理120min，形成pn结。
采用HF体系溶液对硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面发射极钝化片。
对比例2
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面制绒，RCA清洗。
利用管式PECVD在硅片两面沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行980℃高温退火处理120min，形成pn结。
采用HF体系溶液对硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面发射极钝化片。
测试实施例1-2和对比例1-2钝化片的发射极方阻、结深、电流密度(J0,s)及少子寿命，结果如下表1所示。结果表明，在掺硼非晶硅层于晶硅衬底之间设置一层氧化硅薄膜，可以降低发射极方阻，增加结深和少子寿命，有利于提高电池效率。
表1发射极钝化片的关键参数
参数 方阻 结深 <![CDATA[J<sub>0,s</sub>]]> 少子寿命
实施例1 152Ohm/Sq 0.58μm <![CDATA[23fA/cm<sup>2</sup>]]> 713.45μs
实施例2 89Ohm/Sq 0.78μm <![CDATA[32fA/cm<sup>2</sup>]]> 524.65μs
对比例1 703Ohm/Sq 0.28μm <![CDATA[29fA/cm<sup>2</sup>]]> 459.02μs
对比例2 161Ohm/Sq 0.58μm <![CDATA[60fA/cm<sup>2</sup>]]> 330.30μs
实施例3
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面碱抛，RCA清洗。
利用管式PECVD在硅片两面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的氮掺杂的掺磷非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行960℃高温退火处理120min，晶化及掺杂剂扩散。
随后采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面TOPCon钝化片。
对比例3
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，双面碱抛，RCA清洗。
利用管式PECVD在硅片两面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的掺磷非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片两面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
进行960℃高温退火处理120min，晶化及掺杂剂扩散。
随后采用氧化铝和氮化硅对表面进行钝化处理，得到双面TOPCon钝化片。
测试实施例3和对比例3钝化片的隐含开路电压(iV℃)、电流密度(J0,s)及少子寿命，结果如下表2所示。结果表明，在掺磷非晶硅层中掺杂氮原子，可以提高TOPCon结构钝化效果，有利于提高电池效率。
表2双面TOPCon钝化片的钝化参数
测试参数 <![CDATA[iV<sub>℃</sub>]]> <![CDATA[J<sub>0,s</sub>]]> 少子寿命
实施例3 746mV <![CDATA[3fA/cm<sup>2</sup>]]> 5501.6μs
对比例3 700mV <![CDATA[29fA/cm<sup>2</sup>]]> 785.2μs
实施例4
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，正面制绒，背面碱抛，RCA清洗。
将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片正面的氧化硅薄膜上沉积10nm的掺硼非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片背面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的氮掺杂的掺磷非晶硅层。
进行920-980℃高温退火处理10-200min，同时形成硼发射极和背面的TOPCon结构。
使用HF/HNO3将正面硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理，得到准TOPCon太阳能电池片。
测试其钝化效果，准TOPCon太阳能电池片iV℃为715-730mV，少子寿命为1000-3000μs。
实施例5
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，正面制绒，背面碱抛，RCA清洗。
将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片正面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片背面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的氮掺杂的掺磷非晶硅层。
进行920℃高温退火处理120min，同时形成硼发射极和背面的TOPCon结构。
使用HF/HNO3将正面硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理。
利用电子束沉积制备正面细栅，热蒸发沉积正面宽栅，背面热蒸发银电极，制得TOPCon太阳能电池。
实施例6
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，正面制绒，背面碱抛，RCA清洗。
将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片正面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片背面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的氮掺杂的掺磷非晶硅层。
进行960℃高温退火处理120min，同时形成硼发射极和背面的TOPCon结构。
使用HF/HNO3将正面硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理。
利用电子束沉积制备正面细栅，热蒸发沉积正面宽栅，背面热蒸发银电极，制得TOPCon太阳能电池。
实施例7
取n型硅片为晶硅衬底，清洗，正面制绒，背面碱抛，RCA清洗。
将硅片置于110℃硝酸处理10min，在硅片正面生长约1.5nm的氧化硅薄膜。
利用管式PECVD在硅片正面的氧化硅薄膜上沉积5nm的掺硼非晶硅层。
利用管式PECVD在硅片背面沉积1.5nm的笑气氧化硅和30nm的氮掺杂的掺磷非晶硅层。
进行980℃高温退火处理120min，同时形成硼发射极和背面的TOPCon结构。
使用HF/HNO3将正面硼源层进行选择性刻蚀。
刻蚀完成后，采用氧化铝和氮化硅对正面进行钝化处理。
利用电子束沉积制备正面细栅，热蒸发沉积正面宽栅，背面热蒸发银电极，制得TOPCon太阳能电池。
测试实施例5-7的n型TOPCon太阳能电池的开路电压(V℃)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和转换效率(PCE)，结果如下表3所示。结果表明，上述方法制备的TOPCon太阳能电池具有很好的性能，转换效率达到24％左右。
表3TOPCon太阳能电池的关键参数
Figure BDA0004038658340000121
Figure BDA0004038658340000131
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种叠层固态掺杂源结构，其特征在于，包括层叠设在的正面掺杂源非晶硅层、正面介质层、晶硅衬底、背面介质层和背面掺杂源非晶硅层，所述正面掺杂源非晶硅层为掺硼非晶硅薄膜，所述背面掺杂源非晶硅层为掺磷非晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的叠层固态掺杂源结构，其特征在于，所述背面掺杂源非晶硅层的掺杂原子除了磷之外，还包括碳、氮、氧中的一种或多种，掺杂浓度为1E17-1E22 cm-3。
3.根据权利要求1所述的叠层固态掺杂源结构，其特征在于，所述正面掺杂源非晶硅层的掺杂原子除了硼之外，还包括碳、氮、氧中的一种或多种，掺杂浓度为1E17-1E22 cm-3。
4.根据权利要求1所述的叠层固态掺杂源结构，其特征在于，所述正面掺杂源非晶硅层的硼掺杂浓度为1E19-1E21cm-3，所述背面掺杂源非晶硅层的磷掺杂浓度为1E19-2E21cm-3。
5.根据权利要求1所述的叠层固态掺杂源结构，其特征在于，所述正面介质层选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种，所述背面介质层选自氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜中的任意一种。
6.根据权利要求1-5任一所述的叠层固态掺杂源结构，其特征在于，所述正面掺杂源非晶硅层的厚度为1-100nm，所述正面介质层的厚度为1-5nm，所述背面介质层的厚度为1-5nm，所述背面掺杂源非晶硅层的厚度为10-200nm。
7.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在晶硅衬底的正面制备一层正面介质层；
S2、在正面介质层上沉积一层正面掺杂源非晶硅层作为硼源；
S3、在晶硅衬底的背面制备一层背面介质层；
S4、在背面介质层上沉积一层背面掺杂源非晶硅层作为磷源；
S5、进行一步高温退火处理，使晶硅衬底的正面硼扩散形成发射极以及背面的非晶硅晶化；
S6、刻蚀掉晶硅衬底正面的正面掺杂源非晶硅层和正面介质层；
S7、在正面和/或背面沉积钝化层和减反层；
S8、进行正面和背面金属化处理，制得太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S4中，用CVD或PVD法沉积正面掺杂源非晶硅层和背面掺杂源非晶硅层。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，高温退火处理温度为800-1100℃。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S3中，正面介质层和背面介质层的制备方法选自以下一种：高温处理法、等离子处理法、湿化学法、特殊气体处理法。
CN202310013883.9A 2023-01-05 2023-01-05 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法 Pending CN116130539A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310013883.9A CN116130539A (zh) 2023-01-05 2023-01-05 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310013883.9A CN116130539A (zh) 2023-01-05 2023-01-05 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116130539A true CN116130539A (zh) 2023-05-16

Family

ID=86298710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310013883.9A Pending CN116130539A (zh) 2023-01-05 2023-01-05 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116130539A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2022331906B2 (en) TOPCon cell, method for manufacturing the same, and electrical device
CN111029438B (zh) 一种n型钝化接触太阳能电池的制备方法
CN108963005B (zh) 一种新型复合结构全背面异质结太阳电池及制备方法
CN109273557B (zh) 一种太阳能电池用硅片的处理方法
US20240145610A1 (en) Tunnel oxide layer, n-type bifacial crystalline silicon solar cell and method for manufacturing same
CN112542521A (zh) 一种p型背面定域掺杂电池及制备方法
CN112071954A (zh) 一种钝化接触结构及其太阳能电池的制备方法
WO2024066884A1 (zh) 太阳电池及其制备方法
CN114335237B (zh) 一种晶体硅太阳能电池的制备方法及晶体硅太阳能电池
CN113604791A (zh) 一种基于BCl3气体的LPCVD硼掺杂非晶硅水平镀膜方法及应用
WO2023092977A1 (zh) 制备隧穿氧化层和非晶硅薄膜的方法及TOPCon电池
CN116247123A (zh) P型背面隧穿氧化钝化接触太阳能电池的制备方法
CN110767772B (zh) 局域接触钝化太阳电池的制备方法
CN117133834A (zh) 一种联合钝化背接触电池的短流程制备方法及其应用
CN115692545A (zh) 一种提升PECVD路线N型TOPCon电池多晶硅活性磷掺杂浓度的方法
CN111261751A (zh) 一种单面非晶硅的沉积方法
CN114267753A (zh) 一种TOPCon太阳能电池及其制备方法、光伏组件
CN114023636A (zh) 一种硼扩SE结构的高效N型TOPCon电池制作方法
CN117457777A (zh) 一种太阳能电池及其制备方法与应用
CN116666479B (zh) 一种双面发电的高效选择性发射极晶硅电池及其制备方法
CN112071953A (zh) 一种板式设备制备钝化接触太阳能电池的方法及装置
CN116130539A (zh) 一种叠层固态掺杂源结构及太阳能电池制备方法
CN114823969A (zh) 一种提升钝化接触结构性能的低温氢等离子体辅助退火方法和TOPCon太阳能电池
CN113193082A (zh) 一种TOPCon太阳能电池的制备方法
CN116207170A (zh) 一种叠层固态掺杂源结构及p型TOPCon太阳能电池的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination