CN116314358A - 一种TOPCon电池及制备方法 - Google Patents

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CN116314358A CN202310246027.8A CN202310246027A CN116314358A CN 116314358 A CN116314358 A CN 116314358A CN 202310246027 A CN202310246027 A CN 202310246027A CN 116314358 A CN116314358 A CN 116314358A
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Abstract

本申请公开了一种TOPCon电池，包括硅基层，所述硅基层的一侧依次包括层叠设置的钝化层和光吸收层；所述钝化层为能够对硅基层起到保护和绝缘作用的层；所述光吸收层为能够提高硅基对阳光利用率的层；所述光吸收层包括渐变层，所述渐变层为对光的折射率呈渐变的层。采用低折射率的氮氧化硅减反层作为表层膜结构，可以有效的降低反射率，提高短波响应，有效的提高短路电流。

Description

一种TOPCon电池及制备方法
技术领域
本申请涉及晶硅太阳能电池生产制造技术领域，尤其涉及一种TOPCon电池及制备方法。
背景技术
随着光伏产业的进一步发展，市场上发射极钝化和背面接触(PassivatedEmitterand Rear Contact，PERC)电池与隧穿氧化层钝化接触(Tunnel OxidePassivatedContact，TOPCon)市占率逐步升高，提升转化效率是主要方向。
TOPCon正面电池为化学键钝化，其中氮化硅中含有高密度的固定正电荷，减弱阳离子的富集；但是背面为界面钝化，其中三氧化二铝的接触面具有较高的固定负电荷，背面阳离子容易富集，形成P+---P场效应减弱了钝化效果，从而导致电池片的填充因子、开路电压、短路电流降低，电池组件功率衰减。PID效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减，使得电池组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流减少，减少太阳能电站的输出功率，减少发电量，减少太阳能发电站的电站收益。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本申请提供了一种TOPCon电池及制备方法。
本申请具体技术方案如下：
1.一种TOPCon电池，其中，包括硅基层，所述硅基层的一侧依次包括层叠设置的钝化层和光吸收层；所述钝化层为能够对硅基层起到保护和绝缘作用的层；所述光吸收层为能够提高硅基对阳光利用率的层；
所述光吸收层包括渐变层，所述渐变层为对光的折射率呈渐变的层。
优选的，所述渐变层对光的折射率的渐变范围为1-3.5；优选折射率渐变范围为1.9-2.2；
进一步优选，所述渐变层为在背离硅基层的方向上，所述渐变层的折射率逐渐减小。
2.根据项1所述的电池，在硅基层的两侧分别设置有渐变层，优选在硅基层的两侧分别设置有一层渐变层。
3.根据项1或2所述的电池，所述渐变层包括氮化硅层。
4.根据项3所述的电池，所述氮化硅层通过设置不同比例的SiN4和NH3沉积形成。
5.根据项5所述的电池，所述SiN4和NH3的比例的变化范围为1:4-1:15。
6.根据项1-5中任一项所述的电池，在所述光吸收层还包括能够减少阳光反射的减反层。
7.根据项6所述的电池，所述减反层设置在渐变层背离硅基层的一侧。
8.根据项6或7所述的电池，所述减反层为氮氧化硅减反层。
9.根据项1-8中任一项所述的电池，所述钝化层包括氧化铝层。
10.根据项9所述的电池，在硅基层的两侧分别设置有氧化铝层，优选在硅基层的两侧分别设置有一层氧化铝层。
11.根据项9或10所述的电池，所述氧化铝层采用ALD(原子层沉积)方式进行沉积形成。
12.根据项1-11中任一项所述的电池，所述钝化层还包括二氧化硅层。
13.根据权利要12所述的电池，在硅基层的两侧分别设置有二氧化硅层，优选在硅基层的两侧分别设置有一层二氧化硅层。
14.根据项13所述的电池，所述二氧化硅层采用PEVCD法通过通入SiH4与N2O沉淀形成。
15.根据项1-14中任一项所述的电池，所述钝化层还包括氮氧化硅钝化层。
16.根据项15所述的电池，所述氮氧化硅钝化层采用PECVD法通过通入SiH4、N2O和NH3沉积形成。
17.根据项1-16中任一项所述的电池，在所述硅基层的一侧设置有遂穿层。
18.根据项17所述的电池，所述遂穿层沉积厚度为2.0-2.5nm。
19.根据项17或18所述的电池，所述遂穿层采用PECVD的方式沉积形成。
20.根据项17-19中任一项所述的电池，沉积后的遂穿层采用管式退货炉进行晶化。
21.根据项1-20中任一项所述的电池，在所述硅基层的一侧设置有多晶硅层。
22.根据项21所述的电池，所述多晶硅包括本征多晶硅层。
23.根据项22所述的电池，所述本征多晶硅层厚度为30-60nm。
24.根据项22或23所述的电池，所述本征多晶硅层采用PECVD法通过通入SiH4和H2沉积形成。
25.根据项22-24中任一项所述的电池，沉积后的本征多晶硅层采用管式退货炉进行晶化。
26.根据项1-25中任一项所述的电池，所述多晶硅层还包括磷掺杂多晶硅层。
27.根据项21-26中任一项所述的电池，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为80-120nm；优选为90-110nm；进一步优选为90nm。
28.根据项27所述的电池，所述磷掺杂多晶硅层采用PECVD法通过通入PH3、SiH4和H2沉积形成。
29.根据项28所述的电池，所述磷掺杂多晶硅层沉积时，通入PH3和SiH4的体积比为0.5-10；优选为1-8，进一步优选为1.5-6。
30.根据项26-29中任一项所述的电池，沉积后的磷掺杂多晶硅层采用管式退火炉进行晶化。
31.根据项1-30中任一项所述的电池，所述硅基层的一侧依次包括层叠设置的氧化铝层、二氧化硅层、氮氧化硅钝化层、氮化硅层和氮氧化硅减反层。
32.根据项1-31中任一项所述的电池，所述硅基层的一侧依次包括层叠设置的遂穿层、本征多晶硅层、磷掺杂多晶硅层、氧化铝层、二氧化硅层和氮化硅层。
33.一种TOPCon电池的制备方法，其中，包括如下步骤：
选择硅片为基底，对硅片进行制绒和硼扩处理，并将硅片其中一个表面和边缘进行抛光；
在硅片被抛光的表面上通过通入不同比例的SiH4、PH3、H2进行沉积得到沉积基层，并对沉积基层进行晶化处理；
对硅片的两侧进行钝化处理；
在硅片硼扩的表面上沉积非晶硅层；
其中，非晶硅层包括折射率渐变层，优选的，所述渐变层对光的折射率的渐变范围为1.9-2.2。
34.根据项33所述的方法，所述折射率渐变层为氮化硅层。
35.根据项34所述的方法，所述氮化硅层在制备时，使用PECVD法通过通入不同比例的SiH4和NH3沉积形成。
36.根据项35所述的电池，所述氮化硅层在制备时所通入的SiH4:NH3为1:4-1:15；优选SiH4:NH3为1:4-1:8。
37.根据项35所述的电池，在硅片表面沉积非晶硅层时，还包括以下步骤：
使用PECVD法通过通入SiH4与N2O沉积形成二氧化硅层；
使用PECVD法通过通入SiH4、N2O、NH3沉积形成氮氧化硅钝化层；
使用PECVD法通过通入SiH4、N2O、NH3沉积形成氮氧化硅减反层。
38.根据项33所述的方法，所述沉积基层的制备方法包括：a)采用PECVD的方式在硅片的此表面上形成遂穿层基层；b)采用PECVD的方式并通入SiH4、H2沉积形成本征多晶硅层基层；c)采用PECVD的方式并通入SiH4、PH3、H2沉积形成磷掺杂多晶硅层基层。
39.根据项38所述的方法，在采用PECVD法沉积遂穿层基层时的厚度为2.0-2.5nm。
40.根据项38所述的方法，在采用PECVD法沉积本征多晶硅层基层时的厚度为30-60nm。
41.根据项38所述的方法，采用PECVD的方式通入SiH4、PH3、H2沉积形成磷掺杂多晶硅层基层时所通入的PH3:SiH4的体积比范围为0.5-10；优选为1-8，进一步优选为1.5-6。
42.根据项38所述的方法，所述沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为40-120nm；
优选沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为40-100nm；
进一步优选沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为50-90nm。
43.根据项38所述的电池，所述对沉积基层进行晶化处理包括：将沉积基层后的硅片推入炉管中，使用氮气对硅片进行吹扫，并进行升温；使遂穿层基层、本征多晶硅层基层和磷掺杂多晶硅层基层进行晶化得到遂穿层、本征多晶硅层和磷掺杂多晶硅层。
44.根据项43所述的方法，晶化过程中，控制温度在870-1050℃，时间为30-70分钟；而后降温至800℃后推出炉管。
45.根据项44所述的方法，在硅片晶化后，使用酸性清洗溶液去除沉积时绕镀到硅片表面的氧化层以及退火过程中生成的氧化层，并将硅片转入碱槽中去除掺杂的多晶硅绕镀层。
46.根据项45所述的方法，所述酸性清洗溶液为链式氢氟酸溶液。
47.根据项33所述的方法，对硅片进行钝化处理，采用单槽单片单插片方式将硅片推入到ALD管式炉中；向管炉中通入TMA(三甲基铝)和H2O进行沉积，形成氧化铝层。
48.根据项33所述的方法，在硅片背离非晶硅膜的表面上沉积光吸收层。
49.根据项48所述的方法，所述光吸收层的沉积包括采用PECVD法进行沉积：
a)通过通入SiH4与N2O沉积形成二氧化硅层；
b)通过通入不同比例SiH4和NH3沉积形成折射率渐变的氮化硅层。
有益效果
本申请的TOPCon电池，正面多膜层的非晶硅膜可以增加对光的吸收增加波长响应；多膜层结构增强背面界面钝化效果，使得表面缺陷减少，提升了少子寿命，可以有效的提高电池效率；氧化硅及氮氧化硅含有大量的硅，膜层间致密性明显的改善，更可抵御表面聚集态，可以强化钝化效果，防止湿气进入；可有有效控制场效应作用，阻止PID的产生。正面与背面的多膜层结构因其膜本身的电荷作用可以在膜层之间形成不同的电场。采用低折射率的氮氧化硅减反层作为表层膜结构，可以有效的降低反射率，提高短波响应，有效的提高短路电流。
附图说明
图1是本申请中电池的示意图；
图2是本申请中电池具体结构示意图。
图中，1、氮氧化硅减反层；2、氮化硅层；3、氮氧化硅钝化层；4、二氧化硅层；5、氧化铝层；6、硅基层；7、遂穿层；8、本征多晶硅层；9、磷掺杂多晶硅层；13、电极；14、钝化层；15、光吸收层。
具体实施方式
下面对本申请做以详细说明。虽然显示了本申请的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然而所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
参考图1，本申请提供了一种TOPCon电池。包括硅基层6，所述硅基层6的一侧依次包括层叠设置的钝化层14和光吸收层15；所述钝化层14为能够对硅基层6起到保护和绝缘作用的层；所述光吸收层15为能够提高硅基对阳光利用率的层；
所述光吸收层15包括渐变层，所述渐变层为对光的折射率呈渐变的层。
在本领域中，定义在硅基层6上形成PN结的一侧为正面；硅基层6的另一面则为背面。
优选的，所述渐变层对光的折射率的渐变范围为1-3.5；优选折射率渐变范围为1.9-2.2。
进一步优选，所述渐变层为在背离硅基层6的方向上，所述渐变层的折射率逐渐减小。
所述渐变层为在背离硅基层6的方向上，所述渐变层的折射率为自2.2逐渐减小到1.9。
参考图1，所述TOPCon电池通过在硅基层6的一侧层叠设置渐变层，使得光在照射到TOPCon电池上之后，由于渐变层对光的折射率呈现为存在区别的渐变层，因此阳光会在渐变层中经过层层折射，通过减少相邻层之间折射率的差异，减少阳光反射，进而使得阳光可以充分照射到硅基层6上，以达到提高阳光使用效率的目的。同时，由于渐变层对光的折射率呈渐变状，因此阳光在照射到硅基层6上之后被反射的部分阳光，会在经过渐变层时，被渐变层再次反射，进而使被硅基层6所反射的阳光再次照射到硅基层6上，以此往复，减少阳光由于反射造成的浪费，提高硅基层6对阳光的使用率。
所述折射率渐变层在同一方向上，对光的折射率为从3.5到1逐渐减小。
优选的，在远离硅基层6的方向上，所述渐变层为折射率从2.2逐渐减小到1.9的层。
所述渐变层也可以是多层结构，即：所述渐变层包括有两层或三层以上的折射层(图中未示出)，所述渐变层的折射率为1-3.5，优选的，所述折射层的折射率为1.9-2.2，具体的，靠近硅基层6的折射层的折射率为2.2，在远离硅基层6的方向上相邻折射层的折射率逐渐减小，位于最外层的折射层的折射率为1.9。
在一个具体实施方式中，所述渐变层包含有三层整体折射率呈渐变的折射层，所述渐变层自靠近到远离硅基层6依次为第一折射层、第二折射层和第三折射层。其中，第一折射层为厚度20nm、折射率2.2-2.3的层；第二折射层为厚度30nm、折射率为2.0-2.2；第三折射层为厚度30nm、折射率1.8-2.0的层。
在本领域中，所述渐变层的折射率可能会存在一些误差，本领域技术人员应当理解所述渐变层的折射率变化范围为1.9±20％至2.2±20％，即只要保证渐变层的折射率的变化即可，并不严格要求折射率的最小值为1.9，最大值为2.2。
在硅基层6的两侧分别设置有渐变层，优选在硅基层6的两侧分别设置有一层渐变层。
所述渐变层既可以在硅基层6的一侧设置，也可以在硅基层6的两侧均设置有。所述渐变层在硅基层6的两层既可以设置有一层，也可以在硅基层6上设置有多层，优选渐变层在硅基层6的两层分别设置有一层。
当渐变层分别在硅基层6正面和背面均设置有一层时，所述渐变层的折射率为沿着远离硅基层的方向上折射率逐渐减小。
当渐变层在硅基层的两侧设置有多层时，所述渐变层的每层均为折射率逐渐增加或减小。在远离硅基层的方向上，所述每层硅基层的折射率为逐渐减小。在背离硅基层的方向上，所述多层渐变层整体的折射率同样为逐渐减小。
参考图2，所述渐变层包括氮化硅层2。
所述渐变层既可以是氮化硅层2也可以是其他可以对光的折射率发生改变的材料制作的层。
所述氮化硅层2通过设置不同比例的SiN4/NH3沉积形成。
所述氮化硅层2的结构式为SiNx，其中x的数值为变值，因此所述渐变层虽然均是为氮化硅所组成，但是根据氮化硅中氮的含量不同，进而导致的渐变层中对光的折射率呈现改变的状态。因此可以通过在制备氮化硅层2时通过不同比例的SiN4和NH3来使得氮化硅层2中氮的含量呈现改变状态，进而实现淡化过层可以对光的折射率为渐变或处于改变状态。
在本申请中，对层结构的折射率的判定可以通过计算沉积层中分子量的个数与含量进行确定，也可以通过制备或沉积单层结构后进行测量，或者可以是本领域中常规的对层结构折射率进行测量或确定的方式。
所述氮化硅层2的厚度为65-75nm。
具体的，所述氮化硅层2的厚度为65nm、66nm、67nm、68nm、69nm、70nm、71nm、72nm、73nm、74nm、75nm。
优选的，所述SiN4:NH3的比例的变化范围为1:4-1:15。
具体的，所述SiN4:NH3的比例可以为：1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15。
参考图2，在一个具体实施方式中，在沉积渐变层时，通过改变通入设备中的SiN4和NH3的比例，进而使得沉积的渐变层中氮元素和硅元素的比例，进而使得渐变层的折射率发生改变。
在一个具体的实施方式中，在通入SiN4和NH3时，SiN4和NH3的比例为逐渐变大，进而使得氮化硅中氮元素的含量增多。
参考图2，在所述光吸收层15还包括能够减少阳光反射的减反层。
所述光吸收层15用于提高电池对阳光的吸收利用效率，使阳光照射到电池上之后，阳光能够被硅基层6充分利用。还可以减少阳光的浪费；即减少阳光在照射到电池上之后的反射量，使阳光能够更加充分的照射到硅基层6上。
所述减反层的主要功能是减少或消除阳光在照射到电池表面上之后的反射，进而增加硅基层6对阳光的利用率。
所述减反层既可以设置在硅基层6与渐变层之间，减少经过渐变层之后的阳光的反射。也可以将减反层设置在渐变层背离硅基层6的一侧，用于减少直接照射到减反层上的阳光。
所述减反层可以为一层，也可以是多层进行层叠。
优选的，所述减反层在渐变层背离硅基层6的一侧设置有一层。
所述减反层能够减少照射到电池上的阳光的反射，提高电池能够吸收的阳光能量。进而提高硅基层6的太阳能转化率。
参考图2，所述减反层为氮氧化硅减反层1。
氮氧化硅是介于氮化硅与二氧化硅之间的一种物质，其电学性能和光学性能也介于两者之间，通过控制氮氧化硅的组成成分可以使氮氧化硅减反层1的折射率进行调整。
氮氧化硅减反层1不仅仅兼备减少阳光反射的作用，同时还具有一定的钝化效果。进而使得氮氧化硅减反层1能够提高硅基层6对太阳能的吸收效率，同时也能够对硅基层6起到一定的钝化作用，进一步提高硅基层6的使用寿命。
所述氮氧化硅减反层1的厚度为10-20nm。
具体的，所述氮氧化硅减反层1的厚度为：10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。
参考图2，所述钝化层14包括氧化铝层5。
表面复合通常是指半导体非平衡载流子通过表面态发生复合的过程。即半导体少数载流子在表面消失。所述钝化层14便用于降低硅基层6的表面复合速率，提高硅基层6的使用寿命。
参考图2，氧化铝在沉积形成薄膜的过程中，薄膜中会有大量的氢存在，进而能够对硅基层6表面形成化学钝化效果。另外，氧化铝所形成的薄膜层与硅基层6之间的接触面上具有较高的固定负电荷，可以通过屏蔽硅基层6表面的少数载流子，进而具有良好的场钝化特性。进而降低硅基层6表面复合速率，提高硅基层6和电池的使用寿命。
在硅基层6的两侧分别设置有氧化铝层5，优选在硅基层6的两侧分别设置有一层氧化铝层5。
所述氧化铝层5既可以在硅基层6的一侧可以设置有多层，也可以在硅基层6的两侧设置有多层，能够起到加强对硅基层6的钝化效果。也可以仅在硅基层6的一侧设置有一层，将氧化铝层5设置在硅基层6表面复合速率较高的一侧，用于降低硅基层6在此面的表面复合速率，进而使得硅基层6两侧的使用寿命保持接近状态。
位于硅基层6正面的氧化铝层5的厚度为3-6nm。位于硅基层6背面的氧化铝层5的厚度为3-6nm。
具体的，所述氧化铝层的厚度为：3nm、4nm、5nm、6nm。
所述氧化铝层5既可以通过PECVD法进行沉积；也可以通过ALD方式进行沉积。
优选所述氧化铝层5采用ALD(原子层沉积)方式进行沉积形成。
PECVD法是指等离子气体增强化学的气相沉积法。ALD是指原子层沉积，是一种可以各物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。
原子层沉积是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在硅基层6表面的方法。原子层沉积过程中，新的一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，因此氧化铝层5在使用原子层沉积时，会使得氧化铝层5的镀膜更加均匀，并且使氧化铝层5具有优异的一致性。使电池具有良好的质量，有助于提高电池对太阳能的吸收和利用，进而提高电池的太阳能转化率。
所述钝化层14还包括二氧化硅层4。
所述二氧化硅层4是由氧原子和硅原子所组成的四面体结构层，所述硅原子的四个顶角上均为氧原子，刚好满足了硅原子的化合价，降低了悬挂键的密度，能够很好的控制界面缺陷和固定电荷，进而降低硅基层6的表面复合速率，使二氧化硅层4起到了表面钝化的作用。
所述二氧化硅层4既可以设置有多层，也可以设置有一层。既可以在硅基层6的一侧设置二氧化硅层4也可以在硅基层6的两侧均设置二氧化硅层4。
优选在硅基层6的两侧分别设置有一层二氧化硅层4。
此处所述二氧化硅层4的厚度和制备方法均可以依照本领域技术人员的经验所制备，在此不再赘述。
位于硅基层6正面的二氧化硅层4的厚度为10-20nm。位于硅基层6背面的二氧化硅层4的厚度为10-20nm。
所述钝化层14还包括氮氧化硅钝化层3。
所述氮氧化硅钝化层3是氧含量较多的氮氧化硅钝化层3，因此所述氮氧化硅钝化层3的中二氧化硅的含量较高，使得氮氧化硅钝化层3具有较高的场钝化效果，而氮氧化硅钝化层3中含有的氮化硅能够减少阳光的反射，进而提高氮氧化硅钝化层3对阳光的吸收，进而提高硅基层6对阳光的吸收转换率。
所述氮氧化硅钝化层3的厚度为15nm。
在所述硅基层6的一侧设置有遂穿层7。
在所述硅基层6的一侧设置有多晶硅层。
所述遂穿层7与多晶硅层之间相互作用形成遂穿钝化接触结构，所形成的遂穿钝化接触结果具有优异的表面钝化效果和载流子选择性收集功能。薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。
所述遂穿层7沉积厚度为2.0-2.5nm。
所述遂穿层7的厚度可以为2.0nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm、2.5nm。
所述多晶硅层包括本征多晶硅层8。所述多晶硅层还包括磷掺杂多晶硅层9。
将所述多晶硅层设置成本征多晶硅层8与磷掺杂多晶硅层9，通过双层的晶硅结构增加与氧化遂穿层7之间的钝化接触结构，进而提高硅基层6在此处的界面钝化效果，使得硅基层6表面缺陷减少，提升少子寿命，进而达到提高电池效率的目的，进一步的提高电池的太阳能转化率。
所述本征多晶硅层8厚度为30-60nm。所述磷掺杂多晶硅层9的厚度为80-120nm；优选为90-110nm；进一步优选为90nm。
所述本征多晶硅的厚度可以为：30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm、40nm、41nm、42nm、43nm、44nm、45nm、46nm、47nm、48nm、49nm、50nm、51nm、52nm、53nm、54nm、55nm、56nm、57nm、58nm、59nm、60nm。
所述磷掺杂多晶硅层9的厚度可以为：80nm、81nm、82nm、83nm、84nm、85nm、86nm、87nm、88nm、89nm、90nm、91nm、92nm、93nm、94nm、95nm、96nm、97nm、98nm、99nm、100nm、101nm、102nm、103nm、104nm、105nm、106nm、107nm、108nm、109nm、110nm、111nm、112nm、113nm、114nm、115nm、116nm、117nm、118nm、119nm、120nm。
所述遂穿层7采用PECVD的方式沉积形成。
所述氮氧化硅钝化层3采用PECVD法通过通入SiH4、N2O、NH3沉积形成。
所述本征多晶硅层8采用PECVD法通过通入SiH4和H2沉积形成。
所述磷掺杂多晶硅层9采用PECVD法通过通入PH3、SiH4和H2沉积形成。
将所述遂穿层7、氮氧化硅钝化层3、本征多晶硅层8和磷掺杂多晶硅层9均使用PECVD的方法进行沉积，因此在对上述膜层进行沉积时，能够在同一个反应炉中进行沉积，减少了镀膜过程中所需的设备使用种类，可以达到降低成本的作用，进一步的还可以减少了硅基层6在进行镀膜时需要转移的次数，降低硅基层6在转移过程中发生意外的可能性；增加电池的良品率。
沉积后的遂穿层7采用管式退货炉进行晶化。
沉积后的本征多晶硅层8采用管式退货炉进行晶化。
沉积后的磷掺杂多晶硅层9采用管式退火炉进行晶化。
经过管式退火炉晶化后的遂穿层7、磷掺杂多晶硅层9和本征多晶硅层其性质更加稳定，进而使得遂穿层7、磷掺杂多晶硅层9和本征多晶硅层8的外表面上可以继续沉积其他层结构；同时可以加强遂穿层7、磷掺杂多晶硅层9与本征多晶硅层8与其他层结构之间的紧密性。
所述磷掺杂多晶硅层9沉积时，通入PH3和SiH4的体积比为0.5-10；优选为1-8，进一步优选为1.5-6。
所述PH3和SiH4的体积比为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.2、2.4、2.5、2.6、2.8、3、3.2、3.4、3.5、3.6、3.8、4、4.2、4.4、4.5、4.6、4.8、5、5.2、5.4、5.5、5.6、5.8、6、6.2、6.4、6.5、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.5、7.6、7.8、8、8.2、8.4、8.5、8.6、8.8、9、9.2、9.4、9.5、9.6、9.8、10。
所述硅基层6的一侧依次包括层叠设置的氧化铝层5、二氧化硅层4、氮氧化硅钝化层3、氮化硅层2和氮氧化硅减反层1。
所述硅基层6的另一侧依次包括层叠设置的遂穿层7、本征多晶硅层8、磷掺杂多晶硅层9、氧化铝层5、二氧化硅层4和氮化硅层2。
本申请还提供了一种TOPCon电池的Poly-Si掺杂制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选择硅片为基底，对硅基层6进行制绒和硼扩处理，并将硅片其中一个表面和边缘进行抛光；
具体的，所述硅片为N型边长为182±0.15mm mm，对角线247±0.25mm；少子受名≥800us，电阻率0.3-2.1Ω.cm。
步骤1.1：采用N型硅片作用硅基层6，在1.5％NaOH溶液中进行绒面制备，并采用H2O2+NaOH混合溶液对硅基层6进行清洗或碱清洗。将硅基层6水洗成中性后，使用HF+HCl进行氧化层去除及碱、金属剥离。
将硅基层6的表面制备成绒面之后方便了后续在硅基层6上进行表面处理。例如在硼扩时，可以使得硼在硅基层6上的扩散更加均匀与深入。
步骤1.2：将清洗后的硅基层6放置到卧式硼扩散炉，通过BCl3在970-1100℃中在硅基层6上扩散，并形成PN结。
步骤1.3：采用水平链式机去除背面绕扩的BSG(硼扩玻璃)，再经过槽式碱抛机去除背面与边缘的PN结。
在步骤1.2中进行硼扩时，在硅基层6的两个表面均进行硼扩散，因此在硅基层6的表面上形成对硅基层6包裹的PN结，因此需要将硅基层6的其中一个表面和侧面的PN结进行抛光，去除硼扩层，以消除短路。
步骤二：在硅片被抛光的表面上通过通入不同比例的SiH4、PH3、H2进行沉积得到沉积基层，并对沉积基层进行晶化处理；
所述沉积基层的制备方法包括：1)采用PECVD的方式在硅片的此表面上形成遂穿层基层；2)采用PECVD的方式并通入SiH4、H2沉积形成本征多晶硅层基层；3)采用PECVD的方式并通入SiH4、PH3、H2沉积形成磷掺杂多晶硅层基层。即：
步骤2.1：采用PECVD方式在背面沉积遂穿层7基层。
步骤2.2：采用PECVD的方式在设备中通入SiH4、H2进行沉积本征多晶硅层基层。
步骤2.3：采用PECVD的方式在设备中通入SiH4、PH3、H2进行沉积磷掺杂多晶硅层基层。
其中，所述磷掺杂多晶硅层基层在制备时所通入的PH3:SiH4的体积比范围为0.5-10；优选为1-8，进一步优选为1.5-6。
具体的，所述PH3:SiH4体积比为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.2、2.4、2.5、2.6、2.8、3、3.2、3.4、3.5、3.6、3.8、4、4.2、4.4、4.5、4.6、4.8、5、5.2、5.4、5.5、5.6、5.8、6、6.2、6.4、6.5、6.6、6.8、7、7.2、7.4、7.5、7.6、7.8、8、8.2、8.4、8.5、8.6、8.8、9、9.2、9.4、9.5、9.6、9.8、10。
所述沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为40-120nm；
优选沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为40-100nm；
进一步优选沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为50-90nm。
具体的，所述沉积磷掺杂多晶硅层基层的厚度为40nm、42nm、44nm、45nm、46nm、48nm、50nm、52nm、54nm、55nm、56nm、58nm、60nm、62nm、64nm、65nm、66nm、68nm、70nm、72nm、74nm、75nm、76nm、78nm、80nm、82nm、84nm、85nm、86nm、88nm、90nm、92nm、94nm、95nm、96nm、98nm、100nm、102nm、104nm、105nm、106nm、108nm、110nm、112nm、114nm、115nm、116nm、118nm、120nm。
步骤2.4:对沉积基层进行晶化处理：将沉积基层后的硅片推入炉管中，使用氮气对硅片进行吹扫，并进行升温；进而使遂穿层基层、本征多晶硅层基层和磷掺杂多晶硅层基层进行晶化得到遂穿层7、本征多晶硅层8和磷掺杂多晶硅层9。
使用氮气对硅片进行吹扫，使硅片处于氮气氛围中。而后在氮气氛围中进行升温晶化。
在晶化过程中，磷掺杂多晶硅层基层中的硅和磷之间会形成共价键，进而使得磷掺杂多晶硅层9会形成场钝化。
在晶化升温过程中，控制温度在870-1050℃，并且硅片的升温时间为30-70分钟；再降温至800℃后推出炉管。
其中，升温说控制的温度可以为：870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃。
所述硅片的升温时间为：30分钟、31分钟、32分钟、33分钟、34分钟、35分钟、36分钟、37分钟、38分钟、39分钟、40分钟、41分钟、42分钟、43分钟、44分钟、45分钟、46分钟、47分钟、48分钟、49分钟、50分钟、51分钟、52分钟、53分钟、54分钟、55分钟、56分钟、57分钟、58分钟、59分钟、60分钟、61分钟、62分钟、63分钟、64分钟、65分钟、66分钟、67分钟、68分钟、69分钟、70分钟。
步骤2.5：RCA清洗，在硅片晶化后，使用酸性清洗溶液去除沉积时绕镀到硅片表面的氧化层以及退火过程中生成的氧化层，并将硅片转入碱槽中去除掺杂的多晶硅绕镀层。其中，所述酸性清洗溶液为链式氢氟酸溶液。
步骤三：对硅片两侧进行钝化处理。
步骤3.1：采用单槽单片单插片方式，将硅片推入到ALD管式炉中；向管炉中通入TMA(三甲基铝)和H2O进行沉积，形成氧化铝层5。
氧化铝在沉积形成薄膜的过程中，薄膜中会有大量的氢存在，进而能够对硅基层6表面形成化学钝化效果。氧化铝层5会在硅片的两侧同时沉积，进而同时对硅片的两侧完成钝化处理。
步骤四：在硅片硼扩的表面上沉积非晶硅层。
所述非晶硅层包括具有钝化效果的二氧化硅层4、加强钝化效果的氮氧化硅钝化层3、折射率渐变提高光吸收的氮化硅层2和具有减反效果的氮氧化硅减反层1。
在硅片表面沉积非晶硅层时，还包括通过以下步骤沉积：
步骤4.1：使用PECVD法通过通入SiH4与N2O沉积形成二氧化硅层4；
步骤4.2：使用PECVD法通过通入SiH4、N2O、NH3沉积形成氮氧化硅钝化层3；
步骤4.3：通过通入不同比例的SiH4和NH3沉积形成折射率渐变的氮化硅层2；
步骤4.4：使用PECVD法通过通入SiH4、N2O、NH3沉积形成氮氧化硅减反层1。
其中，在沉积能够折射率渐变的氮化硅层2时，所通入的SiH4:NH3为1:1-1:20，优选所通入的SiH4:NH3为1:4-1:15。
具体的，SiH4:NH3可以为：1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20。
具体的，在通入不同比例SiH4和NH3沉积折射率渐变的氮化硅层2时，会根据沉积时间调整改变所通入的SiH4和NH3的比值。
在一个具体实施方式中，在沉积氮化硅层2时，会先通入较少的NH3，而后随着氮化硅层2的沉积，会增加或减少气体中NH3的比例，而后再进行沉积，依次，沉积形成的氮化硅层2中氮原子的含量不同，进而使得所沉积的氮化硅层2的折射不同。
在沉积氮化硅层2时，NH3的含量为逐渐增加或减小，因此氮化硅层2中氮原子的含量呈现为渐变状态。
步骤五：在硅片背离非晶硅膜的表面上沉积光吸收层15。
所述光吸收层15为能够提高硅片对阳光吸收率的层，所述光吸收层15包括二氧化硅层4和折射率渐变的氮化硅层2。
步骤5.1：采用PECVD法通过通入SiH4与N2O进行沉积；形成二氧化硅层4；
步骤5.2：采用PECVD法通过通入不同比例SiH4:NH3沉积形成折射率渐变的氮化硅层2。
步骤5.3：在硅片的正面和背面进行丝网印刷浆料，制作电极。
制备完成之后的电池进行光注入，测试电池效率并对不同效率的电池分档。
实施例1
本申请的正面多膜层非晶硅膜电池对比传统氮化硅膜电池，效率至少增加0.1％。主要为Isc增加120-150mA。Voc增加1.5-2mV。
本申请的TOPcon电池制备过程为：
(1)制绒：选择N型硅片为硅基层6，在1.5％NaOH溶液中对硅基层6进行绒面制备，并采用H2O2+NaOH混合溶液对硅基层6进行清洗和碱清洗；洗成中性后用HF+HCl进行氧化层去除及碱、金属剥离。
(2)硼扩散：使上述清洗后的硅片进入卧式硼扩散炉，利用BCl3在970-1100℃中扩散形成P-N结。
(3)碱抛：采用链式HF机去除硅片背面硼扩绕度的BSG，再通过机械手将硅片转入槽式碱抛机，去除硅片背面和边缘PN结。
(4)制备硅片背面的遂穿层7、本征多晶硅层8和磷掺杂多晶硅层9：采用管式PECVD设备在硅片背面沉积薄膜(以下三层膜可在同一管不破真空的情况下一次性完成薄膜沉积)：
a)：采用PECVD的方式，通入N2O、SiH4生长出厚度为2-2.5nm的隧穿层基层；
b)：采用PECVD的方式，按1:10的比例通入SiH4和H2，沉积本征多晶硅层基层，厚度为50nm；
c)：采用PECVD的方式，按1.5:10的比例通入SiH4和混合气，混合气为PH3和H2的混合气体；沉积磷掺杂多晶硅层基层，厚度为110nm；
(5)退火：采用管式退火炉，对硅片进行退火，退火气体氛围为氮气(N2)，温度为950℃，时间为40分钟，使得磷掺杂多晶硅层9中的磷硅形成共价键，提供电子形成场钝化；同时使遂穿层基层、本征多晶硅层基层和磷掺杂多晶硅层基层晶化成遂穿层7、本征多晶硅层8和磷掺杂多晶硅层9。
(6)RCA清洗：退火后的硅片先经过链式氢氟酸(HF)，去除步骤(4)步中沉积时绕镀到硅片正面的遂穿层7以及退火过程中生成的氧化层，随后转入碱槽去除硅片正面的磷掺杂多晶硅层9和本征多晶硅层8。
(7)将硅片插入铝舟中，采用单槽单片单插片方式将硅片推入ALD管式炉中。利用ALD方式在炉管中通入TMA、H2O在硅片正面和背面沉积Al2O3形成氧化铝层5。
(8)采用PECVD法在硅片正面沉积多种非晶硅膜：
a)通入SiH4与N2O沉积二氧化硅层4，
b)通入SiH4、N2O、NH3沉积氮氧化硅钝化层3，
c)设置不同比例SiH4和NH3，并且在不同时间通入不同比例的SiH4和NH3，沉积折射率渐变的氮化硅层2。
d)再次通入SiH4、N2O、NH3沉积氮氧化硅减反层1。
其中，在沉积氮化硅层2时，所通入的SiH4:NH3比值为1:6至1:12至1:15递增。
(9)采用PECVD法在硅片背面进行沉积：
a)通入SiH4与N2O沉积硅片背面的二氧化硅层4；
b)通入不同比例SiH4:NH3在硅片背面沉积折射率渐变的氮化硅层2。
其中，在硅片背面沉积的氮化硅层2时的方法工艺与硅片正面沉积氮氧化硅层2的制备工艺相同。
(10)在硅片的两侧面丝网印刷电极浆料，制作电极。
(11)光注入、测试效率和分选。
将实施例1中所制得的电池与传统氮化硅膜电池同时进行电性能试验，并将性能对比数据记录到下表1中。
在实施例1中，折射率渐变的氮化硅层的折射率范围为2.2-1.9。
其中，传统的氮化硅膜电池中为未沉积折射率渐变的氮化硅膜电池。
具体的，传统氮化硅膜电池的制备工艺为：步骤(1)-(3)与实施例1中步骤相同。
步骤(4)：采用PECVD方式沉积隧穿层和本征多晶硅层；并清洗绕度硅片正面的绕度层；
步骤(5)：采用ALD方式在硅片的正面和背面沉积氧化铝钝化层；
步骤(6)：采用PECVD方式在硅片正面通过通入SiH4:NH3沉积一层折射率不变的氮化硅层。其中，SiH4:NH3比值为1:6。
步骤(7)：印刷电极浆料制作电极；并光注入。制备完成传统氮化硅膜电池1。
将按照实施例1工艺制备的电池与传统氮化硅膜电池制备工艺制备的电池进行对比，性能对比如下：
表1实施例1与传统氮化硅膜电池的性能对比
分组 Eta Uoc Isc FF Rsh Rs/mΩ IRev2
传统氮化硅1 24.50 0.715 18.139 83.30 2196 0.00133 0.009
实施例1 24.64 0.716 18.216 83.30 4560 0.00122 0.018
差异 0.138 0.001 0.077 0.000 2364 0.000 0.009
其中，Eta：效率；Uoc/voc：开路电压；Isc：短路电流；FF：最终实际填充因子；Rsh：并联电阻，Rs：串联电阻；IRev2：反向电流。
从表1可以看出，本申请实施例1相对传统的氮化硅工艺，Voc提升0.001mV，Isc提升77mA(0.077A)，从而使电池的光电转换效率提升0.138％。
实施例2
在使用PECVD法在硅片上沉积氮化硅层时，向管炉中通入的SiH4:NH3体积比为1:4至1:6至1:12递增，其余的加工工艺和制备过程与实施例1相同。
因此实施例1所制备的电池与实施例2所制备的电池仅在氮化硅层存在区别，即氮化硅层(渐变层)内部对光的折射率存在区别。
将实施例2中所制得的电池与传统氮化硅膜电池进行试验，并将性能对比数据记录到下表2中。
在实施例2中，折射率渐变的氮化硅层的折射率范围为2.10-1.9。
在实施例2中，传统氮化硅膜电池的制备工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的区别在于：采用PECVD法在在硅片正面通过通入SiH4:NH3沉积一层折射率不变的氮化硅层。其中，SiH4:NH3比值为1:4。其余的加工工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的制备工艺相同。以此制备完成传统氮化硅膜电池2。
表2实施例2与传统氮化硅膜电池的性能对比
分组 Eta Uoc Isc FF Rsh Rs/mΩ IRev2
传统氮化硅2 24.51 0.715 18.143 83.30 2196 0.00123 0.011
实施例2 24.68 0.717 18.223 83.30 4560 0.00112 0.013
差异 0.177 0.002 0.080 0.000 2364 0.000 0.002
从表2中可以看出，本申请实施例2相对传统的氮化硅工艺，Voc提升0.002mV，Isc提升80mA(0.08A)，从而使电池的光电转换效率提升0.177％。
并且实施例1和实施例2在氮化硅层2发生改变的情况下，同样与传统氮化硅膜电池的光电转换效率要高。说明本申请的折射率渐变的氮化硅层有助于电池对光转换效率的提升。
实施例3
在使用PECVD法在硅片上沉积氮化硅层时，向管炉中通入的SiH4/NH3体积比为1:6至1:4至1:9，并且，其中SiH4的含量呈递减趋势，其余的加工工艺与实施例1中制作制备过程相同。
将实施例3中所制得的电池进行试验，并将性能对比数据记录到下表中。
在实施例3中，折射率渐变的氮化硅层的折射率范围为2.3-2.06。
在实施例3中，传统氮化硅膜电池的制备工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的区别在于：采用PECVD法在在硅片正面通过通入SiH4:NH3沉积一层折射率不变的氮化硅层。其中，SiH4:NH3比值为1:9。其余的加工工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的制备工艺相同。以此制备完成传统氮化硅膜电池3。
表3实施例3与传统氮化硅膜电池的性能对比
分组 Eta Uoc Isc FF Rsh Rs/mΩ IRev2
传统氮化硅3 25.37 0.7151 13.808 84.868 1642 0.454 0.06
实施例3 25.43 0.7151 18.820 84.942 1743 0.400 0.06
差异 0.06 0 0.013 0.074 101 -0.054 0
从表3可以看出，本申请实施例3相对传统的氮化硅工艺，Isc提升13mA(0.013A)，从而使电池的光电转换效率提升0.06％。
在实施例3中，通过控制SiH4递减，同时辅助以氨气含量的改变，实现氮化硅层的折射率呈渐变，同样达到了提高光电转换效率的目的。
实施例4
在使用PECVD法沉积磷掺杂多晶硅层基层时，沉积的磷掺杂多晶硅层基层的厚度为90nm，其余的加工工艺与实施例1中制作制备过程相同。
在实施例4中，传统氮化硅膜电池的制备工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的区别在于：在沉积隧穿层和本征多晶硅层时，所沉积的厚度为实施例1中传统氮化硅膜电池的一半厚度。其余的加工工艺与实施例1中传统氮化硅膜电池的制备工艺相同。以此制备完成传统氮化硅膜电池4。
将实施例4中所制得的电池进行试验，并将性能对比数据记录到下表中。
表4实施例4与传统氮化硅膜电池的性能对比
分组 Eta Uoc Isc FF Rsh Rs/mΩ IRev2
传统氮化硅4 25.42 0.715 13.536 84.846 21186 0.047 0.603
实施例4 25.50 0.715 13.840 84.980 1700 0.109 0.061
差异 0.08 0 0.304 0.134 -19486 0.062 -0.542
根据表4可以看出，本申请实施例4相对传统的氮化硅工艺，Isc提升304mA(0.304A)，从而使电池的光电转换效率提升0.08％。
实施例4中将磷掺杂多晶硅层基层的厚度降低，因此导致电池的RSH有所降低，可能会增加漏电的可能，但是实施例4中所制备的电池其电流得到了明显的提升，同样具有提升电池的光电转换效率的功能。
实验例
将本申请中实施例1所制备的电池进行PID测试，并将PID测试结果记录到下表5中。
其中PID效应是指电势诱导衰减效应，是指电池组件的封装材料和其上、下表面的材料以及电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象。
表5实施例1电池的PID结果
Figure BDA0004134671290000211
从表5中可以看出，本申请实施例1中的电池的衰减率较小，说明本申请实施例1中的电池能够有效的阻止PID效应的产生。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种TOPCon电池，其中，包括硅基层，所述硅基层的一侧依次包括层叠设置的钝化层和光吸收层；所述钝化层为能够对硅基层起到保护和绝缘作用的层；所述光吸收层为能够提高硅基对阳光利用率的层；
所述光吸收层包括渐变层，所述渐变层为对光的折射率呈渐变的层。
优选的，所述渐变层对光的折射率的渐变范围为1-3.5；优选折射率渐变范围为1.9-2.2；
进一步优选，所述渐变层为在背离硅基层的方向上，所述渐变层的折射率逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的电池，在硅基层的两侧分别设置有渐变层，优选在硅基层的两侧分别设置有一层渐变层。
3.根据权利要求1或2所述的电池，所述渐变层包括氮化硅层。
4.根据权利要求3所述的电池，所述氮化硅层通过设置不同比例的SiN4和NH3沉积形成。
5.根据权利要求5所述的电池，所述SiN4和NH3的比例的变化范围为1:4-1:15。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电池，在所述光吸收层还包括能够减少阳光反射的减反层。
7.根据权利要求6所述的电池，所述减反层设置在渐变层背离硅基层的一侧。
8.根据权利要求6或7所述的电池，所述减反层为氮氧化硅减反层。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电池，所述钝化层包括氧化铝层。
10.一种TOPCon电池的制备方法，其中，包括如下步骤：
选择硅片为基底，对硅片进行制绒和硼扩处理，并将硅片其中一个表面和边缘进行抛光；
在硅片被抛光的表面上通过通入不同比例的SiH4、PH3、H2进行沉积得到沉积基层，并对沉积基层进行晶化处理；
对硅片的两侧进行钝化处理；
在硅片硼扩的表面上沉积非晶硅层；
其中，非晶硅层包括折射率渐变层，优选的，所述渐变层对光的折射率的渐变范围为1.9-2.2。
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