CN116666497A - 一种钝化接触结构的制备方法和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钝化接触结构的制备方法和太阳能电池，方法包括：(1)对硅衬底背面进行湿法化学抛光、清洗；(2)在硅衬底抛光面上生长隧穿氧化层；(3)在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层，其中，在靠近隧穿氧化层至远离隧穿氧化层的方向上，后一个本征非晶硅层沉积时炉管内压力大于前一个本征非晶硅层沉积时炉管内压力，后一个本征非晶硅层沉积时SiH4流量大于前一个本征非晶硅层沉积时SiH4流量；(4)对多层本征非晶硅层掺杂处理，使掺杂后的本征非晶硅层晶化后与隧穿氧化层形成钝化接触结构。本发明的方法，既可提高多晶硅掺杂浓度，又可阻止过多掺杂源穿透隧穿氧化层进入硅衬底，保证钝化同时改善金属接触，提高电池效率。
Description
技术领域
本发明属于光伏太阳能电池领域，具体涉及一种钝化接触结构的制备方法和太阳能电池。
背景技术
近几年，随着光伏技术的不断突破，钝化接触技术逐渐成为主流技术，并在太阳能电池生产中得到广泛地应用。钝化接触结构是将超薄的隧穿氧化层与重掺杂的多晶硅层相结合，使氧化硅层通过化学钝化来降低硅衬底与掺杂多晶硅之间的界面态密度，同时使多数载流子通过隧穿原理实现输运，而少数载流子则由于较高势垒及掺杂多晶硅的场效应而难以隧穿通过氧化硅层，在提高钝化性能的同时降低金属复合，从而提高太阳能电池的效率。然而，在单层多晶硅的掺杂处理过程中，高浓度的掺杂容易使大量掺杂源穿透隧穿氧化层进入硅衬底，从而破坏钝化性能，而低浓度的掺杂则会影响接触性能，两者都会限制钝化接触太阳能电池的效率提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钝化接触结构的制备方法和太阳能电池，既可以提高多晶硅的掺杂浓度，又可以阻止过多的掺杂源穿透隧穿氧化层进入硅衬底，保证钝化的同时改善金属接触，提高太阳能电池的效率。
为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：
一种钝化接触结构的制备方法，包括如下步骤：
(1)对硅衬底背面进行湿法化学抛光、清洗；
(2)在硅衬底抛光面上生长隧穿氧化层；
(3)在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层，沉积多层本征非晶硅层中，在靠近所述隧穿氧化层至远离所述隧穿氧化层的方向上，后一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力大于前一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力，后一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量大于前一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量，其中，后一个本征非晶硅层较前一个本征非晶硅层远离所述隧穿氧化层；
(4)对多层本征非晶硅层进行掺杂处理，使得掺杂后的本征非晶硅层晶化后与所述隧穿氧化层形成钝化接触结构。
优选地，步骤(3)中，在所述隧穿氧化层上依次沉积三层本征非晶硅层，分别为第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层。
优选地，步骤(3)中，沉积所述第一本征非晶硅层时，炉管内压力范围为80-110mTor，SiH4流量范围为800-1400sccm，时间控制在400-1000s；沉积所述第二本征非晶硅层时，炉管内压力范围为110-200mTor，SiH4流量范围为1000-1500sccm，时间控制在400-1000s；沉积所述第三本征非晶硅层时，炉管内压力范围为200-300mTor，SiH4流量范围为1300-1700sccm，时间控制在600-1200s。
优选地，所述第一本征非晶硅层的厚度范围为20-50nm；所述第二本征非晶硅层的厚度范围为20-50nm；所述第三本征非晶硅层的厚度范围为40-100nm。
优选地，多层本征非晶硅层的总厚度范围为50-200nm。
优选地，步骤(1)中，所述硅衬底为N型硅或P型硅。
优选地，步骤(4)中，多层本征非晶硅层的掺杂方法为磷扩散掺杂或者硼扩散掺杂。
优选地，步骤(2)中，所述隧穿氧化层的厚度范围为0.5-2nm。
优选地，步骤(2)中，所述隧穿氧化层的生长方法为CVD沉积法、高温热氧法、臭氧氧化法、紫外氧化法。
本发明采用的另一种技术方案是：
一种太阳能电池，由所述的钝化接触结构的制备方法制备得到。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的钝化接触结构的制备方法中，在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层，再对多层本征非晶硅层进行掺杂处理，使掺杂浓度在多晶硅层中呈阶梯式变化，靠近隧穿氧化层的非晶硅层因高致密度，掺杂源扩散速率较低，掺杂浓度相应较低，掺杂源不易穿透隧穿氧化层，保证了钝化接触结构的钝化性能，在远离隧穿氧化层的其他非晶硅层因较低致密度，掺杂源扩散速率较快，掺杂浓度相应较高，提高了金属接触，从而提高钝化接触太阳能电池的效率。
附图说明
附图1为本发明的钝化接触结构的制备方法在步骤(4)后的钝化接触结构的示意图；
附图2为实施例二和对比例的ECV测试结果曲线图。
以上附图中：
1-硅衬底；2-隧穿氧化层；3-第一掺杂多晶硅层；4-第二掺杂多晶硅层；5-第三掺杂多晶硅层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
一种钝化接触结构的制备方法，其包括如下步骤：
(1)对硅衬底背面进行湿法化学抛光、清洗，其中，硅衬底为N型硅或P型硅；
(2)在硅衬底抛光面上生长超薄隧穿氧化层；
(3)在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层；
在沉积多层本征非晶硅层中，在靠近隧穿氧化层至远离隧穿氧化层的方向上，后一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力大于前一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力，后一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量大于前一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量，其中，后一个本征非晶硅层较前一个本征非晶硅层远离隧穿氧化层，以沉积三层本征非晶硅层为例进行说明：分别在隧穿氧化层一表面由内向外依次沉积第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层，第一本征非晶硅层与隧穿氧化层相邻，第三本征非晶硅层远离隧穿氧化层，此时，针对第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层，第一本征非晶硅层为前一个，第二本征非晶硅层为后一个；针对第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层，第二本征非晶硅层为前一个，第三本征非晶硅层为后一个。
(4)对多层本征非晶硅层进行掺杂处理，使得掺杂后的本征非晶硅层晶化后与隧穿氧化层形成钝化接触结构。
该步骤中，多层本征非晶硅层掺杂方法为原位掺杂或者高温扩散掺杂，其中，进行磷扩散掺杂形成n+poly，硼源掺杂形成p+poly钝化结构。
该步骤中，多层本征非晶硅层经过晶化和掺杂处理后，在靠近隧穿氧化层至远离隧穿氧化层方向上，N层掺杂多晶硅层(远离隧穿氧化层的最外层掺杂多晶硅层)到第一掺杂多晶硅层(靠近隧穿氧化层的最内层掺杂多晶硅层)中的掺杂浓度呈阶梯式递减，即N层掺杂多晶硅层(远离隧穿氧化层的最外层掺杂多晶硅层)的掺杂浓度大于第一掺杂多晶硅层(靠近隧穿氧化层的最内层掺杂多晶硅层)中的掺杂浓度。
本例的钝化接触结构的制备方法中，在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层，再对多层本征非晶硅层进行掺杂处理，使掺杂浓度在多晶硅层中呈阶梯式变化，靠近隧穿氧化层的非晶硅层(如内层非晶硅层)因高致密度，掺杂源扩散速率较低，掺杂浓度相应较低，掺杂源不易穿透隧穿氧化层，保证了钝化接触结构的钝化性能；在远离隧穿氧化层的其他非晶硅层因较低致密度，掺杂源扩散速率较快，掺杂浓度相应较高，提高了金属接触，从而提高钝化接触太阳能电池的效率。
在钝化接触结构中，高浓度掺杂可以有效地提高场钝化效果，改善金属接触，然而，在单层多晶硅的掺杂处理过程中，高浓度的掺杂容易使大量掺杂源穿透隧穿氧化层进入硅衬底，从而破坏钝化性能，而低浓度的掺杂则会影响接触性能，因此，掺杂浓度在多晶硅层中呈阶梯式变化的多层多晶硅钝化接触结构，既可以提高多晶硅的掺杂浓度，又可以阻止过多的掺杂源穿透隧穿氧化层进入硅衬底，保证钝化的同时改善金属接触，提高电池的效率。
步骤(3)中，在隧穿氧化层上依次沉积三层本征非晶硅层，分别为第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层，针对沉积三层本征非晶硅层中加工参数不同，设置实施例一和实施例二。
实施例一：
一种多层掺杂多晶硅钝化接触结构及应用该结构的电池制备方法包括以下步骤：
步骤一：选择P型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状表面结构；
步骤二：在硅片正表面生长SiOx掩膜层；对硅片背面进行湿法化学抛光和清洗；
步骤三：在硅片背面形成隧穿氧化层以及三层本征非晶硅层，具体如下：
(1)将经过化学抛光后的硅片放入LPCVD炉管中，升温至600℃，在升温过程中炉管内完成抽空、检漏及稳压；
(2)炉管内通入氧气，氧化10min，形成0.5～2nm的超薄隧穿氧化层；
(3)第一本征非晶硅层(高致密度)沉积，炉管内压力设置为100mTor，SiH4流量为1350sccm，时间控制在10min，厚度控制在30nm；
(4)充入氮气进行1min吹扫；
(5)升压到150mTor后开始第二本征非晶硅层(次高致密度)沉积，SiH4流量为1400sccm时间控制在12min，厚度控制在50nm；
(6)充入氮气进行1min吹扫；
(7)再次升温至230mTor后，开始第三本征非晶硅层(低致密度)沉积，SiH4流量为1600sccm时间控制在21min，厚度控制在90nm；
(8)充入氮气进行1min吹扫；
(9)降温出舟。
步骤四：通过高温硼扩散掺杂，使得掺杂后的本征非晶硅层晶化后与隧穿氧化层形成P型钝化接触结构。
实施例二：
一种多层掺杂多晶硅钝化接触结构及应用该结构的电池制备方法包括以下步骤：
步骤一：选择N型硅片作为衬底材料，通过清洗制绒使硅片表面产生金字塔状表面结构；
步骤二：在硅片正表面进行硼扩散形成PN结；
步骤三：对硅片背面进行湿法化学抛光和清洗；
步骤四：在硅片背面形成隧穿氧化层以及三层本征非晶硅层：
(1)将经过化学抛光后的硅片放入LPCVD炉管中，升温至600℃，在升温过程中炉管内完成抽空、检漏及稳压；
(2)炉管内通入氧气，氧化10min，形成0.5～2nm的超薄隧穿氧化层；
(3)第一非晶硅层(高致密度)沉积，炉管内压力设置为100mTor，SiH4流量为1350sccm时间控制在7min，厚度控制在20nm；
(4)充入氮气进行1min吹扫；
(5)升压到150mTor后开始第二非晶硅层(次高致密度)沉积，SiH4流量为1400sccm时间控制在8min，厚度控制在30nm；
(6)充入氮气进行1min吹扫；
(7)再次升温至230mTor后，开始第三非晶硅层(低致密度)沉积，SiH4流量为1600sccm时间控制在12min，厚度控制在50nm；
(8)充入氮气进行1min吹扫；
(9)降温出舟。
步骤五：通过磷扩散掺杂，使得掺杂后的本征非晶硅层晶化后与隧穿氧化层形成N型钝化接触结构。
对比例
本例与实施例1的区别在于：步骤三中，在硅片背面的隧穿氧化层上沉积一层本征非晶硅层。
对实施例二、对比例的钝化接触结构进行ECV测试，测试结果参见图2，N层掺杂多晶硅层(远离隧穿氧化层的最外层掺杂多晶硅层)到第一掺杂多晶硅层(靠近隧穿氧化层的最内层掺杂多晶硅层)中的掺杂浓度呈阶梯式递减。其中，实施例二的表面浓度为4.47E+20，对比例的表面浓度为1.05E+20，实施例二的表面浓度大于对比例的表面浓度。
在本发明的另一实施例中，提供一种太阳能电池，由钝化接触结构的制备方法制备得到，参见图1，太阳能电池包括硅衬底1，硅衬底1的背面依次沉积有隧穿氧化层2、第一掺杂多晶硅层3、第二掺杂多晶硅层4、第三掺杂多晶硅层5，其中，第三掺杂多晶硅层的掺杂浓度大于第二掺杂多晶硅层的掺杂浓度，第二掺杂多晶硅层的掺杂浓度大于第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钝化接触结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对硅衬底背面进行湿法化学抛光、清洗；
(2)在硅衬底抛光面上生长隧穿氧化层；
(3)在隧穿氧化层上依次沉积多层本征非晶硅层，沉积多层本征非晶硅层中，在靠近所述隧穿氧化层至远离所述隧穿氧化层的方向上，后一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力大于前一个本征非晶硅层沉积时的炉管内压力，后一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量大于前一个本征非晶硅层沉积时的SiH4流量，其中，后一个本征非晶硅层较前一个本征非晶硅层远离所述隧穿氧化层；
(4)对多层本征非晶硅层进行掺杂处理，使得掺杂后的本征非晶硅层晶化后与所述隧穿氧化层形成钝化接触结构。
2.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在所述隧穿氧化层上依次沉积三层本征非晶硅层，分别为第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层。
3.根据权利要求2所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，沉积所述第一本征非晶硅层时，炉管内压力范围为80-110mTor，SiH4流量范围为800-1400sccm，时间控制在400-1000s；沉积所述第二本征非晶硅层时，炉管内压力范围为110-200mTor，SiH4流量范围为1000-1500sccm，时间控制在400-1000s；沉积所述第三本征非晶硅层时，炉管内压力范围为200-300mTor，SiH4流量范围为1300-1700sccm，时间控制在600-1200s。
4.根据权利要求3所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，所述第一本征非晶硅层的厚度范围为20-50nm；所述第二本征非晶硅层的厚度范围为20-50nm；所述第三本征非晶硅层的厚度范围为40-100nm。
5.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，多层本征非晶硅层的总厚度范围为50-200nm。
6.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅衬底为N型硅或P型硅。
7.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，多层本征非晶硅层的掺杂方法为磷扩散掺杂或者硼扩散掺杂。
8.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述隧穿氧化层的厚度范围为0.5-2nm。
9.根据权利要求1所述的钝化接触结构的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述隧穿氧化层的生长方法为CVD沉积法、高温热氧法、臭氧氧化法、紫外氧化法。
10.一种太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-9所述的钝化接触结构的制备方法制备得到。
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