CN116682891A - 一种高效双polo ibc电池结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，在硅片背面形成双POLO结构和钝化膜之后，先对硅片背面进行激光整面扫描，然后对硅片背面P区和N区沉积的银浆进行激光局部烧结。本发明将激光整面扫描和激光局部烧结相结合，可以使非金属区域钝化效果达到最佳，提升电池Uoc；且烧结时，激光整面扫描产生的非平衡载流子有利于将银浆中的银还原成银结晶，从而降低P+poly区的接触电阻，进而提升FF，最终大幅提升电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体涉及一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法。
背景技术
太阳能电池是通过光生伏特效应将光转换为电能的装置。目前，主流量产的太阳能电池是PERC（钝化发射极与背面）电池。但PERC电池的光电转换效率已逼近理论效率（24.5%），亟需开发更高效的晶硅太阳能电池结构。具有优异的光利用率的叉指背接触(IBC)太阳电池已成为单晶硅高效电池领域的研究热点之一。IBC电池的结构特点在于正面无栅线、正负电极均在背面形成交叉排列结构，这种正面无遮挡结构完全消除了栅线电极造成的遮蔽损耗，实现入射光子的最大利用化，从而有效提高电池效率和发电量。IBC太阳电池技术与光电转换效率提升方向可以分为两种，一是提高IBC太阳电池的钝化效果，二是作为底电池应用于叠层电池中提升光利用率。现阶段，通过优化IBC太阳电池表面钝化而衍生的新型高效太阳电池-多晶硅氧化物选择钝化背接触 (POLO-IBC)电池，主要利用载流子选择钝化接触抑制少数载流子在界面处的复合速度，从而有效提高IBC太阳电池表面钝化效果。
IBC太阳电池的背面一般有p++(发射极)和n++(背表面场)两个重掺杂区，这两个掺杂区域呈指交叉状交替排列；两个区的中间一般还存在一个间隙(gap)，其中发射极用来收集空穴载流子，背表面场用来捕获电子。
P+ poly为掺杂B元素的poly层，使用常规的银铝浆作为接触浆料时，银铝浆中的铝容易形成钉刺，从而烧穿poly，导致钝化失效。故目前双POLO IBC结构的P+ poly区接触浆料通常使用纯银浆。电池片烧结过程中，由于P+ poly区B元素掺杂浓度低，且B原子缺乏电子，难以将银浆中的银还原成银结晶，从而导致接触电阻较大，FF偏低。此外，电池片烧结过程中，除了形成欧姆接触，还会将钝化膜层中的H注入到硅基体内，钝化基体缺陷。而H钝化的最佳温度低于接触形成的最佳温度，导致烧结过程中接触电阻和钝化效果不能同时达到最佳效果。
发明内容
为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，包括依序实施的如下步骤：硅片背面形成双POLO结构（P区和N区分别形成POLO结构），硅片背面形成钝化膜，硅片背面P区和N区沉积银浆，烧结；且在硅片背面形成钝化膜之后，并在烧结之前，对硅基体注入非平衡载流子。
优选的，通过光注入、电注入或激光注入的方式，实现对硅基体注入非平衡载流子。
优选的，在硅片背面进行激光注入。
优选的，激光注入时，对硅片背面进行激光整面扫描。
优选的，硅片背面形成的钝化膜为氮化硅膜。
优选的，通过激光整面扫描，同步实现将硅片背面钝化膜中的H注入到硅基体中。
优选的，激光整面扫描的温度为600～700℃，时间为10～30秒。
优选的，非平衡载流子的注入量为1E+19～1E+20cm-3。
优选的，先在硅片背面P区和N区沉积银浆，再对硅片背面进行激光整面扫描。
优选的，先对硅片背面进行激光整面扫描，再在硅片背面P区和N区沉积银浆。
优选的，烧结时，通过对硅片背面P区和N区沉积的银浆进行激光局部烧结，使银浆金属化并在P区和N区形成欧姆接触。
优选的，激光局部烧结的温度为700～800℃，时间为3～5秒。
优选的，所述硅片背面P区和N区形成POLO结构，包括如下步骤：硅片双面制绒，然后背面单面抛光，然后抛光面整面沉积硼掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+硼掺杂多晶硅），然后在硼掺杂的POLO结构上沉积掩膜，然后去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构，然后在N区沉积磷掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+磷掺杂多晶硅），然后去除剩余掩膜。
优选的，通过激光栅线状去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构。
本发明的优点和有益效果在于：
激光整面扫描（即激光注入）的激光能量较小，主要是对硅基体注入额外的非平衡载流子，同时将钝化膜中的H注入到硅基体中，激活钝化膜中的氢钝化效果。
激光局部烧结的激光能量较大，主要是使银浆金属化并在P区和N区形成欧姆接触。
本发明将激光整面扫描和激光局部烧结相结合（激光局部烧结的区域避开非金属区域），可以使非金属区域钝化效果达到最佳，提升电池Uoc；且烧结时，激光整面扫描（即激光注入）产生的非平衡载流子有利于将银浆中的银还原成银结晶，从而降低P+ poly区的接触电阻，进而提升FF，最终大幅提升电池效率。
激光整面扫描的温度为600～700℃，时间为10～30秒；时间过短（小于10秒），则还原银结晶的载流子较少，不利于欧姆接触形成，且钝化膜激活不充分；时间过长（大于30秒），则钝化膜激活的氢原子聚集形成氢复合中心，钝化效果变差。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，包括依序实施的如下步骤：硅片背面形成双POLO结构（P区和N区分别形成POLO结构），硅片背面形成钝化膜，硅片背面P区和N区沉积银浆，烧结；
且在硅片背面形成钝化膜之后，并在烧结之前，通过光注入、电注入或激光注入的方式，实现对硅基体注入非平衡载流子；烧结时，额外注入的非平衡载流子有利于将银浆中的银还原成银结晶，从而降低P+ poly区的接触电阻，进而提升FF，最终大幅提升电池效率；
具体的：
可以先实施硅片背面P区和N区沉积银浆，再实施对硅基体注入非平衡载流子；
也可以先实施对硅基体注入非平衡载流子，再实施硅片背面P区和N区沉积银浆。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，包括如下步骤：
硅片双面制绒，然后通过链式碱抛光实施背面单面抛光，然后通过原位沉积方式实施抛光面整面沉积硼掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+硼掺杂多晶硅，poly厚度250～350nm），然后在硼掺杂的POLO结构上沉积掩膜，然后通过激光栅线状去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构，然后通过原位沉积方式实施在N区沉积磷掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+磷掺杂多晶硅），此时通过原位掺杂的方式已形成了叉指状的磷掺杂的N区和硼掺杂的P区，然后通过槽式清洗去除剩余掩膜；然后硅片两面沉积氧化铝和氮化硅钝化；然后硅片背面P区和N区丝网印刷银浆；
然后对硅片背面进行激光整面扫描（即激光注入），实现对硅基体注入非平衡载流子，并同步实现将硅片背面钝化膜中的H注入到硅基体中，激活钝化膜中的氢钝化效果；激光整面扫描的温度为600～700℃（优选为600℃），时间为10～30秒；非平衡载流子的注入量为1E+19～1E+20cm-3（优选注入量为1E+19cm-3）；
然后对硅片背面P区和N区沉积的银浆进行激光局部烧结，使银浆金属化并在P区和N区形成欧姆接触；激光局部烧结的温度为700～800℃，时间为3～5秒（优选温度为700℃，时间为5秒）；且烧结时，激光整面扫描（即激光注入）产生的非平衡载流子有利于将银浆中的银还原成银结晶，从而降低P+ poly区的接触电阻，进而提升FF，最终大幅提升电池效率。
实施例2
一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，包括如下步骤：
硅片双面制绒，然后通过链式碱抛光实施背面单面抛光，然后通过原位沉积方式实施抛光面整面沉积硼掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+硼掺杂多晶硅，poly厚度250～350nm），然后在硼掺杂的POLO结构上沉积掩膜，然后通过激光栅线状去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构，然后通过原位沉积方式实施在N区沉积磷掺杂的POLO结构（隧穿氧化层+磷掺杂多晶硅），此时通过原位掺杂的方式已形成了叉指状的磷掺杂的N区和硼掺杂的P区，然后通过槽式清洗去除剩余掩膜；然后硅片两面沉积氧化铝和氮化硅钝化；
然后对硅片背面进行激光整面扫描（即激光注入），实现对硅基体注入非平衡载流子，并同步实现将硅片背面钝化膜中的H注入到硅基体中，激活钝化膜中的氢钝化效果；激光整面扫描的温度为600～700℃（优选为700℃），时间为10～30秒；非平衡载流子的注入量为1E+19～1E+20cm-3（优选注入量为1E+19cm-3）；
然后硅片背面P区和N区丝网印刷银浆；
然后对硅片背面P区和N区沉积的银浆进行激光局部烧结，使银浆金属化并在P区和N区形成欧姆接触；激光局部烧结的温度为700～800℃，时间为3～5秒（优选温度为800℃，时间为3秒）；且烧结时，激光整面扫描（即激光注入）产生的非平衡载流子有利于将银浆中的银还原成银结晶，从而降低P+ poly区的接触电阻，进而提升FF，最终大幅提升电池效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1. 一种高效双POLO IBC电池结构的制备方法，包括如下步骤：硅片背面形成双POLO结构，硅片背面形成钝化膜，硅片背面P区和N区沉积银浆，烧结；其特征在于，在硅片背面形成钝化膜之后，且在烧结之前，对硅基体注入非平衡载流子。
2. 根据权利要求1所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，通过光注入、电注入或激光注入的方式，实现对硅基体注入非平衡载流子。
3. 根据权利要求2所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，在硅片背面进行激光注入。
4. 根据权利要求3所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，激光注入时，对硅片背面进行激光整面扫描。
5. 根据权利要求4所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，硅片背面形成的钝化膜为氮化硅膜。
6. 根据权利要求5所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，通过激光整面扫描，同步实现将硅片背面钝化膜中的H注入到硅基体中。
7. 根据权利要求6所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，激光整面扫描的温度为600～700℃，时间为10～30秒。
8. 根据权利要求7所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，非平衡载流子的注入量为1E+19～1E+20cm-3。
9. 根据权利要求1所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，先在硅片背面P区和N区沉积银浆，再对硅片背面进行激光整面扫描。
10. 根据权利要求1所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，先对硅片背面进行激光整面扫描，再在硅片背面P区和N区沉积银浆。
11. 根据权利要求1所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，烧结时，通过对硅片背面P区和N区沉积的银浆进行激光局部烧结，使银浆金属化并在P区和N区形成欧姆接触。
12. 根据权利要求11所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，激光局部烧结的温度为700～800℃，时间为3～5秒。
13. 根据权利要求1所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，所述硅片背面形成双POLO结构，包括如下步骤：硅片双面制绒，背面单面抛光，抛光面整面沉积硼掺杂的POLO结构，在硼掺杂的POLO结构上沉积掩膜，去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构，在N区沉积磷掺杂的POLO结构，然后去除剩余掩膜。
14. 根据权利要求13所述的高效双POLO IBC电池结构的制备方法，其特征在于，通过激光栅线状去除局部掩膜和掩膜下方的硼掺杂的POLO结构。
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