CN116705915B - 一种新型双面TOPCon电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型双面TOPCon电池的制备方法，在正面电极图形区域的遂穿氧化层及多晶硅层上面涂覆掩膜，形成一层掩膜层；此掩膜的成分含有硼源；隧穿氧化层和非晶硅层的设置，用于隔开栅线与硅基体，避免栅线与硅基体直接接触。掩膜对其覆盖区域的遂穿氧和非晶硅起到保护作用，避免被碱抛掉。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是一种新型双面TOPCon电池的制备方法。
背景技术
在制备双面TOPCon电池时，电池背表面一般由二氧化硅和掺杂的多晶硅组成钝化接触结构，而前表面仅由氧化铝钝化，使用烧穿型浆料，容易导致栅线与硅基体直接接触。
因此，如何改进TOPCon电池的制备工艺，避免栅线与硅基体直接接触，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决背景技术中的技术问题，本发明公开了一种新型双面TOPCon电池的制备方法。
本发明提供一种新型双面TOPCon电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅基体双面制绒；
S2、硅基体正面进行硼扩散；
S3、硅基体背面去除BSG层；
S4、硅基体背面抛光；
S5、硅基体正面使用激光对电极图形区域进行开膜，去除BSG层；
S6、硅基体双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；
S7、在正面电极图形区域的遂穿氧化层及多晶硅层上面涂覆掩膜，形成一层掩膜层；此掩膜的成分含有硼源；
S8、对硅基体背面进行磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转化为掺磷的多晶硅层；磷扩散时，硅基体正面掩膜中硼原子向硅基体正面的多晶硅掺杂形成重掺杂；
S9、去除硅基体正面的PSG层；
S10、通过酸洗碱抛的方式去除硅基体正面无掩膜保护区域的非晶硅，去除硅基体正面的掩膜以及BSG层，去除硅基体背面的PSG层；
S11、硅基体的正面沉积氧化铝膜；
S12、硅基体双面沉积氮化硅膜；
S13、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
隧穿氧化层和非晶硅层的设置，用于隔开栅线与硅基体，避免栅线与硅基体直接接触。由于步骤S10中，遂穿氧和非晶硅容易被碱抛掉，因此掩膜对正面电极图形区域内的遂穿氧和非晶硅起到保护作用，避免被碱抛掉。
由于硼在硅中的固相浓度低，导致硼扩掺杂浓度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为了银铝浆，为了达到同样的导电效果，银铝浆栅线宽度必须大约银浆，从而导致电流密度降低，因此在对硅基体背面进行磷扩散时，掩膜中的硼原子还会扩散到正面图形化区域的多晶硅中，实现金属化区域的重掺杂，形成选择性发射极，从而降低了接触电阻，提高了电流密度。
如硼扩散方阻过高，会引起严重的俄歇复合，方阻过低，Pn结的内建电场强度较弱，会降低开路电压，基于此，进一步的设计是：硅基体的正面硼扩散方阻范围为170-210Ω。
如隧穿氧化层的过薄，影响钝化效果；过厚，无法实现载流子的遂穿，基于此，进一步的改进在于：硅基体双面沉积遂穿氧化层的厚度为1-2nm。
如非晶硅层过薄，会影响钝化效果，而且栅线烧结容易出现烧穿；如过厚，寄生吸收会增大，电流密度会降低，基于此，进一步的改进在于：硅基体双面沉积非晶硅层的厚度为100-150nm。
如重掺杂的掺杂浓度过低，会增加栅线与硅基体的接触电阻，欧姆接触变差；如掺杂浓度过高，会增加复合，降低少子寿命，基于此，进一步的设计是：硅基体背面磷扩散时，重掺杂的掺杂浓度为5E19-1E20atoms/cm3 ，同时完成晶化。
硅基体正面绒面的反射率，直接影响太阳能电池对光的利用率，基于此，进一步的设计是：硅基体正面的绒面反射率在10%以下。
如硅基体背面绒面的反射率过小，会降低内反射，降低光的利用率；如反射率过大，硅基体会过于光滑，会增加栅线与硅基体的接触电阻，降低填充因子，基于此，进一步的设计是：硅基体背面绒面的反射率为30%-40%。
如氧化铝膜的厚度低于3nm，会降低钝化效果；如高于10nm，不仅不会提高钝化效果，还会导致TMA用量增加，增加生产时间及成本，基于此，进一步的改进在于：氧化铝膜的厚度为3-10nm。
如氮化硅膜过薄，减反射及钝化效果较差；如过厚，氮化硅的颜色会变成浅蓝色、硅本色、浅黄色或黄色，并将对应的颜色反射出去，从而影响硅基体对光谱的吸收，所以进一步地改进解决这一问题，具体的，氮化硅膜的厚度为70-90nm。
具体实施方式
实施例一：
本发明提供一种新型双面TOPCon电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、选取电阻率为0.8-1.5ohm·cm，厚度为150nm，尺寸为182mm×182mm，少子寿命﹥20ms的N型单晶硅片；
对硅基体的正面和背面进行双面制绒；先在KOH和H2O2的混合溶液中去除硅片表面的损失层，然后在氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面大小为5μm，正面反射率为8%，背面反射率为30%；正面反射率的设置，用于减少反射的光，提高电池对光的利用率；背面反射率的设置，用于提高内反射，提高光的利用率，降低栅线与硅基体的接触电阻，提高填充因子；
S2、硅基体正面进行硼扩散，硼扩散温度为1045℃，扩散后掺杂浓度为8E18atoms/cm3 ，结深为1200nm，硼源为BCL3；硼扩散方阻为170Ω；如此设置，不仅避免了俄歇复合，还提高了Pn结的内建电场强度，保持开路电压稳定；
S3、采用链式HF酸洗去除硅基体背面的BSG（硼硅玻璃）层；HF浓度为40%。
S4、硅基体背面抛光；采用碱刻蚀方式，碱抛液为氢氧化钠溶液，正面由于有BSG层保护不会被抛光，背面碱抛后使硅片背面反射率为40%，碱抛形成的塔基大小为10μm；
S5、硅基体正面使用激光对电极图形区域进行开膜，去除BSG层，使金属化区域沉积的遂穿氧、多晶硅与硅基体接触；激光功率为30W；
S6、采用LPCVD工艺在硅片双面依次沉积制备遂穿氧化层和非晶硅层，遂穿氧化层的厚度为1nm，非晶硅层的厚度为100nm；隧穿氧化层的厚度设置，不仅确保了钝化效果，还确保了载流子的遂穿稳定性；
S7、采用丝网印刷方式在正面电极图形区域沉积掩膜，掩膜沉积宽度大于等于栅线宽度，掩膜含6%浓度的硼源，而后烘干形成稳定的掩膜层，厚度为20nm；
S8、温度保持在870℃，通入POCL3进行扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；
扩散后非电极图形区域掺杂浓度为5E20atoms/cm3 ，结深为120nm，同时正面掩膜中硼源向电极图形区域非晶硅进行扩散，扩散后电极图形区域掺杂浓度为5E19atoms/cm3，结深为120nm；如此设置，不仅降低了栅线与硅基体的接触电阻，欧姆接触更佳，而且还降低了复合，延长了少字寿命；
S9、采用链式HF酸洗去除硅基体正面的PSG（磷硅玻璃）层，HF浓度为3%；
S10、通过RCA清洗的方式去除硅基体正面非电极图形区域的非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；
RCA后设有HF槽，装设有40%浓度的HF，通过酸洗的方式去除硅基体背面的PSG层，去除硅基体正面的掩膜和BSG层；
S11、通过ALD设备在硅基体的正面沉积氧化铝膜，厚度为3nm；如此设置，不仅确保钝化效果，还降低了TMA的用量，降低了生产时间和成本；
S12、通过PECVD设备硅基体双面沉积氮化硅膜，厚度为70nm；如此设置，不仅确保了减反射和钝化效果，还使得氮化硅的颜色不会发生改变，从而避免影响硅基体对光谱的吸收；
S13、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
隧穿氧化层和非晶硅层的设置，用于隔开栅线与硅基体，避免栅线与硅基体直接接触。由于步骤S10中，遂穿氧和非晶硅容易被碱抛掉，因此掩膜对正面电极图形区域内的遂穿氧和非晶硅起到保护作用，避免被碱抛掉。
由于硼在硅中的固相浓度低，导致硼扩掺杂浓度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为了银铝浆，为了达到同样的导电效果，银铝浆栅线宽度必须大约银浆，从而导致电流密度降低，因此在对硅基体背面进行磷扩散时，掩膜中的硼原子还会扩散到正面图形化区域的多晶硅中，实现金属化区域的重掺杂，形成选择性发射极，从而降低了接触电阻，提高了电流密度。
实施例二：
与实施例一相比，区别之处为：
S1、硅基体正面绒面反射率为10%，背面绒面反射率为40%；
S2、硼扩散方阻为210Ω；
S6、遂穿氧化层的厚度为2nm，非晶硅层的厚度为150nm；
S7、采用激光转印方式在正面电极图形区域沉积掩膜，其掩膜层为22nm；
S8、扩散后电极图形区域掺杂浓度为1E20atoms/cm3；
S11、氧化铝膜的厚度为10nm；
S12、氮化硅膜的厚度为90nm。
对比例一：
与实施例一相比，区别之处为：
S1、选取电阻率为0.8-1.5ohm·cm，厚度为150nm，尺寸为182mm×182mm，少子寿命﹥20ms的N型单晶硅片；
对硅基体的正面和背面进行双面制绒；先在KOH和H2O2的混合溶液中去除硅片表面的损失层，然后在氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面大小为5μm，正面反射率为8%，背面反射率为35%；
S2、硅基体正面进行硼扩散，硼扩散温度为1045℃，扩散后掺杂浓度为8E18atoms/cm3 ，结深为1200nm，硼源为BCL3；
S3、采用链式HF酸洗去除硅基体背面的BSG（硼硅玻璃）层；HF浓度为40%；
S4、硅基体背面抛光；采用碱刻蚀方式，碱抛液为氢氧化钠溶液，正面由于有BSG层保护不会被抛光，背面碱抛后使硅片背面反射率为40%，碱抛形成的塔基大小为10μm；
S5、硅基体正面使用激光对电极图形区域进行开膜，去除BSG层，使金属化区域沉积的遂穿氧、多晶硅与硅基体接触；激光功率为30W；
S6、采用LPCVD工艺在硅片双面依次沉积制备遂穿氧化层和非晶硅层，遂穿氧化层的厚度为1.3nm，非晶硅层的厚度为130nm；
S7、采用链式HF酸洗去除硅基体正面的PSG（磷硅玻璃）层，HF浓度为3%；
S8、通过RCA清洗的方式去除硅基体正面非电极图形区域的非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；
RCA后设有HF槽，装设有40%浓度的HF，通过酸洗的方式去除硅基体背面的PSG层，去除硅基体正面的掩膜和BSG层；
S9、通过ALD设备在硅基体的正面沉积氧化铝膜，厚度为6nm；
S10、通过PECVD设备硅基体双面沉积氮化硅膜，厚度为80nm；
S11、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
对比例2：
S1、选取电阻率为0.8-1.5ohm·cm，厚度为150nm，尺寸为182mm×182mm，少子寿命﹥20ms的N型单晶硅片；
对硅基体的正面和背面进行双面制绒；先在KOH和H2O2的混合溶液中去除硅片表面的损失层，然后在氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面大小为5μm，正面反射率为8%，背面反射率为35%；
S2、硅基体正面进行硼扩散，硼扩散温度为945℃，扩散后掺杂浓度为8E18atoms/cm3 ，结深为300nm，硼源为BCL3；
S3、使用激光设备对电极图形区域进行重掺杂，激光功率为50W；
S4、温度保持在1045℃，氧化推结，时间为3600s，氧化推结完成后，电极图形重掺区域掺杂浓度为1E19atoms/cm3 ，结深为1500nm，非电极图形区域掺杂浓度为5E18atoms/cm3 ，结深为1200nm，形成SE（选择性发射极）结构；
S5、采用链式HF酸洗去除硅基体背面的BSG（硼硅玻璃）层；HF浓度为40%；
S6、硅基体背面抛光；采用碱刻蚀方式，碱抛液为氢氧化钠溶液，正面由于有BSG层保护不会被抛光，背面碱抛后使硅片背面反射率为40%，碱抛形成的塔基大小为10μm；
S7、采用LPCVD工艺在硅片双面依次沉积制备遂穿氧化层和非晶硅层，遂穿氧化层的厚度为1.3nm，非晶硅层的厚度为130nm；
S8、温度保持在870℃，通入POCL3进行扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；
扩散后非电极图形区域掺杂浓度为5E20atoms/cm3 ，结深为120nm；
S9、采用链式HF酸洗去除硅基体正面的PSG（磷硅玻璃）层，HF浓度为3%；
S10、通过RCA清洗的方式去除硅基体正面非电极图形区域的非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；
RCA后设有HF槽，装设有40%浓度的HF，通过酸洗的方式去除硅基体背面的PSG层，去除硅基体正面的掩膜和BSG层；
S11、通过ALD设备在硅基体的正面沉积氧化铝膜，厚度为6nm；
S12、通过PECVD设备硅基体双面沉积氮化硅膜，厚度为80nm；
S13、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
实施例一、实施例二、对比例一以及对比例二对比如下：
| ITEM | Voc（mV） | Jsc(mA/ cm2) | FF(%) | EFF(%) |
| 实施例一（实施例二） | 725.4 | 41.67 | 83.96 | 25.51 |
| 对比例一 | 715.8 | 41.41 | 83.68 | 25.22 |
| 对比例二 | 723.6 | 41.49 | 83.97 | 25.41 |
注：Voc表示开路电压，Jsc表示电流密度，FF表示填充因子，EFF表示转换效率。
从表可以看出，实施例一（实施例二）为采用本发明制备的双面TOPCON电池，同时完成了SE结构的制备，实施例一（实施例二）与对比例一相比，效率高0.29%，一方面是因为本发明在栅线下面制备了遂穿氧和非晶硅层，避免了栅线和硅基低直接接触，减少金属复合，另一方面是本发明制备了SE结构，实现了电极图形区域重掺杂，非电极图形区域轻掺杂，重掺杂有利于降低栅线与硅的接触电阻，而轻掺杂可以减少非电极图形区域的复合，实施例一（实施例二）与对比例一相比实现了电性能的大幅提升，实施例一（实施例二）与对比例二相比，对比例二也完成了SE结构的制备，从实验结果看，实施例一（实施例二）效率要比对比例二效率高0.1%，主要因为对比例二没有双面制备遂穿氧及非晶硅，即对比例二栅线依旧与硅基体接触，有金属复合，而实施例一（实施例二）没有金属复合。本发明通过在栅线下面制备遂穿氧和非晶硅实现了双面钝化，同时完成了发射极区域的轻重掺杂，实现了SE结构制备。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、硅基体双面制绒；
S2、硅基体正面进行硼扩散；
S3、硅基体背面去除BSG层；
S4、硅基体背面抛光；
S5、硅基体正面使用激光对电极图形区域进行开膜，去除BSG层；
S6、硅基体双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；
S7、在正面电极图形区域的遂穿氧化层及多晶硅层上面涂覆掩膜，形成一层掩膜层；此掩膜的成分含有硼源；
S8、对硅基体背面进行磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转化为掺磷的多晶硅层；磷扩散时，硅基体正面掩膜中硼原子向硅基体正面的多晶硅掺杂形成重掺杂；
S9、去除硅基体正面的PSG层；
S10、通过酸洗碱抛的方式去除硅基体正面无掩膜保护区域的非晶硅，去除硅基体正面掩膜以及BSG层，去除硅基体背面的PSG层；
S11、硅基体的正面沉积氧化铝膜；
S12、硅基体双面沉积氮化硅膜；
S13、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
2.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体的正面硼扩散方阻范围为170-210Ω。
3.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体双面沉积遂穿氧化层的厚度为1-2nm。
4.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体双面沉积非晶硅层的厚度为100-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体背面磷扩散时，重掺杂的掺杂浓度为5E19-1E20atoms/cm3 ，同时完成晶化。
6.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体正面的绒面反射率在10%以下。
7.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：硅基体背面的反射率为30%-40%。
8.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：氧化铝膜的厚度为3-10nm。
9.根据权利要求1所述的一种新型双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：氮化硅膜的厚度为70-90nm。
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