CN116759473B - 一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于背接触电池技术领域，具体涉及一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法，背接触电池包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层，所述硅片的背面为倒金字塔绒面结构，所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，所述倒金字塔绒面结构具有交替布置的平面和向硅片内凹陷的凹坑，第一掺杂多晶硅层包括多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中均掺杂磷且还掺杂碳和/或氧，多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中掺氧量逐渐递减、掺碳量和掺磷量逐渐递增。本发明能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。

Description

一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法
技术领域
本发明属于背接触电池技术领域，具体涉及一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法。
背景技术
目前，背接触电池（或称背接触太阳能电池）中第一半导体层、第二半导体层都分布在电池硅片背面。例如CN115207137B提供了一种联合钝化背接触电池，包括具有受光面和背面的N型掺杂硅基底，设置在背面的第一半导体层和第二半导体层，所述第二半导体层包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和掺杂硅层，所述第一半导体层包括沿垂直背面向外的方向依次设置的隧穿氧化层和掺杂硅晶层。
然而，背接触电池中第一半导体层为隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，第一掺杂多晶硅层对入射光的长波段有明显的寄生吸收，第一掺杂多晶硅层太厚，寄生吸收严重，短路电流密度将显著下降；多晶层太薄，电池的钝化和膜层的导电性都会产生较大影响，进而影响整体转换效率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的背接触电池中第一半导体层的第一掺杂多晶硅层无法兼顾寄生吸收、钝化和膜层的导电性的缺陷，提供一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法，该背接触电池能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种减少背面寄生吸收的背接触电池，包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层，所述硅片的背面为倒金字塔绒面结构，所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，所述倒金字塔绒面结构具有交替布置的平面和向硅片内凹陷的凹坑，且所述第一掺杂多晶硅层包括多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中均掺杂磷且还掺杂碳和/或氧，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中掺氧量逐渐递减、掺碳量和掺磷量逐渐递增。
在本发明的一些优选实施方式中，所述倒金字塔绒面结构中平面面积占整片背面面积的40%-70%、优选40%-60%。
在本发明的一些优选实施方式中，所述凹坑的内陷深度为0.5-1.5nm，凹坑的开口宽度为0.5-3nm、优选1-3nm。
本发明所述凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:（0.6-4）:（100-600）。
在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2.5nm，第一掺杂多晶硅层的总厚度为50-300nm。
在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（1-3.3）:（1.4-5）、优选1:（1-3）:（2-4）。
在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（20-55）:（40-155）:（60-160）、优选1:（30-50）:（50-130）:（60-150）、进一步优选1:（30-50）:（50-100）:（60-90）。
在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层与多晶硅中层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为tp、tO、tC，多晶硅中层和多晶硅外层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为Tp、TO、TC，其满足：Tp/tp=10-30、优选10-25，TO/tO=1/0.4-1/20、优选1/25-1/5、优选1/20-1/5，TC/tC=0.7-20、优选5-20。
更优选地，所述多晶硅内层掺杂磷且还掺杂氧，所述多晶硅中层掺杂磷且还掺杂氧和碳，所述多晶硅外层掺杂磷且还掺杂碳，且所述多晶硅内层与多晶硅中层的掺氧浓度差值的绝对值tO为1×1019cm-3-5×1019cm-3，所述多晶硅中层和多晶硅外层的掺碳浓度差值的绝对值TC为1×1019cm-3-9×1019cm-3。
在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层的禁带宽度为1.45-1.55ev，多晶硅中层的禁带宽度为1.56-1.65ev，多晶硅外层的禁带宽度为1.65-1.75ev。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：
半导体掩膜层，其设置在所述第一半导体层表面，且所述第一半导体层及其上的半导体掩膜层作为整体沿背面平行方向间隔排布，该间隔处为第二半导体开口区；
第二半导体层，其设置在所述半导体掩膜层的表面且覆盖第二半导体开口区的表面，且在位于相邻第二半导体开口区之间的部分第二半导体层上开设有暴露第一半导体层的第一半导体开口区；且其包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层；
导电膜层，其设置在所述第二半导体层表面以及在所述第一半导体开口区处暴露的第一半导体层表面，且在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的导电膜层上开设有裸露第二半导体层的隔离槽；
栅线电极，其分别设置在所述第一半导体开口区和第二半导体开口区的表面；
正面钝化层，其设置在硅片的正面；
减反射层，其设置在所述正面钝化层的表面。
第二方面，本发明提供一种减少背面寄生吸收的背接触电池的制备方法，所述背接触电池为第一方面所述的减少背面寄生吸收的背接触电池，所述制备方法包括：
S100、提供双面抛光的硅片；
S101、在硅片的背面进行倒金字塔制绒，使得背面保留部分平面且形成向硅片内凹陷的凹坑；
S102、在S101所得硅片的背面依次沉积隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，形成第一半导体层；其中，沉积第一掺杂多晶硅层的过程包括：先进行相应各层的多晶生长，再进行磷扩散；所述多晶生长中通入所需掺杂元素的气源。
在本发明的一些优选实施方式中，S101中所述倒金字塔制绒的过程包括：先用激光在硅片的背面刻蚀出凹槽，再进行碱性溶液或酸性溶液腐蚀出倒金字塔的绒面。
在本发明的一些优选实施方式中，S102中，所述多晶生长中通入的气体包括硅烷和选自包括笑气和/或甲烷的掺杂元素气源，通入笑气时笑气占总通入气体的体积比为2%-15%，通入甲烷时甲烷占总通入气体的体积比为3%-20%。
在本发明的一些优选实施方式中，S102中，所述沉积第一掺杂多晶硅层的过程具体包括：
在多晶硅内层的多晶生长过程中通入硅烷和笑气，笑气占总通入气体的体积比为5%-15%；
在多晶硅中层的多晶生长过程中通入硅烷、笑气和甲烷，所述笑气和甲烷分别占总通入气体的体积比为2%-8%、3%-10%；
在多晶硅外层的多晶生长过程中通入硅烷和甲烷，甲烷占总通入气体的体积比为10%-20%；
待多晶生长结束后再进行磷扩散。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：
S103、在S102所得第一半导体层上沉积半导体掩膜层；
S104、在S103所得背面形成第二半导体开口区；
S105、在S104所得背面沉积第二半导体层；
S106、对硅片的正面进行前处理，之后沉积正面钝化层和减反射层；
S107、去除背面第一半导体层上部分的第二半导体层，裸露出第一半导体层，形成第一半导体开口区；
S108、在S107所得背面沉积导电膜层；
S109、在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成隔离槽；
S110、在所述第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成栅线电极。
有益效果：
本发明通过上述技术方案，尤其是背面采用特定的倒金字塔绒面结构和特定结构的第一半导体层以及特定层的厚度比，能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。其中，相比于硅片背面常规的抛光或正金字塔结构，本发明背面采用具有平面和凹坑的倒金字塔绒面结构，保留了部分背面的平整性，有利于隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层的生长和钝化，又有内陷的绒面结构凹坑，有利于长波段入射光的内反射（即从正面穿透电池的长波段光线在背面的反射从而再吸收），提高电流密度；配合背面采用特定层及其掺杂元素分布的第一掺杂多晶硅层，多晶硅导电性良好，掺碳和掺氧也能满足导电性的要求，倒金字塔绒面结构匹配特定的第一半导体层，能够在满足钝化性能和导电性能的同时又保持较宽的禁带宽度和充分的耐腐蚀性能。其中在多晶生长中掺入适宜分布的掺杂元素，能进一步促进长波段入射光的反射作用而不对长波长进行吸收，利于拓宽光学禁带宽度Eg，减少寄生吸收，掺杂元素特定分布的掺杂方式有利于保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和转换效率。而在相同条件下，若不掺杂氧而仅掺磷和碳，会由于钝化性能不佳，而导致开压等性能较低；若掺氧量递增，会由于掺氧过多而导致相应膜层耐腐蚀性能不佳，进而导致在形成第一半导体开口区和第二半导体开口区采用的腐蚀溶液处理之后受损。而在相同条件下，若不掺杂碳而仅掺磷和氧，会由于膜层耐腐蚀性能不佳而导致膜层过溶液受损，若掺碳量递减，会由于禁带宽度不够宽，而导致吸光严重。而在相同条件下，若不掺杂氧和碳而仅掺磷且配合倒金字塔绒面结构，会由于从正面穿透的长波段光线在膜层中的吸收较多而导致反射不佳。
而且，本发明采用适宜比例的凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度，能够让隧穿氧化层充分的覆盖在凹坑和平坦的硅片表面，同时匹配适宜的多晶硅厚度，使得载流子在足够的电场作用下能隧穿出来，从而保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。而在相同条件下，若凹坑的内陷深度和隧穿氧化层厚度的比例不适宜，如过大会由于隧穿氧化层难以充分的覆盖在凹坑表面而导致钝化性能不佳，过小会由于绒面浅而漫反射效果差，而导致背面减反作用降低；若凹坑的内陷深度和第一掺杂多晶硅层的比例不适宜，如过大会由于多晶膜层的均匀性不佳而导致钝化和导电性能受损，过小会由于减反效果不佳而导致长波段的光线无法充分的吸收。
进一步地，在本发明的优选隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比的方案中，隧穿氧化层与第一掺杂多晶硅层中各层的膜厚比适宜，配合背面的倒金字塔绒面结构，进一步兼顾了膜层的钝化性能、导电能力以及光学性能，保证了开压、短路电流以及填充因子都处于最佳水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1的S100硅片的结构示意图；
图2为本发明实施例1的S101背面形成倒金字塔制绒结构的结构示意图；
图3为本发明实施例1的S102背面沉积第一半导体层的结构示意图；
图4为本发明实施例1的S103背面沉积半导体掩膜层的结构示意图；
图5为本发明实施例1的S104背面形成第二半导体开口区的结构示意图；
图6为本发明实施例1的S105背面沉积第二半导体层的结构示意图；
图7为本发明实施例1的S106正面沉积钝化层和减反射层的结构示意图；
图8为本发明实施例1的S107背面形成第一半导体开口区的结构示意图；
图9为本发明实施例1的S108背面沉积导电膜层的结构示意图；
图10为本发明实施例1的S109背面形成隔离槽的结构示意图；
图11为本发明实施例1的S110背面印刷栅线电极的结构示意图。
附图标记说明
1、硅片，2、隧穿氧化层，3、第一掺杂多晶硅层，3.1、内层掺氧N型多晶层，3.2、中层掺氧碳N型多晶层，3.3、外层掺碳N型多晶层，4、半导体掩膜层，5.1、第二半导体钝化层，5.2、第二半导体掺杂层，6.1、钝化层，6.2、减反射层，7、导电膜层，8、栅线电极。
具体实施方式
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。其中，术语“可选的”、“任选的”均是指可以包括，也可以不包括（或可以有，也可以没有）。
第一方面，本发明提供了一种减少背面寄生吸收的背接触电池，包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层，所述硅片的背面为倒金字塔绒面结构，所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，所述倒金字塔绒面结构具有交替布置的平面和向硅片内凹陷的凹坑。需要指出的是，平面和凹坑形成背面表面倒金字塔的出绒结构，平面上不出绒，凹坑内出绒。
本发明所述第一掺杂多晶硅层包括多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中均掺杂磷且还掺杂碳和/或氧，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中掺氧量逐渐递减、掺碳量和掺磷量逐渐递增。
本发明采用隧穿氧化层配合第一掺杂多晶硅层，第一掺杂多晶硅层为多晶硅层，其导电性良好，其进行适宜条件的掺碳和掺氧，不仅能满足其导电性的要求，倒金字塔绒面结构匹配特定的第一半导体层，还能在满足钝化性能的同时又保持较宽的禁带宽度和充分的耐腐蚀性能。而若第一半导体层的隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层替换为常规的本征非晶硅或微晶硅以及掺杂非晶硅，由于非晶硅因膜层无结晶的特性，掺氧或掺碳无法做到导电性与钝化性能同时兼得，所以非晶膜层一般不掺碳或氧。
本发明所述凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:（0.6-4）:（100-600），其利于在倒金字塔绒面结构的形貌上形成良好的钝化结构并保证良好的导电性，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。
在本发明的一些优选实施方式中，所述倒金字塔绒面结构中平面面积占整片背面面积的40%-70%、优选40%-60%。该优选方案中，平面占比适宜，能够兼容减反效果的同时保持钝化效果，更利于保持开路电压和提高短路电流密度。
本发明中，所述凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层的范围，本领域技术人员可以在满足上述比例的条件下选择。
在本发明的一些优选实施方式中，所述凹坑的内陷深度为0.5-1.5nm。
优选地，凹坑的开口宽度为0.5-3nm、优选1-3nm。该优选方案中，开口宽度适宜，能够保证钝化效果，更利于提高电池的少子寿命和开路电压。
在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2.5nm，第一掺杂多晶硅层的总厚度为50-300nm。
在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（1-3.3）:（1.4-5）、优选1:（1-3）:（2-4）。该优选方案中，多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比适宜，能够最佳的减少寄生吸收和充分的耐腐蚀性能，更利于电池效率的提升。
在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（20-55）:（40-155）:（60-160）、优选1:（30-50）:（50-130）:（60-150）、进一步优选1:（30-50）:（50-100）:（60-90）。该优选方案中，隧穿氧化层与第一掺杂多晶硅层中各层的膜厚比适宜，配合背面的倒金字塔绒面结构，进一步兼顾了膜层的钝化性能、导电能力以及光学性能，保证了开压、短路电流以及填充因子都处于最佳水平。
本发明的多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中，相应掺杂元素递增时多晶硅内层的相应掺杂元素浓度可以为0，也可以不为0；相应掺杂元素递减时多晶硅外层的相应掺杂元素浓度可以为0，也可以不为0。
在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层与多晶硅中层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为tp、tO、tC，多晶硅中层和多晶硅外层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为Tp、TO、TC，其满足：Tp/tp=10-30，TO/tO=1/0.4-1/20，TC/tC=0.7-20。
优选地，Tp/tp=10-30、优选10-25，TO/tO=1/25-1/5、优选1/20-1/5，TC/tC=5-20。该优选方案中，掺杂元素浓度差比适宜，能够达到最佳的禁带宽度设置和较好的耐腐蚀性能，更利于减少寄生吸收和提高电学性能。
本发明的多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中氧、碳、磷的有效掺杂浓度范围可以为现有技术的范围，只要满足上述相对掺杂浓度条件即可；例如在掺氧时的有效掺杂浓度可以为1018cm-3-1020cm-3，在掺碳时的有效掺杂浓度可以为1018cm-3-1020cm-3，在掺磷时的有效掺杂浓度可以为1018cm-3-1021cm-3。
更优选地，所述多晶硅内层掺杂磷且还掺杂氧，所述多晶硅中层掺杂磷且还掺杂氧和碳，所述多晶硅外层掺杂磷且还掺杂碳。进一步优选地，所述多晶硅内层与多晶硅中层的掺氧浓度差值的绝对值tO为1×1019cm-3-5×1019cm-3，所述多晶硅中层和多晶硅外层的掺碳浓度差值的绝对值TC为1×1019cm-3-9×1019cm-3。该优选方案中，掺杂元素浓度差比适宜，能够达到最佳的禁带宽度设置和较好的耐腐蚀性能，更利于减少寄生吸收和提高电学性能。
进一步优选地，所述多晶硅内层和多晶硅中层的掺磷浓度差值的绝对值tp与多晶硅中层和多晶硅外层的掺磷浓度差值的绝对值Tp满足：Tp/tp=15-25。
本发明所述多晶硅内层的禁带宽度为1.45-1.55ev，多晶硅中层的禁带宽度为1.56-1.65ev，多晶硅外层的禁带宽度为1.65-1.75ev。本发明通过控制掺磷量、掺碳量、掺氧量，使得光学禁带宽度Eg拓宽在上述范围，禁带宽度宽，膜层寄生吸收的能力差，有利于减少寄生吸收，提高短路电流。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：半导体掩膜层，其设置在所述第一半导体层表面，且所述第一半导体层及其上的半导体掩膜层作为整体沿背面平行方向间隔排布，该间隔处为第二半导体开口区。可以理解的是，第二半导体开口区内裸露硅片，以容纳包括第二半导体层的层结构。第二半导体开口区的开口宽度为Wa，Wa可以为300-700μm。
本发明所述半导体掩膜层的种类和厚度均可以采用现有技术的范围，例如本发明的申请人的早期专利，例如半导体掩膜层可以为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅以及有机保护油墨中的至少一种，目的为保护第一半导体层在强酸碱溶液中不受溶液的腐蚀。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：第二半导体层，其设置在所述半导体掩膜层的表面且覆盖第二半导体开口区的表面，且在位于相邻第二半导体开口区之间的部分第二半导体层上开设有暴露第一半导体层的第一半导体开口区。第一半导体开口区的宽度Wb例如可以为100-300μm。
更优选地，所述第二半导体层包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和第二掺杂硅层。本征硅层例如可以为本征非晶硅层或微晶硅层。
进一步优选地，所述第二掺杂硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层。
在上述优选方案中，本发明优选采用本征硅层和第二掺杂硅层以及第一半导体层的联合钝化结构，其配合特定的倒金字塔绒面结构和特定的第一掺杂多晶硅层，采用的多晶硅层导电性良好，掺碳和掺氧也能满足其导电性的要求，倒金字塔匹配第一半导体层，能在满足钝化性能的同时又保持较宽的禁带宽度和充分的耐腐蚀性能，更利于减少寄生吸收和提高电学性能。而在相同条件下，若将本发明第二半导体层中的本征硅层和第二掺杂硅层替换为隧穿氧化层和P型多晶硅，那么其成膜的温度高于第一掺杂多晶硅层，则容易导致第一掺杂多晶硅层性能受损。
本发明所述第二半导体层的厚度以及第二掺杂硅层的掺杂浓度均可以采用现有技术的范围，例如本发明的申请人的任意早期专利中的范围，优选地，本征硅层的厚度为5-15nm，第二掺杂硅层的厚度为5-20nm、有效掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1021cm-3。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：导电膜层，其设置在所述第二半导体层表面以及在所述第一半导体开口区处暴露的第一半导体层表面，且在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的导电膜层上开设有裸露第二半导体层的隔离槽。隔离槽的宽度Wg例如可以为50-200μm，主要为隔离两半导体层，减少短路或漏电产生。
所述导电膜层可以为透明导电膜或透明导电膜与金属导电膜组成的复合膜层。所述透明导电膜为掺锌、掺锡、掺钨、掺钛或掺硅的氧化铟，也可以为掺铝、掺硼或掺镓的氧化锌，所述金属导电膜为金属铝、金属铜、金属银、镍合金、钛合金中的至少一种。优选的，导电膜层为掺锡氧化铟、金属铜、镍铜合金的复合膜层，方阻小于0.2Ω/□。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：栅线电极，其分别设置在所述第一半导体开口区和第二半导体开口区的表面。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：正面钝化层，其设置在硅片的正面。所述正面钝化层例如可以为单层非晶硅钝化层，也可以为非晶硅钝化层与非晶硅掺杂层或微晶掺杂层的组合层，本领域技术人员可以根据需求选择。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：减反射层，其设置在所述正面钝化层的表面。减反射层可以为单层减反射层，也可以多层减反射层的组合层，本领域技术人员可以根据需求选择。
第二方面，本发明提供一种减少背面寄生吸收的背接触电池的制备方法，所述背接触电池为第一方面所述的减少背面寄生吸收的背接触电池，所述制备方法包括：
S100、提供双面抛光的硅片；
S101、在硅片的背面进行倒金字塔制绒，使得背面保留部分平面且形成向硅片内凹陷的凹坑；
S102、在S101所得硅片的背面依次沉积隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，形成第一半导体层；其中，沉积第一掺杂多晶硅层的过程包括：先进行相应各层的多晶生长，再进行磷扩散；所述多晶生长中通入所需掺杂元素的气源。
本发明S100中硅片可以是单晶硅片或单铸硅片，优选为单晶硅片。
在本发明的一些优选实施方式中，S101中所述倒金字塔制绒的过程包括：先用激光在硅片的背面刻蚀出凹槽，再进行碱性溶液或酸性溶液腐蚀出倒金字塔的绒面。其中，平面面积与激光刻蚀的密度成反比，刻蚀的密度越大，凹槽面积越大，平面面积越小。
本领域技术人员可以通过调整凹槽的深度以及碱性溶液或酸性溶液的浓度以及腐蚀的时间来控制倒金字塔绒面结构中平面面积、凹坑的深度和开口宽度。优选地，所述倒金字塔制绒的条件包括：所述凹槽的深度控制在0.5-1.5nm，碱性溶液的质量浓度为5%-30%，酸性溶液的质量浓度为3%-25%，腐蚀的时间为5-30min。
所述碱性溶液例如可以为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钠混合溶液中至少一种的水溶液，酸性溶液例如可以为硝酸、氢氟酸、硝酸与氢氟酸混合溶液中至少一种的水溶液。
更优选地，本发明用碱性溶液进行腐蚀。
优选地，所述碱性溶液或酸性溶液中还可以添加制绒添加剂，制绒添加剂例如可以为葡萄糖酸钾、乳酸钠、丙二醇、硅酸钠、碳酸钠中的至少一种，制绒添加剂的质量浓度可以为0.5%-5%。
本发明中，掺杂氧的气源可以为含氧气体，例如笑气；含氧气体的掺入体积比可以为0-20%。掺杂碳的气源可以为本领域的含碳气体，例如可以为甲烷；含碳气体的掺入体积比可以为0-25%。在本发明的一些优选实施方式中，S102中，所述多晶生长中通入的气体包括硅烷和选自包括笑气和/或甲烷的掺杂元素气源，通入笑气时笑气占总通入气体的体积比为2%-15%，通入甲烷时甲烷占总通入气体的体积比为3%-20%。本发明中，掺杂元素为碳时的气源为甲烷，所述掺杂元素为氧时的气源为笑气。本发明中，本领域技术人员可以通过控制掺杂元素气源的比例来提高掺杂浓度，通过控制掺入相应多晶生长时间来控制相应层的厚度。
本发明中，掺杂元素气源的流量随不同各层而递增或递减。所述递增时多晶硅内层的相应掺杂元素浓度可以为0，也可以不为0；递减时多晶硅外层的相应掺杂元素浓度可以为0，也可以不为0。
在本发明的一些优选实施方式中，S102中，所述沉积第一掺杂多晶硅层的过程具体包括：
在多晶硅内层的多晶生长过程中通入硅烷和笑气，笑气占总通入气体的体积比为5%-15%；
在多晶硅中层的多晶生长过程中通入硅烷、笑气和甲烷，所述笑气和甲烷分别占总通入气体的体积比为2%-8%、3%-10%；
在多晶硅外层的多晶生长过程中通入硅烷和甲烷，甲烷占总通入气体的体积比为10%-20%；
待多晶生长结束后再进行磷扩散。
所述磷扩散的条件可以采用常规的条件，例如，磷扩散的条件可以包括：扩散温度为750-950℃，扩散时间为60-200min，携带三氯氧磷的小氮气的流量为50-300sccm，大氮气（即纯氮气）的流量为500-3000sccm，氧气的流量为50-500sccm，扩散的气压为50-500mbar。在常规磷扩散条件下，由于含氧气体（如笑气）的递减，在一定程度上阻挡了磷元素的扩散，因此磷元素会随掺氧量的递减而呈递增的掺杂。
本发明优选地，S102中还包括，在所述磷扩散之后，进行降温。进一步优选地，所述降温为阶梯式降温，从950-900℃先降温至800-850℃，再降温至700-750℃，再降温至室温；各阶段中的降温时间各自独立地为5-15min。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S103、在S102所得第一半导体层上沉积半导体掩膜层。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S104、在S103所得背面形成第二半导体开口区。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S105、在S104所得背面沉积第二半导体层。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S106、对硅片的正面进行前处理，之后沉积正面钝化层和减反射层。其中前处理例如可以按照本发明的申请人的早期专利CN116093192B中的前处理步骤进行以进行悬挂键修复。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S107、去除背面第一半导体层上部分的第二半导体层，裸露出第一半导体层，形成第一半导体开口区。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S108、在S107所得背面沉积导电膜层。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S109、在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成隔离槽。
在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：S110、在所述第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成栅线电极。
下面详细描述本发明的实施例，是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种减少背面寄生吸收的背接触电池，其通过如下步骤获得：
S100、如图1所示，提供双面抛光硅片1，硅片为单晶硅片；
S101、如图2所示，背面进行倒金字塔制绒，所述倒金字塔制绒先用激光在硅片的背面刻蚀出0.8nm深度的凹槽，而后再进行碱性溶液（具体为氢氧化钾和制绒添加剂的水溶液，其质量浓度依次为10%和3%，制绒添加剂具体为市售的葡萄糖酸钾，腐蚀出倒金字塔的绒面，形成凹坑。背面倒金字塔控制为微出绒的表面形貌，倒金字塔绒面结构中不出绒的平面面积占整片背面面积的50%，凹坑的内陷深度为1.0nm，凹坑的开口宽度为2nm。
S102、如图3所示，在硅片的背面沉积第一半导体层，所述第一半导体层为隧穿氧化层2与第一掺杂多晶硅层3，倒金字塔凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度比例为1:1.5:200；其在倒金字塔绒面结构的形貌上形成良好的钝化结构。第一掺杂多晶硅层的多晶生长分为三层，分别为多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，多晶硅内层（即靠近硅片1的一层）掺入微量氧元素，在多晶生长时通入硅烷和笑气，笑气占总气氛比例为10%，多晶生长时间为20min。多晶硅中层掺入微量氧、碳元素，即在多晶生长过程中通入硅烷、笑气和甲烷，所述笑气和甲烷分别占总气氛比例为5%、7%，多晶生长时间为25min。多晶硅外层（即远离硅片的一层）掺入微量碳元素，在其多晶生长时通入硅烷和甲烷，甲烷气体占总气氛比例为10%，多晶生长时间为20min。三层多晶生长结束后再进行磷扩散，磷扩散的条件为：扩散温度为750-900℃，扩散时间为150min，携带三氯氧磷的小氮气的流量为100sccm，大氮气的流量为1000sccm，氧气的流量为100sccm，扩散的气压为300mbar，扩散后进行阶梯降温，从900℃到850℃再到750℃降温，降温时间各为10min。最终形成内层掺氧N型多晶层3.1，中层掺氧碳N型多晶层3.2和外层掺碳N型多晶层3.3。
所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层三层的厚度比例为1:2.3:3；
所述多晶层中掺入笑气等含氧元素，在一定程度上阻挡了磷元素的扩散，三层从内向外多晶层中氧的含量逐渐降低，掺磷含量随氧含量的降低而增加，具体地多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层三层中磷的掺杂浓度分别为0.5×1019cm-3、1×1019cm-3、1×1020cm-3。多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层三层中氧的掺杂浓度分别为5×1019cm-3、0.2×1019cm-3、0。多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层三层中碳的掺杂浓度分别为0、0.2×1019cm-3、3×1019cm-3。
所述多晶硅内层的禁带宽度为1.5ev，多晶硅中层的禁带宽度为1.62ev，多晶硅外层的禁带宽度为1.73ev。
上述特定第一掺杂多晶硅层的结构，在其多晶生长中掺入微量元素拓宽光学带隙Eg，减少寄生吸收。
S103、如图4所示，在第一半导体层上继续沉积半导体掩膜层4，所述半导体掩膜层为氮化硅，目的为保护第一半导体在强酸碱溶液中不受溶液的腐蚀。
S104、如图5所示，在背面形成第二半导体开口区，所述第二半导体开口区的开口宽度为Wa，Wa的宽度为400μm。
S105、如图6所示，在第二半导体开口区沉积第二半导体层，所述第二半导体层包含第二半导体钝化层5.1和第二半导体掺杂层5.2，第二半导体钝化层为本征非晶硅层。第二半导体掺杂层为非晶硅P层。
S106、如图7所示，正面进行前处理以及沉积钝化层6.1和减反射层6.2，所述钝化层6.1为单层非晶硅钝化层。所述减反射层6.2为单层减反射层。
S107、如图8所示，去除背面第一半导体层上部分的第二半导体层，裸露出第一半导体层，形成第一半导体开口区，第一半导体开口区的宽度Wb为300μm。
S108、如图9所示，在电池背面沉积导电膜层7，导电膜层7为掺锡氧化铟、金属铜、镍铜合金的复合膜层，方阻0.1Ω/□。
S109、如图10所示，在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成宽度为Wg的隔离槽，Wg为100μm，主要为隔离两半导体层，减少短路或漏电产生。
S110、如图11所示，在电池背面印刷栅线电极8，在硅片1的第一半导体区开口区与第二半导体区开口区处分别形成金属电极。
实施例2
参照实施例1进行，不同的是，调整第一掺杂多晶硅层使得凹坑的内陷深度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:500，多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比例不变。为满足该条件，相应改变的掺杂工艺为多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的沉积时间分别延长10min、15min和10min。
实施例3
参照实施例1进行，不同的是，倒金字塔制绒结构中控制平面面积占整片背面面积的70%。为满足该条件，相应减少氢氧化钾和制绒添加剂的浓度分别为5%和0.5%，减小凹坑的开口宽度为0.5nm。
实施例4
参照实施例1进行，不同的是，调整多晶硅外层的厚度使得多晶硅内层和多晶硅外层的厚度比为1:5。为满足该条件，相应改变多晶硅外层的镀膜时间为实施例1相应镀膜时间的150%。
实施例5
参照实施例1进行，不同的是，调整多晶硅中层的厚度使得多晶硅内层、多晶硅中层的厚度比为1:3.3。为满足该条件，相应改变多晶硅中层的镀膜时间为实施例1相应镀膜时间的165%。
实施例6
参照实施例1进行，不同的是，调整多晶硅中层的氧、碳元素掺杂浓度不同，具体调整为氧的有效掺杂浓度为1020cm-3，碳的有效掺杂浓度为1020cm-3。为满足该条件，相应改变笑气和甲烷占总气氛比例分别为9%、15%；相应的多晶硅中层的禁带宽度为1.65ev。
对比例1
参照实施例1进行，不同的是，第一掺杂多晶硅层不采用三层结构而是仅采用一层结构且仅掺磷，其厚度与实施例1的三层结构总厚度相同，磷的有效掺杂浓度为1×1020cm-3。相应的多晶硅中层的禁带宽度为1.56ev。
对比例2
参照对比例1进行，不同的是，一层结构的第一掺杂多晶硅层还掺杂碳和氧，碳的有效掺杂浓度为5×1020cm-3，氧的有效掺杂浓度为5×1020cm-3。为满足该掺杂浓度，相应在沉积多晶硅时，延长掺笑气和甲烷的沉积时间。
对比例3
参照实施例1进行，不同的是，第一掺杂多晶硅层的三层结构中均不掺杂氧。
对比例4
参照实施例1进行，不同的是，第一掺杂多晶硅层的三层结构中由内而外掺碳量递减，三层结构中由内而外的碳有效掺杂浓度依次为3×1019cm-3、0.2×1019cm-3、0，为满足该掺杂量，相应多晶硅中层沉积时，增加甲烷在总气氛中的比例，减少多晶硅外层沉积中甲烷在总气氛中的比例。
对比例5
参照实施例1进行，不同的是，第一掺杂多晶硅层的三层结构中由内而外掺氧量递增，掺磷量随之递减，三层结构中由内而外的氧有效掺杂浓度依次为0、0.2×1019cm-3、5×1019cm-3；磷有效掺杂浓度依次为1×1020cm-3、1×1019cm-3、0.5×1019cm-3。为满足该掺杂量，相应增加多晶硅中层和多晶硅外层的沉积中笑气占总气氛的比例，相应增加多晶硅内层沉积中的三氯氧磷的浓度，之后逐渐减少在多晶硅中层和多晶硅外层的沉积中相应三氯氧磷的浓度。
对比例6
参照实施例1进行，不同的是，调整隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层厚度使得凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:6:80，而多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比不变。为满足该条件，相应地增加隧穿氧化层的温度和氧化时间，缩短多晶硅沉积时间。
测试例
将上述实施例和对比例得到的背接触电池分别进行性能测试，测试结果如表1所示。其中以少子寿命表征电池的钝化性能，以方阻表征电池的导电性能。
表1
通过上述实施例和对比例可知，采用本发明的实施例方案，能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。
进一步的，根据实施例1和实施例2、实施例4-5可知，采用本发明优选厚度比例的第一掺杂多晶硅层的方案，更利于提升电池的短路电流密度和电池转换效率，同时兼顾优异的钝化性能和导电性。
进一步的，根据实施例1和实施例3可知，采用本发明优选倒金字塔制绒结构的方案，更利于提升电池的短路电流密度和电池转换效率。
进一步的，根据实施例1和实施例6可知，采用本发明优选掺杂浓度的第一掺杂多晶硅层的方案，更利于提升电池的短路电流密度和电池转换效率以及导电性，同时兼顾优异的钝化性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种减少背面寄生吸收的背接触电池，包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层，所述硅片的背面为倒金字塔绒面结构，所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，其特征在于，所述倒金字塔绒面结构具有交替布置的平面和向硅片内凹陷的凹坑，平面和凹坑形成背面表面倒金字塔的出绒结构，平面上不出绒，凹坑内出绒，所述倒金字塔绒面结构中平面面积占整片背面面积的40%-70%；且所述第一掺杂多晶硅层包括多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中均掺杂磷且还掺杂碳和/或氧，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中掺氧量逐渐递减、掺碳量和掺磷量逐渐递增，所述多晶硅内层掺杂磷且还掺杂氧，所述多晶硅中层掺杂磷且还掺杂氧和碳，所述多晶硅外层掺杂磷且还掺杂碳，且所述多晶硅内层与多晶硅中层的掺氧浓度差值的绝对值tO为1×1019cm-3-5×1019cm-3，所述多晶硅中层和多晶硅外层的掺碳浓度差值的绝对值TC为1×1019cm-3-9×1019cm-3，所述凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:（0.6-4）:（100-600）。
2.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述凹坑的内陷深度为0.5-1.5nm，凹坑的开口宽度为0.5-3nm。
3.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2.5nm，第一掺杂多晶硅层的总厚度为50-300nm。
4.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（1-3.3）:（1.4-5）。
5.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（20-55）:（40-155）:（60-160）。
6.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述多晶硅内层与多晶硅中层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为tp、tO、tC，多晶硅中层和多晶硅外层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为Tp、TO、TC，其满足：Tp/tp=10-30，TO/tO=1/25-1/5，TC/tC=5-20。
7.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述多晶硅内层的禁带宽度为1.45-1.55ev，多晶硅中层的禁带宽度为1.56-1.65ev，多晶硅外层的禁带宽度为1.65-1.75ev。
8.根据权利要求1所述的背接触电池，其特征在于，所述背接触电池还包括：
半导体掩膜层，其设置在所述第一半导体层表面，且所述第一半导体层及其上的半导体掩膜层作为整体沿背面平行方向间隔排布，该间隔处为第二半导体开口区；
第二半导体层，其设置在所述半导体掩膜层的表面且覆盖第二半导体开口区的表面，且在位于相邻第二半导体开口区之间的部分第二半导体层上开设有暴露第一半导体层的第一半导体开口区；且其包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层；
导电膜层，其设置在所述第二半导体层表面以及在所述第一半导体开口区处暴露的第一半导体层表面，且在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的导电膜层上开设有裸露第二半导体层的隔离槽；
栅线电极，其分别设置在所述第一半导体开口区和第二半导体开口区的表面；
正面钝化层，其设置在硅片的正面；
减反射层，其设置在所述正面钝化层的表面。
9.一种减少背面寄生吸收的背接触电池的制备方法，其特征在于，所述背接触电池为如权利要求1-8中任一项所述的减少背面寄生吸收的背接触电池，所述制备方法包括：
S100、提供双面抛光的硅片；
S101、在硅片的背面进行倒金字塔制绒，使得背面保留部分平面且形成向硅片内凹陷的凹坑；
S102、在S101所得硅片的背面依次沉积隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，形成第一半导体层；其中，沉积第一掺杂多晶硅层的过程包括：先进行相应各层的多晶生长，再进行磷扩散；所述多晶生长中通入所需掺杂元素的气源。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，S101中所述倒金字塔制绒的过程包括：先用激光在硅片的背面刻蚀出凹槽，再进行碱性溶液或酸性溶液腐蚀出倒金字塔的绒面；
和/或
S102中，所述多晶生长中通入的气体包括硅烷和选自包括笑气和/或甲烷的掺杂元素气源，通入笑气时笑气占总通入气体的体积比为2%-15%，通入甲烷时甲烷占总通入气体的体积比为3%-20%。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，S102中，所述沉积第一掺杂多晶硅层的过程具体包括：
在多晶硅内层的多晶生长过程中通入硅烷和笑气，笑气占总通入气体的体积比为5%-15%；
在多晶硅中层的多晶生长过程中通入硅烷、笑气和甲烷，所述笑气和甲烷分别占总通入气体的体积比为2%-8%、3%-10%；
在多晶硅外层的多晶生长过程中通入硅烷和甲烷，甲烷占总通入气体的体积比为10%-20%；
待多晶生长结束后再进行磷扩散。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：
S103、在S102所得第一半导体层上沉积半导体掩膜层；
S104、在S103所得背面形成第二半导体开口区；
S105、在S104所得背面沉积第二半导体层；
S106、对硅片的正面进行前处理，之后沉积正面钝化层和减反射层；
S107、去除背面第一半导体层上部分的第二半导体层，裸露出第一半导体层，形成第一半导体开口区；
S108、在S107所得背面沉积导电膜层；
S109、在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成隔离槽；
S110、在所述第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成栅线电极。
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