CN116913985A - 一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池及其制备方法，属于TOPCon电池领域，以N型晶硅为基底，其正面依次设置有p型掺杂层、钝化层、正面减反射层、正面金属电极，其背面依次设置隧穿氧化层、n型掺杂多晶硅层、背面减反射层和背面金属电极；正面金属电极穿透正面减反射层、钝化层与p型掺杂层形成欧姆接触；背面金属电极穿透背面减反射层与n型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；正面金属电极采用印刷烧结形成的Ag浆电极，Ag浆电极中不含Al粉。采用Ag浆印刷烧结形成导电性良好的金属电极，并针对Ag浆与p型掺杂区接触性能较差的问题，通过光辅助微导处理降低金属Ag浆电极与p型掺杂层之间的接触电阻，从而提升电池FF和转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及TOPCon电池领域，具体而言，涉及一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池及其制备方法。
背景技术
目前，PERC电池已接近理论极限效率，以TOPCon、HJT、XBC为代表的N型技术快速渗透，其中TOPCon短期内因经济性、性价比优势凸显，在N型技术中脱颖而出，大规模产能率先落地。
N型电池技术中，TOPCon技术发展极为迅速，在量产效率的快速提升过程中离不开正面硼发射极及背面磷扩薄poly金属化浆料的有力支持。因受p型硼扩区发射极电子缺失及掺杂浓度低等制约因素的影响，常规银浆在硼扩区较难形成良好接触，在硼扩区银浆设计中通常通过加入铝来实现良好的电学接触。但铝对硅的强扩散作用又使得硼扩区金属复合非常严重，而带来开压的损失。
通过激光硼掺杂可帮助TOPCon电池在正面对硼硅玻璃进行选择性掺杂，实现选择性发射极SE结构，降低电极区域的接触电阻和金属区复合，可实现0.2％-0.3％的提效。但是，激光硼掺杂较PERC SE掺杂更为复杂。硼在硅的固溶度低于磷，掺杂难度更高，在推进时需求更高的能量。即使用激光掺杂时(即与PERC的SE方式类似)，需要采用功率更高的激光器。因此PERC电池产线中的激光掺杂设备在TOPCon产线中不能兼容沿用，需要重新购置激光掺杂设备。而高功率激光掺杂会导致发射极损伤，需增加高温退火工艺来消除或降低损伤，这又增加了设备投资和工艺成本。
TOPCon采用AgAl浆料，Al粉的加入可以降低B掺杂P型发射极表面接触电阻，但需玻璃料控制Al刺的大小，否则会导致p-n结击穿，造成严重接触复合；Al粉表面通常会形成一层绝缘的AlOx，AgAl浆料中的玻璃料需要打开Al粉表面的AlOx层，同时烧穿AlOx/SiNx/SiNxOy，才有可能形成好的欧姆接触。所以，AgAl浆料玻璃料成分与用量与现有PERCAg浆差异较大。通常，采用AgAl浆料制备的TOPCon电池，电池组件在做湿热(DH)测试过程中H2O的渗入加速羧酸的形成，羧酸容易腐蚀AgAl浆与硅片之间的界面玻璃层，另外Ag/Al化学势差异，导致Al被氧化腐蚀。最终，导致电池Rs快速上升，FF快速下降，严重时Isc下降明显，严重影响电池可靠性。
发明内容
为克服现有技术中采用AgAl浆料制备TOPCon电池存在的AgAl浆中Al的扩散能深度大，容易导致正面金属接触区复合电流密度增加；由于Al的掺杂，导致浆料电阻率增大，从而导致电池正面栅线线电阻增大，串联电阻Rs增加，以及填充因子FF降低等问题，本发明提供了一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池及其制备方法，采用Ag浆印刷烧结形成导电性良好的金属电极，并通过光辅助微导处理降低金属Ag浆电极与p型掺杂区之间的接触电阻，从而提升电池FF和转换效率。具体技术方案如下：
一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，以N型晶硅为基底，其正面依次设置有p型掺杂层、钝化层、正面减反射层、正面金属电极，其背面依次设置隧穿氧化层、n型掺杂多晶硅层、背面减反射层和背面金属电极；
正面金属电极穿透所述正面减反射层、所述钝化层与所述p型掺杂层形成欧姆接触；所述背面金属电极穿透所述背面减反射层与所述n型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；
正面金属电极采用印刷烧结形成的Ag浆电极，所述Ag浆电极中不含Al粉。
优选地，所述基底为磷掺杂N型单晶硅片，电阻率0.1-10Ωcm，厚度100-200um。
优选地，所述钝化层为AlOx薄膜，其厚度为3-5nm。
优选地，所述正面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组成的复合膜，其厚度为70-150nm。
本发明还提供了一种上述正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，以磷掺杂N型单晶硅片作为基底，单面制绒在单晶硅片正面形成表面金字塔结构；
步骤二，通过硼扩散，在单晶硅片正面形成正面p型硼掺杂层；
步骤三，单面刻蚀，去除背面BSG，保留正面BSG；刻蚀去除背面绕扩掺杂层；
步骤四，在基底背面沉积隧穿氧化层和本征多晶硅层，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂；
步骤五，单面刻蚀，去除扩散后正面绕镀多晶硅层表面的PSG；
步骤六，刻蚀去除正面BSG表面绕镀多晶硅层，清洗去除正面的BSG及背面的PSG；
步骤七，正面沉积AlOx薄膜；
步骤八，正面沉积正面减反射层，背面沉积背面减反射层；
步骤九，正背面印刷烧结Ag浆电极，并采用光辅助微导处理正面Ag浆电极。
优选地，步骤九中光辅助微导处理时，对电池施加偏置电压，电源正极与电池正面电极接触，负极与背面电极接触，同时采用脉冲线光源扫描电池正面，形成局部高电流，产生瞬时高温，使金属电极中的Ag与p型掺杂区的Si相互扩散，形成AgSix合金。
优选地，所述偏置电压在1-20V；所述脉冲线光源的辐射波长包含400-1500nm的光，且辐照强度为1-10000W/cm2，线宽1-1000um；脉冲作用时间为10ns-10ms。
优选地，步骤二中，所述硼扩散采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻100-300Ω/□。
优选地，步骤七中采用ALD原子层沉积方式，以TMA为前驱体，H2O为氧化剂，反应温度控制在200-350℃，在硅片正面p型硼掺杂层表面沉积一层AlOx薄膜。
优选地，步骤八中采用管式或板式PECVD在硅片正面沉积正面减反射层。
有益效果：
采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
(1)正面金属电极采用纯Ag浆料制备，其中Al含量为零。与常规AgAl浆料电极相比，纯Ag浆料电极电阻率更低，栅线的线电阻降低；浆料成分中，Al粉的取消，导致金属扩散渗透深度降低，金属区复合电流密度降低，Voc提升；Al粉取消和玻璃料的改变，提高了正面金属电极对羧酸的耐腐蚀性，降低DH衰减，改善电池可靠性。
(2)采用Ag浆印刷烧结形成导电性良好的金属电极，并针对Ag浆与p型掺杂区接触性能较差的问题，通过光辅助微导处理降低金属Ag浆电极与p型掺杂层之间的接触电阻，从而提升电池FF和转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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是实施例1、2和对比例1中TOPCon电池层结构图；
图2是对比例2中TOPCon电池层结构图；
图3是实施例1中TOPCon电池制备工艺流程图。
图中，1、基底；2、局部p型掺杂层；21、p型轻掺杂区；22、p型重掺杂区；3、钝化层；4、正面减反射层；5、正面金属电极；6、隧穿氧化层；7、n型掺杂多晶硅层；8、背面减反射层；9、背面金属电极。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，以N型晶硅为基底1，其正面依次设置有p型掺杂层2、钝化层3、正面减反射层4、正面金属电极5，其背面依次设置隧穿氧化层6、n型掺杂多晶硅层7、背面减反射层8和背面金属电极9；
正面金属电极5穿透所述正面减反射层4、所述钝化层3与所述p型掺杂层2形成欧姆接触；所述背面金属电极9穿透所述背面减反射层8与所述n型掺杂多晶硅层7形成欧姆接触；
正面金属电极5采用印刷烧结形成的Ag浆电极，所述Ag浆电极中不含Al粉。
作为一种优选的实施方式，基底1为磷掺杂N型单晶硅片，电阻率0.1-10Ωcm，厚度100-200um。
作为一种优选的实施方式，所述钝化层3为AlOx薄膜，其厚度为3-5nm。
作为一种优选的实施方式，所述正面减反射层4为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组成的复合膜，其厚度为70-150nm。
本实施方式还提供了一种上述正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，以磷掺杂N型单晶硅片作为基底，利用酸碱化学品，消除硅片表面有机沾污和金属杂质，在单晶硅片表面形成表面金字塔织构，增加太阳光的吸收减少反射；
步骤二，通过硼扩散，在单晶硅片正面形成正面p型硼掺杂层；硼扩散采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻100-300Ω/□；
步骤三，单面HF刻蚀，去除背面BSG，保留正面BSG；刻蚀去除背面绕扩掺杂层；
步骤四，在基底背面沉积隧穿氧化层和本征多晶硅层，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂；首先在LPCVD炉管中，以O2为氧化剂，氧化温度550-650℃，在硅片背面原位氧化生长隧穿氧化层，其厚度1-3nm，其次在隧穿氧化层生长完成后，以SiH4为反应气体，N2为稀释气体，沉积温度550-650℃，继续利用LPCVD技术在隧穿氧化层表面沉积本征多晶硅薄膜，其厚度100-150nm；以POCl3为扩散源，扩散温度800-900℃，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂，掺杂浓度1-5E20cm-3；
步骤五，单面HF刻蚀，去除扩散后正面绕镀多晶硅层表面的PSG；
步骤六，采用碱溶液刻蚀去除正面BSG表面绕镀多晶硅层，并采用氢氟酸清洗去除所述正面的BSG及所述背面的PSG；
步骤七，正面沉积AlOx薄膜；采用ALD原子层沉积方式，以TMA为前驱体，H2O为氧化剂，反应温度控制在200-350℃，在硅片正面p型硼掺杂层表面沉积一层AlOx薄膜，厚度1-5nm；
步骤八，正面沉积正面减反射层，背面沉积背面减反射层；采用管式或板式PECVD在硅片正面沉积减反射层，正面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组合，其厚度为70-150nm；采用管式或板式PECVD在硅片背面面沉积减反射层，背面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组合，其厚度为70-150nm；
步骤九，正背面印刷烧结Ag浆电极，并采用光辅助微导处理正面Ag浆电极；分别在硅片正背面印刷Ag浆，烘干烧结后，背面Ag浆与n型磷掺杂多晶硅层形成良好的欧姆接触；因受p型硼掺杂区电子缺失及掺杂浓度低等制约因素的影响，正面Ag浆在正面硼掺杂区较难形成良好接触；光辅助微导处理时，对电池施加偏置电压，电源正极与电池正面电极接触，负极与背面电极接触，同时采用脉冲线光源扫描电池正面，形成局部高电流，产生瞬时高温，使金属电极中的Ag与p型掺杂区的Si相互扩散，形成AgSix合金。其中偏置电压在1-20V；所述脉冲线光源的辐射波长包含400-1500nm的光，且辐照强度为1-10000W/cm2，线宽1-1000um；脉冲作用时间为10ns-10ms。
下面通过实施例和对比例对本实施方式中TOPCon电池结构及其制备方法的有益效果进行进一步的评述。
实施例1：
如图1所示，正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，以N型晶硅为基底1，其正面依次设置有p型掺杂层2、钝化层3、正面减反射层4、正面金属电极5，其背面依次设置隧穿氧化层6、n型掺杂多晶硅层7、背面减反射层8和背面金属电极9；
正面金属电极5穿透所述正面减反射层4、所述钝化层3与所述p型掺杂层2形成欧姆接触；所述背面金属电极9穿透所述背面减反射层8与所述n型掺杂多晶硅层7形成欧姆接触；
正面金属电极5采用印刷烧结形成的Ag浆电极，所述Ag浆电极中不含Al粉。
如图3所示，上述正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，制绒，以磷掺杂N型单晶硅片作为基底，利用酸碱化学品，消除硅片表面有机沾污和金属杂质，在单晶硅片表面形成表面金字塔织构，增加太阳光的吸收减少反射；
步骤S102，硼扩散，在单晶硅片正面形成正面p型硼掺杂层；其中采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻100-300Ω/□；
步骤S103，单面HF刻蚀，去除背面BSG，保留正面BSG；
步骤S104，刻蚀去除背面绕扩掺杂层；以正面BSG为阻挡层，采用碱性溶液腐蚀去除背面绕扩掺杂层，防止边缘漏电；
步骤S105，在基底背面沉积隧穿氧化层和本征多晶硅层，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂；首先在LPCVD炉管中，以O2为氧化剂，氧化温度550-650℃，在硅片背面原位氧化生长隧穿氧化层，其厚度1-3nm，其次在隧穿氧化层生长完成后，以SiH4为反应气体，N2为稀释气体，沉积温度550-650℃，继续利用LPCVD技术在隧穿氧化层表面沉积本征多晶硅薄膜，其厚度100-150nm；
步骤S106，磷扩散，以POCl3为扩散源，扩散温度800-900℃，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂，掺杂浓度1-5E20cm-3；
步骤S107，单面HF刻蚀，去除扩散后正面绕镀多晶硅层表面的PSG；
步骤S108，采用碱溶液刻蚀去除正面BSG表面绕镀多晶硅层，并采用氢氟酸清洗去除正面的BSG及背面的PSG；
步骤S109，正面沉积AlOx薄膜；采用ALD原子层沉积方式，以TMA为前驱体，H2O为氧化剂，反应温度控制在200-350℃，在硅片正面p型硼掺杂层表面沉积一层AlOx薄膜，厚度3-5nm；
步骤S110，正面沉积正面减反射层，背面沉积背面减反射层；采用管式或板式PECVD在硅片正面沉积减反射层，正面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组合，其厚度为70-150nm；采用管式或板式PECVD在硅片背面面沉积减反射层，背面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组合，其厚度为70-150nm；
步骤S111，正背面印刷烧结Ag浆电极，并采用光辅助微导处理正面Ag浆电极；分别在硅片正背面印刷Ag浆，烘干烧结后，背面Ag浆与n型磷掺杂多晶硅层形成良好的欧姆接触；因受p型硼掺杂区电子缺失及掺杂浓度低等制约因素的影响，正面Ag浆在正面硼掺杂区较难形成良好接触；光辅助微导处理时，对电池施加偏置电压，电源正极与电池正面电极接触，负极与背面电极接触，同时采用脉冲线光源扫描电池正面，形成局部高电流，产生瞬时高温，使金属电极中的Ag与p型掺杂区的Si相互扩散，形成AgSix合金。其中偏置电压在1-20V；所述脉冲线光源的辐射波长包含400-1500nm的光，且辐照强度为1-10000W/cm2，线宽1-1000um；脉冲作用时间为10ns-10ms。
实施例2：
一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，在实施例1的基础上，硼扩散方阻提高到220Ω/□，形成正面p型硼掺杂层，其它条件与实施例1相同。
对比例1：
一种TOPCon电池的制备方法，在实施例1的基础上，正面印刷烧结AgAl浆料电极，不采用光辅助微导处理正面AgAl浆料电极，其它条件与实施例1相同。
对比例2：
如图2所示，一种带选择性发射极的TOPCon电池，以N型单晶硅片为基底，其正面依次设置有p型掺杂层2、钝化层3、正面减反射层4、正面金属电极5，其背面依次设置隧穿氧化层6、n型掺杂多晶硅层7、背面减反射层8和背面金属电极9；
p型掺杂层2包括p型轻掺杂区21和p型重掺杂区22。
正面金属电极5穿透所述正面减反射层4、所述钝化层3与所述p型重掺杂区22形成欧姆接触；所述背面金属电极9穿透所述背面减反射层8与所述n型掺杂多晶硅层7形成欧姆接触。
一种带选择性发射极的TOPCon电池的制备方法，在实施例1的基础上，将硼扩散工艺改为：采用前硼扩，并增加激光硼掺杂和后氧化工艺，形成选择性发射极；同时，正面印刷烧结AgAl浆料电极，不采用光辅助微导处理正面AgAl浆料电极；其它条件与实施例1相同。
前硼扩采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻控制在90-120Ω/□。
激光硼掺杂采用波长为532nm的纳米脉冲绿光，功率范围为20～100W，光斑尺寸50～200μm，处理时间范围为1～10秒，激光掺杂区方阻控制到60-90Ω/□。
后氧化工艺采用炉管氧化方式，通入O2和N2，温度900-1100℃，时间30-120min；氧化后，激光掺杂区方阻120-160Ω/□，非激光掺杂区方阻200-240Ω/□。
下面将实施例及对比例中得到的电池进行性能测试，采用IV测试仪测定太阳能电池片各参数，结果如表1所示。
表1实施例和对比例电池测试结果
从表1可以看出，采用实施例1和实施例2制备的具有正面Ag浆电极的电池，效率高于采用AgAl浆的具有常规均匀发射极的TOPCon电池，甚至可以超越正面采用AgAl接触的带选择性发射极的TOPCon电池。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，其特征在于，以N型晶硅为基底，其正面依次设置有p型掺杂层、钝化层、正面减反射层、正面金属电极，其背面依次设置隧穿氧化层、n型掺杂多晶硅层、背面减反射层和背面金属电极；
所述正面金属电极穿透所述正面减反射层、所述钝化层与所述p型掺杂层形成欧姆接触；所述背面金属电极穿透所述背面减反射层与所述n型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；
所述正面金属电极采用印刷烧结形成的Ag浆电极，所述Ag浆电极中不含Al粉。
2.根据权利要求1所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，其特征在于，所述基底为磷掺杂N型单晶硅片，电阻率0.1-10Ωcm，厚度100-200um。
3.根据权利要求1所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，其特征在于，所述钝化层为AlOx薄膜，其厚度为3-5nm。
4.根据权利要求1所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池，其特征在于，所述正面减反射层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种组成的复合膜，其厚度为70-150nm。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，以磷掺杂N型单晶硅片作为基底，单面制绒在单晶硅片正面形成表面金字塔结构；
步骤二，通过硼扩散，在单晶硅片正面形成正面p型硼掺杂层；
步骤三，单面刻蚀，去除背面BSG，保留正面BSG；刻蚀去除背面绕扩掺杂层；
步骤四，在基底背面沉积隧穿氧化层和本征多晶硅层，对本征多晶硅层进行n型磷掺杂；
步骤五，单面刻蚀，去除扩散后正面绕镀多晶硅层表面的PSG；
步骤六，刻蚀去除正面BSG表面绕镀多晶硅层，清洗去除正面的BSG及背面的PSG；
步骤七，正面沉积AlOx薄膜；
步骤八，正面沉积正面减反射层，背面沉积背面减反射层；
步骤九，正背面印刷烧结Ag浆电极，并采用光辅助微导处理正面Ag浆电极。
6.根据权利要求5所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，步骤九中光辅助微导处理时，对电池施加偏置电压，电源正极与电池正面电极接触，负极与背面电极接触，同时采用脉冲线光源扫描电池正面，形成局部高电流，产生瞬时高温，使金属电极中的Ag与p型掺杂区的Si相互扩散，形成AgSix合金。
7.根据权利要求6所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，所述偏置电压在1-20V；所述脉冲线光源的辐射波长包含400-1500nm的光，且辐照强度为1-10000W/cm2，线宽1-1000um；脉冲作用时间为10ns-10ms。
8.根据权利要求5所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述硼扩散采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻100-300Ω/□。
9.根据权利要求5所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，步骤七中采用ALD原子层沉积方式，以TMA为前驱体，H2O为氧化剂，反应温度控制在200-350℃，在硅片正面p型硼掺杂层表面沉积一层AlOx薄膜。
10.根据权利要求5所述的一种正面采用Ag浆电极的TOPCon电池的制备方法，其特征在于，步骤八中采用管式或板式PECVD在硅片正面沉积正面减反射层。
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