CN116914012A - 一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法，属于钝化接触电池领域，以第一导电类型晶体硅为基底，正面设置正面隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层、正面金属电极；背面设置背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层、背面金属电极；正面金属电极穿透正面减反射层，并通过正面金属接触层与第一导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；背面金属电极穿透背面减反射层，并通过背面金属接触层与第二导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触。本发明的有益效果是：正背面采用掺杂多晶硅钝化接触，避免TOPCon电池正面金属电极与发射极掺杂层直接接触导致的金属接触复合，提升了电池开路电压和转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及钝化接触电池领域，具体而言，涉及一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法。
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。
异质结(HJT)电池具备对称双面电池结构，中间为n型晶体硅；正面依次沉积本征非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜，从而形成P-N结。背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和n型非晶硅薄膜，以形成背表面场。鉴于非晶硅的导电性比较差，因此在电池两侧沉积透明导电薄膜(TCO)进行导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极。现有异质结电池由于非晶硅膜层光吸收系数较大，相应的寄生光吸收较高，非晶硅膜层只能采用较薄的厚度；另一方面，非晶硅层掺杂效率低，其横向导电能力较差，需要借助透明导电薄膜(TCO)进行载流子横向收集；透明导电薄膜(TCO)由于具有高的掺杂浓度，因而其长波段光的自由载流子吸收较高，影响HJT电池短路电流和光电转换效率。另外透明导电薄膜(TCO)制备需采用真空沉积设备和In2O3靶材，In为稀缺资源，成本会逐渐走高，不足以支撑HJT电池大规模低成本可持续制造。
现有TOPCon电池背面采用隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅钝化电池背表面，同时降低电池背面钝化区和金属接触区复合，同时提供良好的载流子传导能力；但电池正面仍然采用硼扩散掺杂层和金属电极直接接触，因此钝化区存在硼掺杂导致的俄歇尔复合，接触区存在金属杂质导致的缺陷复合，影响TOPCon电池开路电压和转换效率。现有开发中的双面掺杂多晶硅钝化接触电池正背面同时采用隧穿氧化层和掺杂多晶硅，可以降低TOPCon电池正面发射极掺杂导致俄歇尔复合和金属区复合；但由于掺杂多晶硅存在寄生光吸收和自由载流子吸收，电池正面采用隧穿氧化层和掺杂多晶硅会导致电池短路电流和转换效率降低；采用局部隧穿氧化层和掺杂多晶硅，可以减少掺杂多晶硅的光吸收损失，但工艺过程往往涉及复杂的掩膜、刻蚀、对准等工序，导致制造成本增加。
发明内容
为克服现有技术中异质结电池非晶硅膜层只能采用较薄的厚度，且需要借助透明导电薄膜(TCO)进行载流子横向收集，而透明导电薄膜(TCO)会影响HJT电池短路电流和光电转换效率，且制备成本高；现有TOPCon电池正面采用硼扩散掺杂层和金属电极直接接触，钝化区存在硼掺杂导致的俄歇尔复合，接触区存在金属杂质导致的缺陷复合，影响TOPCon电池开路电压和转换效率等的问题，本发明提供了一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法，正背面采用掺杂多晶硅钝化接触，避免TOPCon电池正面金属电极与发射极掺杂层直接接触导致的金属接触复合，提升电池开路电压和转换效率。具体技术方案如下：
一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，以第一导电类型晶体硅为基底，正面依次设置正面隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层、正面金属电极；背面依次设置背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层、背面金属电极；
正面金属电极穿透正面减反射层，并通过正面金属接触层与第一导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；背面金属电极穿透背面减反射层，并通过背面金属接触层与第二导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触。
采用金属接触层接触掺杂多晶硅层，降低了低温金属浆料电极与掺杂多晶硅层之间的界面接触电阻，同时避免了高温烧结金属浆料电极导致的金属污染和钝化接触性能破坏，提高电池开路电压和填充因子，从而提高了电池转换效率。
优选地，所述第一导电类型晶体硅为n型或p型掺杂的单晶硅，电阻率0.2-10.0Ωcm，厚度50-300um。
优选地，所述正面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合；所述背面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合。
优选地，所述第一导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；正面掺杂多晶硅采用低光吸收的掺杂多晶硅、多晶氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、碳氧化硅中的一种或多种组合，增加了正面掺杂多晶硅禁带宽度和载流子浓度，降低了寄生光吸收，增加了电池短路电流；且正面掺杂多晶硅掺杂类型与晶体硅基底相同，借助晶体硅基底的横向导电，降低对掺杂多晶硅导电能力和掺杂浓度的要求。
所述第二导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
所述第一导电类型掺杂多晶硅层和所述第二导电类型掺杂多晶硅层为不同类型的多晶硅。
优选地，所述正面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种；
所述背面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种。
优选地，所述正面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
所述背面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm。
优选地，所述正面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm；
所述背面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅介质膜中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm。
本发明还提供了一种上述双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，包括：
在基底正面沉积隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层；背面沉积背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层；
正、背面激光开膜，去除激光开膜处残留的氧化层；
沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
优选地，正、背面激光开膜时，采用波长为532nm，脉宽的5-100ns，功率范围为10-200W，频率20-500kHz，开膜面积占比1-10％。
优选地，包括如下步骤：
步骤一，在单晶硅片表面进行腐蚀抛光；
步骤二，背面沉积隧穿介质层和本征多晶硅层，背面扩散掺杂形成第二导电类型掺杂多晶硅层；
步骤三，单面刻蚀去除扩散后正表面的BSG，同时保留背面BSG层用作后道工序的阻挡层；
步骤四，单面制绒在单晶硅片正面形成金字塔绒面结构；
步骤五，正面沉积隧穿介质层和本征多晶硅，退火激活使非晶硅重结晶转化为多晶硅，同时磷或硼部分活化为离子态，形成第一导电类型掺杂多晶硅层；
步骤六，单面刻蚀去除扩散后背面绕镀多晶硅层表面形成的PSG；以正面PSG、背面BSG为阻挡层，刻蚀去除背面绕镀多晶硅层；并清洗去除背面的BSG及正面的PSG；
步骤七，沉积正、背面减反射层，；
步骤八，正、背面激光开膜，并去除激光开膜处残留的氧化层；
步骤九，沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
步骤十，印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
步骤十一，以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
有益效果：
采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
(1)正背面采用掺杂多晶硅钝化接触，避免了TOPCon电池正面金属电极与发射极掺杂层直接接触导致的金属接触复合，提升电池开路电压和转换效率。
(2)采用金属接触层接触掺杂多晶硅层，降低了低温金属浆料电极与掺杂多晶硅层之间的界面接触电阻，同时避免了高温烧结金属浆料电极导致的金属污染和钝化接触性能破坏，提高电池开路电压和填充因子，从而提高了电池转换效率。
(3)正面掺杂多晶硅采用低光吸收的掺杂多晶硅、多晶氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、碳氧化硅中的一种或多种组合；增加了正面掺杂多晶硅禁带宽度和载流子浓度，降低了寄生光吸收，从而增加了电池短路电流；正面掺杂多晶硅掺杂类型与晶体硅基底相同，借助晶体硅基底的横向导电，降低了对掺杂多晶硅导电能力和掺杂浓度的要求。
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和2中双面掺杂多晶硅钝化接触电池层结构图；
图2是实施例1中双面掺杂多晶硅钝化接触电池制备工艺流程图；
图3是实施例2中双面掺杂多晶硅钝化接触电池制备工艺流程图；
图4是对比例1中异质结电池层结构图；
图5是对比例1中异质结电池制备工艺流程图；
图6是对比例2中TOPCon电池层结构图；
图7是对比例2中TOPCon电池制备工艺流程图。
图中，1、基底；2、正面隧穿介质层；3、第一导电类型掺杂多晶硅层；4、正面减反射层；5、正面金属电极；51、正面金属接触层；
6、背面隧穿介质层；7、第二导电类型掺杂多晶硅层；8、背面减反射层；9、背面金属电极；91、背面金属接触层；12、第一本征非晶硅层；
13、n型掺杂非晶硅层；14、第一透明导电层；15、第一金属电极；
16、第二本征非晶硅层；17、p型掺杂非晶硅层；18、第二透明导电层；
19、第二金属电极；22、扩散层；23、钝化层；26、隧穿层；
27、掺杂多晶硅层。
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。
一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，以第一导电类型晶体硅为基底，正面依次设置正面隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层、正面金属电极；背面依次设置背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层、背面金属电极；
正面金属电极穿透正面减反射层，并通过正面金属接触层与第一导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；背面金属电极穿透背面减反射层，并通过背面金属接触层与第二导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触。
作为一种优选的实施方式，所述第一导电类型晶体硅为n型或p型掺杂的单晶硅，电阻率0.2-10.0Ωcm，厚度50-300um。
作为一种优选的实施方式，所述正面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合；所述背面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合。
作为一种优选的实施方式，所述第一导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；正面掺杂多晶硅采用低光吸收的掺杂多晶硅、多晶氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、碳氧化硅中的一种或多种组合，增加了正面掺杂多晶硅禁带宽度和载流子浓度，降低了寄生光吸收，增加了电池短路电流；且正面掺杂多晶硅掺杂类型与晶体硅基底相同，借助晶体硅基底的横向导电，降低对掺杂多晶硅导电能力和掺杂浓度的要求。
第二导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
第一导电类型掺杂多晶硅层和所述第二导电类型掺杂多晶硅层为不同类型的多晶硅。
作为一种优选的实施方式，所述正面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种；
背面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种。
作为一种优选的实施方式，所述正面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
背面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm。
作为一种优选的实施方式，所述正面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm；
背面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅介质膜中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm。
本实施方式还提供了一种上述双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，包括：
在基底正面沉积隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层；背面沉积背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层；
正、背面激光开膜，去除激光开膜处残留的氧化层；
沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
作为一种优选的实施方式，正、背面激光开膜时，采用波长为532nm，脉宽的5-100ns，功率范围为10-200W，频率20-500kHz，开膜面积占比1-10％。
作为一种优选的实施方式，上述双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，在单晶硅片表面进行腐蚀抛光；
步骤二，背面沉积隧穿介质层和本征多晶硅层，背面扩散掺杂形成第二导电类型掺杂多晶硅层；
步骤三，单面刻蚀去除扩散后正表面的BSG，同时保留背面BSG层用作后道工序的阻挡层；
步骤四，单面制绒在单晶硅片正面形成金字塔绒面结构；
步骤五，正面沉积隧穿介质层和本征多晶硅，退火激活使非晶硅重结晶转化为多晶硅，同时磷或硼部分活化为离子态，形成第一导电类型掺杂多晶硅层；
步骤六，单面刻蚀去除扩散后背面绕镀多晶硅层表面形成的PSG；以正面PSG、背面BSG为阻挡层，刻蚀去除背面绕镀多晶硅层；并清洗去除背面的BSG及正面的PSG；
步骤七，沉积正、背面减反射层，；
步骤八，正、背面激光开膜，并去除激光开膜处残留的氧化层；
步骤九，沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
步骤十，印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
步骤十一，以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
下面通过实施例和对比例对本实施方式中双面掺杂多晶硅钝化接触电池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，一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，以第一导电类型晶体硅为基底1，正面依次设置有正面隧穿介质层2、第一导电类型掺杂多晶硅层3、正面减反射层4、正面金属电极5；背面依次设置背面隧穿介质层6、第二导电类型掺杂多晶硅层7、背面减反射层8、背面金属电极9；正面金属电极5穿透正面减反射层4，并通过正面金属接触层51与第一导电类型掺杂多晶硅层3形成欧姆接触；背面金属电极9穿透背面减反射层8，并通过背面金属接触层91与第二导电类型掺杂多晶硅层7形成欧姆接触。
其中，第一导电类型晶体硅为n型掺杂的单晶硅，电阻率0.2-10.0Ωcm，厚度50-300um；
正面隧穿介质层2为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
第一导电类型掺杂多晶硅层3为n型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
正面减反射层4为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或几种组合，其综合厚度在70-140nm；正面金属电极5为低温金属浆料经过烘干固化形成；低温金属浆料为低温银包铜浆料；正面金属接触层为Al与Ni:V合金组成的复合膜；
背面隧穿介质层6为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；第二导电类型掺杂多晶硅层7为p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
背面减反射层8为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅介质膜中的一种或几种组合，其综合厚度在70-140nm；背面金属电极9为低温金属浆料经过烘干固化形成；低温金属浆料为银包铜或银包铝低温金属浆料；背面金属接触层为Al与Ni:V合金组成的复合膜。
如图2所示，上述掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，硅片表面抛光，利用酸碱化学品，消除硅片表面有机沾污和金属杂质，在n型单晶硅片表面进行腐蚀抛光；
步骤S102，背面沉积隧穿介质层和本征多晶硅层，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S103，硼扩散，采用BCl3或BBr3为硼源，对背面本征多晶硅进行扩散掺杂，扩散温度800-900℃，掺杂浓度1e20-5e20cm-3；
步骤S104，去正面BSG，单面HF刻蚀，去除硼扩散后正表面的BSG，同时保留背面BSG层用作后道工序的阻挡层；
步骤S105，单面制绒，采用槽式碱溶液刻蚀，以背面BSG为阻挡层，在单晶硅片正面形成金字塔绒面结构；
步骤S106，正面沉积隧穿介质层和本征多晶硅，采用PECVD设备，采用等离子氧化，以N2O为氧化剂，在硅片正面原位氧化生长隧穿氧化层，其厚度1-3nm，在隧穿氧化层生长完成后，继续采用PECVD沉积方式，在硅片正面隧穿氧化层表面n型掺杂非晶硅层，n型掺杂非晶硅层为磷掺杂的n-a-Si:H、n-a-SiOx:H、n-a-SiCx:H中的一种或多种组合；
步骤S107，退火激活，在通过管式退火炉在干燥N2环境下进行热退火处理后，退火温度800-900℃，使非晶硅重结晶转化为多晶硅，同时磷部分活化为离子态；
步骤S108，去背面PSG，单面HF刻蚀，去除磷扩散后背面绕镀多晶硅层表面形成的PSG；
步骤S109，背面绕镀多晶硅刻蚀，以正面PSG、背面BSG为阻挡层，采用碱溶液刻蚀去除背面绕镀多晶硅层，并采用氢氟酸清洗去除背面的BSG及正面的PSG；
步骤S110，沉积正、背面减反射层，采用管式或板式PECVD在分别在硅片正、背面沉积减反射层，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、背面激光开膜，采用波长为532nm，脉宽的5-100ns，功率范围为10-200W，频率20-500kHz，开膜面积占比1-10％；
步骤S112，去氧化层，采用稀释的HF溶液去除激光开膜处残留的氧化层；
步骤S113，PVD沉积正、背面接触层，采用磁控溅射方式在正、背面沉积金属导电层，所述金属接触层为Al与Ni:V合金组成的复合膜；
步骤S114，印刷/固化正、背面低温金属浆料，正、背面低温金属浆料为银包铜低温金属浆料；采用丝网印刷或激光转印方式印刷在硅片正、背面，其中，背面印刷电极浆料覆盖在激光开膜上方；然后采用低温红外固化或低温热风固化方式对低温浆料进行处理，形成欧姆接触的低温金属浆料电极；
步骤S115，正、背面接触层刻蚀，以印刷低温浆料为阻挡层，采用稀释的HCl溶液腐蚀去除正、背面非电极区金属接触层。
实施例2：
如图1所示，一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，以第一导电类型晶体硅为基底1，正面依次设置有正面隧穿介质层2、第一导电类型掺杂多晶硅层3、正面减反射层4、正面金属电极5；背面依次设置背面隧穿介质层6、第二导电类型掺杂多晶硅层7、背面减反射层8、背面金属电极9；正面金属电极5穿透正面减反射层4，并通过正面金属接触层51与第一导电类型掺杂多晶硅层3形成欧姆接触；背面金属电极9穿透背面减反射层8，并通过背面金属接触层91与第二导电类型掺杂多晶硅层7形成欧姆接触。
第一导电类型晶体硅为p型掺杂的单晶硅，电阻率0.2-10Ωcm，厚度50-300um；
正面隧穿介质层2为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
第一导电类型掺杂多晶硅层3为p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
正面减反射层4为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或几种组合，其综合厚度在70-140nm；正面金属电极5为低温金属浆料经过烘干固化形成；低温金属浆料为低温银包铜浆料；正面金属接触层51为Al与Ni:V合金组成的复合膜；
背面隧穿介质层6为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
第二导电类型掺杂多晶硅层7为n型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
背面减反射层8为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅介质膜中的一种或几种组合，其综合厚度在70-140nm；背面金属电极9为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料为银包铜低温金属浆料；背面金属接触层91为Al与Ni:V合金组成的复合膜。
如图3所示，上述掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，硅片表面抛光，利用酸碱化学品，消除硅片表面有机沾污和金属杂质，在p型单晶硅片表面进行腐蚀抛光；
步骤S102，背面沉积隧穿介质层和本征多晶硅层，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S103，磷扩散，采用POCl3为磷源，对背面本征多晶硅进行扩散掺杂，扩散温度800-900℃，掺杂浓度1e20-5e20cm-3；
步骤S104，去正面PSG，单面HF刻蚀，去除磷扩散后正表面的PSG，同时保留背面PSG层用作后道工序的阻挡层；
步骤S105，单面制绒，采用槽式碱溶液刻蚀，以背面PSG为阻挡层，在单晶硅片正面形成金字塔绒面结构；
步骤S106，正面沉积隧穿介质层和本征多晶硅，采用PECVD设备，采用等离子氧化，以N2O为氧化剂，在硅片正面原位氧化生长隧穿氧化层，其厚度1-3nm；在隧穿氧化层生长完成后，继续采用PECVD沉积方式，在硅片正面隧穿氧化层表面p型掺杂非晶硅层，p型掺杂非晶硅层为硼掺杂的p-a-Si:H、p-a-SiOx:H、p-a-SiCx:H中的一种或多种组合；
步骤S107，退火激活，在通过管式退火炉在干燥N2环境下进行热退火处理后，退火温度800-900℃，使非晶硅重结晶转化为多晶硅，同时硼部分活化为离子态；
步骤S108，去背面BSG，单面HF刻蚀，去除退火激活后背面绕镀多晶硅层表面形成的氧化层；
步骤S109，背面绕镀多晶硅刻蚀，以正面BSG、背面PSG为阻挡层，采用碱溶液刻蚀去除背面绕镀多晶硅层，并采用氢氟酸清洗去除背面的PSG及正面的BSG；
步骤S110，沉积正、背面减反射层，采用管式或板式PECVD在分别在硅片正、背面沉积减反射层，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、背面激光开膜，采用波长为532nm，脉宽的5-100ns，功率范围为10-200W，频率20-500kHz，开膜面积占比1-10％；
步骤S112，去氧化层，采用稀释的HF溶液去除激光开膜处残留的氧化层；
步骤S113，PVD沉积正、背面接触层，采用磁控溅射方式在正、背面沉积金属导电层，所述金属接触层为Al与Ni:V合金组成的复合膜；
步骤S114，印刷/固化正、背面低温金属浆料，正、背面低温金属浆料为银包铜低温金属浆料；采用丝网印刷或激光转印方式印刷在硅片正、背面，其中，背面印刷电极浆料覆盖在激光开膜上方；然后采用低温红外固化或低温热风固化方式对低温浆料进行处理，形成欧姆接触的低温金属浆料电极；
步骤S115，正、背面接触层刻蚀，以印刷低温浆料为阻挡层，采用稀释的HCl溶液腐蚀去除正、背面非电极区金属接触层。
对比例1：
如图4所示，一种异质结电池，包括基底1，基底1正面从内向外依次设置第一本征非晶硅层12、n型掺杂非晶硅层13、第一透明导电层14和第一金属电极15，背面从内向外依次设置第二本征非晶硅层16、p型掺杂非晶硅层17、第二透明导电层18和第二金属电极19。
如图5所示，上述异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，预清洗，采用NaOH与H2O2混合溶液对基底1表面进行清洗，去除基底1表面的金属和有机污染物；
步骤S102，磷吸杂，采用POCl3扩散，扩散温度800-900℃，方阻20-50Ω，扩散过程中，金属杂质汇聚到掺杂层中，通过后续工序腐蚀去除；
步骤S103，制绒清洗，利用酸碱化学品，消除硅片基底1表面有机沾污和金属杂质，在基底1表面形成表面金字塔结构，增加太阳光的吸收减少反射；所述基底1为磷掺杂n型单晶硅片，电阻率0.1-10.0Ωcm，厚度100-200um；然后采用RCA标准清洗方法对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质；最后用2％的氢氟酸溶液去除表面氧化层。
步骤S104，PECVD沉积正、背面本征和掺杂非晶硅层，在n型硅片一侧，首先采用PECVD工艺沉积6nm本征非晶硅层，反应气体为SiH4和H2，其中H2与SiH4的流量比值为5；PECVD设备的电源功率密度为20mW/cm2，压力为70Pa，衬底温度为200℃；然后再在本征非晶硅层上沉积6nm n型掺杂非晶硅层，反应气体为SiH4、H2和PH3，H2与SiH4的流量比值为5，PH3与SiH4的流量比值为0.02；PECVD设备的电源功率密度为15mW/cm2，压力为80Pa，衬底温度为200℃；形成第一本征非晶硅层12、n型掺杂非晶硅层13。
在n型硅片另一侧，采用PECVD工艺沉积7nm本征非晶硅层，反应气体为SiH4和H2，其中H2与SiH4的流量比值为5/1。PECVD设备的电源功率密度为20mW/cm2，压力为70Pa，衬底温度为200℃。然后再利用PECVD工艺沉积10nmp型掺杂非晶硅层，反应气体为SiH4、B2H6和H2，其中H2与SiH4的流量比值为4，B2H6与SiH4的流量比值为0.04；PECVD设备的电源功率密度为15mW/cm2，压力为60Pa，衬底温度为200℃；形成第二本征非晶硅层16、p型掺杂非晶硅层17。
步骤S105，PVD沉积正、背面透明导电层，采用PVD方法再在n型掺杂非晶硅层上沉积75nm的ITO透明导电薄膜，与p型掺杂非晶层上沉积75nm的ITO透明导电层。ITO中的铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。PVD设备中充入有Ar和O2，O2与Ar流量比值0.025，压力0.5Pa，衬底温度为室温；形成第一透明导电层14和第二透明导电层18。
步骤S106，丝网印刷/固化正、背面低温金属浆料，最后在正背面透明导电层上利用丝网印刷的低温固化方式形成第一金属电极15和第二金属电极19。
对比例2：
如图6所示，一种TOPCon电池，包括基底1，所述基底1正面从内到外依次设置有扩散层22、钝化层23、正面减反射层4和正面金属电极5；所述基底1背面从内到外依次设置有隧穿层26、掺杂多晶硅层27、背面减反射层8和背面金属电极9。
如图7所示，上述TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S101，制绒，利用酸碱化学品，消除基底1表面有机沾污和金属杂质，在基底1表面形成表面金字塔结构，增加太阳光的吸收减少反射；所述基底为磷掺杂n型单晶硅片，电阻率0.6-0.9Ωcm，厚度130-140um；
步骤S102，硼扩散，采用BCl3或BBr3为硼源，扩散温度900-1100℃，扩散方阻150Ω/□，在基底正面形成扩散层22；
步骤S103，去背面BSG，单面HF刻蚀，去除背面BSG，保留正面BSG；
步骤S104，背面绕扩掺杂层刻蚀，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，沉积隧穿层26和本征多晶硅层，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，形成掺杂多晶硅层27；
步骤S107，去正面PSG，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，正面绕镀多晶硅刻蚀，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S109，正面沉积AlOx，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℃，在硅片正面硼掺杂层表面沉积一层致密的AlOx薄膜，厚度3-5nm，形成钝化层23；
步骤S110，沉积正面减反射层4，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；
步骤S111，沉积背面减反射层8，采用管式或板式PECVD在硅片背面沉积减反射层，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S112，正面印刷烧结AgAl浆、背面印刷烧结Ag浆，分别在硅片正、背面印刷AgAl浆和Ag浆，烘干烧结后，形成良好的欧姆接触电极，得到正面金属电极5和背面金属电极9。
下面将实施例1和2及对比例1和2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2中制备的双面掺杂多晶硅钝化接触电池，开路电压、填充因子明显高于对比例2，短路电流和填充因子高于对比例1，且转换效率也明显高于对比例1和2中的电池。
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)
1.一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，以第一导电类型晶体硅为基底，正面依次设置正面隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层、正面金属电极；背面依次设置背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层、背面金属电极；
正面金属电极穿透正面减反射层，并通过正面金属接触层与第一导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触；背面金属电极穿透背面减反射层，并通过背面金属接触层与第二导电类型掺杂多晶硅层形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述第一导电类型晶体硅为n型或p型掺杂的单晶硅，电阻率0.2-10.0Ωcm，厚度50-300um。
3.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述正面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合；所述背面金属接触层为Al、Ti、Ni金属或其合金中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述第一导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
所述第二导电类型掺杂多晶硅层为n型或p型掺杂的多晶硅、多晶氧化硅、多晶氮化硅、多晶碳化硅、多晶氮氧化硅、多晶碳氧化硅、多晶碳氮化硅、多晶碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在30-300nm，其有效掺杂浓度在1e19-5e20cm-3；
所述第一导电类型掺杂多晶硅层和所述第二导电类型掺杂多晶硅层为不同类型的多晶硅。
5.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述正面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种；
所述背面金属电极为低温金属浆料经过烘干固化形成；所述低温金属浆料至少含有银、银包铜、银包铝、银包玻璃、银包石墨中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述正面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm；
所述背面隧穿介质层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在1-3nm。
7.根据权利要求1所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池，其特征在于，所述正面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm；
所述背面减反射层为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、碳氮氧化硅介质膜中的一种或几种组合，其厚度在70-140nm。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，其特征在于，包括：
在基底正面沉积隧穿介质层、第一导电类型掺杂多晶硅层、正面减反射层；背面沉积背面隧穿介质层、第二导电类型掺杂多晶硅层、背面减反射层；
正、背面激光开膜，去除激光开膜处残留的氧化层；
沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
9.根据权利要求8所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，其特征在于，正、背面激光开膜时，采用波长为532nm，脉宽的5-100ns，功率范围为10-200W，频率20-500kHz，开膜面积占比1-10％。
10.根据权利要求7所述的一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在单晶硅片表面进行腐蚀抛光；
步骤二，背面沉积隧穿介质层和本征多晶硅层，背面扩散掺杂形成第二导电类型掺杂多晶硅层；
步骤三，单面刻蚀去除扩散后正表面的BSG，同时保留背面BSG层用作后道工序的阻挡层；
步骤四，单面制绒在单晶硅片正面形成金字塔绒面结构；
步骤五，正面沉积隧穿介质层和本征多晶硅，退火激活使非晶硅重结晶转化为多晶硅，同时磷或硼部分活化为离子态，形成第一导电类型掺杂多晶硅层；
步骤六，单面刻蚀去除扩散后背面绕镀多晶硅层表面形成的PSG；以正面PSG、背面BSG为阻挡层，刻蚀去除背面绕镀多晶硅层；并清洗去除背面的BSG及正面的PSG；
步骤七，沉积正、背面减反射层，；
步骤八，正、背面激光开膜，并去除激光开膜处残留的氧化层；
步骤九，沉积正面金属接触层和背面金属接触层；
步骤十，印刷/固化正、背面低温金属浆料，形成正面金属电极和背面金属电极；
步骤十一，以印刷低温浆料为阻挡层，去除正、背面非电极区金属接触层。
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| CN202310887359.4A CN116914012A (zh) | 2023-07-19 | 2023-07-19 | 一种双面掺杂多晶硅钝化接触电池及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117995919A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-07 | 天合光能股份有限公司 | 太阳能电池及其制作方法、光伏组件及光伏系统 |
| CN118412409A (zh) * | 2024-06-21 | 2024-07-30 | 淮安捷泰新能源科技有限公司 | 一种TOPCon太阳能电池及其制备方法 |
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- 2023-07-19 CN CN202310887359.4A patent/CN116914012A/zh active Pending
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