CN116914033B - 一种双面TOPCon电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双面TOPCon电池的制备方法，先在硅基体双面沉积遂穿氧化层及非晶硅层，再通过激光加热使电极图形区域的非晶硅晶化成POLY硅，接着使用臭氧设备在硅基体正面形成氧化层，非电极图形区域非晶硅不易氧化，氧化层薄，电极图形区域POLY易氧化，氧化层厚，最后通过碱洗的方式去除非电极图形区域的薄氧化层和正面的非晶硅，保留电极图形区域POLY硅，将栅线和硅基体隔开，从而避免了正面栅线直接与硅基体接触，实现TOPCon电池的双面钝化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是一种双面TOPCon电池的制备方法。
背景技术
TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的非晶硅薄层，可以实现载流子的选择性通过，阻挡少子空穴复合。同时氧化层的化学钝化和高掺杂多晶硅的场钝化效果可进一步提高电池开路电压和短路电流。
目前TOPCon电池仅背面由二氧化硅和掺杂的多晶硅组成钝化接触结构，而正面仅由氧化铝钝化，使用烧穿型浆料时，仍存在栅线与硅基体直接接触，无法实现TOPCon电池双面钝化。
因此，如何避免栅线与硅基体直接接触，从而实现TOPCon电池的双面钝化，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，本发明公开了一种双面TOPCon电池的制备方法。
本发明提供一种双面TOPCon电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅基体双面制绒；
S2、对硅基体背面进行抛光；
S3、硅基体双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；
S4、采用激光加热的方式将硅基体正面电极图形区域的非晶硅晶化生成POLY硅；
S5、使用臭氧对硅基体正面进行氧化；
S6、用碱液对硅基体进行清洗，去除硅基体正面非电极图形区域的的氧化层和非晶硅，保留电极图形区域的POLY硅；
S7、硅基体正面进行硼扩散；
S8、去除硅基体背面的BSG层；
S9、对硅基体背面进行磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转变为掺磷的多晶硅层；
S10、酸洗，去除硅基体正面的BSG和背面的PSG，去除硅基体正面电极图形区域的氧化层；
S11、硅基体正面沉积氧化铝膜；
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。
由于非晶硅带隙态密度比POLY硅高，臭氧氧化时非晶硅很难被氧化，因此非晶硅表面氧化层较薄，而POLY硅表面的氧化层较厚；对硅基体正面进行链式碱刻蚀时，非电极图形区域腐蚀到遂穿氧化层即终止刻蚀，电极图形区域POLY硅氧化层较厚，可以保护电极图形区域POLY硅不被碱液刻蚀，碱刻蚀后硅片正面电极图形区域存有遂穿氧和POLY硅，将栅线和硅基体隔开，从而避免了正面栅线直接与硅基体接触，实现TOPCon电池的双面钝化。
如氧化时间过短，POLY硅表面氧化层也会偏薄，碱刻蚀时无法保护POLY硅，如氧化时间过长，非晶硅表面的氧化层会偏厚，增加碱刻蚀时间，降低生产效率，基于此，进一步的设计是：臭氧氧化的温度为常温，氧化时间为5min。
具体实施方式
实施例一：本发明是一种双面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伤层，然后在NaOH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，正反面的反射率为8%；反射率的设置，用于减少反射的光，提高电池对光的利用率；
S2、采用链式碱刻蚀的方式，对硅基体背面进行抛光，使其反射率达到40%；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；碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；同时对硅基体正面滴水，形成水膜，对硅基体正面进行保护，避免正面被抛光；
S3、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；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；非晶硅层的厚度设置，不仅确保了钝化效果，避免栅线烧结出现烧穿的现象，而且还避免寄生吸收增大，导致电流密度降低；
S4、采用激光加热的方式将硅基体正面电极图形区域的非晶硅晶化生成POLY硅，正面其它区域依旧为非晶硅；
S5、使用臭氧对硅基体正面进行氧化，氧化时间为5min，氧化后非晶硅表面氧化层厚度为1nm，POLY硅表面氧化层厚度为5nm ；
S6、通过链式RCA清洗的方式去除硅基体正面非电极图形区域氧化层和非晶硅；电极图像区域的氧化层较厚，仅有部分被碱液反应掉，因此电极图形区域的POLY硅得到保留；清洗用的碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；同时对硅基体背面滴水，形成水膜，对硅基体背面进行保护，避免背面被腐蚀；
S7、硅基体正面进行硼扩散，温度为1000℃，扩散后的掺杂浓度为1E19atoms/cm3，结深为1200nm；如此设置，避免掺杂浓度过低，增加栅线与硅基体的接触电阻，欧姆接触变差；避免掺杂浓度过高，增加复合，降低少子寿命；
S8、采用链式HF酸去除硅基体背面的BSG层，HF浓度为40%；
S9、对硅基体背面进行磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转变为掺磷的多晶硅层；多晶硅的掺杂浓度为3E20atoms/cm3，结深120nm；如此设置，避免掺杂浓度过低，降低多晶硅的钝化效果；避免掺杂浓度过高，磷原子扩散到遂穿氧化层中的量会过多，破坏遂穿效果；
S10、采用链式HF酸依次去除硅基体正面的BSG和电极图形区域的氧化层，去除硅基体背面的PSG，HF浓度为40%；
S11、通过ALD设备在硅基体正面沉积氧化铝膜，厚度为6nm；如此设置，不仅确保了钝化效果，同时减少了TMA的用量，降低生产成本。
S12、通过PECVD设备硅基体双面沉积氮化硅膜，厚度为80nm；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为淡蓝色，提高硅基体对对光谱的吸收率；
S13、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
由于非晶硅带隙态密度比POLY硅高，臭氧氧化时非晶硅很难被氧化，因此非晶硅表面氧化层较薄，而POLY硅表面的氧化层较厚；对硅基体正面进行链式碱刻蚀时，非电极图形区域腐蚀到遂穿氧化层即终止刻蚀，电极图形区域POLY硅氧化层较厚，可以保护电极图形区域POLY硅不被碱液刻蚀，碱刻蚀后硅片正面电极图形区域存有遂穿氧和POLY硅，将栅线和硅基体隔开，从而避免了正面栅线直接与硅基体接触，实现TOPCon电池的双面钝化。
对比例一：S1、对硅基体双面制绒，金字塔大小为5μm，硅基体正反面的反射率为8%；
S2、温度保持在1045℃，对硅基体正面进行硼扩散，扩散后的掺杂浓度为1E19atoms/cm3，结深为1200nm，硼源为BCL3；
S3、通过链式清洗机使用40%浓度HF去除背面BSG层；
S4、硅基体背面使用碱刻蚀方式抛光，碱抛后反射率为40%，塔基大小为10μm；
S5、使用LPCVD设备在硅基体双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130nm厚度的非晶硅层；
S6、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，扩散后掺杂浓度为3E20atoms/cm3 ，结深为120nm；
S7、通过链式清洗机使用浓度3%的HF去除正面的PSG层；
S8、RCA设备碱刻蚀去非电极图形区域正面非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃，RCA设备设置有HF槽，里面装设有浓度为40%的HF，去除背面PSG层，正面BSG层；
S9、通过ALD设备在硅基体正面沉积6nm厚度氧化铝膜；
S10、通过PECVD设备在硅基体双面沉积80nm厚度氮化硅膜；
S11、在硅基体的正反两面进行丝网印刷，制得双面TOPCon电池。
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。
从上表实验结果可以看出，实施例一为采用本发明制备的双面TOPCon电池，效率比只有单面钝化的普通TOPCon电池效率高0.25%，实施例一通过在正面电极图形区域制备遂穿氧和POLY硅，避免了栅线直接与硅基体接触，减少了少子复合，提升了少子寿命，使得开路电压，短路电流，填充因子都得到了较好的改善，尤其是开路电压，表现最为突出，从而提高了转换效率。
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 (2)
1.一种双面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、对硅基体背面进行抛光；
S3、硅基体双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；
S4、采用激光加热的方式将硅基体正面电极图形区域的非晶硅晶化生成POLY硅；
S5、使用臭氧对硅基体正面进行氧化；
S6、用碱液对硅基体进行清洗，去除硅基体正面非电极图形区域的的氧化层和非晶硅，保留电极图形区域的POLY硅；
S7、硅基体正面进行硼扩散；
S8、去除硅基体背面的BSG层；
S9、对硅基体背面进行磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转变为掺磷的多晶硅层；
S10、酸洗，去除硅基体正面的BSG和背面的PSG，去除硅基体正面电极图形区域的氧化层；
S11、硅基体正面沉积氧化铝膜；
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所述的一种双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：臭氧氧化的温度为常温，氧化时间为5min。
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