CN117153953B - 开膜式双面TOPCon电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开膜式双面TOPCon电池的制备方法，通过激光开膜去除正面非电极图形区域的二氧化硅层，在RCA清洗时，正面非电极图形区域的非晶硅没有二氧化硅层的保护被碱液刻蚀掉，非晶硅腐蚀到遂穿氧化层即终止刻蚀，而正面电极图形区域及背面非晶硅层由于有二氧化硅层的保护则不会被碱液刻蚀掉，此时硅片正面电极图形区域为遂穿氧加多晶硅的POLO结构，避免了正面电极直接与硅基底接触，实现TOPCon电池的双面钝化，本方法无需使用掩膜及其他昂贵设备，工艺步骤简洁，通过现有TOPCon产线设备即可完成，无需额外购置设备，节约了双面TOPCon电池的生产成本，有利于双面TOPCon电池的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是一种开膜式双面TOPCon电池的制备方法。
背景技术
在制备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，导致栅线与硅基底直接接触，金属接触复合严重，无法实现TOPCon电池的双面钝化，降低了TOPCon电池的转换效率。
因此，如何避免栅线与硅基底直接接触、减少金属接触复合提高电池效率，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，本发明公开了一种开膜式双面TOPCon电池的制备方法。
本发明提供一种开膜式双面TOPCon电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅基底双面制绒；
S2、对硅基底背面进行抛光；
S3、硅基底双面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层以及二氧化硅层；
S4、通过激光在硅基底正面非电极图形区域进行开膜，去除正面非电极图形区域的二氧化硅层；
S5、RCA清洗，去除硅基底正面非电极图形区域的非晶硅，保留电极图形区域及背面的非晶硅层；去除硅基底正面电极图形区域以及背面的二氧化硅层；
S6、硅基底正面硼扩散，完成正面发射极的制备，同时完成正面电极图形区域非晶硅的晶化；
S7、去除硅基底背面的BSG；
S8、对背面进行磷扩散，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；
S9、双面酸洗，去除硅基底正面的BSG及背面的PSG；
S10、硅基底正面沉积氧化铝膜；
S11、硅基底双面沉积氮化硅膜；
S12、硅基底双面进行丝网印刷，制得双面TOPCon太阳能电池。
本发明通过激光开膜去除正面非电极图形区域的二氧化硅层，在RCA清洗时，正面非电极图形区域的非晶硅没有二氧化硅层的保护被碱液刻蚀掉，非晶硅腐蚀到遂穿氧化层即终止刻蚀，而正面电极图形区域及背面非晶硅层由于有二氧化硅层的保护则不会被碱液刻蚀掉，此时硅片正面电极图形区域为遂穿氧加多晶硅的POLO结构，避免了正面电极直接与硅基底接触，实现TOPCon电池的双面钝化，本方法无需使用掩膜及其他昂贵设备，工艺步骤简洁，通过现有TOPCon产线设备即可完成，无需额外购置设备，节约了双面TOPCon电池的生产成本，有利于双面TOPCon电池的大规模生产，同时通过一道工序完成双面遂穿氧及非晶硅的制备，节约工艺步骤的同时避免了非晶硅绕度的产生，避免了漏电的产生，增加了TOPCon电池的良率及效率。
由于激光开膜过程中激光会造成晶格结构排列不规则，形成晶格缺陷以及引入新的能级复合中心，因此本发明采用先激光开膜，后硼扩散的工艺。硼扩散过程中高温可以增加整体晶格的热运动，使不规则的晶格进行重新排列，从而修复晶格缺陷。
激光波长过长，能量较小，无法完全去除二氧化硅层；激光波长过短，能量较大，会损伤硅片，基于此，进一步的设计是：步骤S4中激光的功率为5-15W。
具体实施方式
实施例一：本发明是一种开膜式双面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；
对硅基底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，对硅基底背面进行抛光，使其反射率达到40%，塔基为10μm；背面反射率的设置，用于提高内反射，提高光的利用率，降低栅线与硅基底的接触电阻，提高填充因子；碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；硅基底正面滴水，形成水膜，避免被抛光；
S3、采用LPCVD工艺在硅片双面依次沉积制备遂穿氧化层、非晶硅层以及二氧化硅层；遂穿氧化层的厚度为1.3nm，非晶硅层的厚度为130nm，二氧化硅层的厚度为15nm；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、通过激光在硅基底正面非电极图形区域进行开膜，去除正面非电极图形区域的二氧化硅层；激光功率为10W；如此设置，避免激光功率过大损伤硅基底，避免激光功率过小则会无法完全去除二氧化硅层；
S5、RCA清洗：采用槽式碱刻蚀方式去除非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃；正面非电极图形区域开膜后无二氧化硅层保护，RCA清洗时碱液刻蚀掉正面非电极图形区域的非晶硅，正面电极图形区域及背面有二氧化硅层保护，经过RCA清洗后，正面电极图形区域及背面的非晶硅保留下来，正面非电极图形区域的非晶硅被碱液刻蚀掉；RCA后设有HF槽，装设有40%浓度的HF，通过酸洗去除正面电极图形区域及背面二氧化硅层；
S6、利用管式扩散设备对硅片正面进行硼扩散，完成正面发射极的制备，同时完成正面电极图形区域非晶硅的晶化：硼扩散的温度为1000-1100℃，扩散后掺杂浓度为8E18-5E19atoms/cm3，结深为1000-1500nm，硼源为BCL3；本实施例中硼扩散的温度为1100℃，扩散后掺杂浓度为2E19atoms/cm3 ，结深为1200nm；
S7、采用链式HF酸洗去除硅基底背面的BSG层，HF浓度为40%；
S8、利用管式扩散设备对硅片背面进行磷扩散，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；
磷扩散温度为750-950℃，扩散后掺杂浓度为3E20-5E20atoms/cm3，结深为100-150nm；本实施例中磷扩散温度为900℃，扩散后掺杂浓度为2E20atoms/cm3 ，结深为120nm；
S9、采用链式HF酸洗去除硅基底正面的BSG及背面的PSG，HF浓度为40%；
S10、通过ALD设备正面沉积6nm厚度氧化铝膜；
S11、过PECVD设备双面沉积80nm厚度氮化硅膜；
S12、硅基底双面进行丝网印刷，制得双面TOPCon太阳能电池。
本发明通过激光开膜去除正面非电极图形区域的二氧化硅层，在RCA清洗时，正面非电极图形区域的非晶硅没有二氧化硅层的保护被碱液刻蚀掉，非晶硅腐蚀到遂穿氧化层即终止刻蚀，而正面电极图形区域及背面非晶硅层由于有二氧化硅层的保护则不会被碱液刻蚀掉，此时硅片正面电极图形区域为遂穿氧加多晶硅的POLO结构，避免了正面电极直接与硅基底接触，实现TOPCon电池的双面钝化，本方法无需使用掩膜及其他昂贵设备，工艺步骤简洁，通过现有TOPCon产线设备即可完成，无需额外购置设备，节约了双面TOPCon电池的生产成本，有利于双面TOPCon电池的大规模生产，同时通过一道工序完成双面遂穿氧及非晶硅的制备，节约工艺步骤的同时避免了非晶硅绕度的产生，避免了漏电的产生，增加了TOPCon电池的良率及效率。
由于激光开膜过程中激光会造成晶格结构排列不规则，形成晶格缺陷以及引入新的能级复合中心，因此本发明采用先激光开膜，后硼扩散的工艺。硼扩散过程中高温可以增加整体晶格的热运动，使不规则的晶格进行重新排列，从而修复晶格缺陷。
实施例二：与实施例一相比，区别之处为：激光功率为5W。
实施例三：与实施例一相比，区别之处为：激光功率为15W。
对比例一：S1、对硅基底双面制绒，金字塔大小为5μm，反射率为8%；
S2、温度保持在1045℃，对硅基底正面进行硼扩散，掺杂浓度为2E19atoms/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、硅基底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设备在硅片双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130 nm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，扩散后非电极图形区域掺杂浓度为2E20atoms/cm3 ，结深为120nm；
S7、通过链式清洗机使用浓度3%的HF去除正面去PSG层；
S8、RCA设备碱刻蚀去除正面非晶硅，碱液为NaOH溶液，浓度为5%，温度为65℃，RCA后有HF有浓度为40%的HF槽，可以去除背面PSG层，正面BSG层；
S9、通过ALD设备正面沉积6 nm厚度氧化铝膜；
S10、通过PECVD设备在硅基底双面沉积80nm厚度氮化硅膜；
S11、在硅基底双面进行丝网印刷，制得TOPCon电池。
由于实施例一、实施例二和实施例三形成的电池数据接近，因此仅以实施例一与对比例一进行比对。
| ITEM | Voc（mV） | Jsc(mA/ cm2) | FF(%) | EFF(%) |
| 实施例一 | 725.4 | 41.67 | 83.86 | 25.34 |
| 对比例一 | 718.8 | 41.51 | 83.75 | 24.99 |
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。
从实验结果来看，实施例一通过激光开膜的方式，在正面电极图形区域沉积非晶硅层，避免了栅线与硅基底的直接接触，减少了金属复合，实现了TOPCon电池的双面钝化，有效的提高了开路电压及短路电流，从而实现了TOPCon电池转换效率的提升。
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)
1.一种开膜式双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、硅基底双面制绒；
S2、对硅基底背面进行抛光；
S3、硅基底双面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层以及二氧化硅层；
S4、通过激光在硅基底正面非电极图形区域进行开膜，去除正面非电极图形区域的二氧化硅层；
S5、RCA清洗，去除硅基底正面非电极图形区域的非晶硅，保留电极图形区域及背面的非晶硅层；去除硅基底正面电极图形区域以及背面的二氧化硅层；
S6、硅基底正面硼扩散，完成正面发射极的制备，同时完成正面电极图形区域非晶硅的晶化；
S7、去除硅基底背面的BSG；
S8、对背面进行磷扩散，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；
S9、双面酸洗，去除硅基底正面的BSG及背面的PSG；
S10、硅基底正面沉积氧化铝膜；
S11、硅基底双面沉积氮化硅膜；
S12、硅基底双面进行丝网印刷，制得双面TOPCon太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的开膜式双面TOPCon电池的制备方法，其特征在于：步骤S4中激光的功率为5-15W。
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