CN117174783A - 一种TOPCon太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种TOPCon太阳能电池及其制备方法。本发明通过采用PECVD+PEALD两种方式结合沉积隧穿氧化层。采用PECVD预先沉积厚度为0.1‑0.5nm的薄氧化层，在后续PEALD工艺中，薄氧化层对基片表面起到一个化学钝化的作用，然后采用PEALD工艺在氧化层的基础上均匀性的沉积一层隧穿氧化层。该生长方式基础原理为原子层沉积，氧化层的均匀性好，受管内气流，温度，电场，射频的影响较小，可以避免完全由笑气电离生产隧穿氧化层出现的卡点印等电致发光测试不良，并减少等离子体的轰击对基片表面的损伤影响，一定程度上提升了TOPCon太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种TOPCon太阳能电池及其制备方法。
背景技术
高效晶硅太阳电池--隧穿氧化层钝化接触太阳电池(Tunnel OxidePassivatedContact solar cell，TOPCon)是近年来由德国弗兰霍夫太阳能研究所提出的一种新型硅太阳能电池，该电池采用高质量的超薄氧化硅掺杂多晶硅层实现电池全背面高效钝化和载流子选择性收集。
在晶硅太阳电池技术领域，隧穿氧化钝化接触(TOPCon)技术是一种优秀的电池钝化技术。在TOPCon电池中，电池背面沉积有由隧穿氧化层和多晶硅层组成的钝化接触层，能起到对电池背面金属接触区域的钝化作用，降低太阳电池光生载流子在电池背面金属接触区域的复合，进而提升电池性能。
现有技术中，制作TOPCon电池背面隧穿氧化层通常使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，但是，直接采用笑气电离方式沉积隧穿氧化层存在如下缺陷：隧穿氧化层继续长厚，需要氧元素透过已生长的氧化层向基片内部和硅继续反应，由于沉积过程中受到管内气流，温度，电场，射频的影响，PECVD沉积的隧穿氧化层均匀性较差；等离子对基片表面的轰击对基片表面造成损伤。
有鉴于此，需要提供一种能够提升隧穿氧化层均匀性、避免基片表面损伤的TOPCon太阳能电池的制备方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的TOPCon太阳能电池的制备中，隧穿氧化层均匀性差、会对基片表面造成损伤等缺陷，从而提供一种TOPCon太阳能电池及其制备方法。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，包括隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的制备方法包括如下步骤：在基片表面采用等离子体增强化学气相沉积方式沉积第一氧化层，采用等离子增强原子沉积方式沉积第二氧化层，其中，所述第一氧化层的厚度为0.1-0.5nm。
本发明中对隧穿氧化层的组成没有特别限定，材质通常都是二氧化硅，也可以是氮氧化硅，但不是主流。
可选地，所述第一氧化层的厚度为0.1-0.2nm。
可选地，所述第二氧化层的厚度为0.3-2nm。
可选地，所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
S1，对基片进行制绒，扩散，碱抛处理；
S2，沉积隧穿氧化层；
S3，沉积本征非晶硅层；
S4，沉积掺杂非晶硅层；
S5，沉积二氧化硅层；
S6，退火，湿法，原子层沉积，镀膜，正反面电极印刷，烧结。
其中，步骤S2-S5均是在基片背面形成；步骤S1是对整个基片进行制绒，在正面扩散，碱抛光一般只处理背面。本发明中制绒，扩散，碱抛处理以及湿法，原子层沉积，镀膜，正反面电极印刷等步骤的具体操作，步骤S2-S5的操作参数等均为领域内常规的，在此不做具体限定。
可选地，步骤S3中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积本征非晶硅层；
和/或，所述本征非晶硅层的厚度为10-20nm。
可选地，步骤S4中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积掺杂非晶硅层；
和/或，所述掺杂非晶硅层的厚度为20-130nm；
和/或，所述掺杂非晶硅层的组成为掺磷的非晶硅层。
可选地，步骤S5中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积二氧化硅层；
和/或，所述二氧化硅层的厚度为10-15nm。
可选地，步骤S1中，所述制绒步骤的操作为在基片表面形成采用碱腐蚀成绒面形状；
和/或，所述扩散步骤的操作为在基片正表面掺杂硼元素；
和/或，所述碱抛步骤的操作为在基片背面形成抛光面。
可选地，步骤S6中，所述湿法步骤的操作为去除基片边缘的掺杂非晶硅层以及去除基片背表面的磷硅玻璃层；
和/或，所述原子层沉积步骤的操作为在基片正表面沉积氧化铝钝化层；
和/或，所述镀膜步骤的操作为在基片正面和背面镀上氮化硅减反层。
和/或，烧结温度为650-850℃，烧结时间为1-2min。
本发明还提供一种上述的制备方法制备得到的TOPCon太阳能电池。
本发明中各功能层制备过程中的操作参数均为领域内常规的，典型非限定性地，所述沉积第一氧化层的操作参数可以包括：笑气流量为8000-10000sccm，功率为8000-10000W，沉积时间为15-30s。
所述沉积第二氧化层的操作参数可以包括：氩气携带硅源的总流量为2000-2500sccm，笑气流量为2000-2500sccm，沉积时间为1-2min，功率为6000-9000W。
所述沉积本征非晶硅层薄膜，通入氩气、硅烷混合气体，射频功率为8000-11000W，沉积温度为400-450℃，工艺压力为300-360pa，沉积时间为4-8min，氩气流量为6000-8000sccm，硅烷流量为2000-2500sccm，膜厚控制在10-20nm。
沉积掺杂非晶硅层薄膜，通入氩气、硅烷、磷烷混合气体，射频功率为8000-10000W，沉积温度为400-450℃，工艺压力为300-360pa，沉积时间为20-30min，氩气流量为6000-8000sccm，硅烷流量为1500-2000sccm，磷烷流量为2500-3000sccm，膜厚控制在20-130nm。
沉积二氧化硅层薄膜，通入硅烷、笑气混合气体，射频功率为8000-10000W，沉积温度为400-450℃，工艺压力为200-240pa，沉积时间为1-2min，硅烷流量为2500-3000sccm，笑气流量为6000-8000sccm，膜厚控制在10-15nm。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的TOPCon太阳能电池的制备方法，更改了完全采用笑气电离的沉积隧穿氧化层的方式，转为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)+等离子增强原子沉积(PEALD)两种方式结合沉积隧穿氧化层。在后续PEALD工艺中，已生长的第一氧化层对基片表面起到一个化学钝化的作用，然后采用PEALD工艺在氧化层的基础上均匀性的沉积一层第二氧化层。该生长方式基础原理为原子层沉积，氧化层的均匀性好，受管内气流，温度，电场，射频的影响较小，可以避免完全由笑气电离生产隧穿氧化层出现的卡点印等电致发光测试(el)不良，并减少等离子体的轰击对基片表面的损伤影响，一定程度上提升了TOPCon太阳能电池的转换效率。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，对182mm×182mm的N型基片进行常规的制绒，扩散，碱抛处理。
步骤二，对碱抛后的基片进行笑气电离沉积第一氧化层，沉积第一氧化层的笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为15s，厚度控制在0.1nm。在第一氧化层的基础上进行离子增强原子层沉积第二氧化层，氩气携带硅源总流量为2000sccm，笑气流量为2400sccm，沉积时间为90s，功率为9000w，厚度控制在1nm。
步骤三，等离子体增强化学气相沉积本征非晶硅薄膜，通入氩气、硅烷混合气体，射频功率为11000W，沉积温度为420℃，工艺压力为300pa，沉积时间为6min，氩气流量为6000sccm，硅烷流量为2500sccm，膜厚控制在20nm。
步骤四，等离子体增强化学气相沉积掺杂非晶硅薄膜，通入氩气、硅烷、磷烷混合气体，射频功率为10000W，沉积温度为420℃，工艺压力为300pa，沉积时间为23min，氩气流量为6000sccm，硅烷流量为2000sccm，磷烷流量为3000sccm，膜厚控制在130nm。
步骤五，等离子体增强化学气相沉积二氧化硅层薄膜，通入硅烷、笑气混合气体，射频功率为10000W，沉积温度为420℃，工艺压力为200pa，沉积时间为1min，硅烷流量为2500sccm，笑气流量为6000sccm，膜厚控制在12nm。
步骤六，将沉积Poly(掺杂的非晶硅)后的基片进行高温退火，激活poly沉积中的磷原子。后采用RCA湿法化学清洗，去除基片边缘的掺杂非晶硅以及表面的磷硅玻璃。后采用原子层沉积正面所需要的氧化铝膜(厚度在1～3nm)。再进行正背面的氮化硅镀膜(正膜70-85nm，背膜80-100nm)，进一步到丝网工序进行电极印刷烧结(烧结温度650～850℃)。其中：
RCA湿法：工业标准湿法清洗工艺，采用氢氟酸去除基片表面的磷硅玻璃层，以及使用碱(氢氧化钾)去除基硅边缘的掺杂非晶硅层。
原子层沉积：利用气相前体分子在表面上的化学反应，逐层沉积薄膜。在沉积过程中，三甲基铝和水交替进入反应室，生成氧化铝薄膜，本实施例中控制铝膜厚度为2.5nm。
正背膜：采用等离子体化学气相沉积，在反应腔通入氨气和硅烷，分别在基片正面和背面沉积氮化硅，控制正面膜厚度为80nm，背面膜厚度为90nm。
正反面电极印刷：利用网版上图形部分网孔透浆料和非图形部分网孔步透浆料的基本原理进行印刷，到达正反面电极的制备。
烧结：烧结温度为750℃，在高温中，基片中的硅原子进入到熔融状态的金属电极材料当中，形成合金系统，温度下降后，合金系统中的硅原子会重新结晶，在硅片和金属电极之间形成外延层，形成良好的欧姆接触。
实施例2
本实施例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行笑气电离沉积第一氧化层，沉积第一氧化层的笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为15s，厚度控制在0.1nm。在第一氧化层的基础上进行离子增强原子层沉积第二氧化层，氩气携带硅源流量为2000sccm，笑气流量为2400sccm，沉积时间为80s，功率为9000W，厚度控制在0.9nm。
实施例3
本实施例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行笑气电离沉积第一氧化层，沉积第一氧化层的笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为15s，厚度控制在0.1nm。在第一氧化层的基础上进行离子增强原子层沉积第二氧化层，氩气携带硅源流量为2000sccm，笑气流量为2400sccm，沉积时间为70s，功率为9000W，厚度控制在0.8nm。
实施例4
本实施例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行等离子体化学气相沉积第一氧化层，沉积第一氧化层的笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为15s，厚度控制在0.1nm。在第一氧化层的基础上进行离子增强原子层沉积隧穿氧化层，氩气携带硅源总流量为2000sccm，笑气流量为2400sccm，沉积时间为100s，功率为9000W，厚度控制在1.2nm。
对比例1
本对比例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行等离子增强化学气相沉积隧穿氧化层，笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为120s，厚度控制在1nm。
对比例2
本对比例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行等离子增强化学气相沉积隧穿氧化层，笑气流量为10000sccm，功率为8000w，沉积时间为150s，厚度控制在1.1nm。
对比例3
本对比例提供一种TOPCon太阳能电池的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，步骤二不同，具体为：
对碱抛后的基片进行隧穿氧化层的沉积，完整隧穿氧化层PEALD的氩气携带硅源流量为2000sccm，笑气流量为2400sccm，沉积时间为90s，功率为9000W，厚度控制在0.9nm。
测试例
1、膜层均匀性测试
按照本发明各实施例和对比例的方法进行隧穿氧化层的制备，在膜厚测试过程中，将实施例1/2/3/4沉积隧穿氧化层(第二氧化层)和对比例3的完整隧穿氧化层时，延长沉积时间分别延长至280/270/260/290s，对比例1/2隧穿氧化层延长时间30min(由于厚度太低时测不出来，所以将实际膜厚沉积为4nm左右，使厚度能够被测量出来，随着运行时间延长，厚度变厚了，厚的均匀性好的话，也可以反映不同方法生长的均匀性)，进行膜厚测试对比，实例组和对比组的差异如下：point1为基片中心点膜厚，point2-5为基片四角位置膜厚。基片选取位置为石墨舟外舟页和中间舟页位置。由于PECVD炉管通常能处理很多片，A1-J15为选取其中的不同位置处的样本进行测试。具体结果见下表：
沉积时间：实施例1/2/3/4沉积隧穿氧化层(第二氧化层)和对比例3的完整隧穿氧化层沉积时间和氧化层厚度为线性关系，随着时间延长，厚度线性增加。对比例1/2的沉积时间和氧化层厚度为非线性关系，随着时间延长，沉积速率逐渐降低，沉积同样的厚度所需要的时间更长。
表1
2、电性能测试
将各实施例和对比例得到的TOPCon太阳能电池进行电性能测试，具体测试步骤和参数如下：
开路电压：使用电压表或光电转化效率测试仪，在太阳能电池未接负载时，测量太阳能电池的开路电压。此时太阳能电池的输出电流为零。
短路电流：使用电流表或光电转化效率测试仪，在基片短路时，测量太阳能电池的短路电流。此时太阳能电池的输出电压为零。
转换效率：使用光电转化效率测试仪，在标准光照条件下，测量太阳能电池的输出功率和吸收到的光功率，计算太阳能电池的转换效率。
填充因子：使用光电转化效率测试仪，在标准光照条件下，测量太阳能电池的输出电流和输出电压，计算太阳能电池的填充因子。
串联电阻：使用电阻计测量太阳能电池的串联电阻。串联电阻会影响太阳能电池的输出电压和转换效率。
并联电阻：使用电阻计测量太阳能电池的并联电阻。并联电阻会影响太阳能电池的输出电流和转换效率。
漏电流：使用电流表或光电转化效率测试仪，在太阳能电池负载未接时，测量太阳能电池的漏电流。
表2
从表1的数据可知，本发明实施例的技术方案，增加基片表面的化学钝化，降低了等离子体轰击对基片表面的损伤提高了隧穿氧化层的均匀性(表1)；同时，在不增加设备的基础上提高了TOPCon电池光电转换效率(表2)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的制备方法包括如下步骤：在基片表面采用等离子体增强化学气相沉积方式沉积第一氧化层，采用等离子增强原子沉积方式沉积第二氧化层，其中，所述第一氧化层的厚度为0.1-0.5nm。
2.根据权利要求1所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一氧化层的厚度为0.1-0.2nm。
3.根据权利要求1所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二氧化层的厚度为0.3-2nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对基片进行制绒，扩散，碱抛处理；
S2，沉积隧穿氧化层；
S3，沉积本征非晶硅层；
S4，沉积掺杂非晶硅层；
S5，沉积二氧化硅层；
S6，退火，湿法，原子层沉积，镀膜，正反面电极印刷，烧结。
5.根据权利要求4所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积本征非晶硅层；
和/或，所述本征非晶硅层的厚度为10-20nm。
6.根据权利要求4所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S4中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积掺杂非晶硅层；
和/或，所述掺杂非晶硅层的厚度为20-130nm；
和/或，所述掺杂非晶硅层的组成为掺磷的非晶硅层。
7.根据权利要求4所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S5中采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积二氧化硅层；
和/或，所述二氧化硅层的厚度为10-15nm。
8.根据权利要求4所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制绒步骤的操作为在基片表面形成采用碱腐蚀成绒面形状；
和/或，扩散步骤的操作为在基片正表面掺杂硼元素；
和/或，碱抛步骤的操作为在基片背面形成抛光面。
9.根据权利要求4所述的TOPCon太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述湿法步骤的操作为去除基片边缘的掺杂非晶硅层以及去除基片背表面的磷硅玻璃层；
和/或，所述原子层沉积步骤的操作为在基片正表面沉积氧化铝钝化层；
和/或，所述镀膜步骤的操作为在基片正面和背面镀上氮化硅减反层；
和/或，烧结温度为750-800℃，烧结时间为1-2min。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的TOPCon太阳能电池。
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