CN117276414B - P型高效钝化接触电池的制备方法及制造系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及P型高效钝化接触电池的制备方法及P型高效钝化接触电池的制造系统，优化了电池片的制备方法，使用铝层以及硅片上下表面不同退火参数，通过对硅片制备方法的优化，背面层的制备过程采用铝层和氧化铝层，实现背面p+层的制备，实现了在链式下流水线生产P型电池片，同时提供了一种用于该制备方法的制造系统，将各个腔室依次排列，该制造系统对电池片可以采用单片方式完成电池片制备，采用紧凑的腔室，实现硅片在产线上运转的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及一种P型高效钝化接触电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前P型太阳能电池主要为PERC太阳能电池，该电池路线中可以向TOPCon进行转换，但在该过程中，需要使用扩散设备、镀膜设备，这些设备为管式设备，而在液体处理相关步骤中，需要单片进行，而有些步骤中是批量进行，在这些步骤的衔接过程中，需要很多自动化设备进行转换，将堆叠的硅片转成单片运转方式，单片的硅片有时需要转换为多硅片批量处理的方式，如此这样，将会导致步骤繁杂。
目前异质结太阳能电池发展也很迅速，在各个方面进行降本，HJT的制造成本逐渐向PERC、TOPCon电池接近，很多公司选择HJT这一技术路线，目前的电池路线无法兼容HJT路线，因此目前的设备投资面对的选择是非此即彼的，HJT这一电池路线中，多采用平板式设备，在该技术路线中，电池片不能耐受高温，制约了后序步骤，例如银浆烧结，目前的PERC电池能够耐受高温，可以兼容后续设备，因此寻找一种兼容后续HJT电池技术路线的过渡技术路线能够部分解决目前的矛盾。
在电池片制备过程中，硅片的状态较少地转换能够避免硅片碎片、出现隐裂等问题，因此也需要寻找一种稳定的电池片传输情况下，完成各个步骤的电池片制备方法及设备。
发明内容
本申请的目的在于提供一种P型高效钝化接触电池的制备方法，优化了电池片的制备方法，将掺杂形成PN结的步骤设置于背面层形成步骤之后，在正面N型层上形成氧化硅层和掺杂非晶硅层作为钝化接触结构，通过一个步骤制备正面和背面的第二氮化硅层。
同时提供了一种用于该制备方法的制造系统，该制造系统对电池片采用单片方式完成电池片制备，采用紧凑的腔室，实现硅片在产线上运转的稳定性，只需要将硅片在传输结构上平行转移，能够避免对硅片进行批量的吸片、转移，从而避免在吸片、转移过程中的碎片、隐裂、划伤等问题。
本申请的目的是通过以下技术方案实现：本申请提供一种P型高效钝化接触电池的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤一，对硅片表面进行抛光，该过程是常规过程，具体抛光方法可以采用目前本领域中常用的抛光方法；
步骤二，在抛光的背面形成铝层、氧化铝层、第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层，形成铝层和氧化铝层是重要的一步，该步骤配合后续的退火步骤，实现电池片背面p+层的制备；
步骤三，对步骤二获得的硅片结构的正面进行制绒，可以根据目前使用的制绒方法对硅片正面进行制绒，背面已经采用了各个层进行保护，制绒过程可以批量进行；
步骤四，将正面制绒后的硅片进行正面N型掺杂，形成PN结；
步骤五，对步骤四获得的硅片正面制备隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层，形成的氧化硅层及掺杂非晶硅层作为N型层的钝化接触结构；
步骤六，对硅片进行退火，退火的温度范围为200-700℃；
步骤七，去除背面氧化硅层，在正面和背面再同时形成第二氮化硅层。
在该制备方法中，可以兼容目前的P型电池片的制备设备，增加的设备采用平板式设备，可以通过改进气源等兼容后续HJT电池技术路线。
在其中一个实施例中，所述步骤五中，对硅片进行退火时，将硅片放置在载板上，正面加热部件的温度小于背面加热部件的温度，在硅片的上下表面使用不同的退火参数，使得上部对于PN结掺杂物能够进一步移动，而背面的铝层中的铝也能够扩散进入基底。该过程中，背面温度用于铝元素的扩散，正面的温度选择用于正面掺杂非晶硅的退火，掺杂非晶硅经过退火可以转变为掺杂微晶硅或掺杂多晶硅，形成N型层的钝化接触结构。
在其中一个实施例中，正面加热温度范围为200-450℃，背面加热温度范围为400-700℃。
在其中一个实施例中，所述铝层的厚度范围为20-500nm。
在其中一个实施例中，所述铝层和所述氧化铝层通过物理气相沉积方法形成。
本申请还提供了一种P型高效钝化接触电池的制造系统，由多个依次排列的处理单元排列构成，通过链式运输系统将硅片在各处理单元之间单片运输，处理单元依次包括第一溶液处理槽、物理气相沉积腔室、第一PECVD腔室、第二溶液处理槽、扩散腔室、第二PECVD腔室、退火腔室、第三溶液处理槽、第三PECVD腔室，处理单元包括：
所述第一溶液处理槽，用于对硅片进行抛光，在该过程中可以采用链式运输系统将硅片整体浸入溶液处理槽；
所述物理气相沉积腔室包括至少两个沉积工位，至少一个沉积工位用于沉积铝层，至少一个沉积工位用于沉积氧化铝层，采用物理沉积方法，使相关设备能够较好地进行集成，无需使用气体进行相关反应，简化部件结构；
所述第一PECVD腔室包括三个相对独立的小腔室，分别用于沉积第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层，采用平板式腔室，使各个层的制备过程单独可控，且能够在一个腔室内实现三种薄膜的制备；
所述第二溶液处理槽用于对硅片正面进行制绒，制绒的方式可以采用链式方法，仅对硅片正面进行制绒；
所述扩散腔室用于对硅片正面进行掺杂，在该过程中，可以提前对铝层中的铝元素向基片中进行预扩散；
所述第二PECVD腔室用于在硅片表面沉积隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层；
所述退火腔室用于对硅片进行退火，其中在硅片传输通道上部加热部件的功率大于下部加热部件的功率，正面加热部件的温度小于背面加热部件的温度，在硅片的上下表面使用不同的退火参数，使得上部对于PN结掺杂物能够进一步移动，而背面的铝层中的铝也能够扩散进入基底；
所述第三溶液处理槽用于去除硅片背面氧化硅层；
所述第三PECVD腔室用于在正面和背面同时形成第二氮化硅层。
在其中一个实施例中，所述链式运输系统包括翻转机构，用于将硅片翻转；
在所述翻转机构设置在所述退火腔室和所述第三溶液处理槽之间。
在其中一个实施例中，处理单元之间还包括隔离腔室，所述隔离腔室用于缓冲压力变化。
在其中一个实施例中，所述隔离腔室包括至少两个独立隔离腔，每个所述隔离腔内包括多层缓存架。
在其中一个实施例中，所述第一溶液处理槽、第二溶液处理槽及第三溶液处理槽之后还包括清洗槽，每个清洗槽还包括吹扫部件，用于对经过处理槽的硅片进行清洗并将硅片表面液体吹扫干净。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：优化了电池片的制备方法，通过对硅片制备方法的优化，背面层的制备过程采用铝层和氧化铝层，实现背面p+层的制备，实现了在链式下流水线生产P型电池片，同时提供了一种用于该制备方法的制造系统，将各个腔室依次排列，该制造系统对电池片采用单片方式完成电池片制备，采用紧凑的腔室，实现硅片在产线上运转的稳定性。
附图说明
图1是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制备方法的流程示意图。
图2是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制造系统的结构示意图。
图3是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制备方法获得的电池片结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1，图1是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制备方法的流程示意图，本申请的一较佳实施例中的P型高效钝化接触电池的制备方法，其适于形成P型高效钝化接触电池，提供一种简单、便捷的电池片制备方法。同时提供一种制造P型电池片的制造系统，采用链式传输方法，在平板式腔体内运输硅片，通过更换部分腔室，能够实现对于HJT电池制造的转换。
本申请提供一种P型高效钝化接触电池的制备方法，制备方法包括如下步骤：
步骤一，对硅片表面进行抛光，该过程是常规过程，具体抛光方法可以采用目前本领域中常用的抛光方法，可以先对硅片进行清洗，清洗时可以腐蚀去除部分硅材料层，然后对表面进行抛光；
步骤二，在抛光的背面形成铝层、氧化铝层、第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层；
形成铝层和氧化铝层是本申请方案中的重要一步，该步骤配合后续的退火步骤，实现电池片背面p+层的制备。
步骤三，对步骤二获得的硅片结构的正面进行制绒；
可以根据目前使用的制绒方法对硅片正面进行制绒，背面已经采用了各个层（包括多晶硅层和氧化硅层）进行保护，制绒过程可以批量进行。
步骤四，将正面制绒后的硅片进行正面N型掺杂，形成PN结；
步骤五，对步骤四获得的硅片正面制备隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层，形成的氧化硅层及掺杂非晶硅层作为N型层的钝化接触结构；
步骤六，对硅片进行退火，退火的温度范围为200-700℃；
步骤七，去除背面氧化硅层，在正面和背面再同时形成第二氮化硅层。
在本申请的制备方法中，可以使用目前的P型电池片的部分制备设备，而增加的设备采用平板式设备，可以通过更换气源、调控控制参数等兼容后续HJT电池技术路线。
具体地，所述步骤五中，对硅片进行退火时，将硅片可以放置在载板上，也可以通过单片形式，主要由设备具体结构决定，例如可以采用仅通过单片的硅片的平板式设备，正面加热部件的温度小于背面加热部件的温度，在硅片的上下表面使用不同的退火参数，使得上部对于PN结掺杂物能够进一步移动，而背面的铝层中的铝也能够扩散进入基底，该过程中可以选择较薄的金属铝层，例如沉积厚度为20nm的铝层，经过加热后，部分铝元素扩散进入衬底，另外一部分可以受到氧元素影响转变为氧化铝层。
具体地，正面加热温度范围为200-450℃，背面加热温度范围为400-700℃，通过试验确定了正面加热和背面加热温度的合理范围，上述温度范围能够更好地实现正面PN结结构的均化，同时使铝层进行二次扩散，结合铝层在扩散过程中的预扩散，使得铝层实现完全扩散。该过程中，背面温度用于铝元素的扩散，正面的温度选择用于正面掺杂非晶硅的退火，掺杂非晶硅经过退火可以转变为掺杂微晶硅或掺杂多晶硅，形成N型层的钝化接触结构。
具体地，所述铝层的厚度范围为20-500nm，铝层的厚度倾向于越小越好，更优的厚度为20-80nm。
具体地，所述铝层和所述氧化铝层通过物理气相沉积方法形成。
请参阅图2，图2是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制造系统的结构示意图，本申请还提供了一种P型高效钝化接触电池的制造系统，由多个依次排列的处理单元排列构成，通过链式运输系统将硅片在各处理单元之间单片运输，处理单元依次包括第一溶液处理槽11、物理气相沉积腔室12、第一PECVD腔室13、第二溶液处理槽14、扩散腔室15、第二PECVD腔室16、退火腔室17、第三溶液处理槽18、第三PECVD腔室19，处理单元包括：
所述第一溶液处理槽11，用于对硅片进行抛光；
所述物理气相沉积腔室12包括至少两个沉积工位，至少一个沉积工位用于沉积铝层，至少一个沉积工位用于沉积氧化铝层；采用物理沉积方法，使相关设备能够较好地进行集成，无需使用气体进行相关反应，简化部件结构；
所述第一PECVD腔室13包括三个相对独立的小腔室（附图中未具体示出），分别用于沉积第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层；
所述第二溶液处理槽14用于对硅片正面进行制绒；
所述扩散腔室15用于对硅片正面进行掺杂；
所述第二PECVD腔室16用于在硅片表面沉积隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层；掺杂非晶硅经过退火可以转变为掺杂微晶硅或掺杂多晶硅，形成N型层的钝化接触结构，有利于少子的收集。
所述退火腔室17用于对硅片进行退火，其中在硅片传输通道上部加热部件的功率大于下部加热部件的功率；正面加热部件的温度小于背面加热部件的温度，在硅片的上下表面使用不同的退火参数，使得上部对于PN结掺杂物能够进一步移动，而背面的铝层中的铝也能够扩散进入基底。
所述第三溶液处理槽18用于去除硅片背面氧化硅层；
所述第三PECVD腔室19用于在正面和背面同时形成第二氮化硅层。
在各个腔室运送过程中，只需要将硅片在传输结构上平行转移，不需要对硅片进行批量的吸片、转移，从而避免在吸片、转移过程中的碎片、隐裂、划伤等问题，使硅片能够在链式运输系统实现太阳能电池片的制备。
对于溶液处理槽中具体使用的溶液，是本领域技术人员根据本申请技术方案中所需要清洗或去除的层而进行的常规选择，相关具体参数可以根据需要调整。
具体地，所述链式运输系统还可以包括翻转机构，用于将硅片翻转，翻转硅片使硅片在不同腔室的要求下，进行不同面的处理时，能够更方便地实现待沉积面的暴露，从而简化机械结构，实现了在链式下流水线生产P型电池片；
在所述翻转机构设置在所述退火腔室17和所述第三溶液处理槽18之间。
具体地，处理单元之间还包括隔离腔室，所述隔离腔室用于缓冲压力变化。
具体地，所述隔离腔室包括至少两个独立隔离腔，每个所述隔离腔内包括多层缓存架，多层缓存架能够将容纳多组硅片，而使用两个独立的隔离腔，可以在一个隔离腔室与低压系统对接时，另外一个隔离腔室与高压或常压系统对应，这样优化处理节拍，提高整条生产线的处理效率。
具体地，所述第一溶液处理槽11、第二溶液处理槽14及第三溶液处理槽18之后还包括清洗槽，每个清洗槽还包括吹扫部件，用于对经过处理槽的硅片进行清洗并将硅片表面液体吹扫干净。
实施例（一）：采用P型硅片，对硅片表面进行抛光；在抛光的背面形成铝层、氧化铝层、第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层，铝层厚度选择300nm；在获得的硅片结构的正面进行制绒；将正面制绒后的硅片进行正面N型掺杂，形成PN结；对获得的硅片正面制备隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层，隧穿氧化硅层厚度选择5nm，掺杂非晶硅层厚度选择100nm；对硅片进行退火，退火的温度范围为200-700℃；去除背面氧化硅层，在正面和背面再同时形成第二氮化硅层。正面加热温度选择250℃，背面加热温度范围为500℃。
参见图3，图3是本申请的一种P型高效钝化接触电池的制备方法获得的电池片结构示意图，包括P型硅片，在背面依次形成的p+层101、背面上的氧化铝层102、第一氮化硅层103、多晶硅层104、第二氮化硅层108，在正面依次形成n型扩散层105、隧穿氧化硅层106、掺杂多晶硅层107、第二氮化硅层108。
本申请形成的太阳能电池片包括背面的p+层、氧化铝层，上述两层形成的方式通过金属铝层和氧化铝层，退火步骤中直接将铝元素扩散进入衬底形成背面的p+层101，正面N型掺杂层上形成隧穿氧化硅层106、掺杂多晶硅层107，在能够兼容HJT电池技术路线的制备设备上，形成包括钝化接触结构的P型电池。实现对电池片采用单片方式完成电池片制备，采用紧凑的腔室，实现硅片在产线上运转的稳定性，将硅片在传输结构上平行转移，能够避免对硅片进行批量的吸片、转移，从而避免在上述过程中的碎片、隐裂、划伤等问题。
实施例（二）：在实施例（一）的基础上，正面加热温度选择350℃，背面加热温度范围为600℃。
实施例（三）：采用P型硅片，对硅片表面进行抛光；在抛光的背面形成铝层、氧化铝层、第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层；在获得的硅片结构的正面进行制绒；将正面制绒后的硅片进行正面N型掺杂，形成PN结；对获得的硅片正面制备氧化硅层、掺杂非晶硅层；对硅片进行退火，退火的温度范围为200-700℃；去除背面氧化硅层，在正面和背面再同时形成第二氮化硅层。形成的铝层厚度为100nm，正面加热温度选择450℃，背面加热温度范围为700℃。
将上述实施例（一）、实施例（二）、实施例（三）形成的电池片进行相关性能的测试，表一为相关性能的测试结果。
表一 不同实施例电池片性能的数据
从上述结果可知，实施例（一）中的电池片加热温度低一些，转换效率相对低一些，但仍然能够达到25%，而实施例（二）和实施例（三）经过一定温度的加热，转换效率相对高一些，但两者差异不大，而通过本申请的制备方法，已经能够形成25%转化率左右的太阳能电池片，并且填充因子、开路电压、短路电流、串联电阻、并联电阻、漏电流等参数均符合电池片要求。
综上所述：本申请优化了电池片的制备方法，使用铝层以及硅片上下表面不同退火参数，通过对硅片制备方法的优化，背面层的制备过程采用铝层和氧化铝层，实现背面p+层的制备，在正面N型层上形成氧化硅层和掺杂非晶硅层作为钝化接触结构，实现了在链式下流水线生产P型电池片，将掺杂形成PN结的步骤设置于背面层形成步骤之后，在正面N型层上形成氧化硅层和掺杂非晶硅层作为钝化接触结构，通过一个步骤制备正面和背面的第二氮化硅层。
同时提供了一种用于该制备方法的制造系统，将各个腔室依次排列，该制造系统对电池片采用单片方式完成电池片制备，采用紧凑的腔室，实现硅片在产线上运转的稳定性，只需要将硅片在传输结构上平行转移，能够避免对硅片进行批量的吸片、转移，从而避免在吸片、转移过程中的碎片、隐裂、划伤等问题。
上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种P型高效钝化接触电池的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：
步骤一，对硅片表面进行抛光；
步骤二，在抛光的背面形成铝层、氧化铝层、第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层；
步骤三，对步骤二获得的硅片结构的正面进行制绒；
步骤四，将正面制绒后的硅片进行正面N型掺杂，形成PN结；
步骤五，对步骤四获得的硅片正面制备隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层；
步骤六，对硅片进行退火，退火的温度范围为200-700℃；
步骤七，去除背面氧化硅层，在正面和背面再同时形成第二氮化硅层。
2.如权利要求1所述的P型高效钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，对硅片进行退火时，将硅片放置在载板上，正面加热部件的温度小于背面加热部件的温度。
3.如权利要求2所述的P型高效钝化接触电池的制备方法，其特征在于，正面加热温度范围为200-450℃，背面加热温度范围为400-700℃。
4.如权利要求1至3中任一项所述的P型高效钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述铝层的厚度范围为20-500nm。
5.如权利要求4所述的P型高效钝化接触电池的制备方法，其特征在于，所述铝层和所述氧化铝层通过物理气相沉积方法形成。
6.一种P型高效钝化接触电池的制造系统，由多个依次排列的处理单元排列构成，通过链式运输系统将硅片在各处理单元之间单片运输，其特征在于，处理单元依次包括第一溶液处理槽、物理气相沉积腔室、第一PECVD腔室、第二溶液处理槽、扩散腔室、第二PECVD腔室、退火腔室、第三溶液处理槽、第三PECVD腔室，处理单元包括：
所述第一溶液处理槽，用于对硅片进行抛光；
所述物理气相沉积腔室包括至少两个沉积工位，至少一个沉积工位用于沉积铝层，至少一个沉积工位用于沉积氧化铝层；
所述第一PECVD腔室包括三个相对独立的小腔室，分别用于沉积第一氮化硅层、多晶硅层、氧化硅层；
所述第二溶液处理槽用于对硅片正面进行制绒；
所述扩散腔室用于对硅片正面进行掺杂；
所述第二PECVD腔室用于在硅片表面沉积隧穿氧化硅层、掺杂非晶硅层；
所述退火腔室用于对硅片进行退火，其中在硅片传输通道上部加热部件的功率大于下部加热部件的功率；
所述第三溶液处理槽用于去除硅片背面氧化硅层；
所述第三PECVD腔室用于在正面和背面同时形成第二氮化硅层。
7.如权利要求6所述的P型高效钝化接触电池的制造系统，其特征在于，所述链式运输系统包括翻转机构，用于将硅片翻转；
在所述翻转机构设置在所述退火腔室和所述第三溶液处理槽之间。
8.如权利要求6所述的P型高效钝化接触电池的制造系统，其特征在于，处理单元之间还包括隔离腔室，所述隔离腔室用于缓冲压力变化。
9.如权利要求8所述的P型高效钝化接触电池的制造系统，其特征在于，所述隔离腔室包括至少两个独立隔离腔，每个所述隔离腔内包括多层缓存架。
10.如权利要求6所述的P型高效钝化接触电池的制造系统，其特征在于，所述第一溶液处理槽、第二溶液处理槽及第三溶液处理槽之后还包括清洗槽，每个清洗槽还包括吹扫部件，用于对经过处理槽的硅片进行清洗并将硅片表面液体吹扫干净。
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