CN117457803B - 一种背接触电池的一次退火制备方法 - Google Patents

一种背接触电池的一次退火制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于背接触电池制备技术领域，具体涉及一种背接触电池的一次退火制备方法，包括如下步骤：S1、提供双面抛光的硅片；S2、采用管式多晶硅沉积炉，在硅片背面依次沉积第一半导体层和第一掩膜层，该步骤不进行退火；S3、在背面进行第一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区；S4、采用管式多晶硅沉积炉，在背面依次沉积第二半导体层和第二掩膜层，该步骤不进行退火；S5、然后进行高温退火；S6、采用激光去除S5所得硅片正面的绕镀层；S7、对硅片正面进行制绒清洗，并去除背面的第二掩膜层。本发明大幅简化了工艺流程，减少了板式PECVD的设备使用量，从而大幅降低了设备投资成本，同时能够提高产品良率，并提升电池转换效率。

Description

一种背接触电池的一次退火制备方法
技术领域
本发明属于背接触电池制备技术领域，具体涉及一种背接触电池的一次退火制备方法。
背景技术
目前，背接触电池工艺流程一般为，S101、提供单面制绒、单面抛光结构的硅片，期间对一面制绒时需要在另一面事先形成保护掩膜层，并在制绒后对该保护掩膜层进行去除；S102、硅片背面依次镀第一半导体层及第一掩膜层，所述第一半导体层采用PECVD或Hot-wire方式形成，第一半导体层包含本征非晶或微晶硅层及N型掺杂非晶或微晶硅层；S103、采用激光或掩膜腐蚀的方式在硅片背面开口，去除第一掩膜层及部分第一半导体层，形成第二半导体开口区，掩膜腐蚀的方式中需要额外设置保护掩膜层并在开口之后去除；S104、硅片清洗，去除第二半导体开口区内的第一半导体层；S105、硅片背面形成第二半导体层，所述第二半导体层采用PECVD或Hot-wire方式形成，第二半导体层包含本征非晶或微晶硅层及P型掺杂非晶或微晶硅层；S106、正面形成第三半导体层，第三半导体层包含正面钝化层及减反层；S107、硅片背面开口，形成与第二半导体开口区交替排列的第一半导体开口区；S108、硅片清洗，去除第一半导体开口区内的第一掩膜层；S109、硅片背面沉积导电膜；S110、通过激光或蚀刻的方式，在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成绝缘槽；S111、在硅片第一半导体开口区与第二半导体开口区上形成金属电极。
由上可知，背接触电池一般需要先制备好背面抛光、正面制绒的硅片，制备工艺流程较长，且背面的第一半导体层与第二半导体层分别为本征非晶硅层与N型掺杂的非晶/微晶硅叠层、本征非晶硅层与P型掺杂的非晶/微晶硅层叠层，本征非晶硅层与掺杂的非晶/微晶硅层一般采用板式PECVD镀膜分别形成，板式PECVD设备非常昂贵，而若通过管式PECVD镀膜则需要在原位掺杂沉积后退火形成，同时在制作过程中需要多次沉积掩膜层和去除掩膜层，导致工艺繁琐，良率较低，因此，目前背接触电池存在工艺流程长且设备投资高等问题。
需要说明的是，本发明的该部分内容仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然构成现有技术或公知技术。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的背接触电池的工艺流程长且良率较低、设备投资高的缺陷，提供一种背接触电池的一次退火制备方法，该一次退火制备方法大幅简化了工艺流程，减少了板式PECVD的设备使用量，从而大幅降低了设备投资成本，同时能够提高产品良率，并提升电池转换效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种背接触电池的一次退火制备方法，包括如下步骤：
S1、提供双面抛光的硅片；
S2、采用管式多晶硅沉积炉，在硅片背面依次沉积第一半导体层和第一掩膜层，所述第一半导体层包含第一隧穿氧化硅层与第一掺杂多晶硅层，该步骤不进行退火；
S3、在S2所得背面进行第一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区；
S4、采用管式多晶硅沉积炉，在S3所得背面依次沉积第二半导体层和第二掩膜层，所述第二半导体层包含第二隧穿氧化硅层与第二掺杂多晶硅层；该步骤不进行退火；所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数之比为3-115：1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值；
S5、然后进行高温退火；
S6、采用激光去除S5所得硅片正面的绕镀层；
S7、对S6所得硅片正面进行制绒清洗，并去除背面的第二掩膜层。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比为1-100：1、优选10-70：1，所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比为0.5-3：1、优选0.8-3：1、进一步优选1-3：1。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1022cm-3，所述第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为40-120nm、优选70-120nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为40-80nm。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一隧穿氧化硅层的厚度为1-2nm，所述第二隧穿氧化硅层的厚度为1-3nm。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掩膜层和第二掩膜层的厚度各自独立地为40-90nm。
在本发明的一些优选实施方式中，S2和S4中的沉积的温度均为400-500℃，S5中所述高温退火的条件包括：在保护气体存在下进行，退火温度为850-950℃，压力为1000-25000Pa、优选1000-10000Pa。
在本发明的一些优选实施方式中，S5中所述高温退火的条件还包括：保护气体的质量流量为5000-15000sccm，退火时间为40-60min。
在本发明的一些更优选实施方式中，S5中所述高温退火为多级退火且过程包括：在第一温度下恒温退火，之后升温至第二温度恒温退火，然后继续升温至第三温度恒温退火，其中，所述第一温度与第二温度的相邻温差、第二温度与第三温度的相邻温差各自独立地在20-30℃且各温度均在850-950℃内，每级的退火时间为10-20min。
在本发明的一些更优选实施方式中，S2中和S4中，沉积第一隧穿氧化硅层和第二隧穿氧化硅层的条件各自独立地包括：控制通入笑气的质量流量为8000-12000sccm，压力为100-200Pa，电源功率为3-20kW，时间为20-100s；沉积第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-3000sccm，氢气的质量流量为7000-9000sccm，以及通入氢气携带掺杂元素气源的混合气体，并控制电源功率为5-20kW，沉积时间为800-1300s。
其中优选地，所述掺杂元素气源为磷源时混合气体的质量流量为1000-2500sccm，并控制压力为400-500Pa；所述掺杂元素气源为硼源时混合气体的质量流量为2000-4000sccm，并控制压力为200-800Pa。
在本发明的一些优选实施方式中，沉积第一掩膜层和第二掩膜层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-2000sccm，氮气的质量流量为2000-5000sccm，压力为200-300Pa，电源功率为3-20kW，时间为300-800s。
在本发明的一些更优选实施方式中，S6中通过沿硅片边缘进行激光扫边的方式去除S5所得硅片正面的绕镀层。
进一步优选地，所述激光扫边的条件包括：激光扫边的宽度为0.5-3cm、优选0.5-1.5cm，激光刻蚀深度为50-500nm、优选50-200nm。
进一步优选地，所述激光扫边的条件包括：所述激光为紫外或绿光激光，脉冲宽度小于10ns，激光功率为15-45W、优选15-40W。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：
S8、在S7所得硅片的正面形成第三半导体层，所述第三半导体层包含本征氢化非晶硅层和第三掺杂硅层；
S9、之后在硅片正面的第三半导体层的表面形成减反层；
S10、在S9所得背面第二半导体层的预设区域进行第二次刻蚀开口，形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区；
S11、在S10所得背面沉积导电膜层；
S12、在S11所得背面的导电膜层的上进行第三次刻蚀开口，形成位于第二半导体层和第一半导体层之间的绝缘槽；
S13、在S12所得背面的第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成金属电极。
有益效果：
本发明通过上述技术方案，尤其是将背面均采用隧穿氧化硅钝化的第一半导体层和第二半导体层在采用管式多晶硅沉积炉沉积之后，配合适宜的两个半导体层的面掺杂指数之比，使得两个半导体层具有共同的退火窗口，从而能够一起经S5的高温退火过程而一次退火形成，在共同的退火温度下，将两个极性的半导体层共同晶化和掺杂激活，达到两者钝化和导电性能兼得的效果，避免一次退火过程中某一半导体层的掺杂元素渗透入相应氧化层而导致钝化失效的问题，同时大幅简化了工艺流程，减少了板式PECVD的设备使用量，从而大幅降低了设备投资成本，同时配合S6采用激光一次性去除背面绕镀到正面的多重绕镀层，减少工艺步骤；同时由于不同绕镀层无需经过不同的腐蚀溶液而可能带来功能膜层受损的风险，能够提高产品良率和产品可靠性，并提升电池转换效率。且本发明由于采用管式多晶硅沉积炉沉积，那么在沉积第二半导体层的同时，能够在同一炉管中沉积第二掩膜层，减少了常规工艺中还需另外制作掩膜层的步骤，无形中简化了工艺流程。
本发明的发明人研究发现，现有技术中多步退火的方式，可以根据膜层的性质逐层用溶液去除背面相应膜层引起的正面的绕镀层；而采用本发明的一次退火方法，正面的多重绕镀层会夹杂在一起，用常规酸溶液去除需要浓度加强或时间延长才能去除，可能会对背面的膜层产生损伤。对此，在本发明优选方案中，本发明采用激光扫边的方式，能够有效去除背面绕镀到正面的多重绕镀层，与常规采用酸溶液（如硝酸与氢氟酸的混合溶液）去除绕镀的方式相比，工艺简化，大幅缩短了去绕镀的工艺时间，大幅降低了化学溶液的用量，同时避免了背面膜层受酸溶液腐蚀的损伤的可能，提高产品良率，使得工艺流程更加环保和电池性能（包括产品良率、可靠性和电池转换效率）更加优越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明的背接触电池的一次退火制备方法的一种具体实施方式的工艺流程图；
图2为图1所得背接触电池的结构示意图。
附图标记说明
1、硅片，2.1、第一隧穿氧化硅层，2.2、第一掺杂多晶硅层，3、第一掩膜层，4.1、第二隧穿氧化硅层，4.2、第二掺杂多晶硅层，5、金属电极，6、本征氢化非晶硅层，7、第三掺杂硅层，8、减反层，9、导电膜层。
具体实施方式
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。其中，术语“可选的”、“任选的”均是指可以包括，也可以不包括（或可以有，也可以没有）。
本发明提供了一种背接触电池的一次退火制备方法，包括如下步骤：
S1、提供双面抛光的硅片；
S2、采用管式多晶硅沉积炉，在硅片背面依次沉积第一半导体层和第一掩膜层，所述第一半导体层包含第一隧穿氧化硅层与第一掺杂多晶硅层，该步骤不进行退火；
S3、在S2所得背面进行第一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区；
S4、采用管式多晶硅沉积炉，在S3所得背面依次沉积第二半导体层和第二掩膜层，所述第二半导体层包含第二隧穿氧化硅层与第二掺杂多晶硅层；该步骤不进行退火；所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数之比为3-115：1、优选5-100:1、进一步优选10-70:1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值；
S5、然后进行高温退火；
S6、采用激光去除S5所得硅片正面的绕镀层；
S7、对S6所得硅片正面进行制绒清洗，并去除背面的第二掩膜层。
本领域技术人员可以根据需求选择硅片的类型以及种类。S1中所述硅片可以为N型单晶硅片，所述硅片可以为直拉单晶硅片或铸造单晶硅片。在双面抛光之后，本领域技术人员可以根据需求进行清洗等常规步骤。
本发明中，所述第一隧穿氧化硅层位于硅片与第一掺杂多晶硅层之间。所述第二隧穿氧化硅层位于第一掩膜层与第二掺杂多晶硅层之间。
在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比为1-100：1、优选10-70：1、更优选10-50：1，所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比为0.5-3：1、优选0.8-3：1、进一步优选1-3：1、更优选1-2.5：1。该优选方案中，适宜厚度之比和掺杂浓度之比的第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层，能够更好的兼顾两者的导电性能与退火条件，更利于寻找共同的退火窗口，进一步提升电池性能。
在满足上述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比的基础上，本发明的第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度可选范围较宽。在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1020cm-3-5×1021cm-3，所述第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1019cm-3-5×1020cm-3。该优选方案中，第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度范围适宜，利于在更适宜的工艺窗口中采用一次退火的方法，在减少工艺流程的同时，进一步提升电池性能，尤其是产品良率。
在满足上述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比的基础上，本发明的第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度可选范围较宽。在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂多晶硅层的厚度为40-120nm、优选70-120nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为40-80nm。该优选方案中，能够在一次退火的条件下达到与常规二次退火同等性能或更优性能的效果，更利于匹配两者的退火窗口。
本领域技术人员可以从现有技术中选择各隧穿氧化硅层的厚度，只要利于增强钝化性能即可。在本发明的一些优选实施方式中，所述第一隧穿氧化硅层的厚度为1-2nm，所述第二隧穿氧化硅层的厚度为1-3nm。
本领域技术人员可以从现有技术中选择各掩膜层的厚度。在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掩膜层和第二掩膜层的厚度各自独立地为40-90nm。所述第一掩膜层和第二掩膜层的厚度可以相同或不同。
S3中所述第一次刻蚀开口可以采用激光或掩膜腐蚀的方式，只要能形成第二半导体开口区即可，可以理解的是，在该刻蚀开口之后，第一半导体层及其上沉积的第一掩膜层作为整体在背面间隔排布。
在一些具体优选实施方式中，所述第一次刻蚀开口采用激光时可以为紫外或绿光激光，脉冲宽度小于10ns。所述形成的第二半导体开口区的宽度可以根据实际需求确定，例如可以为400-800μm。
可以理解的是，S5中是将S4所得整体结构进行高温退火，该过程中第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层同时进行退火，且本发明仅进行一次退火，大大缩短工艺流程，同时保证生产良率。
在本发明的一些优选实施方式中，S2和S4中的沉积的温度均为400-500℃。
优选地，S5中所述高温退火的条件包括：在保护气体存在下进行，采用梯度升温和相对低压的退火方式进行退火，退火温度为850-950℃，压力为1000-25000Pa、更优选1000-10000Pa。本发明采用适宜的高温退火条件，尤其是适宜范围的压力，能够避免两种半导体层配合一次退火可能带来的爆膜风险，更利于两种半导体层晶化的同时兼顾膜层质量和电学性能。
本发明所述高温退火可以在同一温度下直接进行一级退火，如在850-950℃中的任一温度下退火所需时间；也可以在不同温度下分别进行多级退火，即阶梯式升温的多级退火。在本发明的一些实施方式中，S5中所述高温退火为多级退火且过程包括：在第一温度下恒温退火，之后升温至第二温度恒温退火，然后继续升温至第三温度恒温退火，其中，所述第一温度与第二温度的相邻温差、第二温度与第三温度的相邻温差各自独立地在20-30℃且各温度均在850-950℃内，每级的退火时间为10-20min。在一种具体实施方式中，高温退火的过程包括：850℃退火15min，过后每提高25℃都恒温15min直至925℃。
在本发明的一些优选实施方式中，S5中所述高温退火的条件还包括：保护气体的质量流量为5000-15000sccm，退火时间为40-60min。所述保护气体可以为氮气等惰性气体。
本发明中，所述第一半导体层和第二半导体层的沉积工艺，可以从现有技术中选择，只要能获得所需厚度和相应所需掺杂浓度的膜层即可。在本发明的一些更优选实施方式中，S2中和S4中，沉积第一隧穿氧化硅层和第二隧穿氧化硅层的条件各自独立地包括：控制通入笑气的质量流量为8000-12000sccm，压力为100-200Pa，电源功率为3-20kW，时间为20-100s；沉积第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-3000sccm，氢气的质量流量为7000-9000sccm，以及通入氢气携带掺杂元素气源的混合气体，并控制电源功率为5-20kW，沉积时间为800-1300s。
其中优选地，所述掺杂元素气源为磷源时混合气体的质量流量为1000-2500sccm，并控制压力为400-500Pa；所述掺杂元素气源为硼源时混合气体的质量流量为2000-4000sccm，并控制压力为200-800Pa。本发明在掺杂元素气源不同时采用适宜的流量范围，并配合适宜的压力范围，能够根据不同掺杂元素掺杂的困难程度调控合适的参数，更利于两种半导体层达到预期的掺杂浓度。
所述氢气携带掺杂元素气源的混合气体中氢气和掺杂元素气源的流量比例可以根据实际需求选择，例如掺杂元素气源在混合气体中的流量占比为1%-10%。
本发明中，所述第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层中其一为N型，另一个为P型。
需要指出的是，在第一掺杂多晶硅层为N型时掺杂元素气源为磷源，而第二掺杂多晶硅层相应掺杂硼元素；在第一掺杂多晶硅层为P型时掺杂元素气源为硼源，而第二掺杂多晶硅层相应掺杂磷元素。本发明所述磷源和硼源的种类，本领域技术人员可以从现有技术中相应选择，例如，所述磷源可以为磷烷等气源，硼源可以为乙硼烷或三甲基硼烷等。
本发明中，所述第一掩膜层和第二掩膜层的沉积工艺，可以从现有技术中选择，只要能获得所需厚度的膜层即可。在本发明的一些优选实施方式中，沉积第一掩膜层和第二掩膜层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-2000sccm，氮气的质量流量为2000-5000sccm，压力为200-300Pa，电源功率为3-20kW，时间为300-800s。
本领域技术人员可以从现有技术中选择所述第一掩膜层和第二掩膜层的种类，所述第一掩膜层和第二掩膜层的种类可以相同或不同，例如可以各自独立地为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或含氮多晶硅中的至少一种。优选地，第一掩膜层为氮化硅，第二掩膜层为氧化硅。
本发明S2和S4中沉积过程中会在硅片正面产生多重绕镀层。
本发明的去除S5所得硅片正面的绕镀层的方式采用激光，激光去除的方式，与常规采用酸溶液去除绕镀的方式相比，工艺简化，大幅缩短了去绕镀的工艺时间，大幅降低了化学溶液的用量，同时避免了背面膜层受酸溶液腐蚀的损伤的可能，提高产品良率和产品可靠性，使得工艺流程更加环保和电池性能。
在本发明的一些更优选实施方式中，S6中通过沿硅片边缘进行激光扫边的方式去除S5所得硅片正面的绕镀层，其更利于背面功能膜层免遭不同腐蚀溶液浸泡而可能带来受损的风险，同时避免过度侵蚀硅片而无法通过后续步骤修复的可能。
可以理解的是，本发明所述激光扫边具有激光在应用于太阳能电池领域中的常规释义，即激光在硅片四周边缘绕镀层处进行扫射刻划。激光扫边具体是指利用激光在硅片的四周边缘进行快速的扫射刻划，去除硅片边缘绕镀的膜层，配合控制所需的宽度和深度，避免过度损失体硅而难以修复的风险。
进一步优选地，所述激光扫边的条件包括：激光扫边的宽度为0.5-3cm、优选0.5-1.5cm，激光刻蚀深度为50-500nm、优选50-200nm。采用本发明的优选方案，采用适宜宽度的激光扫边，刻蚀适宜宽度，能够避免非绕镀的区域遭受激光刻蚀而导致硅片（即体硅）表面受损，更利于后续步骤中体硅表面的修复与钝化。
可以理解的是，由于激光扫边是激光在硅片四周边缘绕镀层处进行扫射刻划，故此处的激光扫边的宽度是指激光辐射的宽度，此时激光辐射至硅片边缘。
进一步优选地，所述激光扫边的条件包括：所述激光为紫外或绿光激光，脉冲宽度小于10ns，激光功率为15-45W、优选15-40W。该优选方案中，采用较小激光以及适宜低的功率，能够避免过强的激光能量导致刻蚀深度太深，更利于后续步骤硅片的表面钝化。
S7所述制绒清洗包括采用制绒液先制绒，再用清洗剂进行清洗，在清洗的同时去除背面的第二掩膜层；其中，清洗剂既能起到清洗的作用，又能去除背面的第二掩膜层。本领域技术人员可以从现有技术中选择制绒液和清洗剂，例如，所采用的制绒液可以是碱（如氢氧化钾或氢氧化钠）、制绒添加剂与水的混合液，其中制绒液中，碱的质量百分含量为1%-5%，制绒添加剂的质量百分含量为0.5%-1%，制绒添加剂可以为市售品或制备得到。再例如，所采用的清洗剂可以为HF酸等酸溶液，HF酸质量浓度为0.5% -5%。对于制绒和清洗的具体条件，本领域技术人员可以从现有技术中选择，例如，制绒的条件包括：制绒时间为8-30min，制绒温度为75℃ -85℃；再例如，清洗的条件包括：处理温度为20℃ -30℃，去除时间为60-300s。
本发明的背接触电池的一次退火制备方法还可以包括制备所需电池结构的常规步骤，例如叉指式电池结构的制备工艺。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S8、在S7所得硅片的正面形成第三半导体层，所述第三半导体层包含本征氢化非晶硅层和第三掺杂硅层。所述第三掺杂硅层可以为掺杂非晶或微晶硅层，其导电类型与硅片相同。第三半导体层的沉积方式和厚度、掺杂浓度等，本领域技术人员均可以参考现有技术，例如第三半导体层可以通过板式CVD方式形成。示例性的，所述本征氢化非晶硅层的厚度可以为4-8nm，第三掺杂硅层的厚度为6-12nm、有效掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S9、之后在硅片正面的第三半导体层的表面形成减反层。所述减反层的形成方式和种类及其厚度均可以参考现有技术。例如，所述减反层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中至少一种，厚度可以为70-120nm，所述减反层的形成方式可以包括：采用常规PECVD镀膜方式沉积形成，之后通过清洗去除背面绕镀。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S10、在S9所得背面第二半导体层的预设区域进行第二次刻蚀开口，形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区。可以理解的是，第二次刻蚀开口是对预设区域内的第二半导体层及其对应区域内的第一掩膜层进行去除，以裸露第一半导体层，形成第一半导体开口区。
所述第二次刻蚀开口可以采用激光或掩膜腐蚀的方式，只要能刻蚀掉第一半导体层上方的第二半导体层及其对应区域内的第一掩膜层形成第一半导体开口区即可。例如，所述第二次刻蚀开口的条件包括：采用激光，激光可以为紫外或绿光激光，脉冲宽度小于10ns，所形成的第二半导体开口区的宽度为100-250μm。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S11、在S10所得背面沉积导电膜层。所述沉积导电膜层的方法例如可以采用物理气相沉积技术（PVD）或活化等离子沉积技术（RPD）。所述导电膜层的厚度例如可以为40-80nm，导电膜层的材料例如可以是掺锡、钨、钛、锌中至少一种金属的氧化铟基薄膜或掺铝和/或硼的氧化锌基薄膜。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S12、在S11所得背面的导电膜层的上进行第三次刻蚀开口，形成位于第二半导体层和第一半导体层之间的绝缘槽。所述第三次刻蚀开口例如可以采用掩膜腐蚀或激光的方式。所述绝缘槽宽度可以为20-100μm，刻蚀后第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的电阻大于1kΩ。
在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：S13、在S12所得背面的第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成金属电极。形成金属电极的方式可以采用丝网印刷技术。
下面详细描述本发明的实施例，是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种背接触电池的一次退火制备方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、硅片1双面抛光：
N型单晶硅片1双面抛光清洗，所述硅片1为直拉单晶硅片。
S2、在硅片1背面形成第一半导体层和第一掩膜层3：
所述第一半导体层包含第一隧穿氧化硅层2.1与N型的第一掺杂多晶硅层2.2，所述第一掩膜层3为氮化硅，所述第一隧穿氧化硅层2.1厚度为2nm，第一掺杂多晶硅层2.2厚度为100nm、有效掺杂浓度为2×1021cm-3，第一掩膜层3厚度为50nm。所述第一隧穿氧化硅层2.1、第一掺杂多晶硅层2.2、第一掩膜层3采用管式多晶硅沉积炉依次沉积形成，沉积温度为450℃。沉积第一隧穿氧化硅层2.1时笑气的质量流量为9000sccm，压力为150Pa，电源功率为10kW，时间为50s。沉积第一掺杂多晶硅层2.2时硅烷的质量流量为2000sccm，氢气携带磷烷的混合气体（流量比例为2% PH3/ 98% H2）的质量流量为2000sccm，氢气的质量流量为8000sccm，压力为450Pa，电源功率为10kW，镀膜时间为1000s。沉积氮化硅时硅烷的质量流量为1500sccm，氮气的质量流量为3000sccm，压力为250Pa，电源功率为10kW，时间为500s。
S3、在硅片1背面进行第一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区W2；
所述第一次刻蚀开口可以采用激光的方式，所述激光为紫外激光，脉冲宽度5ps。所述形成的第二半导体开口区的宽度为500μm。
S4、在硅片1背面形成第二半导体层和第二掩膜层；
所述第二半导体层包含第二隧穿氧化硅层4.1与P型的第二掺杂多晶硅层4.2，所述第二掩膜层为氧化硅，所述第二隧穿氧化硅层4.1厚度为2nm，第二掺杂多晶硅层4.2厚度为80nm、有效掺杂浓度为8.5×1019cm-3，第二掩膜层厚度为50nm。所述第二隧穿氧化硅层4.1、第二掺杂多晶硅层4.2、第二掩膜层采用管式多晶硅沉积炉依次沉积形成，沉积温度为450℃。沉积第二隧穿氧化硅层4.1时笑气的质量流量为9000sccm，压力为100Pa，电源功率为10kW，时间为50s。沉积第二掺杂多晶硅层4.2时硅烷的质量流量为2000sccm，氢气携带乙硼烷的混合气体（流量比例为2% B2H6/ 98% H2）的质量流量为2000sccm，氢气的质量流量为8000sccm，压力为400Pa，电源功率为10kW，时间为1000s。沉积氧化硅时硅烷的质量流量为2000sccm，笑气的质量流量为3000sccm，压力为200Pa，电源功率为10kW，时间为500s。
S5、对硅片1背面所形成第一半导体层、第一掩膜层3、第二半导体层和第二掩膜层的整体结构进行高温退火；
所述高温退火中通入氮气，氮气的质量流量为10000sccm，退火温度为900℃，压力为5000Pa，时间为50min。
S6、激光去除硅片1正面绕镀层：
采用激光扫边的方式去除硅片1正面的绕镀层，所述激光扫边所用激光的类型为紫外激光，脉冲宽度5ps，所述激光功率为20W，激光扫边的宽度为1.0cm，激光刻蚀深度为100nm。
S7、对硅片1正面制绒清洗，并去除背面的第二掩膜层：
对硅片1正面进行制绒，所采用的制绒液是氢氧化钾、制绒添加剂与水的混合液，其中氢氧化钾的质量百分含量为2%，制绒添加剂的质量百分含量为0.5%。制绒时间为10min，制绒温度为75℃。
最后经过HF 酸（HF水溶液）清洗剂进行清洗，清洗的同时去除硅片1背面的第二掩膜层，HF酸质量百分比为1%，处理温度为20℃，去除时间100s；
S8、在硅片1正面形成第三半导体层；
所述第三半导体层包含本征氢化非晶硅层6和N型的第三掺杂硅层7（具体为掺杂非晶硅层）。第三半导体层通过板式CVD方式形成。本征氢化非晶硅层6厚度为5nm，第三掺杂硅层7厚度为8nm、有效掺杂浓度为5×1019cm-3。
S9、在硅片1正面形成减反层8：
所述减反层8为氮化硅，厚度为80nm，采用常规PECVD镀膜方式沉积形成，之后通过清洗去除背面绕镀。
S10、在硅片1背面进行第二次刻蚀开口，形成第一半导体开口区W1；
所述第二次刻蚀开口可以采用激光的方式，刻蚀掉第一半导体层上方的第二半导体层及第一掩膜层3，形成第一半导体开口区。所述激光为紫外激光，脉冲宽度5ps。所述形成的第二半导体开口区的宽度为150μm。
S11、在硅片1背面沉积导电膜层9：
采用物理气相沉积技术（PVD）或活化等离子沉积技术（RPD）在硅片1背面沉积透明的导电膜层9，所述导电膜层9厚度为50nm，导电膜层9的材料是掺锡氧化铟基薄膜。
S12、在硅片1背面进行第三次刻蚀开口，形成绝缘槽；
采用激光的方式，形成第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的绝缘槽。所述绝缘槽宽度W3为20μm，刻蚀后第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的电阻大于1kΩ。
S13、在硅片1背面的第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成金属电极5，第一半导体开口区与第二半导体开口区处的金属电极5的极性相反。具体采用丝网印刷技术形成金属电极5，得到如图2所示的背接触电池。
实施例2
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，调整第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度为6.37×1021cm-3，使得第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比为75：1，为满足第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度而需要相应调整工艺：提高磷烷的流量为实施例1相应流量的2.6倍，提高S5中的退火温度至935℃。
实施例3
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，调整第一掺杂多晶硅层的厚度为70nm，使得第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比为0.875：1，为满足第一掺杂多晶硅层的厚度而需要相应调整工艺：减少镀膜时间为实施例1相应时间的30%。
实施例4
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，调整第一掺杂多晶硅层的厚度为40nm，使得第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比为0.5：1，为满足第一掺杂多晶硅层的厚度而需要相应调整工艺：减少镀膜时间为实施例1相应时间的50%。
实施例5
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，S5中所述高温退火的压力为25000Pa。
实施例6
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，S6中激光扫边的宽度为3cm。
实施例7
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，S6中激光扫边的激光刻蚀深度为300nm，为满足该刻蚀深度而需要相应调整工艺：激光功率为45W。
实施例8
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，S5中高温退火采用多级退火，并非实施例1的一级退火，具体为：先850℃退火15min，过后每提高25℃都恒温15min直至925℃恒温15min。
对比例1
一种常规异质结背接触电池，其制备方法如下：
S101、提供单面制绒、单面抛光结构的硅片，期间对一面制绒时需要在另一面事先形成保护掩膜层，并在制绒后对该保护掩膜层进行去除；
S102、硅片背面依次镀第一半导体层及第一掩膜层，所述第一半导体层采用板式PECVD方式形成，第一半导体层包含厚度为6nm的第一本征非晶硅层及厚度为12nm的N型掺杂非晶硅层（掺杂浓度同实施例1）；N型掺杂非晶硅层是在原位掺杂沉积形成；
S103、采用激光的方式在硅片背面开口，去除第一掩膜层及部分第一半导体层，形成第二半导体开口区；
S104、硅片清洗，进一步去除第二半导体开口区内的残留第一半导体层；
S105、硅片背面形成第二半导体层，所述第二半导体层采用管式PECVD方式形成，第二半导体层包含厚度为7nm的第二本征非晶硅层及厚度为14nm的P型掺杂非晶硅层（掺杂浓度同实施例1）；P型掺杂非晶硅层是在原位掺杂沉积形成；
然后按照实施例1的S8-S13进行。
对比例2
参照对比例1的方法进行，不同之处在于，采用TOPCON钝化结构的背接触电池，具体的，在S102中采用第一隧穿氧化硅层（厚度同实施例1第一隧穿氧化硅层的厚度）代替第一本征非晶硅层，在S105中采用第二隧穿氧化硅层（厚度同实施例1第二隧穿氧化硅层的厚度）代替第二本征非晶硅层，各隧穿氧化硅层均通过板式PECVD形成。
对比例3
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，进行常规多次退火，具体的，S2中在沉积第一隧穿氧化硅层与第一掺杂多晶硅层、第一掩膜层之后，进行第一次退火，然后第一次去除硅片正面绕镀层；S4中在沉积第二隧穿氧化硅层与第二掺杂多晶硅层、第二掩膜层之后，进行第二次退火，然后第二次去除硅片正面绕镀层；不进行S6，而是直接进行S7等后续步骤。其中，所述第一次退火、第二次退火的条件均与实施例1的S6高温退火条件相同，第一次去除硅片正面绕镀层、第二次去除硅片正面绕镀层分别采用常规酸溶液（具体为硝酸与氢氟酸的混合溶液，硝酸浓度为15wt%，氢氟酸浓度为5wt%）在45℃下进行清洗30min。该对比例中两次去除正面的绕镀层采用常规酸溶液，而非激光去除，这是由于：两次去除都采用激光方式，容易导致正面的体硅受损，后续难以钝化。
对比例4
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，调整第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度为5×1019cm-3，使得第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比为0.59：1，为满足第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度而需要相应调整工艺：减少磷烷的流量为实施例1相应流量的0.16倍，降低S5中的退火温度至860℃。
对比例5
参照实施例1的方法进行，不同之处在于，S6中采用酸混合溶液去除硅片正面绕镀层，具体地采用酸混合溶液在45℃下对硅片进行清洗30min。其中，酸混合溶液为硝酸与氢氟酸的混合溶液，溶剂为水，硝酸浓度为15wt%，氢氟酸浓度为5wt%。
测试例
将上述实施例和对比例得到的背接触电池进行各性能测试，结果如表1所示。其中，生产良率是在批次生产量为1000片电池的情况下的产品合格率，产品可靠性以双85测试老化后的良率。双85测试是指，测试环境设定为：温度为85℃、湿度为85%，对电池片进行恒温恒湿老化测试，测试时间为1000h，通过实验前后的数据对比，考察电池耐热性和耐湿性等可靠性能。经过双85老化后再进行转换效率等良率检测，即为双85老化后的良率。归一化成本指标是指以实施例1的成本为基准记为1，其他实施例和对比例的相应指标均为相对于实施例1的成本基准计算得到。
表1
通过上述结果可知，相对于对比例，采用本发明的实施例方案，能够大幅的提高生产良率、产品可靠性，并兼顾降低生产成本和较高的电池转换效率，利于大规模的生产与提高产品的市场竞争力。
进一步的，根据实施例1和实施例2-7可知，采用本发明优选的一次退火配合激光扫边去除绕镀层以及适宜工艺参数的方案，能够在适宜降低生产成本的基础上，进一步大幅提高电池转换效率，同时兼顾进一步提高生产良率与产品可靠性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供双面抛光的硅片；
S2、采用管式多晶硅沉积炉，在硅片背面依次沉积第一半导体层和第一掩膜层，所述第一半导体层包含第一隧穿氧化硅层与第一掺杂多晶硅层，该步骤不进行退火；
S3、在S2所得背面进行第一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区；
S4、采用管式多晶硅沉积炉，在S3所得背面依次沉积第二半导体层和第二掩膜层，所述第二半导体层包含第二隧穿氧化硅层与第二掺杂多晶硅层；该步骤不进行退火；所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的面掺杂指数之比为3-115：1，其中，面掺杂指数为相应掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度与该掺杂多晶硅层厚度的比值；所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度之比为1-100：1，所述第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层的厚度之比为0.5-3：1；
S5、然后进行高温退火；
S6、采用激光去除S5所得硅片正面的绕镀层；
S7、对S6所得硅片正面进行制绒清洗，并去除背面的第二掩膜层。
2.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，所述第一掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1020 cm-3-5×1021 cm-3，所述第二掺杂多晶硅层的有效掺杂浓度为1×1019 cm-3-5×1020 cm-3；
和/或，
所述第一掺杂多晶硅层的厚度为40-120nm，所述第二掺杂多晶硅层的厚度为40-80nm。
3.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，所述第一隧穿氧化硅层的厚度为1-2nm，所述第二隧穿氧化硅层的厚度为1-3nm。
4.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，所述第一掩膜层和第二掩膜层的厚度各自独立地为40-90nm。
5.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，S2和S4中的沉积的温度均为400-500℃，S5中所述高温退火的条件包括：在保护气体存在下进行，退火温度为850-950℃，压力为1000-25000Pa。
6.根据权利要求5所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，S2中和S4中，沉积第一隧穿氧化硅层和第二隧穿氧化硅层的条件各自独立地包括：控制通入笑气的质量流量为8000-12000sccm，压力为100-200Pa，电源功率为3-20kW，时间为20-100s；沉积第一掺杂多晶硅层和第二掺杂多晶硅层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-3000sccm，氢气的质量流量为7000-9000sccm，以及通入氢气携带掺杂元素气源的混合气体，并控制电源功率为5-20kW，沉积时间为800-1300s；其中，所述掺杂元素气源为磷源时混合气体的质量流量为1000-2500sccm，并控制压力为400-500Pa；所述掺杂元素气源为硼源时混合气体的质量流量为2000-4000sccm，并控制压力为200-800Pa；
和/或，
沉积第一掩膜层和第二掩膜层的条件各自独立地包括：控制通入硅烷的质量流量为1000-2000sccm，氮气的质量流量为2000-5000sccm，压力为200-300Pa，电源功率为3-20kW，时间为300-800s。
7.根据权利要求5所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，S5中所述高温退火的条件还包括：保护气体的质量流量为5000-15000sccm，退火时间为40-60min；
和/或，
S5中所述高温退火为多级退火且过程包括：在第一温度下恒温退火，之后升温至第二温度恒温退火，然后继续升温至第三温度恒温退火，其中，所述第一温度与第二温度的相邻温差、第二温度与第三温度的相邻温差各自独立地在20-30℃且各温度均在850-950℃内，每级的退火时间为10-20min。
8.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，S6中通过沿硅片边缘进行激光扫边的方式去除S5所得硅片正面的绕镀层。
9.根据权利要求8所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，所述激光扫边的条件包括：激光扫边的宽度为0.5-3cm，激光刻蚀深度为50-500nm；
和/或，
所述激光扫边的条件包括：所述激光为紫外或绿光激光，脉冲宽度小于10ns，激光功率为15-45W。
10.根据权利要求1所述的背接触电池的一次退火制备方法，其特征在于，所述背接触电池的一次退火制备方法还包括：
S8、在S7所得硅片的正面形成第三半导体层，所述第三半导体层包含本征氢化非晶硅层和第三掺杂硅层；
S9、之后在硅片正面的第三半导体层的表面形成减反层；
S10、在S9所得背面第二半导体层的预设区域进行第二次刻蚀开口，形成与第二半导体开口区间隔排布的第一半导体开口区；
S11、在S10所得背面沉积导电膜层；
S12、在S11所得背面的导电膜层的上进行第三次刻蚀开口，形成位于第二半导体层和第一半导体层之间的绝缘槽；
S13、在S12所得背面的第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成金属电极。
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