CN117855333A - 电池的制备方法及电池的制备系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电池的制备方法及电池的制备系统，该方法包括：在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层；在基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，第二表面与第一表面相背设置，且在进行硼扩散时，非晶硅层中的掺杂原子活化，以使掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。本申请的所提供的方法能够减少工艺步骤，降低成本。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种电池的制备方法及电池的制备系统。
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，二者共同形成了钝化接触结构。TOPCon结构电池，可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。但是本申请的发明人发现，现有技术中TOPCon电池的制备方法工艺步骤多，成本高。
发明内容
本申请提供一种电池的制备方法及电池的制备系统，能够减少工艺步骤，降低成本。
本申请实施例第一方面提供一种电池的制备方法，包括：在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层；在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，所述第二表面与所述第一表面相背设置，且在进行所述硼扩散时，所述非晶硅层中的磷活化，以使所述掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。
进一步地，在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极之前，还包括：在所述掺杂的非晶硅层上形成掩膜层；对所述基片的所述第一表面进行水膜保护，然后去除所述第二表面以及侧面绕镀的所述掩膜层以及所述掺杂的非晶硅层，其中，所述侧面连接所述第一表面以及所述第二表面；对所述基片的所述第二表面制绒。
进一步地，在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极之后，还包括：去除所述第一表面、所述第二表面和侧面上的硼硅玻璃，所述第一表面上的磷硅玻璃，以及所述第一表面上的所述掩膜层。
进一步地，在所述基片的第二表面上进行硼扩散，得到第二表面发射级之后，还包括：在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层，其中，所述钝化层在所述基片上的正投影覆盖所述发射极在所述基片上的正投影。
进一步地，在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层之后，还包括：在所述钝化层背离所述基片一侧形成第一减反射层，其中，所述第一减反射层在所述基片上的正投影覆盖所述发射极在所述基片上的正投影。
进一步地，在所述钝化层背离所述基片一侧形成第一减反射层之后，还包括：在所述基片的所述第一表面一侧形成第二减反射层；在所述第一减反射层背离所述基片一侧形成第一电极；在所述第二减反射层背离所述基片一侧形成第二电极。
进一步地，在形成所述掺杂的非晶硅层时，通入硅烷、氢气和掺杂源气体，其中，所述掺杂源气体的浓度为1E20～1E21。
进一步地，所述非晶硅层中的掺杂原子为磷原子，和/或，所述发射极的方块电阻75～180Ω，和/或，所述掺杂的非晶硅层的厚度为20～300nm，和/或，所述掩膜层的厚度为5～500nm。
本申请实施例第二方面提供一种电池的制备系统，所述制备系统包括：等离子增强化学气相沉积设备，在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层；硼扩散设备，在所述基片的第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，所述第二表面与所述第一表面相背设置，且在进行所述硼扩散时，所述非晶硅层中的掺杂原子活化，以使所述掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。
进一步地，所述系统还包括链式设备；在所述硼扩散设备进行硼扩散之前，所述等离子增强化学气相沉积设备还用于：在所述掺杂的非晶硅层上形成掩膜层，以及所述链式设备用于在所述等离子增强化学气相沉积设备形成所述掩膜层之后，对所述基片的所述第一表面进行水膜保护，然后去除所述第二表面以及侧面绕镀的所述掩膜层以及所述掺杂的非晶硅层，而后对所述基片的所述第二表面制绒，其中，所述侧面连接所述第一表面以及所述第二表面。
进一步地，所述系统还包括链式设备；在所述硼扩散设备进行硼扩散之后，所述链式设备还用于：去除所述第一表面、所述第二表面和侧面的硼硅玻璃，所述第一表面的磷硅玻璃，以及所述第一表面上的所述掩膜层。
进一步地，所述系统还包括原子层沉积设备；在所述硼扩散设备进行硼扩散之后，所述原子层沉积设备用于：在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层；在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层之后，所述等离子增强化学气相沉积设备还用于：在所述发射极背离所述基片一侧形成第一减反射层，然后在所述基片的所述第二表面一侧形成第二减反射层。
本申请的有益效果是：本申请在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层，接着在基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，第二表面与第一表面相背设置，且在进行硼扩散时，非晶硅层中的掺杂原子活化，以使掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。现有技术中进行多晶硅层制作时需要专门的退火设备单独对掺杂的非晶硅层进行退火，具体是在700-950℃的温度下进行退火操作，而本申请借助硼扩散时的高温使掺杂的非晶硅层晶化退火得到掺杂的多晶硅层，可以节省专门的退火机台，降低工艺复杂度，节约了成本，显著缩短了工艺时间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1为本申请电池的制备方法一实施方式的流程示意图；
图2为图1对应的制备过程图；
图3为本申请电池的制备系统一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
参阅图1和图2，在一实施例中，电池的制备方法包括：
S110：在基片100的第一表面101依次形成氧化层110、掺杂的非晶硅层120。
其中在形成氧化层110、掺杂的非晶硅层120之前，可以预先用碱溶液对基片100进行双面抛光，基片100减重0.1～1g，最终在基片100表面形成金字塔绒面，金字塔塔基的宽度范围为5～50um，反射率范围为30～50％的基片100，其中，基片100可以是N型电池片，例如为TOPCon电池片。
其中，步骤S110中先形成氧化层110，再形成掺杂的非晶硅层120。氧化层110可以是氧化硅层，本申请对氧化层110的材料不做限制。其中，非晶硅层120中的掺杂原子可以是磷原子，也可以是其他原子，在此不做限制。但是为了便于说明，以下均以非晶硅层120中的掺杂原子是磷原子进行说明。
在形成掺杂的非晶硅层120时，可以在氧化层110上用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积掺杂的非晶硅层120，同时用原位掺杂的方式对非晶硅层120完成掺杂原子的掺杂，其中用原位掺杂的方式进行掺杂处理，使得掺杂方便且效果好。
在步骤S110之后，氧化层110和掺杂的非晶硅层120共同形成了钝化接触结构，形成场钝化效果，能够使电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，最终提升转换效率。
S120：在基片100第二表面102上进行硼扩散，得到发射极140，其中，第二表面102与第一表面101相背设置，且在进行硼扩散时，非晶硅层120中的掺杂原子活化，以使掺杂的非晶硅层120转变为掺杂的多晶硅层121。
具体地，硼扩散是基片100中制备PN结的步骤，硼扩散是通过高温将硼源中的硼原子以三氧化二硼的形式沉积在基片100表面，其中的硼原子扩散进基片100中，形成发射极140，从而在第二表面102上形成P型区，可以吸收光子，促进电子和空穴的复合。其中硼扩散通过硼扩散设备进行制备，温度一般设置在900℃左右，在本申请的方案中，掺杂的非晶硅层120借助硼扩散过程中的高温晶化退火得到掺杂的多晶硅层121。
退火过程对晶格缺陷起到修复作用，减少复合中心；激活更多掺杂原子，降低表面浓度，减少表面“死层”；减少界面态密度，提高氧化层110钝化效果，以达到提升少子寿命，提高电池效率的目的。
从上述内容可以看出，本申请在基片100的第一表面101依次形成氧化层110、掺杂的非晶硅层120，在基片100第二表面102上进行硼扩散，得到发射极140，其中，第二表面102与第一表面101相背设置，且在进行硼扩散时，非晶硅层中的掺杂原子活化，以使掺杂的非晶硅层120转变为掺杂的多晶硅层121。现有技术中进行多晶硅层制作时需要专门的退火设备，需要在700-950℃的温度下进行退火操作，本申请借助硼扩散时的高温使掺杂的非晶硅层120晶化退火得到掺杂的多晶硅层121，可以节省专门的退火机台，降低工艺复杂度，节约了成本，显著缩短了工艺时间。
结合图2，在一实施例中，步骤S120在基片100第二表面上102进行硼扩散，得到发射极140之前，还包括：
S111：在掺杂的非晶硅层120上形成掩膜层130。
具体地，掩膜层130的材料可以包括氮化硅，掩膜层130的厚度为5～500nm，例如为5nm、300nm或500nm，后续制绒时掩膜层130可以对基片100第一表面101形成保护。且在后续硼扩散时掩膜层130也可以避免硼原子透过，对基片100的第一表面101进行保护。
S112：对基片100的第一表面101进行水膜保护，去除第二表面102以及侧面103绕镀的掩膜层130以及掺杂的非晶硅层120，其中，侧面103连接第一表面101以及第二表面102。
具体地，在进行沉积时，基片100的第二表面102和侧面103不可避免地也会产生相应绕镀问题，需要对绕镀面进行去除，以降低对基片100性能的影响。其中去除掩膜层130之前，先将基片100的第一表面101用水膜(图未示)保护起来，水膜覆盖第一表面101，保护基片100第一表面101在去除掩膜层130时不被破坏。然后酸洗去除第二表面102以及侧面103上的掩膜层130，再碱洗去除第二表面102以及侧面103上掺杂的非晶硅层120，由于碱液无法去除掩膜层130，因此在去除掺杂的非晶硅层120时，掩膜层130可以对第一表面101形成保护。
S113：对基片100的第二表面102制绒。
具体地，可以选用氢氧化钾溶液或氢氧化钠等碱溶液，在基片100第二表面102形成金字塔形貌，从而完成对基片100的第二表面102进行制绒，同时在制绒结束后清洗基片100表面残留的碱液，并对基片100进行干燥。步骤S113通过制绒形成起伏不平的绒面，利用陷光效应，能够增加基片100对太阳光的吸收，降低反射率。
继续参阅图2，在一实施例中，步骤S120在基片100第二表面102上进行硼扩散，得到发射极140之后，还包括：
S150：去除第一表面101、第二表面102和侧面103的硼硅玻璃150、第一表面101的磷硅玻璃(图未示)，以及第一表面101上的掩膜层130。
具体地，在进行硼扩散时，第一表面101、第二表面102和侧面103会氧化形成硼硅玻璃150，第一表面101氧化形成磷硅玻璃，针对硼硅玻璃150、磷硅玻璃和掩膜层130可以用酸洗液进行去除，能够有效避免其对基片100第一表面101电性能的影响。
继续参阅图2，在一实施例中，步骤S120在基片100的第二表面102上进行硼扩散，得到第二表面102发射级之后，还包括：
S121：在发射极140背离基片100一侧形成钝化层160，其中，钝化层160在基片100上的正投影覆盖发射极140在基片100上的正投影。
具体地，钝化层160用于对基片100提供保护，厚度范围为3～10nm，其中钝化层160可以包括Al2O3(氧化铝)薄膜，由于氧化铝带有大量的负电荷，该氧化铝可以形成负电场，在氧化铝的负电场作用下，使得电子达到基片100第二表面102的电子数量减少，从而能降低电子和空穴的复合速率，提高基片100的效率。
继续参阅图2，在一实施例中，在发射极140背离基片100一侧形成钝化层160之后，还包括：在钝化层160背离基片100一侧形成第一减反射层170，其中，第一减反射层170在基片100上的正投影覆盖发射极140在基片100上的正投影。
具体地，第一减反射层170可以是单层结构，也可以是包括多层膜层的叠层结构，其材料包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种，第一减反射层170可减少光反射，提高光电转换效率、降低电池损耗、增加电池寿命。第一减反射层170的厚度为10～100nm，例如为10nm、50nm或100nm，折射率1.9～2.5，例如为1.9、2.0或2.5。
在一实施例中，在钝化层160背离基片100一侧形成第一减反射层170之后，还包括：在基片100的第一表面101一侧依次形成第二减反射层180。
继续参阅图2，具体地，第二减反射层180可以是单层结构，也可以是包括多层膜层的叠层结构，其材料包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅中的至少一种，第二减反射层180可减少光反射，提高光电转换效率、降低电池损耗、增加电池寿命。第二减反射层180厚度为10～100nm，例如为10nm、50nm或100nm，折射率1.9～2.5，例如为1.9、2.0或2.5。
继续参阅图2，在形成第二减反射层180之后，在第一减反射层170背离基片100一侧形成第一电极190，在第二减反射层180背离基片100一侧形成第二电极200。具体地，可以在基片100的第一表面101和第二表面102上通过丝网印刷银浆，再通过烧结形成第一电极190和第二电极200，经过烧结形成了良好的欧姆接触。其中，印刷烧结的具体步骤为：将银浆用丝网印刷机分别印在基片100的第一表面101和第二表面102，然后放入电池烧结炉中。
在一实施例中，步骤S110中在形成掺杂的非晶硅层120时，通入硅烷、氢气和掺杂磷气体，其中，掺杂磷气体的浓度为1E20～1E21，掺杂的非晶硅层120厚度为20～300nm，例如为20nm、100nm或300nm。具体地，通入硅烷、掺杂磷气体和氢气或氩气用于形成掺杂的非晶硅层120，其中，硅烷可以包括四氢化硅气体(SiH4)，掺杂磷气体可以包括磷化氢(PH3)。
在一实施例中，发射极140的方块电阻75～180Ω，例如为75Ω、100Ω或180Ω，该设置可以减少能量损失，提高基片100的效率。
参阅图2和图3，在一实施例中，电池的制备系统10包括等离子增强化学气相沉积设备1、链式设备2、硼扩散设备3和原子层沉积设备4。
等离子增强化学气相沉积设备1用于在基片100的第一表面101依次形成氧化层110、掺杂的非晶硅层120和掩膜层130。
具体地，氧化层110、掺杂的非晶硅层120和掩膜层130可以在等离子增强化学气相沉积设备1的同一腔室中制备，也可以依次在等离子增强化学气相沉积设备1中不同腔室中进行沉积。在制备时，先向反应腔室内通入一氧化二氮(N2O)等气体在基片100表面反应形成氧化层110，然后再往反应腔室内通入硅烷、掺杂原子气体和氢气或氩气形成掺杂的非晶硅层120，其中，硅烷可以是例如四氢化硅(SiH4)气体，掺杂原子气体可以例如磷化氢(PH3)气体，最后往反应腔室内通入硅烷和一氧化二氮(N2O)或硅烷和氨气(NH3)形成掩膜层130。
在依次形成氧化层110、掺杂的非晶硅层120和掩膜层130后，将沉积好的基片100通过传输机构移至下一工位，即链式设备2，一般地，通过花篮作为载具移动基片100。
在链式设备2中，先将基片100一片片经过链式设备2中的水膜喷洒机构，对基片100的第一表面101形成水膜。然后将形成好水膜的基片100第二表面102朝下一片片放入链式设备2中的酸洗槽中，用于去除掩膜层130。具体地，水膜覆盖第一表面101，保护基片100第一表面101在经过酸洗槽刻蚀时不被酸洗液破坏，保护第一表面101完好。然后再将基片100放入碱洗槽中用于去除掺杂的非晶硅层120，由于碱液无法去除掩膜层130，此时基片100可以整体放入碱洗槽中。
掺杂的非晶硅层120去除后，链式设备2中的制绒槽对已经清洗完成的基片100进行绒面制备，制绒完成后将基片100放入花篮中进行烘干。
接下来通过传输机构将基片100移动至硼扩散设备3中的石英舟内，在基片100的第二表面102上进行硼扩散，得到发射极140，此时在进行硼扩散时，非晶硅层120中的掺杂原子活化，以使掺杂的非晶硅层120转变为掺杂的多晶硅层121。
硼扩散设备3在进行硼扩散时，温度一般设置在900℃左右，从而在硼扩散过程中，掺杂的非晶硅层120借助高温晶化退火得到掺杂的多晶硅层121。
硼扩散完成后，通过传输机构将基片100移动至链式设备2进行酸洗，以去除第一表面101、第二表面102和侧面103的硼硅玻璃150，第一表面101的磷硅玻璃，以及第一表面101上的掩膜层130。
现有技术中先进行硼扩散后会在基片100第一表面101形成绕镀，需要进行一次清洗去除第一表面101的硼硅玻璃150，然后才能在基片100第一表面101上进行沉积，沉积的非晶硅层120需要经过退火转变为多晶硅层121，退火会形成磷硅玻璃，还需要一次清洗去除。也就说，现有技术中需要两个清洗槽。本申请中，只需要一个酸洗槽就可以将硼硅玻璃150、磷硅玻璃(PSG)和掩膜层130一起去除。因此，可以减少链式设备2中的酸洗槽，大大提升效率，简化电池制作工艺流程。
在链式设备2加工完成后，基片100被移动至原子层沉积设备4中的金属舟内，而后原子层沉积设备4在发射极140背离基片100一侧形成钝化层160。
在一实施例中，钝化层160用原子层沉积设备4(PEALD)制作，原子层沉积设备4在进行镀膜时，将两片基片100背靠背贴合在一起，可以实现单层镀膜，产能相较于等离子增强化学气相沉积设备1大大提高，且原子层沉积设备4能够制备均匀、致密的膜层，可以准确控制钝化层160的厚度。
之后将沉积好钝化层160的基片100放入等离子增强化学气相沉积设备1中的载具内，在发射极140背离基片100一侧依次形成第一减反射层170，在基片100的第二表面102一侧形成第二减反射层180。第一减反射层170和第二减反射层180可减少光反射，提高光电转换效率、降低电池损耗、增加电池寿命。
从上述内容可以看出，本申请的制备系统只需要包含上述设备就可以完成基片100的制作，相对于现有技术少了退火设备和清洗槽，且设备与设备之间的传输部件也相应减少，降低工艺复杂度，大大节约了成本，显著缩短了工艺时间。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层；
在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，所述第二表面与所述第一表面相背设置，且在进行所述硼扩散时，所述非晶硅层中的掺杂原子活化，以使所述掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极之前，还包括：
在所述掺杂的非晶硅层上形成掩膜层；
对所述基片的所述第一表面进行水膜保护，然后去除所述第二表面以及侧面绕镀的所述掩膜层以及所述掺杂的非晶硅层，其中，所述侧面连接所述第一表面以及所述第二表面；
对所述基片的所述第二表面制绒。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
在所述基片第二表面上进行硼扩散，得到发射极之后，还包括：
去除所述第一表面、所述第二表面和侧面上的硼硅玻璃，所述第一表面上的磷硅玻璃，以及所述第一表面上的所述掩膜层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述基片的第二表面上进行硼扩散，得到第二表面发射级之后，还包括：
在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层，其中，所述钝化层在所述基片上的正投影覆盖所述发射极在所述基片上的正投影。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层之后，还包括：
在所述钝化层背离所述基片一侧形成第一减反射层，其中，所述第一减反射层在所述基片上的正投影覆盖所述发射极在所述基片上的正投影。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在所述钝化层背离所述基片一侧形成第一减反射层之后，还包括：
在所述基片的所述第一表面一侧形成第二减反射层；
在所述第一减反射层背离所述基片一侧形成第一电极；
在所述第二减反射层背离所述基片一侧形成第二电极。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在形成所述掺杂的非晶硅层时，通入硅烷、氢气和掺杂源气体，其中，所述掺杂源气体的浓度为1E20～1E21。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述非晶硅层中的掺杂原子为磷原子，和/或，所述发射极的方块电阻75～180Ω，和/或，所述掺杂的非晶硅层的厚度为20～300nm，和/或，所述掩膜层的厚度为5～500nm。
9.一种电池的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括：
等离子增强化学气相沉积设备，在基片的第一表面依次形成氧化层、掺杂的非晶硅层；
硼扩散设备，在所述基片的第二表面上进行硼扩散，得到发射极，其中，所述第二表面与所述第一表面相背设置，且在进行所述硼扩散时，所述非晶硅层中的掺杂原子活化，以使所述掺杂的非晶硅层转变为掺杂的多晶硅层。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括链式设备；
在所述硼扩散设备进行硼扩散之前，所述等离子增强化学气相沉积设备还用于：在所述掺杂的非晶硅层上形成掩膜层，以及所述链式设备用于在所述等离子增强化学气相沉积设备形成所述掩膜层之后，对所述基片的所述第一表面进行水膜保护，然后去除所述第二表面以及侧面绕镀的所述掩膜层以及所述掺杂的非晶硅层，而后对所述基片的所述第二表面制绒，其中，所述侧面连接所述第一表面以及所述第二表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括链式设备；
在所述硼扩散设备进行硼扩散之后，所述链式设备还用于：去除所述第一表面、所述第二表面和侧面的硼硅玻璃，所述第一表面的磷硅玻璃，以及所述第一表面上的所述掩膜层。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括原子层沉积设备；
在所述硼扩散设备进行硼扩散之后，所述原子层沉积设备用于：在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层；
在所述发射极背离所述基片一侧形成钝化层之后，所述等离子增强化学气相沉积设备还用于：在所述发射极背离所述基片一侧形成第一减反射层，然后在所述基片的所述第二表面一侧形成第二减反射层。
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