CN117855344A - 太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及太阳能电池技术领域,特别涉及一种太阳能电池的制备方法,包括:提供基底,基底具有第一表面,第一表面包括非金属图案区域;在同一工艺步骤中,在第一表面形成沿背离基底方向堆叠的初始钝化接触结构以及玻璃层;在玻璃层表面形成硅掩膜层;采用激光工艺对硅掩膜层进行图形化处理,以暴露出非金属图案区域对准的所述玻璃层顶面;对玻璃层进行图形化处理,以暴露出非金属图案区域对准的初始钝化接触结构顶面;对露出顶面的初始钝化接触结构进行刻蚀工艺,以去除部分厚度的初始钝化接触结构,剩余初始钝化接触结构形成钝化接触结构。本申请实施例有利于在简化太阳能电池的制备工艺的同时,保持太阳能电池较好的光电转换性能。
Description
技术领域
本申请实施例涉及太阳能电池领域,特别涉及一种太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池具有较好的光电转换能力,TOPCON(TunnelOxidePassivatedContact,隧穿氧化层钝化接触)电池以其较好的光电转换性能而受到越来越多的关注。在TOPCON太阳能电池中,需要在基底表面形成钝化接触结构。为了减小钝化接触结构对入射光线的寄生吸收,会采用图形化工艺以及刻蚀工艺将非金属区域对准的钝化接触结构进行减薄。
然而,目前所采用的图形化工艺步骤繁琐,且容易对基底造成损伤,造成制备得到的太阳能电池的光电转换性能不佳的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法,至少有利于在简化太阳能电池的制备工艺的同时,保持太阳能电池较好的光电转换性能。
本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法,包括:提供基底,所述基底具有第一表面,所述第一表面包括非金属图案区域;在同一工艺步骤中,在所述第一表面形成沿背离所述基底方向堆叠的初始钝化接触结构以及玻璃层;在所述玻璃层表面形成硅掩膜层;采用激光工艺对所述硅掩膜层进行图形化处理,以暴露出所述非金属图案区域对准的所述玻璃层顶面;对所述玻璃层进行图形化处理,以暴露出所述非金属图案区域对准的所述初始钝化接触结构顶面;对露出顶面的所述初始钝化接触结构进行刻蚀工艺,以去除部分厚度的所述初始钝化接触结构,剩余所述初始钝化接触结构形成钝化接触结构。
另外,所述硅掩膜层的厚度为2nm~1000nm。
另外,激光工艺的激光功率为2w~500w,激光频率为1kHz~10000kHz,激光波长为193nm~1650nm,激光脉冲宽度为0.001ns~1000ns。
另外,所述对所述玻璃层进行图形化处理包括:采用化学刻蚀方法对所述非金属图案区域对准的玻璃层进行刻蚀。
另外,所述化学刻蚀方法包括:采用HF溶液对所述非金属图案区域对准的玻璃层进行酸洗处理。
另外,所述对所述玻璃层进行图形化处理包括:在同一所述激光工艺中,对所述非金属图案区域对准的所述硅掩膜层以及所述非金属图案区域对准的所述玻璃层进行刻蚀。
另外,所述初始钝化接触结构包括:沿远离所述基底方向依次堆叠的第一隧穿层、第一掺杂导电层、初始第二隧穿层以及初始第二掺杂导电层,去除部分厚度的所述初始钝化接触结构包括:去除非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层以及非金属图案区域对准的初始第二隧穿层,剩余部分所述初始第二掺杂导电层形成第二掺杂导电层,剩余部分所述初始第二隧穿层形成第二隧穿层。
另外,所述第一掺杂导电层的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者;所述第二掺杂导电层的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者。
另外,形成所述初始钝化接触结构以及所述玻璃层的方法包括:在所述第一表面形成依次堆叠的所述第一隧穿层、第一非晶硅层、初始第二隧穿层以及第二非晶硅层;在所述第二非晶硅层顶面沉积掺杂源,所述掺杂源包括第一掺杂元素,在沉积所述掺杂源的同时,通入第一流量的氧气,形成所述玻璃层,所述玻璃层具有所述第一掺杂元素;进行掺杂工艺,以将所述第一掺杂元素扩散至所述第一非晶硅层中形成所述第一掺杂导电层,以及将所述第一掺杂元素扩散至所述第二非晶硅层中形成所述初始第二掺杂导电层。
另外,所述第一流量为10sccm~20000sccm,所述沉积掺杂源的温度为600℃~1200℃。
另外,在同一工艺步骤中,去除所述硅掩膜层以及所述非金属图案区域对准的所述初始第二掺杂导电层。
另外,在去除所述硅掩膜层之后,在同一工艺步骤中,去除所述玻璃层以及所述非金属图案区域对准的所述初始第二隧穿层。
另外,所述第一掺杂元素类型与所述基底的掺杂类型相同。
另外,所述第一掺杂元素的类型为N型,且所述第一掺杂元素为三价掺杂元素。
另外,所述初始钝化接触结构包括:沿背离所述基底方向堆叠的第一隧穿层以及初始第一掺杂导电层,去除部分厚度的所述初始钝化接触结构包括:去除至少部分厚度的初始第一掺杂导电层。
本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点:
本申请实施例提供的太阳能电池的制备方法的技术方案中,初始钝化接触结构用于作为后续形成钝化接触结构的基础,玻璃层为形成初始钝化接触结构的副产物,可以作为掩膜层。在玻璃层表面形成硅掩膜层。硅具有较高的吸光系数,如此,当激光作用于硅掩膜层时,激光能量会被硅掩膜层吸收,从而实现可以去除位于非金属图案区域的硅掩膜层,同时,由于激光能量被硅掩膜层吸收,到达玻璃层中的激光较少或没有,从而使得激光不会穿透玻璃层到达初始钝化接触结构中或者基底中,防止对初始钝化接触结构或者基底造成损伤。接着刻蚀玻璃层,以暴露出非金属图案区域对准的初始钝化接触结构顶面;对露出顶面的初始钝化接触结构进行刻蚀工艺,以去除部分厚度的初始钝化接触结构,使得非金属图案区域对准的初始钝化接触结构的厚度小于金属图案区域对准的初始钝化接触结构的厚度,从而可以在防止后续形成的金属电极穿透初始钝化接触结构的同时,减少非金属图案区域对入射光线较少的寄生吸收。不难发现,本申请实施例中,仅需使用硅掩膜层以及激光处理即可在玻璃层表面形成图形化的掩膜,避免化学处理步骤等复杂的工艺,并且可以实现在大大简化制备工艺的同时,保持基底以及钝化接触结构较好的性能。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中提供基底对应的剖面结构示意图;
图2至图3为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成初始钝化接触结构的步骤对应的剖面结构示意图;
图4为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的制备方法中形成初始钝化接触结构的步骤对应的剖面结构示意图;
图5为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成玻璃层的步骤对应的剖面结构示意图;
图6为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成硅掩膜层的步骤对应的剖面结构示意图;
图7为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中对硅掩膜层进行图形化处理的步骤对应的剖面结构示意图;
图8为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中对玻璃层进行图形化处理的步骤对应的剖面结构示意图;
图9为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中形成钝化接触结构的步骤对应的剖面结构示意图;
图10为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的制备方法中形成钝化接触结构的步骤对应的剖面结构示意图;
图11至图12为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的制备方法中形成钝化接触结构的步骤对应的剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,目前的太阳能电池的光电转换性能不佳。
分析发现,导致目前的太阳能电池的光电转换性能不佳的原因之一在于,目前,太阳能电池基底表面的钝化接触结构一方面起到钝化作用,设置钝化接触结构较厚,可以防止金属电极将整个钝化接触结构穿透从而与基底接触的问题。另一方面,钝化接触结构较厚时,会导致对入射光线的寄生吸收较严重的问题。因此,又需要设置钝化接触结构的厚度较小。为了解决这一问题,通常将金属化区域的钝化接触结构做的较厚,从而可以防止金属电极将整个钝化接触结构穿透的问题,将非金属化区域的钝化接触结构做的较薄,改善寄生吸收问题。
而目前在制备这一结构时,通常需要先沉积整层初始钝化接触结构,而在形成初始钝化接触结构的步骤中,通常会形成副产物,即玻璃层。玻璃层覆盖于初始钝化接触结构顶面。为了刻蚀非金属化区域的初始钝化接触结构,需要对玻璃层进行刻蚀处理,以暴露出非金属化区域的初始钝化接触结构顶面。而由于玻璃层的吸光能力较差,通过激光去除初始钝化接触结构上方的玻璃层时,激光能量大部分会穿透玻璃层而被初始钝化接触结构和基底吸收,初始钝化接触结构发生熔融将玻璃层崩开才能实现开膜,这会使得形成的钝化接触结构以及基底处产生较大的损伤而降低太阳能电池的光电转换性能。此外,采用化学刻蚀法虽然不会对初始钝化接触结构以及基底产生激光损伤,但是在采用化学刻蚀法对玻璃层进行刻蚀的过程中,步骤过于复杂,导致生产效率较低。
本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法,在玻璃层表面形成硅掩膜层,并对硅掩膜层进行激光处理即可在玻璃层表面形成图形化的掩膜。由于硅具有较高的吸光系数,当激光作用于硅掩膜层时,激光能量会被硅掩膜层吸收,从而实现可以去除位于非金属图案区域的硅掩膜层,同时,由于激光能量被硅掩膜层吸收,到达玻璃层中的激光较少或没有,从而使得激光不会穿透玻璃层到达初始钝化接触结构中或者基底中,防止对初始钝化接触结构或者基底造成损伤。同时,还能够避免化学处理步骤等复杂的工艺,实现在大大简化制备工艺的同时,保持基底以及钝化接触结构较好的性能,进而可以保持太阳能电池较好的光电转换性能。
下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本申请各实施例中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池的制备方法中提供基底对应的结构示意图。
参考图1,提供基底100,基底100具有第一表面,第一表面包括非金属图案区域。非金属图案定义为非电极区域,即不设置电极的区域。在一些实施例中,第一表面还包括金属图案区域,金属图案区域为第一表面中除非金属图案区域以外的区域。金属图案区域定义为电极区域,即金属图案区域与形成电极的区域正对。
基底100用于接收入射光线并产生光生载流子,在一些实施例中,基底100可以为硅基底,基底100的材料可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。基底100为N型半导体基底100,即基底100内掺杂有N型掺杂元素,N型掺杂元素可以为磷离子、砷离子或者锑离子中的任意一者。在另一些实施例中,基底100也可以为P型半导体基底100,基底100内掺杂有P型掺杂元素,P型掺杂元素可以为硼离子、镓离子或者铟离子中的任意一者。
基底100具有与第一表面相对设置的第二表面,基底100的第一表面和第二表面均可用于接收入射光线或反射光线。在一些实施例中,第一表面可以为基底100的背面,第二表面可以为基底100的正面。在另一些实施例中,第一表面也可以为基底100的正面,则第二表面为基底100的背面。
在一些实施例中,可以在基底100的第一表面与第二表面进行制绒工艺,以在基底100第一表面以及第二表面形成金字塔绒面,如此,可以增强基底100的第一表面以及第二表面对入射光线的吸收利用率。在另一些实施例中,基底100的第一表面或者第二表面中的一者为金字塔绒面,第一表面或者第二表面中的另一者也可以是非金字塔状绒面,例如可以是层叠的台阶形貌,使得在层叠的台阶形貌上形成的膜层具有较高的致密度和均匀性,从而提高形成的膜层的质量。
参考图2至图5,在同一工艺步骤中,在第一表面形成沿背离基底100方向堆叠的初始钝化接触结构10以及玻璃层101。玻璃层101为形成初始钝化接触结构10的步骤中所形成的副产物,玻璃层101可以用于作为去除非金属图案区域的初始钝化接触结构10的掩膜。
参考图2以及图3,在一些实施例中,初始钝化接触结构10包括:沿背离基底100方向堆叠的第一隧穿层103以及初始第一掺杂导电层104。
第一隧穿层103与第一表面直接接触,用于实现第一表面的界面钝化,起到化学钝化的效果,促进光生载流子的复合,提高太阳能电池的填充因子以及转换效率。在一些实施例中,第一隧穿层103的材料可以是电介质材料,例如可以是氧化硅、氟化镁、氧化硅、非晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化钛中的任一种。
初始第一掺杂导电层104用于作为后续形成第一掺杂导电层的基础,第一掺杂导电层用于形成场钝化层,其中,场钝化作用为:在基底100的界面处形成一个指向基底100内部的静电场,使少数载流子逃离界面,从而降低少数载流子浓度,使得基底100界面处的载流子的复合速率较低,从而使得太阳能电池的开路电压、短路电流以及填充因子较大,改善太阳能电池的光电转换性能。
参考图4,在另一些实施例中,初始钝化接触结构10包括:沿远离基底100方向依次堆叠的第一隧穿层103、第一掺杂导电层113、初始第二隧穿层105以及初始第二掺杂导电层106。初始第二隧穿层105以及初始第二掺杂导电层106用于后续形成第二隧穿层以及第二掺杂导电层,第二隧穿层对金属离子具有较好的阻挡作用,可以防止在后续形成电极的过程中金属离子穿透第二隧穿层,从而可以进一步防止形成的电极穿透第一掺杂导电层113以及第一隧穿层103与基底100形成接触的问题,进而可以减少基底100中复合中心的产生,减小载流子的复合。在一些实施例中,第一隧穿层103与初始第二隧穿层105的材料可以相同,例如可以均为电介质材料。具体地,在一些实施例中,第一隧穿层103的材料可以是氧化硅、氟化镁、氧化硅、非晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化钛中的任一种,初始第二隧穿层105的材料可以是氧化硅、氟化镁、氧化硅、非晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化钛中的任一种。
在一些实施例中,第一掺杂导电层113的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者;第二掺杂导电层的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者。
在一些实施例中,以第一掺杂导电层113以及第二掺杂导电层的材料为多晶硅为例,当初始钝化接触结构10包括第一隧穿层103以及初始第一掺杂导电层104时,形成第一隧穿层103与初始第一掺杂导电层104的方法可以包括:
参考图2,采用沉积工艺在基底100的第一表面形成第一隧穿层103,例如可以采用化学气象沉积工艺。在另一些实施例中,当第一隧穿层103的材料为氧化硅时,也可以采用原位生成工艺形成第一隧穿层103,例如可以采用热氧化工艺或者硝酸钝化等工艺在基底100第一表面上生成第一隧穿层103。
参考图3,在形成第一隧穿层103之后,采用沉积工艺在第一隧穿层103远离基底100的表面形成第一非晶硅层;接着对第一非晶硅层进行晶化工艺,以将第一非晶硅层转化为多晶硅层;在形成多晶硅层之后,可以对多晶硅层进行掺杂工艺,以形成初始第一掺杂导电层104,具体可以采用离子注入或者源扩散的方式在多晶硅层中掺杂导电离子,例如可以为磷离子或者硼离子。值得注意的是,在对多晶硅层进行掺杂工艺的过程中,需要在多晶硅层顶面沉积掺杂源,同时通入氧气,在通入氧气的过程中,氧气会与多晶硅发生反应,进而形成氧化硅,且氧化硅中掺杂有与掺杂源相同的掺杂元素,形成玻璃层101。
在另一些实施例中,当初始钝化接触结构10包括:沿远离基底100方向依次堆叠的第一隧穿层103、第一掺杂导电层113、初始第二隧穿层105以及初始第二掺杂导电层106时,形成初始钝化接触结构10以及玻璃层101的方法包括:
参考图4,在第一表面形成依次堆叠的第一隧穿层103、第一非晶硅层、第二隧穿层以及第二非晶硅层。在一些实施例中,可以采用沉积工艺在第一表面形成第一隧穿层103,形成第一隧穿层103之后,采用沉积工艺在第一隧穿层103表面形成第一非晶硅层,接着采用沉积工艺在第一非晶硅层表面形成初始第二隧穿层105,以及采用沉积工艺在初始第二隧穿层105表面形成第二非晶硅层。
在一些实施例中,形成的第二非晶硅层的厚度不小于第一非晶硅层的厚度,例如,第二非晶硅层的厚度可以大于第一非晶硅层的厚度,如此,使得后续形成的第二掺杂导电层的厚度大于第一掺杂导电层113的厚度。设置第二掺杂导电层的厚度较大可以进一步防止后续在形成电极时金属离子穿过第二掺杂导电层,从而保证金属离子不会渗透至第一隧穿层103以及基底100中,减小复合中心的产生。并且,设置第二掺杂导电层较厚,使得后续形成的电极与第二掺杂导电层的接触面积较大,进而可以减小欧姆接触,提高电极对载流子的收集能力。基于上述考虑,在一些实施例中,第一非晶硅层的厚度可以为5nm~100nm,例如可以为5nm~10nm、10nm~20nm、20nm~35nm、35nm~50nm、50nm~70nm、70nm~85nm或者85nm~100nm;第二非晶硅层的厚度可以为5nm~500nm,例如可以为5nm~10nm、10nm~50nm、50nm~100nm、100nm~150nm、150nm~200nm、200nm~250nm、250nm~300nm、300nm~350nm、350nm~400nm、400nm~450nm或者450nm~500nm。
在一些实施例中,第一隧穿层103的厚度可以为0.5nm~5nm,例如可以为0.5nm~1nm、1nm~1.5nm、1.5nm~2nm、2nm~2.5nm、2.5nm~3nm、3nm~3.5nm、3.5nm~4nm、4nm~4.5nm或者4.5nm~5nm;第二隧穿层的厚度可以为0.5nm~5nm,例如可以为0.5nm~1nm、1nm~1.5nm、1.5nm~2nm、2nm~2.5nm、2.5nm~3nm、3nm~3.5nm、3.5nm~4nm、4nm~4.5nm或者4.5nm~5nm。
参考图5,在第二非晶硅层顶面沉积掺杂源,掺杂源包括第一掺杂元素,在沉积掺杂源的同时,通入第一流量的氧气,形成玻璃层101,玻璃层101具有第一掺杂元素。在一些实施例中,可以采用化学气相沉积或者旋涂的方式在第一表面沉积掺杂源。具体地,在一些实施例中,沉积掺杂源的方法可以为:对基底100执行进舟工序,基底100进舟之后,升温至第一预设温度,在基底100第一表面沉积掺杂源,同时通入第一流量的氧气;之后再升温至第二预设温度,第二预设温度大于第一预设温度,同时在氮气氛围下推结。在沉积掺杂源的过程中,氧气与第二非晶硅层发生反应形成玻璃层101,同时,部分掺杂源被掺杂至玻璃层101中,以使玻璃层101具有第一掺杂元素。
在一些实施例中,第一掺杂元素类型与基底100的掺杂类型相同。如此,使得形成的第一掺杂导电层113以及第二掺杂导电层与基底100之间形成高低结,从而在第一表面形成能带弯曲,可以有效地阻挡少子的通过,而不会影响多子的传输,实现载流子的选择性收集,进一步增强载流子的收集能力。
具体地,在一些实施例中,第一掺杂元素的类型为N型,且第一掺杂元素为三价掺杂元素。基于此,掺杂源可以为三价掺杂源,三价掺杂源为含三价元素的单质或化合物,具体地,在一些实施例中,当三价掺杂源为硼源时,含三价元素的单质或化合物可以为三溴化硼或者三氯化硼。在一些实施例中,当三价掺杂源为硼源时,玻璃层101的主要成分可以包括:氧化硅以及氧化硼,其中,三价掺杂源可以以氧化硼的形式存储在玻璃层101中,后续在进行掺杂工艺的过程中,玻璃层101中的第一掺杂元素可以被扩散至第一非晶硅层以及第二非晶硅层中。
在另一些实施例中,第一掺杂元素类型也可以为P型,例如可以为磷元素。
可以理解的是,由于氧气与第二非晶硅层发生反应形成玻璃层101,因此,玻璃层101的厚度与通入氧气的流量有关,即与第一流量有关。当第一流量越大时,形成的玻璃层101的厚度越大,当第一流量越小时,形成的玻璃层101的厚度越小。基于此,在一些实施例中,第一流量可以为10sccm~20000sccm,例如可以为10sccm~20sccm、20sccm~100sccm、100sccm~200sccm、200sccm~400sccm、400sccm~500sccm、500sccm~600sccm、600sccm~800sccm、800sccm~1000sccm、1000sccm~1200sccm、1200sccm~1400sccm、1400sccm~1600sccm、1600sccm~1800sccm、1800sccm~2000sccm、2000sccm~5000sccm、5000sccm~8000sccm、8000sccm~10000sccm、10000sccm~14000sccm、14000sccm~18000sccm或者18000sccm~20000sccm,沉积掺杂源的温度为600℃~1200℃,例如可以为600℃~650℃、650℃~700℃、700℃~750℃、750℃~800℃、800℃~850℃、850℃~900℃、900℃~950℃、950℃~1000℃、1000℃~1100℃或者1100℃~1200℃。在这个范围内,第一流量较小,进而使得形成的玻璃层101的厚度较小,使得后续易于去除玻璃层101。另一方面,由于形成的玻璃层101同时也可以起到储存掺杂源的作用,使得后续掺杂工艺中,第一掺杂元素更容易扩散至第一非晶硅层以及第二非晶硅层中,因此,设置玻璃层101的厚度在这个范围内,使得玻璃层101的厚度不至于过薄,进而有利于第一掺杂元素的扩散。另外,在这个温度范围内,一方面有利于氧气与掺杂源反应,另一方面,在这个温度下形成的玻璃层101具有较好的均匀性,有利于后续对玻璃层101进行图形化工艺,使得在去除非金属图案区域对准的玻璃层101的步骤中,对玻璃层101去除的较为干净。
在一些实施例中,基于上述第一流量的数值范围,形成的玻璃层101的厚度范围可以为2nm~200nm,例如可以是2nm~5nm、5nm~25nm、25nm~50nm、50nm~100nm、100nm~150nm或者150nm~200nm。在这个范围内,玻璃层101的厚度较小,使得后续去除玻璃层101的步骤较容易。此外,在这个范围内,玻璃层101的厚度也不至于过小,进而使得玻璃层101中可以存储较多的掺杂源,有利于掺杂工艺的进行。
进行掺杂工艺,以将第一掺杂元素扩散至第一非晶硅层中形成第一掺杂导电层113,以及将第一掺杂元素扩散至第二非晶硅层中形成初始第二掺杂导电层106。在一些实施例中,可以通过热处理、等离子体辐射或者定向离子注入工艺中的任一种方法将第一掺杂元素扩散至第一非晶硅层以及第二非晶层中。
参考图6,在玻璃层101表面形成硅掩膜层102。在一些实施例中,可以采用沉积工艺,例如原子层沉积工艺在玻璃层101表面形成硅掩膜层102。硅掩膜层102的材料为硅,相较于采用硼硅玻璃或者氧化硅作为掩膜层而言,在玻璃层表面形成硅掩膜层102作为掩膜可以在简化图形化工艺步骤的同时,大大减小图形化工艺对基底的损伤。这是因为,硅具有较高的吸光系数,当激光作用于硅掩膜层102时,激光能量会被硅掩膜层102吸收,从而可以刻蚀去除位于非金属图案区域的硅掩膜层102。同时,由于激光能量被硅掩膜层102吸收,到达玻璃层101中的激光较少或没有,从而使得激光不会穿透玻璃层101到达初始钝化接触结构10中或者基底100中,防止对初始钝化接触结构10或者基底100造成损伤。
在一些实施例中,硅掩膜层102的厚度为2nm~1000nm,例如可以为2nm~5nm、5nm~50nm、50nm~75nm、75nm~100nm、100nm~125nm、125nm~150nm、150nm~200nm、200nm~300nm、300nm~400nm、400nm~500nm、500nm~600nm、600nm~700nm、700nm~800nm、800nm~900nm或者900nm~1000nm。在这个范围内,硅掩膜层102的厚度较小,使得后续激光处理所使用的激光能够打到硅掩膜层102底部,进而可以较容易地将位于非金属图案区域的硅掩膜层102去除。另一方面,在这个范围内,硅掩膜层102的厚度不至于过小,使得硅掩膜层102对激光具有足够的吸收能力,可以减少或者消除穿透玻璃层101的激光,改善激光对初始钝化接触结构10以及基底100的损伤,提高形成的太阳能电池的稳定性,进而使得太阳能电池具有较好的光电转换性能。
参考图7,采用激光工艺对硅掩膜层102进行图形化处理,以暴露出非金属图案区域对准的玻璃层101顶面。图形化处理之后的硅掩膜层102覆盖于金属图案区域对准的玻璃层101表面,使得后续在去除非金属图案区域对准的玻璃层101的步骤中,保护金属图案区域对准的玻璃层101不受损伤,进而可以对金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106以及第二隧穿层起到保护作用。激光处理操作简单,有利于提高工艺效率,并且,激光处理可以准确定位想要去除的区域,使得图形化处理的硅掩膜层102的形貌复合预期,有利于提高形成的太阳能电池的良率。相较于采用化学刻蚀工艺而言,采用激光处理可以极大地简化图形化硅掩膜层102的步骤,进而简化太阳能电池的制备工艺。
在一些实施例中,激光工艺的激光功率为2w~500w,例如可以为2w~5w、5w~20w、20w~35w、35w~50w、50w~100w、100w~150w、150w~200w、200w~250w、250w~300w、300w~400w或者400w~500w;激光频率为1kHz~10000kHz,例如可以为1kHz~50kHz、50kHz~100kHz、100kHz~500kHz、500kHz~1000kHz、1000kHz~2000kHz、2000kHz~3000kHz、3000kHz~4000kHz、4000kHz~5000kHz、5000kHz~6000kHz、6000kHz~7000kHz、7000kHz~8000kHz、8000kHz~9000kHz或者9000kHz~10000kHz;激光波长为193nm~1650nm,例如可以为193nm~250nm、250nm~355nm、355m~455nm、455nm~600nm、600nm~750nm、750nm~900nm、900nm~1064nm、1064nm~1250nm、1250nm~1500nm或者1500nm~1650nm;激光脉冲宽度为0.001ns~1000ns,例如可以为0.001ns~0.5ns、0.5ns~1ns、1ns~10ns、10ns~50ns、50ns~100ns、100ns~150ns、150ns~200ns、200ns~250ns、250ns~300ns、300ns~350ns、350ns~400ns、400ns~450ns、450ns~500ns、500ns~600ns、600ns~700ns、700ns~800ns、800ns~900ns或者900ns~1000ns。在这个范围内,使得激光工艺所使用的激光的能量不至于过大,防止由于激光能量过大而导致硅掩膜层102无法全部吸收,进而导致多余的激光穿透玻璃层101而对初始钝化接触结构10以及基底100产生损伤的问题。也就是说,在这个范围内,激光工艺的激光功率、激光频率、激光波长以及激光脉冲宽度与硅掩膜层102为相互匹配的关系,使得激光工艺所采用的激光在足以刻蚀去除非金属图案区域的硅掩膜层102的同时,又不会对初始钝化接触结构10以及基底100产生过多的损伤。
在一些实施例中,激光工艺所采用的激光可以为红外激光、绿光激光、紫外激光中的任一种,激光处理所采用的激光器可以为CO2激光器、准分子激光器、钛宝石激光器、半导体激光器中的任一种,本申请实施例不对具体的激光器类型做具体限定。
参考图8,对玻璃层101进行图形化处理,以暴露出非金属图案区域对准的初始钝化接触结构10顶面。具体地,剩余玻璃层101覆盖金属图案区域对准的初始钝化接触结构10顶面,对金属图案区域对准的初始钝化接触结构10顶面起到保护作用。
在一些实施例中,对玻璃层101进行图形化处理包括:采用化学刻蚀方法对非金属图案区域对准的玻璃层101进行刻蚀。由于激光在玻璃层101中具有较强的穿透能力,因此,采用化学刻蚀方法对玻璃层101进行刻蚀处理,防止激光穿透玻璃层101对初始钝化接触结构10以及基底100产生损伤。
在一些实施例中,化学刻蚀方法包括:采用HF溶液对非金属图案区域对准的玻璃层101进行酸洗处理。具体地,可以配置具有预设质量分数的HF溶液对非金属图案区域对准的玻璃层101进行清洗,非金属图案区域对准的玻璃层101被HF溶液腐蚀而去除,而由于金属图案区域的玻璃层101表面覆盖有硅掩膜层102,因此,HF溶液不会对金属图案区域对准的玻璃层101进行腐蚀,使得后续在对非金属图案区域的部分初始钝化接触结构10进行去除的过程中,金属图案区域对准的初始钝化接触结构10得以保留。本申请实施例对预设质量分数的具体数值不做具体限定,仅需满足HF能够刻蚀去除非金属图案区域的玻璃层101即可。
在另一些实施例中,对玻璃层101进行图形化处理包括:在同一激光工艺中,对非金属图案区域对准的硅掩膜层102以及非金属图案区域对准的玻璃层101进行刻蚀。也就是说,在采用激光工艺对硅掩膜层102进行图形化处理的过程中,激光能量还照射至玻璃层101中,使得非金属图案区域的玻璃层101被刻蚀去除。可以理解的是,由于硅掩膜层102已经吸收了绝大部分激光的能量,即,硅掩膜层102起到缓冲作用,相较于直接采用激光去除玻璃层101而言,可以大大减弱穿透玻璃层101的激光能量,进而减小激光对初始钝化接触结构10以及基底100的损伤。而由于在同一激光工艺中同时去除了非金属图案区域对准的硅掩膜层102以及玻璃层101,而无需再额外采用其它刻蚀工艺对非金属图案区域对准的玻璃层101进行刻蚀,因此,大大简化了太阳能电池的制备工艺。
参考图9以及图10,对露出顶面的初始钝化接触结构10进行刻蚀工艺,以去除部分厚度的初始钝化接触结构10,剩余初始钝化接触结构10形成钝化接触结构。也就是说,形成的钝化接触结构中,金属图案区域对准的钝化接触结构的厚度大于非金属图案区域对准的钝化接触结构的厚度。如此,后续在第一表面形成电极的过程中,不容易发生形成的电极穿透金属图案区域对准的钝化接触结构而与基底100接触的问题,从而可以减少基底100中复合中心的产生,减小载流子的复合,提高载流子浓度,进而可以增大开路电压以及短路电流,提高太阳能电池的光电转换性能。另一方面,由于非金属图案区域对准的钝化接触结构的厚度较小,因此,可以减小非金属图案区域的钝化接触结构对入射光线的寄生吸收,进而提高对入射光线的吸收利用率。
参考图9,在一些实施例中,去除部分厚度的初始钝化接触结构10包括:去除非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106以及非金属图案区域对准的初始第二隧穿层105,剩余部分初始第二掺杂导电层106形成第二掺杂导电层112,剩余部分初始第二隧穿层105形成第二隧穿层。其中,剩余部分初始第二掺杂导电层106与金属图案区域正对,形成第二掺杂导电层112,剩余部分初始第二隧穿层105与金属图案区域正对,形成第二隧穿层111。钝化接触结构中,第二掺杂导电层112对入射光线起到主要的寄生吸收作用,因此,去除非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106可以有效地减小非金属图案区域对入射光线的寄生吸收。同时,还保留非金属图案区域的第一掺杂导电层113以及第一隧穿层103,使得第一掺杂导电层113与第一隧穿层103对非金属图案区域对准的第一表面起到钝化效果,减少非金属图案区域的第一表面上的载流子复合。
在一些实施例中,在同一工艺步骤中,去除硅掩膜层102以及非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106。由于硅掩膜层102与非金属图案区域的初始第二掺杂导电层106同时暴露于空气中,因此,可以在去除非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106的工艺过程中,同时去除硅掩膜层102,进而可以节省掉单独去除硅掩膜层102的步骤,提高工艺效率。
在一些实施例中,可以采用化学刻蚀工艺去除硅掩膜层102以及位于非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106。具体地,可以采用碱溶液对硅掩膜层102以及非金属图案区域的初始第二掺杂导电层106进行浸泡处理,由于金属图案区域的初始第二掺杂导电层106表面具有玻璃层101,而玻璃层101不与碱溶液发生反应,从而可以对金属图案区域的初始第二掺杂导电层106起到保护作用。且非金属图案区域的初始第二掺杂导电层106表面覆盖有初始第二隧穿层105,当初始第二隧穿层105的材料为氧化硅时,碱溶液也不与初始第二隧穿层105反应,使得碱溶液腐蚀掉非金属图案区域的初始第二掺杂导电层106之后,即停止与初始第二隧穿层105反应,进而可以保护非金属图案区域的第一掺杂导电层113不受损伤。在一些实施例中,碱溶液可以是氢氧化钠溶液。
在一些实施例中,在去除硅掩膜层102之后,在同一工艺步骤中,去除玻璃层101以及非金属图案区域对准的初始第二隧穿层105。去除硅掩膜层102以及非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层106之后,金属图案区域的玻璃层101以及非金属图案区域的初始第二隧穿层105同时暴露于空气中,因此,可以同时去除金属图案区域的玻璃层101以及非金属图案区域的初始第二隧穿层105,节省工艺步骤。在一些实施例中,可以采用化学刻蚀工艺去除金属图案区域的玻璃层101以及非金属图案区域的初始第二隧穿层105。具体地,在一些实施例中,当初始第二隧穿层105的材料为氧化硅时,玻璃层101与初始第二隧穿层105均与酸溶液进行反应,基于此,可以采用酸溶液对金属图案区域的玻璃层101以及非金属图案区域的初始第二隧穿层105。在一些实施例中酸溶液可以是HF溶液。
参考图11,在另一些实施例中,当初始钝化接触结构10仅包括第一隧穿层103以及初始第一掺杂导电层104时,去除部分厚度的初始钝化接触结构10包括:去除至少部分厚度的初始第一掺杂导电层104。具体地,在一些实施例中,可以去除非金属图案区域的部分厚度的初始第一掺杂导电层104,剩余初始第一掺杂导电层104形成第一掺杂导电层113,第一掺杂导电层113与第一隧穿层103构成钝化接触结构。如此,使得非金属图案区域中剩余部分第一掺杂导电层113还可以对非金属图案区域的基底100第一表面起到场钝化作用,减小载流子在基底100第一表面的复合。
在另一些实施例中,可以去除非金属图案区域的整个厚度的初始第一掺杂导电层104,露出第一隧穿层103的顶面,剩余部分初始第一掺杂导电层104形成第一掺杂导电层113,第一掺杂导电层113与第一隧穿层103构成钝化接触结构。如此,可以大大减小第一掺杂导电层113对照射至非金属图案区域的入射光线的寄生吸收。
在一些实施例中,去除初始第一掺杂导电层104的方法可参考图9对应的实施例。在一些实施例中,可以在去除非金属图案区域的至少部分厚度的初始第一掺杂导电层104的步骤中,同时去除金属图案区域对准的硅掩膜层102,在去除非金属图案区域的至少部分厚度的第一掺杂导电层113之后,去除金属图案区域对准的玻璃层101。
参考图12,在一些实施例中,还包括,在基底100第二表面形成发射极107,可以理解的是,在一些实施例中,形成发射极107的步骤可以在形成初始钝化接触结构10之前进行。发射极107的材料与基底100的材料相同。发射极107的掺杂元素类型与基底100的掺杂元素类型不同,使得发射极107与基底100形成PN结。PN结可以接收照射至基底100第二表面的入射光线,并产生电子空穴对,当基底100为N型基底100时,分离的电子移动至基底100中,分离的空穴移动至发射极107中。
在一些实施例中,形成发射极107的方法可以包括:
提供初始基底100,对初始基底100的第二表面进行扩散工艺,以将掺杂元素扩散至部分初始基底100中,形成发射极107,初始基底100中除发射极107以外的部分形成基底100。在一些实施例中,当基底100为N型基底100时,可以对初始基底100表面进行硼扩散处理,当基底100为P型基底100时,可以对初始基底100表面进行磷扩散处理。
在一些实施例中,还包括,在发射极107远离基底100的表面形成钝化层108,钝化层108可以对基底100第二表面起到良好的钝化效果,例如可以对第二表面的悬挂键进行较好的化学钝化,降低第二表面的缺陷态密度,较好地抑制第二表面的载流子复合。在一些实施例中,钝化层108可以为单层结构,在另一些实施中,钝化层108也可以为多层结构。在一些实施例中,钝化层108的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,形成钝化层108的方法可以包括:采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition,等离子体增强化学气相沉积方法)方法在发射极107远离基底100的表面形成钝化层108。
在一些实施例中,还包括:在金属图案区域对准的第一表面形成第一电极109。在一些实施例中,当钝化接触结构仅包括第一隧穿层103以及第一掺杂导电层113时,第一电极109可以与第一掺杂导电层113电接触。在另一些实施例中,当钝化接触结构包括第一隧穿层103、第一掺杂导电层113、第二隧穿层111以及第二掺杂导电层112时,第一电极109可以与第二掺杂导电层112电接触。由于金属图案区域的钝化接触结构厚度较大,因此,在实际形成第一电极109的时候,可以防止第一电极109穿透钝化接触结构而与基底100直接接触的问题,从而可以减小第一电极109与基底100之间产生复合中心的问题,减小载流子的复合。
在一些实施例中,可以采用印刷工艺以及烧结工艺形成第一电极109。
在另一些实施例中,还包括,在第二表面形成第二电极110,第二电极110与发射极107电接触。在一些实施例中,形成第二电极110的方法可以与形成第一电极109的方法相同。
上述实施例提供的太阳能电池的制备方法中,在玻璃层101表面形成硅掩膜层102,并对硅掩膜层102进行激光处理即可在玻璃层101表面形成图形化的掩膜。由于硅具有较高的吸光系数,当激光作用于硅掩膜层102时,激光能量会被硅掩膜层102吸收,从而实现可以去除位于非金属图案区域的硅掩膜层102,同时,由于激光能量被硅掩膜层102吸收,到达玻璃层101中的激光较少或没有,从而使得激光不会穿透玻璃层101到达初始钝化接触结构10中或者基底100中,防止对初始钝化接触结构10或者基底100造成损伤。同时,还能够避免化学处理步骤等复杂的工艺,实现在大大简化制备工艺的同时,保持基底100以及钝化接触结构较好的性能,进而可以保持太阳能电池较好的光电转换性能。
本申请虽然以较佳实施例公开如上,但并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下,都可以做出若干可能的变动和修改,因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本申请的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各种改动与修改,因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (15)
1.一种太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括:
提供基底,所述基底具有第一表面,所述第一表面包括非金属图案区域;
在同一工艺步骤中,在所述第一表面形成沿背离所述基底方向堆叠的初始钝化接触结构以及玻璃层;
在所述玻璃层表面形成硅掩膜层;
采用激光工艺对所述硅掩膜层进行图形化处理,以暴露出所述非金属图案区域对准的所述玻璃层顶面;
对所述玻璃层进行图形化处理,以暴露出所述非金属图案区域对准的所述初始钝化接触结构顶面;
对露出顶面的所述初始钝化接触结构进行刻蚀工艺,以去除部分厚度的所述初始钝化接触结构,剩余所述初始钝化接触结构形成钝化接触结构。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述硅掩膜层的厚度为2nm~1000nm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,激光工艺的激光功率为2w~500w,激光频率为1kHz~10000kHz,激光波长为193nm~1650nm,激光脉冲宽度为0.001ns~1000ns。
4.根据权利要求1或3所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述对所述玻璃层进行图形化处理包括:采用化学刻蚀方法对所述非金属图案区域对准的玻璃层进行刻蚀。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述化学刻蚀方法包括:采用HF溶液对所述非金属图案区域对准的玻璃层进行酸洗处理。
6.根据权利要求1或3所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述对所述玻璃层进行图形化处理包括:在同一所述激光工艺中,对所述非金属图案区域对准的所述硅掩膜层以及所述非金属图案区域对准的所述玻璃层进行刻蚀。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述初始钝化接触结构包括:沿远离所述基底方向依次堆叠的第一隧穿层、第一掺杂导电层、初始第二隧穿层以及初始第二掺杂导电层,去除部分厚度的所述初始钝化接触结构包括:
去除非金属图案区域对准的初始第二掺杂导电层以及非金属图案区域对准的初始第二隧穿层,剩余部分所述初始第二掺杂导电层形成第二掺杂导电层,剩余部分所述初始第二隧穿层形成第二隧穿层。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述第一掺杂导电层的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者;所述第二掺杂导电层的材料包括:多晶硅或者微晶硅中的任一者。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,形成所述初始钝化接触结构以及所述玻璃层的方法包括:
在所述第一表面形成依次堆叠的所述第一隧穿层、第一非晶硅层、所述初始第二隧穿层以及第二非晶硅层;
在所述第二非晶硅层顶面沉积掺杂源,所述掺杂源包括第一掺杂元素,在沉积所述掺杂源的同时,通入第一流量的氧气,形成所述玻璃层,所述玻璃层具有所述第一掺杂元素;
进行掺杂工艺,以将所述第一掺杂元素扩散至所述第一非晶硅层中形成所述第一掺杂导电层,以及将所述第一掺杂元素扩散至所述第二非晶硅层中形成所述初始第二掺杂导电层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述第一流量为10sccm~20000sccm,所述沉积掺杂源的温度为600℃~1200℃。
11.根据权利要求7或9所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,在同一工艺步骤中,去除所述硅掩膜层以及所述非金属图案区域对准的所述初始第二掺杂导电层。
12.根据权利要求7或9所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,在去除所述硅掩膜层之后,在同一工艺步骤中,去除所述玻璃层以及所述非金属图案区域对准的所述初始第二隧穿层。
13.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述第一掺杂元素类型与所述基底的掺杂类型相同。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述第一掺杂元素的类型为N型,且所述第一掺杂元素为三价掺杂元素。
15.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述初始钝化接触结构包括:沿背离所述基底方向堆叠的第一隧穿层以及初始第一掺杂导电层,去除部分厚度的所述初始钝化接触结构包括:去除至少部分厚度的初始第一掺杂导电层。
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CN202211214569.9A CN117855344A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 太阳能电池的制备方法 |
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CN118448478A (zh) * | 2024-07-08 | 2024-08-06 | 中润新能源(徐州)有限公司 | 一种TOPCon电池及其制备工艺 |
CN118658900A (zh) * | 2024-08-20 | 2024-09-17 | 中科研和(宁波)科技有限公司 | 一种可控刻蚀的叠层钝化结构及其制备方法和应用 |
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2022
- 2022-09-30 CN CN202211214569.9A patent/CN117855344A/zh active Pending
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