CN118016734A - 一种p型电池结构及其制备方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种P型电池结构及其制备方法与系统。所述电池结构包括N型硅衬底，所述N型硅衬底的正面设置有N区材料层，所述N区材料层上设置有负电极，其中所述N区材料层包括第二钝化减反层；所述N型硅衬底的背面由内向外依次设置有氧化层、硅材料层和第一钝化减反层，所述硅材料层上设置有正电极。本发明可以用成熟的PERC电池浆料作为TOPCon电池正面栅线，可以实现收窄栅线宽度；正面新型结构可以提升正面钝化、降低接触电阻；背面P型Poly作为背结使得电池整体具有很高的钝化性能，电池开路电压提升潜力可以达到740mV以上，有效提升TOPCon电池效率和竞争力。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种P型电池结构及其制备方法与系统。
背景技术
随着太阳能电池技术不断发展，电池效率有了大幅提升，制备成本也在不断降低。其中N型TOPCon太阳能电池因结构和制备流程简单、双面率高、成本低等优势，近一两年迅速投入产业化应用，大有替代PERC电池成为主流光伏产品之势。然而，现有TOPCon电池结构正面采用硼掺杂，正面硼掺杂结构对浆料要求较高、表面钝化差，成为限制电池效率提升的瓶颈问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种P型电池结构，所述电池结构包括N型硅衬底，所述N型硅衬底的正面设置有N区材料层，所述N区材料层上设置有负电极，其中所述N区材料层包括第二钝化减反层；所述N型硅衬底的背面由内向外依次设置有氧化层、硅材料层和第一钝化减反层，所述硅材料层上设置有正电极。
优选地，所述N区材料层还包括N+掺杂层，所述N+掺杂层设置在第二钝化减反层和N型硅衬底之间。
优选地，所述N区材料层还包括N++重掺杂层，所述N++重掺杂层设置在N+掺杂层的表面。
优选地，所述氧化层的材质为SiO2，所述氧化层的厚度在第一阈值范围内。
优选地，所述硅材料层的厚度在第二阈值范围内。
优选地，所述第一阈值范围为1nm-3nm；
所述第二阈值范围为60nm-350nm。
本发明还提出一种P型电池结构的制备方法，所述制备方法包括：
取N型硅衬底，在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
优选地，在N型硅衬底的正面进行磷扩散掺杂，形成N+掺杂层，所述N+掺杂层位于N型硅衬底与第一钝化减反层之间。
优选地，在N+掺杂层的表面进行激光开槽，形成N++重掺杂层。
优选地，在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料之前，还包括对N型硅衬底进行双面制绒和清洗操作。
本发明还提出一种P型电池结构的制备系统，所述制备系统包括：
正面处理模块，用于在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
背面涂覆处理模块，用于在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
背面处理模块，用于在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
优选地，所述制备系统还包括：
制绒清洗模块，用于对N型硅衬底进行双面制绒和清洗操作。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以用成熟的PERC电池浆料作为TOPCon电池正面栅线，可以实现收窄栅线宽度；正面新型结构可以提升正面钝化性能、降低接触电阻；背面P型Poly作为背结使得电池整体具有很高的钝化性能，电池开路电压提升潜力可以达到740mV以上，有效提升TOPCon电池效率和竞争力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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示出本发明实施例中P型电池结构图；
图2示出本发明实施例中一种P型电池结构图；
图3示出本发明实施例中另一种P型电池结构图；
图4示出本发明实施例中P型电池结构制备方法图；
图5示出本发明实施例中P型电池结构制备系统图；
图中：11、第一钝化减反层；12、第二钝化减反层；2、N型硅衬底；3、氧化层；4、硅材料层；5、N++ 重掺杂层；6、正电极；7、负电极；8、N+ 掺杂层。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件单元或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或子模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或子模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或子模块。
如图1所示，本发明提出一种P型电池结构，所述电池结构包括N型硅衬底2，所述N型硅衬底2的正面设置有N区材料层，所述N区材料层上设置有负电极7，其中所述N区材料层包括第二钝化减反层12；所述N型硅衬底2的背面由内向外依次设置有氧化层3、硅材料层4和第一钝化减反层11，所述硅材料层4上设置有正电极6。
所述N区材料层还包括N+ 掺杂层8，所述N+ 掺杂层8设置在第二钝化减反层12和N型硅衬底2之间；所述N区材料层还包括N++ 重掺杂层5，所述N++ 重掺杂层5设置在N+ 掺杂层8的表面。
所述氧化层3的材质为SiO2，所述氧化层3的厚度在第一阈值范围内；所述硅材料层4的厚度在第二阈值范围内；所述第一阈值范围为1nm-3nm；所述第二阈值范围为60nm-350nm。
具体地，本发明提供两种实施例
实施例1 P型Poly TOPCon太阳能电池结构
本实施例中的P型Poly TOPCon电池包括第一钝化减反层11、第二钝化减反层12、N+掺杂层8、N++ 重掺杂层5、N型硅衬底2、背面TOPCon结构和电池电极；所述背面TOPCon结构为超薄氧化层3和硅材料层4，硅材料层4包括P+多晶硅/非晶硅层；所述电池电极包括正电极6和负电极7；所述正电极6与硅材料层4接触；所述负电极7与N+ 掺杂层8或N++ 重掺杂层5接触。
其中,正面N区的N++ 重掺杂层5可以省去，如图2所示。
其中，正面N区的N+ 掺杂层8可以省去，如图3所示。
其中，TOPCon结构为超薄氧化层3材质为SiO2，厚度为1nm-3nm，生长方式为高温热氧化或原子层沉积或臭氧氧化或热HNO3氧化。本实施例的硅材料层4为硼掺杂多晶硅层或非晶硅层，厚度为60nm-350nm，沉积方式为LPCVD或PECVD或PVD，掺杂方式为扩散或激光掺杂或离子注入或旋涂。本实施例背面的N区N++ 重掺杂层5和N+ 掺杂层8均为磷掺杂的晶体硅，N++ 重掺杂层5是重掺杂区域，N+ 掺杂层8为轻掺杂区域，掺杂方式为扩散或激光掺杂或离子注入或旋涂。此外，第一钝化减反层11和第二钝化减反层12的材质均为SiNx或SiNx与SiOxNy的组合，或SiNx与SiOx的组合，或SiNx与AlOx的组合，或SiNx与SiOxNy及SiOx及AlOx的组合。
如图4所示，本发明还提出一种P型电池结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1取N型硅衬底，在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
S2在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
S3在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
具体地，基于实施例1中的P型Poly TOPCon电池，本发明提供一种基于实施例1中的P型Poly TOPCon电池的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1：对N型硅衬底进行双面制绒、清洗。
步骤2：在步骤1处理后的N型硅衬底正面进行磷扩散掺杂，形成N+掺杂层，掺杂方式还可采用离子注入或旋涂。
步骤3：步骤2处理后的N型硅衬底变为N型硅片，对N型硅片正面进行局部激光开槽得到N++掺杂层，开槽激光为绿光，波长为532nm。
步骤4：刻蚀步骤3处理后的N型硅片，依次去除背面磷硅玻璃层、对背面进行抛光去除背面绕扩的N+层。
步骤5：对步骤4处理后的N型硅片背面生长隧穿氧化层，沉积本征多晶硅层后硼扩散形成掺杂多晶硅层。隧穿氧化层的厚度为1.5nm，掺杂多晶硅层的厚度为250nm。隧穿氧化层的生长方式为热氧化或原子层沉积或臭氧氧化；掺杂多晶硅层的沉积方式为LPCVD或PECVD或PVD；掺杂方式还可采用激光掺杂、离子注入或旋涂。
步骤6：对步骤5处理后的N型硅片单面清洗正面绕扩的硼硅玻璃层，刻蚀正面绕镀的P型掺杂多晶硅层，清洗掉正面磷硅玻璃层和背面的硼硅玻璃层。
步骤7：在步骤6处理后的N型硅片的正背面沉积正面钝化减反层，其材质为SiNx或SiNx与SiOxNy的组合，或SiNx与SiOx的组合，或SiNx与AlOx的组合，或SiNx与SiOx Ny及SiOx及AlOx的组合。
步骤8：对步骤7处理后的N型硅片的背面发射区和正面N型场区形成金属正电极和负电极，金属化方式可采用丝网印刷或激光转印或喷墨法，本实施例中，采用丝网印刷银电极，形成欧姆接触，完成Poly IBC背接触太阳能电池的制作，见图1。
上述制备方法中，可以省去步骤3，得到电池结构如图2所示。
上述制备方法中，步骤2可以改为“在步骤1处理后的N型硅衬底正面利用扩散设备进行低温磷掺杂源沉积，掺杂方式还可采用离子注入、CVD方式或旋涂。”，得到电池结构如图3所示。
具体地，本发明还提供一种基于实施例1中的P型Poly TOPCon电池的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1：对N型硅衬底进行双面抛光、清洗。
步骤2：在步骤1处理后的N型硅衬底背面生长隧穿氧化层，沉积本征多晶硅层后硼扩散形成第一掺杂多晶硅层。隧穿氧化层的厚度为1.5nm，掺杂多晶硅层的厚度为250nm。隧穿氧化层的生长方式为热氧化或原子层沉积或臭氧氧化；掺杂多晶硅层的沉积方式为LPCVD或PECVD或PVD；掺杂方式还可采用激光掺杂、离子注入或旋涂。
步骤3：步骤2处理后的N型硅衬底变为N型硅片，刻蚀N型硅片依次去除正面硼硅玻璃层、正面绕镀的硼掺杂多晶硅层，并完成正面的制绒，制绒后保留背面掺杂多晶硅层上面的硼硅玻璃层作为下一步骤的掩膜。
步骤4：对步骤3处理后的N型硅片正面进行磷扩散掺杂，形成N+掺杂层，掺杂方式还可采用离子注入或旋涂。
步骤5：对步骤4处理后的N型硅片正面进行局部激光开槽得到N++掺杂层，开槽激光为绿光，波长为532nm。
步骤6：对步骤5处理后的N型硅片进行氧化和/或退火。
步骤7：对步骤6处理后的N型硅片清洗去除正面磷硅玻璃和背面硼硅玻璃层。
步骤8：在步骤7处理后的N型硅片的正背面沉积正面钝化减反膜，其材质为SiNx或SiNx与SiOxNy的组合，或SiNx与SiOx的组合，或SiNx与AlOx的组合，或SiNx与SiOxNy及SiOx及AlOx的组合。
步骤9：对步骤8处理后的N型硅片的背面P区和背面N区形成金属正电极和负电极，金属化方式可采用丝网印刷或激光转印或喷墨法，本实施例中，采用丝网印刷银电极，形成欧姆接触，完成Poly IBC背接触太阳能电池的制作，如图1所示。
上述制备方法中，可以省去步骤5和步骤6，得到电池结构，如图2所示。
上述制备方法中，步骤4可以改为“在步骤3处理后的N型硅衬底正面利用扩散设备进行低温磷掺杂源沉积，掺杂方式还可采用离子注入、CVD方式或旋涂。”，得到电池结构，如图3所示。
如图5所示，本发明还提出一种P型电池结构的制备系统，所述制备系统包括：
正面处理模块10，用于在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
背面涂覆处理模块20，用于在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
背面处理模块30，用于在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
所述制备系统还包括：
制绒清洗模块，用于对N型硅衬底进行双面制绒和清洗操作。
本领域的普通技术人员应当理解：尽管参考前述实施例对本发明进行的详细说明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种P型电池结构，其特征在于，所述电池结构包括N型硅衬底（2），所述N型硅衬底（2）的正面设置有N区材料层，所述N区材料层上设置有负电极（7），其中所述N区材料层包括第二钝化减反层（12）；所述N型硅衬底（2）的背面由内向外依次设置有氧化层（3）、硅材料层（4）和第一钝化减反层（11），所述硅材料层（4）上设置有正电极（6）。
2.根据权利要求1所述的P型电池结构，其特征在于，
所述N区材料层还包括N+掺杂层（8），所述N+掺杂层（8）设置在第二钝化减反层（12）和N型硅衬底（2）之间。
3.根据权利要求2所述的P型电池结构，其特征在于，
所述N区材料层还包括N++重掺杂层（5），所述N++重掺杂层（5）设置在N+掺杂层（8）的表面。
4.根据权利要求1所述的P型电池结构，其特征在于，
所述氧化层（3）的材质为SiO2，所述氧化层（3）的厚度在第一阈值范围内。
5.根据权利要求4所述的P型电池结构，其特征在于，
所述硅材料层（4）的厚度在第二阈值范围内。
6.根据权利要求5所述的P型电池结构，其特征在于，
所述第一阈值范围为1nm-3nm；
所述第二阈值范围为60nm-350nm。
7.一种P型电池结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
取N型硅衬底，在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
8.根据权利要求7所述的P型电池结构的制备方法，其特征在于，
在N型硅衬底的正面进行磷扩散掺杂，形成N+掺杂层，所述N+掺杂层位于N型硅衬底与第一钝化减反层之间。
9.根据权利要求7所述的P型电池结构的制备方法，其特征在于，
在N+掺杂层的表面进行激光开槽，形成N++重掺杂层。
10.根据权利要求7所述的P型电池结构的制备方法，其特征在于，
在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料之前，还包括对N型硅衬底进行双面制绒和清洗操作。
11.一种P型电池结构的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括：
正面处理模块，用于在N型硅衬底的正面设置钝化减反材料，形成第一钝化减反层，并在所述第一钝化减反层上设置负电极；
背面涂覆处理模块，用于在N型硅衬底的背面依次涂覆氧化层、硅材料层，并在硅材料层上设置正电极；
背面处理模块，用于在硅材料层的背面设置钝化减反材料，形成第二钝化减反层。
12.根据权利要求11所述的P型电池结构的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括：
制绒清洗模块，用于对N型硅衬底进行双面制绒和清洗操作。
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| CN202410002330.8A Pending CN118016734A (zh) | 2024-01-02 | 2024-01-02 | 一种p型电池结构及其制备方法与系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118016734A (zh) |
-
2024
- 2024-01-02 CN CN202410002330.8A patent/CN118016734A/zh active Pending
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