CN118156361A - 一种增强背面钝化的n型电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，涉及晶体硅太阳电池制造技术领域，所述步骤包括如下：S1：碱制绒清洗、正面硼发射极制备，S2：去BSG清洗，使用链式湿法清洗机，S3：正面AlOx沉积，S4：正面SiNx减反射膜沉积，S5：正面丝印烧结、退火，S6：正面掩膜沉积，本发明所提出的N型太阳电池制备方法，所制备的N型电池，背面是本征非晶硅层/N型微晶硅层/透明导电氧化物层，代替原来的隧穿氧化层/N型多晶硅层，可以有效调控本征非晶硅和N型微晶硅薄膜内的氢含量，金属电极区域的饱和电流密度也能够降低到2fA/cm2以下，饱和电流密度的降低，将有助于电池转换效率的提升，解决了目前的N型接触钝化电池的背面钝化效果欠佳的问题。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池制造技术领域，具体为一种增强背面钝化的N型电池的制备方法。
背景技术
N型太阳电池的背表面使用超薄隧穿氧化层/重掺杂N+多晶硅提供表面钝化效果。该电池的制作流程如下图所示。用该方法制备的N型电池，其转换效率比P型PERC高出1个百分点以上，在光伏电站上表现出较优的成本优势，目前正逐步替代P型PERC电池成为行业主流。但用该方法制备的N型电池，的背面钝化性能表现欠佳，非金属电极区域的饱和电流密度J0-pass超过5fA/cm2，金属电极区域的饱和电流密度J0-met超过90fA/cm2。为进一步提升N型接触钝化电池的转换效率，需要采用新方法来制备N型电池；
现有方法所制备的N型电池，其背表面使用超薄隧穿氧化层/重掺杂N+多晶硅提供表面钝化效果，N型硅基底和背面重掺多晶硅之间的界面层，是超薄隧穿氧化硅，隧穿氧化层的界面态密度较高，需要额外的氢原子来钝化其界面态。氢原子主要来源于背面氮化硅薄膜，由于氮化硅减反射膜镀膜工艺温度较高的原因，氢含量不够高，不能够为隧穿氧化层的界面态提供足够多的氢源进行钝化，另外，重掺杂的N+多晶硅在其工艺制备过程中，磷杂质会扩散到N型基底，使得基底背面掺入部分磷杂质，隧穿氧化层的高界面态密度、缺少足够多的氢源钝化、基底背面存在部分磷杂质，导致目前的N型接触钝化电池的背面钝化效果欠佳。
为提高背面的钝化效果，本发明提出一种新的制备方法来制备N型电池。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，所述步骤包括如下：
S1：碱制绒清洗、正面硼发射极制备，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺；正面硼发射极制备，可以是均匀硼发射极，也可以是选择性硼发射极；
S2：去BSG清洗，使用链式湿法清洗机，待制样品的正面朝下，背面朝上；背面用水膜保护，正面和链式湿法清洗机的氢氟酸溶液接触；
S3：正面AlOx沉积，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，使用常规管式或者板式原子层沉积工艺，所沉积的AlOx厚度在1-10nm之间；
S4：正面SiNx减反射膜沉积，采用板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备，工艺气体为硅烷、氨气和笑气，沉积温度在400-550℃之间；气源和等离子体源位于镀膜腔室下方；
S5：正面丝印烧结、退火，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，用来制备正面金属电极，同时提升氢钝化效果；
S6：正面掩膜沉积，沉积的掩膜为SiOx薄膜，厚度在30nm-150nm之间；使用低温链式常压化学气相沉积设备或者低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备来制备，所用温度在170-250℃之间，工艺过程所需的时间小于10min，以降低正面金属电极受到的影响；
S7：背面抛光清洗，采用链式碱抛光或者链式酸抛光工艺，所用设备为链式湿法清洗设备；待制样品的正面朝上，背面朝下；正面用水膜保护，背面和链式湿法清洗机的化学溶液接触；
S8：背面本征非晶硅/N型微晶硅沉积，采用低温板式等离子体化学气相沉积完成；所沉积的本征非晶硅薄膜为单层或者多层氢含量不同的非晶硅薄膜，所沉积的N型微晶硅薄膜，为磷杂质含量不同的多层薄膜；
S9：背面透明导电氧化物薄膜沉积、背面金属化、退火，使用和目前N型异质结电池相类似的工艺完成。
优选的，所述S8中N型微晶硅薄膜除了磷和氢杂质外，不含其它杂质。
优选的，所述S2中氢氟酸溶液的体积比在10％-35％之间；在氢氟酸的作用下，正面BSG被反应去除，背面由于水膜保护，BSG得以保留。
优选的，所述S4中用来承载待制样品的载板，为镂空结构，待制样品正面朝下放置于镂空位置，样品正面边缘约0.5mm宽的区域被载板遮挡；SiNx镀膜过程中，只有正面未被载板遮挡的区域能够沉积SiNx薄膜，所沉积的SiNx薄膜厚度在70-90nm之间。
优选的，所述S6中采用低温链式常压化学气相沉积设备时，所用工艺气体为氧气和氮气稀释硅烷；采用低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备时，所用工艺气体为硅烷、氨气和笑气。
优选的，所述S7中使用链式碱抛光时，待制样品先和清洗机的氢氟酸溶液接触去除背面和侧边的BSG薄膜，再和清洗机的碱溶液接触。
优选的，所述S7中碱溶液温度40-65℃之间，浓度1％-15％；碱溶液和样品背面的硅材料反应，使背面成为平整结构；使用链式酸抛光工艺时，待制样品先和清洗机的氢氟酸/硝酸混合溶液接触去除背面和侧边的硅材料，再和清洗机的碱溶液接触，去除前者产生的多孔硅，使背面成为平整表面。
优选的，所述S1中的硼发射极先在硅片表面覆盖一层硼掺杂剂，硼掺杂剂的覆盖区域不小于重掺杂区的区域大小；再对位于重掺杂区的硼掺杂剂进行激光掺杂形成硼化硅；然后对硼化硅进行高温推进，形成重掺杂区；接着在硅片表面形成轻掺杂区；制得硼掺杂选择性发射极；其中，所述硼掺杂剂在硅片表面的覆盖厚度为0.1-20um；所述硼化硅的硼元素掺杂浓度为1E20-1E24atm/cm3，掺杂深度为10-500nm。
优选的，所述S1中的碱制绒清洗液由氧化剂、碱和超纯水组成，所述氧化剂为液体氧化剂，所述的液体氧化剂在清洗液中的质量百分比为3％-20％，所述碱在清洗液中的质量百分比为0.1％。
本发明提供了一种增强背面钝化的N型电池的制备方法。具备以下有益效果：
本发明所提出的N型太阳电池制备方法，所制备的N型电池，背面是本征非晶硅层/N型微晶硅层/透明导电氧化物层，代替原来的隧穿氧化层/N型多晶硅层，其中本征非晶硅层/N型微晶硅层/透明导电氧化物层采用低温工艺制备，可以有效调控本征非晶硅和N型微晶硅薄膜内的氢含量，以及膜层的物理性质，本征非晶硅的氢含量高，其原子数百分比在5％-20％之间，大量的氢原子存在于N型基底的背表面，能够钝化N型基底背表面的悬挂键，另外N型微晶硅的具备电活性的磷杂质原子在16/cm3以上，可以诱导N型基底背表面形成能带弯曲，带来场钝化效果，优异的氢钝化以及良好的场钝化，使得N型太阳电池的背面钝化效果得到大幅提升，非金属区域的饱和电流密度能够降低到2fA/cm2以下，金属电极区域，由于透明导电氧化层将金属栅线和N型微晶硅隔开，避免金属栅线电极对N型微晶硅的不利影响，因此，金属电极区域的饱和电流密度也能够降低到2fA/cm2以下，饱和电流密度的降低，将有助于电池转换效率的提升，解决了目前的N型接触钝化电池的背面钝化效果欠佳的问题。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，所述步骤包括如下：
S1：碱制绒清洗、正面硼发射极制备，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺；正面硼发射极制备，可以是均匀硼发射极，也可以是选择性硼发射极；
S2：去BSG清洗，使用链式湿法清洗机，待制样品的正面朝下，背面朝上；背面用水膜保护，正面和链式湿法清洗机的氢氟酸溶液接触；
S3：正面AlOx沉积，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，使用常规管式或者板式原子层沉积工艺，所沉积的AlOx厚度在5nm；
S4：正面SiNx减反射膜沉积，采用板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备，工艺气体为硅烷、氨气和笑气，沉积温度在450℃；气源和等离子体源位于镀膜腔室下方；
S5：正面丝印烧结、退火，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，用来制备正面金属电极，同时提升氢钝化效果；
S6：正面掩膜沉积，沉积的掩膜为SiOx薄膜，厚度在50nm之间；使用低温链式常压化学气相沉积设备或者低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备来制备，所用温度在200℃之间，工艺过程所需的时间小于10min，以降低正面金属电极受到的影响；
S7：背面抛光清洗，采用链式碱抛光或者链式酸抛光工艺，所用设备为链式湿法清洗设备；待制样品的正面朝上，背面朝下；正面用水膜保护，背面和链式湿法清洗机的化学溶液接触；
S8：背面本征非晶硅/N型微晶硅沉积，采用低温板式等离子体化学气相沉积完成；所沉积的本征非晶硅薄膜为单层或者多层氢含量不同的非晶硅薄膜，所沉积的N型微晶硅薄膜，为磷杂质含量不同的多层薄膜；
S9：背面透明导电氧化物薄膜沉积、背面金属化、退火，使用和目前N型异质结电池相类似的工艺完成。
所述S8中N型微晶硅薄膜除了磷和氢杂质外，不含其它杂质。
所述S2中氢氟酸溶液的体积比在20％；在氢氟酸的作用下，正面BSG被反应去除，背面由于水膜保护，BSG得以保留。
所述S4中用来承载待制样品的载板，为镂空结构，待制样品正面朝下放置于镂空位置，样品正面边缘约0.5mm宽的区域被载板遮挡；SiNx镀膜过程中，只有正面未被载板遮挡的区域能够沉积SiNx薄膜，所沉积的SiNx薄膜厚度在75nm。
所述S6中采用低温链式常压化学气相沉积设备时，所用工艺气体为氧气和氮气稀释硅烷；采用低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备时，所用工艺气体为硅烷、氨气和笑气。
所述S7中使用链式碱抛光时，待制样品先和清洗机的氢氟酸溶液接触去除背面和侧边的BSG薄膜，再和清洗机的碱溶液接触。
所述S7中碱溶液温度50℃之间，浓度8％；碱溶液和样品背面的硅材料反应，使背面成为平整结构；使用链式酸抛光工艺时，待制样品先和清洗机的氢氟酸/硝酸混合溶液接触去除背面和侧边的硅材料，再和清洗机的碱溶液接触，去除前者产生的多孔硅，使背面成为平整表面。
所述S1中的硼发射极先在硅片表面覆盖一层硼掺杂剂，硼掺杂剂的覆盖区域不小于重掺杂区的区域大小；再对位于重掺杂区的硼掺杂剂进行激光掺杂形成硼化硅；然后对硼化硅进行高温推进，形成重掺杂区；接着在硅片表面形成轻掺杂区；制得硼掺杂选择性发射极；其中，所述硼掺杂剂在硅片表面的覆盖厚度为10um；所述硼化硅的硼元素掺杂浓度为1E20atm/cm3，掺杂深度为10nm。
所述S1中的碱制绒清洗液由氧化剂、碱和超纯水组成，所述氧化剂为液体氧化剂，所述的液体氧化剂在清洗液中的质量百分比为3％，所述碱在清洗液中的质量百分比为0.1％。
实施列二：
一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，所述步骤包括如下：
S1：碱制绒清洗、正面硼发射极制备，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺；正面硼发射极制备，可以是均匀硼发射极，也可以是选择性硼发射极；
S2：去BSG清洗，使用链式湿法清洗机，待制样品的正面朝下，背面朝上；背面用水膜保护，正面和链式湿法清洗机的氢氟酸溶液接触；
S3：正面AlOx沉积，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，使用常规管式或者板式原子层沉积工艺，所沉积的AlOx厚度在5nm；
S4：正面SiNx减反射膜沉积，采用板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备，工艺气体为硅烷、氨气和笑气，沉积温度在520℃；气源和等离子体源位于镀膜腔室下方；
S5：正面丝印烧结、退火，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，用来制备正面金属电极，同时提升氢钝化效果；
S6：正面掩膜沉积，沉积的掩膜为SiOx薄膜，厚度在120nm；使用低温链式常压化学气相沉积设备或者低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备来制备，所用温度在230℃，工艺过程所需的时间小于10min，以降低正面金属电极受到的影响；
S7：背面抛光清洗，采用链式碱抛光或者链式酸抛光工艺，所用设备为链式湿法清洗设备；待制样品的正面朝上，背面朝下；正面用水膜保护，背面和链式湿法清洗机的化学溶液接触；
S8：背面本征非晶硅/N型微晶硅沉积，采用低温板式等离子体化学气相沉积完成；所沉积的本征非晶硅薄膜为单层或者多层氢含量不同的非晶硅薄膜，所沉积的N型微晶硅薄膜，为磷杂质含量不同的多层薄膜；
S9：背面透明导电氧化物薄膜沉积、背面金属化、退火，使用和目前N型异质结电池相类似的工艺完成。
所述S8中N型微晶硅薄膜除了磷和氢杂质外，不含其它杂质。
所述S2中氢氟酸溶液的体积比在30％；在氢氟酸的作用下，正面BSG被反应去除，背面由于水膜保护，BSG得以保留。
所述S4中用来承载待制样品的载板，为镂空结构，待制样品正面朝下放置于镂空位置，样品正面边缘约0.5mm宽的区域被载板遮挡；SiNx镀膜过程中，只有正面未被载板遮挡的区域能够沉积SiNx薄膜，所沉积的SiNx薄膜厚度在80nm。
所述S6中采用低温链式常压化学气相沉积设备时，所用工艺气体为氧气和氮气稀释硅烷；采用低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备时，所用工艺气体为硅烷、氨气和笑气。
所述S7中使用链式碱抛光时，待制样品先和清洗机的氢氟酸溶液接触去除背面和侧边的BSG薄膜，再和清洗机的碱溶液接触。
所述S7中碱溶液温度65℃之间，浓度15％；碱溶液和样品背面的硅材料反应，使背面成为平整结构；使用链式酸抛光工艺时，待制样品先和清洗机的氢氟酸/硝酸混合溶液接触去除背面和侧边的硅材料，再和清洗机的碱溶液接触，去除前者产生的多孔硅，使背面成为平整表面。
所述S1中的硼发射极先在硅片表面覆盖一层硼掺杂剂，硼掺杂剂的覆盖区域不小于重掺杂区的区域大小；再对位于重掺杂区的硼掺杂剂进行激光掺杂形成硼化硅；然后对硼化硅进行高温推进，形成重掺杂区；接着在硅片表面形成轻掺杂区；制得硼掺杂选择性发射极；其中，所述硼掺杂剂在硅片表面的覆盖厚度为20um；所述硼化硅的硼元素掺杂浓度为1E24atm/cm3，掺杂深度为500nm。
所述S1中的碱制绒清洗液由氧化剂、碱和超纯水组成，所述氧化剂为液体氧化剂，所述的液体氧化剂在清洗液中的质量百分比为20％，所述碱在清洗液中的质量百分比为0.1％。
所制备的N型电池，背面是本征非晶硅层/N型微晶硅层/透明导电氧化物层，代替原来的隧穿氧化层/N型多晶硅层，其中本征非晶硅层/N型微晶硅层/透明导电氧化物层采用低温工艺制备，可以有效调控本征非晶硅和N型微晶硅薄膜内的氢含量，以及膜层的物理性质，本征非晶硅的氢含量高，其原子数百分比在5％-20％之间，大量的氢原子存在于N型基底的背表面，能够钝化N型基底背表面的悬挂键，另外N型微晶硅的具备电活性的磷杂质原子在16/cm3以上，可以诱导N型基底背表面形成能带弯曲，带来场钝化效果，优异的氢钝化以及良好的场钝化，使得N型太阳电池的背面钝化效果得到大幅提升，非金属区域的饱和电流密度能够降低到2fA/cm2以下，金属电极区域，由于透明导电氧化层将金属栅线和N型微晶硅隔开，避免金属栅线电极对N型微晶硅的不利影响，因此，金属电极区域的饱和电流密度也能够降低到2fA/cm2以下，饱和电流密度的降低，将有助于电池转换效率的提升，解决了目前的N型接触钝化电池的背面钝化效果欠佳的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述步骤包括如下：
S1：碱制绒清洗、正面硼发射极制备，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺；正面硼发射极制备，可以是均匀硼发射极，也可以是选择性硼发射极；
S2：去BSG清洗，使用链式湿法清洗机，待制样品的正面朝下，背面朝上；背面用水膜保护，正面和链式湿法清洗机的氢氟酸溶液接触；
S3：正面AlOx沉积，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，使用常规管式或者板式原子层沉积工艺，所沉积的AlOx厚度在1-10nm之间；
S4：正面SiNx减反射膜沉积，采用板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备，工艺气体为硅烷、氨气和笑气，沉积温度在400-550℃之间；气源和等离子体源位于镀膜腔室下方；
S5：正面丝印烧结、退火，采用和目前N型TOPCon电池类似的常规工艺，用来制备正面金属电极，同时提升氢钝化效果；
S6：正面掩膜沉积，沉积的掩膜为SiOx薄膜，厚度在30nm-150nm之间；使用低温链式常压化学气相沉积设备或者低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备来制备，所用温度在170-250℃之间，工艺过程所需的时间小于10min，以降低正面金属电极受到的影响；
S7：背面抛光清洗，采用链式碱抛光或者链式酸抛光工艺，所用设备为链式湿法清洗设备；待制样品的正面朝上，背面朝下；正面用水膜保护，背面和链式湿法清洗机的化学溶液接触；
S8：背面本征非晶硅/N型微晶硅沉积，采用低温板式等离子体化学气相沉积完成；所沉积的本征非晶硅薄膜为单层或者多层氢含量不同的非晶硅薄膜，所沉积的N型微晶硅薄膜，为磷杂质含量不同的多层薄膜；
S9：背面透明导电氧化物薄膜沉积、背面金属化、退火，使用和目前N型异质结电池相类似的工艺完成。
2.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S8中N型微晶硅薄膜除了磷和氢杂质外，不含其它杂质。
3.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S2中氢氟酸溶液的体积比在10％-35％之间；在氢氟酸的作用下，正面BSG被反应去除，背面由于水膜保护，BSG得以保留。
4.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S4中用来承载待制样品的载板，为镂空结构，待制样品正面朝下放置于镂空位置，样品正面边缘约0.5mm宽的区域被载板遮挡；SiNx镀膜过程中，只有正面未被载板遮挡的区域能够沉积SiNx薄膜，所沉积的SiNx薄膜厚度在70-90nm之间。
5.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S6中采用低温链式常压化学气相沉积设备时，所用工艺气体为氧气和氮气稀释硅烷；采用低温板式等离子体增强化学气相沉积镀膜设备时，所用工艺气体为硅烷、氨气和笑气。
6.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S7中使用链式碱抛光时，待制样品先和清洗机的氢氟酸溶液接触去除背面和侧边的BSG薄膜，再和清洗机的碱溶液接触。
7.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S7中碱溶液温度40-65℃之间，浓度1％-15％；碱溶液和样品背面的硅材料反应，使背面成为平整结构；使用链式酸抛光工艺时，待制样品先和清洗机的氢氟酸/硝酸混合溶液接触去除背面和侧边的硅材料，再和清洗机的碱溶液接触，去除前者产生的多孔硅，使背面成为平整表面。
8.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S1中的硼发射极先在硅片表面覆盖一层硼掺杂剂，硼掺杂剂的覆盖区域不小于重掺杂区的区域大小；再对位于重掺杂区的硼掺杂剂进行激光掺杂形成硼化硅；然后对硼化硅进行高温推进，形成重掺杂区；接着在硅片表面形成轻掺杂区；制得硼掺杂选择性发射极；其中，所述硼掺杂剂在硅片表面的覆盖厚度为0.1-20um；所述硼化硅的硼元素掺杂浓度为1E20-1E24atm/cm3，掺杂深度为10-500nm。
9.根据权利要求1所述一种增强背面钝化的N型电池的制备方法，其特征在于：所述S1中的碱制绒清洗液由氧化剂、碱和超纯水组成，所述氧化剂为液体氧化剂，所述的液体氧化剂在清洗液中的质量百分比为3％-20％，所述碱在清洗液中的质量百分比为0.1％。
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