CN220491896U - 一种TOPCon电池结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种TOPCon电池结构,包括硅基底,在硅基底的背面设有磷扩散掺杂层,磷扩散掺杂层上布有由内向外依次包括隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层的网格状图形,磷扩散掺杂层和磷掺杂多晶硅层的表面覆盖有背面钝化层,在硅基底的背面还设有背面栅线,背面栅线贯穿背面钝化层与磷掺杂多晶硅层形成欧姆接触,背面栅线在硅基底背面上的图形形状与网格状图形相同。本实用新型TOPCon电池结构,能在有效减少Poly层寄生吸收的同时也能保障背面载流子的横向传输,以及能够提高载流子的迁移速率,进而能够显著提升TOPCon电池的效率,对于进一步提升TOPCon电池竞争力具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本实用新型属于TOPCon电池技术领域,涉及一种TOPCon电池结构。
背景技术
如图1所示,常规TOPCon电池具有背面隧穿氧化钝化结构,包括在背面制备的隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层(n++poly结构),其中磷掺杂多晶硅层能起到良好的场钝化作用,同时能改善栅线的接触,但是由于背面poly层对长波段光有较大的寄生吸收,导致长波段光的量子效率偏低,利用率低,造成电池的转换效率损失。
为改善TOPCon电池长波段光的寄生吸收问题,行业里面主要有3种方案:第一种是通过减薄整体掺杂多晶硅层的厚度,改善寄生吸收问题,该方案能够将掺杂多晶硅厚度减薄至100-120nm,但继续减薄对于浆料技术的要求更高,而且当前浆料技术难以实施;第二种是通过碳掺杂改善寄生吸收问题,但是该方案对带来的改善效果有限;第三种是将整面遂穿氧化层-多晶硅层结构改成图形化的遂穿氧化层-多晶硅层,通过减少掺杂多晶硅面积减少长波段光的寄生吸收,即poly-finger方案,如图2所示,该poly-finger结构中通过清洗将除背面栅线接触区域外的poly层去除,由此降低磷掺杂多晶硅层对长波段光的寄生吸收,然而,该poly-finger结构削弱了背面载流子的横向传输能力,降低了电池的填充因子,这不利于提高TOPCon电池效率。
因此,如何在减少背面多晶硅层寄生吸收的同时有效改善背面载流子的横向传输性能,以及提高载流子的迁移速率并提高TOPCon电池效率,对于进一步提升TOPCon电池竞争力具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种背面横向传输性能优异、载流子迁移速率高、光电转换效率高的TOPCon电池结构。
为解决上述技术问题,本实用新型采用以下技术方案。
一种TOPCon电池结构,包括硅基底,所述硅基底的背面设有磷扩散掺杂层,所述磷扩散掺杂层上布有网格状图形,所述网格状图形的结构由内向外依次包括隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层,所述磷扩散掺杂层和磷掺杂多晶硅层的表面覆盖有背面钝化层;所述硅基底的背面还设有背面栅线,所述背面栅线贯穿所述背面钝化层与所述磷掺杂多晶硅层形成欧姆接触,所述背面栅线在硅基底背面上的图形形状与所述网格状图形相同。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述磷扩散掺杂层的厚度≤0.5μm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述隧穿氧化层为氧化硅层;所述隧穿氧化层的厚度为1.0nm~2.5nm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述磷掺杂多晶硅层的厚度为30nm~200nm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述背面钝化层为氮化硅层;所述背面钝化层的厚度为65nm~90nm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硅基底的正面由内向外设有硼扩散发射极层、正面钝化层、减反射层。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硼扩散发射极层中还形成有局部硼扩重掺杂区域。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硅基底的正面还设有正面栅线;所述正面栅线依次贯穿所述减反射层和正面钝化层后在所述硼扩重掺杂区域上形成欧姆接触。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硅基底的正面与所述正面栅线相对的表面区域中还形成有硼重掺杂区域。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硼扩散发射极层的厚度为0.8μm~5μm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述正面钝化层为氧化铝层;所述正面钝化层的厚度为2nm~8nm。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述减反射层为由氮化硅膜、氮氧硅膜、氧化硅膜依次堆叠而成的复合减反射膜;所述氮化硅膜的厚度为5nm~50nm;所述氮氧硅膜的厚度为10nm~30nm;所述氧化硅膜的厚度为5m~30nm;所述减反射层的总厚度为60nm~100nm;所述减反射层的折射率为1.8~2.3。
上述的TOPCon电池结构,进一步改进的,所述硅基底为N型硅片;所述硅基底的尺寸为182mm×182mm,厚度为100μm~180μm。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:
针对TOPCon电池poly-finger结构中背面载流子横向传输性能差、载流子迁移率低、复合速率高等不足,以及由此导致的TOPCon电池的FF低、光电转换效率低等缺陷,本实用新型创造性的提出了一种TOPCon电池结构,在硅基底背面与隧穿氧化层之间设置磷扩散掺杂层,通过磷扩散可改善背面电流的横向传输,而且利用磷扩散吸杂作用,可以降低金属复合中心,以及减少体相复合速率,从而有利于提高TOPCon电池的效率。与此同时,在硅基底背面设置的磷扩散掺杂层,可以在硅基底上形成高低结(n+区),而且该磷扩散掺杂层与磷掺杂多晶硅层(n++poly层)也有高低结作用,由此可以有效提高载流子的迁移率。更为重要的是,由隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层构成的钝化结构层以网格状图形形式设置在磷扩散掺杂层上,且该网格状钝化结构层的图形形状与电池背面的栅线图形一致,由此可以显著降低磷掺杂多晶硅层对长波段光的寄生吸收,提升其量子效率,从而能够增加双面TOPCon电池片对太阳光的有效利用率,以及提高电池的转换效率。本实用新型TOPCon电池结构,能在有效减少Poly层寄生吸收的同时也能保障背面载流子的横向传输,以及能够提高载流子的迁移速率,进而能够显著提升TOPCon电池的效率,对于进一步提升TOPCon电池竞争力具有十分重要的意义。
附图说明
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为常规TOPCon电池结构的示意图。
图2为常规poly-finger电池结构的结构示意图。
图3为本实用新型的TOPCon电池结构的示意图。
图4为本实用新型TOPCon电池结构的制造过程中磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度曲线图。
图5为本实用新型TOPCon电池结构的制造过程中背面激光开槽图形示意图。
图例说明:
11、背面栅线;12、正面栅线;2、减反射层;3、正面钝化层;4、硼扩散发射极层;5、磷扩散掺杂层;6、隧穿氧化层;7、磷掺杂多晶硅层;8、背面钝化层;9、硼重掺杂区域。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述,但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例:
如图1所示,常规TOPCon电池具有背面隧穿氧化钝化结构,包括在背面制备的隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层(n++poly结构),其中磷掺杂多晶硅层能起到良好的场钝化作用,以及能改善栅线的接触,但是由于背面poly层对长波段光有较大的寄生吸收作用,导致长波段光的量子效率偏低,利用率低,造成电池的转换效率损失。为解决TOPCon电池寄生吸收的问题,研究人员提出了一种在背面设计的poly-finger结构,如图2所示,该poly-finger结构中通过清洗将除背面栅线接触区域外的poly层去除,由此可以降低磷掺杂多晶硅层对长波段光的寄生吸收,然而,该poly-finger结构削弱了背面载流子的横向传输能力,降低了电池的填充因子,这不利于提高TOPCon电池效率。
针对上述TOPCon电池poly-finger结构中背面载流子横向传输性能差、载流子迁移率低、复合速率高等不足,以及由此导致的电池TOPCon的FF低、光电转换效率低等缺陷,本实用新型创造性的提出了一种TOPCon电池结构,如图3所示,该TOPCon电池结构,包括硅基底,在硅基底的背面设有磷扩散掺杂层5,磷扩散掺杂层5上布设有网格状图形,网格状图形的结构由内向外依次包括隧穿氧化层6和磷掺杂多晶硅层7,磷扩散掺杂层5和磷掺杂多晶硅层7的表面覆盖有背面钝化层8;该TOPCon电池背面还设有背面栅线11,背面栅线11贯穿背面钝化层8后与磷掺杂多晶硅层7形成欧姆接触,背面栅线11的图形形状与隧穿氧化层-掺杂多晶硅层组成的网格状图形一致,即背面栅线11印刷在隧穿氧化层-掺杂多晶硅层的网格状图形。
本实施例中,磷扩散掺杂层5的厚度≤0.30μm。
本实施例中,隧穿氧化层6为氧化硅层(SiOx层),隧穿氧化层6的厚度为1.6nm。
本实施例中,磷掺杂多晶硅层7的厚度为120nm。
本实施例中,背面钝化层8为氮化硅层,背面钝化层8的厚度为75nm。
本实施例中,硅基底的正面由内向外设有硼扩散发射极层4、正面钝化层3、减反射层2。
本实施例中,硼扩散发射极层4中还形成有局部硼重掺杂区域9。
本实施例中,硅基底的正面还设有正面栅线12,正面栅线12依次贯穿减反射层2和正面钝化层3后在硼扩重掺杂区域9上形成欧姆接触。
本实施例中,硼扩散发射极层4的厚度为1.6μm。
本实施例中,正面钝化层3为氧化铝层,正面钝化层3的厚度为4nm;
本实施例中,减反射层2为由氮化硅膜、氮氧硅膜、氧化硅膜依次堆叠而成的复合减反射膜,该减反射层2的总厚度为80nm,其中氮化硅膜、氮氧硅膜、氧化硅膜的厚度依次为38nm、22nm、20nm;减反射层2的折射率为2.05。
本实施例中,硅基底为N型硅片,电阻率为1Ω/cm,尺寸为182mm×182mm,厚度为130μm。
一种上述本实施例中的TOPCon电池结构的制造方法,包括以下步骤:
(1)硅基底制绒,将电阻率为1Ω/cm、尺寸为182×182mm、厚度为130μm的N型硅片(硅基底)放入浓度为1.1%的KOH溶液或者NaOH溶液中碱洗去除损伤层,然后放入含制绒添加剂的浓度为1.3%的KOH溶液或者NaOH溶液中制绒,在硅片表面形成绒面,绒面反射率≤12%,减重0.35g。
(2)对制绒后的硅片正面进行前硼扩工艺,在硅片正面形成浅硼扩散发射极,其中正面方阻控制在110Ω/sq,BSG厚度40nm。
(3)对硅片正面的浅硼扩散发射极连接栅线的区域进行激光SE掺杂,激光区域方阻降35Ω/sq,形成p++区域,即为硼重掺杂区域。
(4)对硅片正面进行高温后氧化,方阻控制在220Ω/sq,BSG厚度>120nm。
(5)对硅片背面进行碱抛光和边缘隔断,使用浓度为50%的HF溶液去除背面BSG,背面达到整体疏水效果,随后放入含添加剂的浓度为3.7%的KOH溶液或者NaOH溶液中抛光,使抛光面的反射率≥40%,减重0.2g。
(6)对硅片抛光面进行磷扩散,在背面和侧面形成PSG,扩散方阻值控制在40Ω/sq之间,扩散深度不超过0.5μm。
(7)对硅片正面进行链式清洗,使用浓度为19%的HF溶液去除侧面PSG,同时控制清洗时间,使正面BSG减薄≤60nm。
(8)对硅片进行槽式清洗,放入含添加剂的浓度为4%的KOH溶液或者NaOH溶液中清洗,去除侧面由磷扩散形成的n+层,侧面刻蚀深度>300nm。
(9)对硅片背面进行链式去PSG清洗,使用浓度为36%的HF溶液去除背面及侧面的PSG,槽式碱洗去除部分磷扩散死层,腐蚀深度100nm。
(10)在硅片背面生长隧穿氧化层及掺杂非晶硅结构,具体是使用PECVD技术生长厚度为1.6nm的隧穿氧化层(SiOx层),沉积厚度为120nm的磷掺杂非晶硅层和20nm的PSG层。
(11)对硅片背面的掺杂非晶硅层进行晶化退火,退火温度为900℃,磷掺杂非晶硅层转化为磷掺杂多晶硅层,此时背面的磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度曲线,如图4所示。由图4可知,相比常规制备工艺,本实施例中采用的磷扩散+PE-POLY+退火的工艺能够显著提高磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度。
(12)使用激光对硅片背面PSG非栅线区域进行开槽去膜,去除对应区域上的PSG层,使多晶硅裸露出来,便于后续碱洗去除,激光图形如图5所示。如图5所示,阴影区域为需要开槽去膜的区域。
(13)去除硅片正面绕镀PSG、多晶硅和背面激光开槽处的掺杂多晶硅,具体是首先使用浓度为19%的HF溶液去除正面绕镀多晶硅上的PSG,并注意保留正面厚度为(5~50nm)的BSG,使用含添加剂的浓度为4%的KOH溶液或NaOH溶液清洗去除激光开槽处的磷掺杂多晶硅层和正面及边缘绕镀的多晶硅。
(14)使用浓度为20%~40%的HF溶液去除硅片正面的BSG层和背面的PSG层及激光开槽处的隧穿氧化层,使硅片背面形成图形形状与背面栅线图形匹配。
(15)在硅片正面生长钝化层、减反射层,通过ALD和PECVD技术分别在硅片正面生长氧化铝钝化膜(AlOx膜)和氮化硅/氮氧硅/氧化硅复合减反射膜,其中AlOx膜的厚度为4nm,氮化硅/氮氧硅/氧化硅复合减反射膜的总厚度为80nm,其中氮化硅膜、氮氧硅膜、氧化硅膜的厚度依次为38nm、22nm、20nm,折射率为2.05。
(16)在硅片背面生长钝化层,具体是通过PECVD技术在硅片背面的磷扩散掺杂层和磷掺杂多晶硅层的表面生长氮化硅钝化层,厚度为75nm,使磷扩散掺杂层和磷掺杂多晶硅层的表面均匀覆盖有氮化硅钝化层。
(17)在硅片正面、背面进行丝网印刷、烘干、烧结和光注入,分别在硅片正面和背面多晶硅区域丝网印刷银浆(正面细栅银铝浆),形成栅线图形,随后烧结,烧结温度控制在770℃,形成电极图形,完成TOPCon电池的制备。
经测试:该实施例中制备的TOPCon电池的FF为83.7,且光电转换效率为25.30%;而如图2所示的具有poly-finger结构的TOPCon电池的FF为83.1,且光电转换效率为25.15%。可见,本实用新型提出的TOPCon电池结构,能在减少Poly层寄生吸收的同时保障背面载流子的横向传输,同时通过优化高低结结构,有效提高了载流子的迁移速率,降低了复合速率,并最终有效的提升TOPCon电池的效率。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种TOPCon电池结构,包括硅基底,其特征在于,所述硅基底的背面设有磷扩散掺杂层(5),所述磷扩散掺杂层(5)上布有网格状图形,所述网格状图形的结构由内向外依次包括隧穿氧化层(6)和磷掺杂多晶硅层(7),所述磷扩散掺杂层(5)和磷掺杂多晶硅层(7)的表面覆盖有背面钝化层(8);所述硅基底的背面还设有背面栅线(11),所述背面栅线(11)贯穿所述背面钝化层(8)与所述磷掺杂多晶硅层(7)形成欧姆接触,所述背面栅线(11)在硅基底背面上的图形形状与所述网格状图形相同。
2.根据权利要求1所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述磷扩散掺杂层(5)的厚度≤0.5μm。
3.根据权利要求1所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述隧穿氧化层(6)为氧化硅层;所述隧穿氧化层(6)的厚度为1.0nm~2.5nm。
4.根据权利要求1所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述磷掺杂多晶硅层(7)的厚度为30nm~200nm。
5.根据权利要求1所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述背面钝化层(8)为氮化硅层;所述背面钝化层(8)的厚度为65nm~90nm。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述硅基底的正面由内向外设有硼扩散发射极层(4)、正面钝化层(3)、减反射层(2)。
7.根据权利要求6所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述硼扩散发射极层(4)中还形成有局部硼重掺杂区域(9)。
8.根据权利要求7所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述硅基底的正面还设有正面栅线(12);所述正面栅线(12)依次贯穿所述减反射层(2)和正面钝化层(3)后在所述硼重掺杂区域(9)上形成欧姆接触。
9.根据权利要求6所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述硼扩散发射极层(4)的厚度为0.8μm~5μm;
所述正面钝化层(3)为氧化铝层;所述正面钝化层(3)的厚度为2nm~8nm;
所述减反射层(2)为由氮化硅膜、氮氧硅膜、氧化硅膜依次堆叠而成的复合减反射膜;所述氮化硅膜的厚度为5nm~50nm;所述氮氧硅膜的厚度为10nm~30nm;所述氧化硅膜的厚度为5m~30nm;所述减反射层(2)的总厚度为60nm~100nm;所述减反射层(2)的折射率为1.8~2.3。
10.根据权利要求1~5中任一项所述的TOPCon电池结构,其特征在于,所述硅基底为N型硅片;所述硅基底的尺寸为182mm×182mm,厚度为100μm~180μm。
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