一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法

摘要

本发明提供了一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法，该电池结构自上往下为氮化硅层、氧化铝层、掺硼氧化硅层、二氧化硅层、N型硅基体、二氧化硅层、掺磷晶硅层以及氮化硅层，上表面二氧化硅层起到钝化掺硼氧化硅层及硅基体的同时，在其一侧重掺杂(P+)氧化硅隔形成的反阻挡层，隔离电子迁移降低了表面复合，以及退火后的氧化铝层对掺硼氧化硅层起到场钝化作用，下表面掺杂后非晶硅+隧穿氧化层组成的TOPCon结构提升选择载流子的作用，两者共同作用下有利于太阳能电池效率的提升。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池生产制造领域，具体涉及一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法。

背景技术

晶硅电池是一种有效吸收太阳能，利用光生伏打效应把光能转换为电能，当太阳光照射在晶硅电池上，电子-空穴对在PN结电场作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，连通后形成电流。

但是现有制备晶硅电池结构中复合严重，制约电池片的转换效率，TOPCon电池结构在背面由一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，具有选择载流子的作用，可以显著降低背面区域的复合，提升了转换效率，在前表面依然是通过杂质掺杂制作PN结，如何降低前表面面的复合缺陷将是进一步提升TOPCon电池的又一关键。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择N型硅片作为衬底材料，对N型硅基体进行清洗制绒，使硅片表面产生金字塔状表面结构；

S2：在硅片前表面生长二氧化硅层以及氧化硅层，对硅片前表面进行硼扩散；

S3：对硅片四周及背面进行BSG清洗；

S4：在硅片背表面制作隧穿氧化层及非晶硅层；

S5：对硅片背表面进行磷掺杂及退火得到一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成TOPCon结构；

S6：对硅片四周及正面将绕镀非晶硅及PSG清洗；

S7：在硅片正表面形成氧化铝层，退火后富集负电荷的氧化铝薄层将对P+层起到场钝化作用，进一步提升转换效率；

S8：在电池两面进行氮化硅膜层的淀积。

优选地，二氧化硅层的形成包括：硝酸氧化法、热氧化法、PECVD或LPCVD制备法；

优选地，步骤S2具体包括以下步骤：

S2-1：采用PECVD方式制作二氧化硅层，以N2O为氧化源，其中，管压控制在190pa-230pa，温度控制在420℃-480℃，功率控制在8kw-12kw，N2O量控制在4000sccm-6000sccm，开关比控制在1：20-1：30；

S2-2：采用PECVD方式制作氧化硅层，以N2O、SiH4为通入源，管压控制在220pa-260pa，温度控制在430℃-490℃，功率控制在10kw-14kw，N2O：SiH4控制在2：1-4：1，开关比控制在1：15-1：25；

S2-3：使用BBr3/BCl3为杂质源，通过高温扩散得到掺硼氧化硅，通源温度控制在860℃-880℃，氧气：硼源为1：1-1：3，时间控制在300-900s，升温至890-910℃，恒温带氧推进300-900s，降温至860-880℃出管。

优选地，所述二氧化硅层厚的在2-4nm

优选地，所述氧化硅层的厚度在80-200nm；

优选地，制备的电池结构自上往下依次为氮化硅层、氧化铝层、掺硼氧化硅层、二氧化硅层、N型硅基体、二氧化硅层、掺磷晶硅层以及氮化硅层。

采用以上方案后，本发明具有如下优点：本发明中上表面二氧化硅层起到钝化掺硼氧化硅层及硅基体的作用，同时在其一侧重掺杂(P+)氧化硅隔形成的反阻挡层，阻隔电子迁移降低了表面复合，增大了电流的横向传输能力，加之退火后的氧化铝层对掺硼氧化硅层起到场钝化的作用，两者共同作用下起到钝化前表面场的功能，提高了太阳能电池效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明中前表面钝化的TOPCon电池结构；

图中数字表示：1、氮化硅层；2、氧化铝层；3、掺硼氧化层；4、二氧化硅层；5、N型硅基体；6、二氧化硅层，7、掺磷晶硅层，8、氮化硅层，9-10、印刷电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本发明一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：择N型硅片作为衬底材料，对N型硅基体进行清洗制绒，使硅片表面产生金字塔状表面结构；

S2：采用PECVD制作正表面二氧化硅层+掺硼氧化层，上表面进行二氧化硅层及氧化层的制作，减少了工艺工序，在进行硼扩散：

S2-1：采用PECVD方式制作二氧化硅层，以N2O为氧化源，其中，管压控制在190pa，温度控制在420℃，功率控制在8kw，N2O量控制在4000sccm，开关比控制在1：20，形成厚度在2-4nm，厚度选择上兼容考虑到，太薄则不能起到钝化硅基体及掺硼氧化层的作用，以及不能阻隔硼原子对其的穿透破坏，太厚将弱化PN结发射载流子的能力；

S2-2：采用PECVD方式制作氧化硅层，以N2O、SiH4为通入源，管压控制在220pa，温度控制在430℃，功率控制在10kw，N2O：SiH4控制在2：1，开关比控制在1：15，厚度控制在80nm；

S2-3：使用BBr3/BCl3为杂质源，通过高温扩散得到掺硼氧化硅，通源温度控制在860℃，氧气：硼源为1：1，时间控制在300s，升温至890℃，恒温带氧推进300s，降温至860℃出管；

S3：对电池四周及背面进行BSG清洗；

S4：电池片背面制作隧穿氧化层及非晶硅层；

S5：对电池背面进行磷掺杂及退火得到一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成TOPCon结构；

S6：对电池四周及正面将绕镀非晶硅及PSG清洗；

S7：在正表面形成氧化铝层，退火后富集负电荷的氧化铝薄层将对P+层起到场钝化作用，进一步提升转换效率；

S8：在电池两面进行氮化硅膜层的淀积；

实施例二

本发明一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：择N型硅片作为衬底材料，对N型硅基体进行清洗制绒，使硅片表面产生金字塔状表面结构；

S2：在制作正表面二氧化硅层+掺硼氧化层上本实例使用PECVD的方式，上表面进行二氧化硅层及氧化层的制作，减少了工艺工序，在进行硼扩散：

S2-1：采用PECVD方式制作二氧化硅层，以N2O为氧化源，其中，管压控制在230pa，温度控制在480℃，功率控制在12kw，N2O量控制在6000sccm，开关比控制在1：30，形成厚度在2-4nm，厚度选择上兼容考虑到，太薄则不能起到钝化硅基体及掺硼氧化层的作用，以及不能阻隔硼原子对其的穿透破坏，太厚将弱化PN结发射载流子的能力；

S2-2：采用PECVD方式制作氧化硅层，以N2O、SiH4为通入源，管压控制在260pa，温度控制在490℃，功率控制在14kw，N2O：SiH4控制在4：1，开关比控制在1：25，厚度控制在80-200nm；

S2-3：使用BBr3/BCl3为杂质源，通过高温扩散得到掺硼氧化硅，通源温度控制在880℃，氧气：硼源为1：3，时间控制在900s，升温至910℃，恒温带氧推进900s，降温至880℃出管；

S3：对电池四周及背面进行BSG清洗；

S4：电池片背面制作隧穿氧化层及非晶硅层；

S5：对电池背面进行磷掺杂及退火得到一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成TOPCon结构；

S6：对电池四周及正面将绕镀非晶硅及PSG清洗；

S7：在正表面形成氧化铝层，退火后富集负电荷的氧化铝薄层将对P+层起到场钝化作用，进一步提升转换效率；

S8：在电池两面进行氮化硅膜层的淀积；

实施例三

本发明一种前表面钝化的TOPCon电池结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：择N型硅片作为衬底材料，对N型硅基体进行清洗制绒，使硅片表面产生金字塔状表面结构；

S2：在制作正表面二氧化硅层+掺硼氧化层上本实例使用PECVD的方式，上表面进行二氧化硅层及氧化层的制作，减少了工艺工序，在进行硼扩散：

S2-1：采用PECVD方式制作二氧化硅层，以N2O为氧化源，其中，管压控制在210pa，温度控制在450℃，功率控制在10kw，N2O量控制在5000sccm，开关比控制在1：25，形成厚度在2-4nm，厚度选择上兼容考虑到，太薄则不能起到钝化硅基体及掺硼氧化层的作用，以及不能阻隔硼原子对其的穿透破坏，太厚将弱化PN结发射载流子的能力；

S2-2：采用PECVD方式制作氧化硅层，以N2O、SiH4为通入源，管压控制在240pa，温度控制在460℃，功率控制在12kw，N2O：SiH4控制在3：1，开关比控制在1：20，厚度控制在80-200nm；

S2-3：使用BBr3/BCl3为杂质源，通过高温扩散得到掺硼氧化硅，通源温度控制在870℃，氧气：硼源为1：2，时间控制在600s，升温至900℃，恒温带氧推进600s，降温至870℃出管；

S3：对电池四周及背面进行BSG清洗；

S4：电池片背面制作隧穿氧化层及非晶硅层；

S5：对电池背面进行磷掺杂及退火得到一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成TOPCon结构；

S6：对电池四周及正面将绕镀非晶硅及PSG清洗；

S7：在正表面形成氧化铝层，退火后富集负电荷的氧化铝薄层将对P+层起到场钝化作用，进一步提升转换效率；

S8：在电池两面进行氮化硅膜层的淀积；

最终制备的电池结构自上往下依次为氮化硅层1、氧化铝层2、掺硼氧化硅层3、二氧化硅层4、N型硅基体5、二氧化硅层6、掺磷晶硅层7以及氮化硅层8，电池正表面及背表面上还设有印刷电机9-10。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。