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CN110137274A - 一种双面钝化接触的p型高效电池及其制备方法 - Google Patents

一种双面钝化接触的p型高效电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，包括以下步骤：S1、清洗制绒；S2、正面多晶硅制备；S3、制备掩膜；S4、刻蚀；S5、扩散；S6、清洗；S7、退火；S8、背面多晶硅层制备；S9、正面SiNx减反射层制备；S10、印刷。本发明还公开了一种双面钝化接触的P型高效电池，包括P型单晶硅，所述N型发射极远离P型单晶硅设置有正面超薄氧化硅层；所述P型单晶硅背面设置有背面超薄氧化硅层。本发明在电池的正反两面均利用隧道氧化层钝化接触结构，具备良好的表面钝化效果，在正面金属栅线正下方和背面铝背场下方对硅表面进行了钝化，避免了金属与硅基的直接接触，减小表面复合，提升电池转换效率。

Description

一种双面钝化接触的P型高效电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池钝化技术领域，具体为一种双面钝化接触的P型高效电池及其制备方法。
背景技术
统晶硅太阳能电池的效率近年来上升很快，市场对高效电池的需求与期望越来越高，各种新技术、新结构被采用在最近的高效电池生产中，比如异质结结构(HIT)和隧道氧化层钝化接触(TOPCon)结构等。
在太阳能电池的各项损失中，表面复合的损失占据了相当大的比重，而金属与硅基接触位置的复合损失也难以忽略。
在传统PERC电池中，正面栅线与发射极的接触不可避免，尽管可以使用选择性发射极(SE)技术使表面复合降低，但缺点是：金属与半导体的接触依然带来大量复合，使开路电压Voc和短路电流Isc受到损失。
背面的氧化铝镀层虽然起到了钝化表面的作用，但其本身具有绝缘性，需要使用激光进行开槽才能使背面铝背场与硅接触从而收集载流子，激光开口率的大小会影响到表面复合的程度，但缺点是：会导致电池的填充因子FF偏低，有一定局限性，限制了PERC电池效率的进一步提升。
上述使用选择性发射极(SE)和激光开槽的方式去减少表面复合降低，效果均不够好，缺陷较为明显，所以需要一种新型的双面钝化接触的电池去减小表面复合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双面钝化接触的P型高效电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双面钝化接触的P型高效电池，包括P型单晶硅，所述P型单晶硅正面设置有N型发射极，所述N型发射极远离P型单晶硅设置有正面超薄氧化硅层，所述正面超薄氧化硅层上方设置有N型多晶硅层，且正面超薄氧化硅层同一平面的两侧设置有氧化层，所述N型多晶硅层和氧化层上方设置有SiNx减反射层，且N型多晶硅层上设置有Ag栅线，所述Ag栅线穿过SiNx减反射层连接于N型多晶硅层上；
所述P型单晶硅背面设置有背面超薄氧化硅层，所述背面超薄氧化硅层远离P型单晶硅一侧设置有P型多晶硅层，所述P型多晶硅层下方设置有Al背场。
一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，包括以下步骤：S1、清洗制绒：将P型单晶硅经清洗后制备特殊绒面结构，控制P型单晶硅表面反射率在9-11％；
S2、正面多晶硅制备：在已制备出绒面的P型单晶硅正面制备一层正面超薄氧化硅层和一层N型多晶硅层，正面超薄氧化硅层的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，N型多晶硅层的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S3、制备掩膜：在N型多晶硅层表面用网版印刷法制备一层掩膜，掩膜的图形与Ag栅线图形一致；
S4、刻蚀：使用HNO3与HF的混合溶液，对硅片正面进行刻蚀，去除非掩膜区域的正面超薄氧化硅层和N型多晶硅层，随后去除掩膜；
S5、扩散：在硅片的正面进行高温扩散，形成N型发射极；
S6、清洗：去除扩散形成的磷硅玻璃和边缘PN结；
S7、退火：在硅片的正面超薄氧化硅层平面上形成氧化层；
S8、背面多晶硅层制备：在P型单晶硅的背面制备一层背面超薄氧化硅层和一层P型多晶硅层，背面超薄氧化硅层的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，P型多晶硅层的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S9、正面SiNx减反射层制备：在硅片正面以PECVD法制备SiNx减反射层，控制厚度在60-90nm、折射率在2.08-2.12；
S10、印刷：在正面的N型多晶硅层上印刷Ag栅线，并在背面的P型多晶硅层上印刷Al背场。
优选的，绒面结构包括金字塔形和倒金字塔形。
优选的，步骤S4中，所使用的HNO3与HF浓度比为45％-50％：6％-8％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的隧道氧化层钝化接触(TOPCon)结构不仅具备良好的化学钝化效果，利用一层超薄的允许电子空穴隧穿的氧化层与一层N型或P型掺杂的多晶硅组成的，不同的掺杂类型具备不同的载流子选择性，同时避免了金属电极与硅基体的直接接触，减小了复合，提高电池效率。
本发明在电池的正反两面均利用隧道氧化层钝化接触结构，具备良好的表面钝化效果，在正面金属栅线正下方和背面铝背场下方对硅表面进行了钝化，避免了金属与硅基的直接接触，减小表面复合，提升电池转换效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的制备方法流程框图。
图中：1P型单晶硅、2正面超薄氧化硅层、3N型多晶硅层、4N型发射极、5氧化层、6背面超薄氧化硅层、7P型多晶硅层、8SiNx减反射层、9Ag栅线、10Al背场。
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、完整地描述，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。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种双面钝化接触的P型高效电池，包括P型单晶硅1，P型单晶硅1正面设置有N型发射极4，N型发射极4远离P型单晶硅1设置有正面超薄氧化硅层2，正面超薄氧化硅层2上方设置有N型多晶硅层3，正面超薄氧化硅层2和N型多晶硅层3处于同一竖直面内，且N型多晶硅层3完全盖住正面超薄氧化硅层2，形成非常好的隧道氧化层钝化接触结构，正面超薄氧化硅层2同一平面的两侧设置有氧化层5，通过后续退火氧化形成，氧化层5为氧化硅层，与正面超薄氧化硅层2厚度相同，N型多晶硅层3和氧化层5上方设置有SiNx减反射层8，且N型多晶硅层3上设置有Ag栅线9，Ag栅线9穿过SiNx减反射层8连接于N型多晶硅层3上。
P型单晶硅1背面设置有背面超薄氧化硅层6，背面超薄氧化硅层6远离P型单晶硅1一侧设置有P型多晶硅层7，形成背面的隧道氧化层钝化接触结构，P型多晶硅层7下方设置有Al背场10。
一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，包括以下步骤：S1、清洗制绒：将P型单晶硅1经清洗后制备特殊绒面结构，绒面结构包括金字塔形和倒金字塔形，控制P型单晶硅1表面反射率在9-11％；
S2、正面多晶硅制备：在已制备出绒面的P型单晶硅1正面制备一层正面超薄氧化硅层2和一层N型多晶硅层3，正面超薄氧化硅层2的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，N型多晶硅层3的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S3、制备掩膜：在N型多晶硅层3表面用网版印刷法制备一层掩膜，掩膜的图形与Ag栅线9图形一致；
S4、刻蚀：使用HNO3与HF的混合溶液，所使用的HNO3与HF浓度比为45％-50％：6％-8％，对硅片正面进行刻蚀，去除非掩膜区域的正面超薄氧化硅层2和N型多晶硅层3，随后去除掩膜；
S5、扩散：在硅片的正面进行高温扩散，形成N型发射极4；
S6、清洗：去除扩散形成的磷硅玻璃和边缘PN结；
S7、退火：在硅片的正面超薄氧化硅层2平面上形成氧化层5；
S8、背面多晶硅层制备：在P型单晶硅1的背面制备一层背面超薄氧化硅层6和一层P型多晶硅层7，背面超薄氧化硅层6的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，P型多晶硅层7的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S9、正面SiNx减反射层8制备：在硅片正面以PECVD法制备SiNx减反射层8，控制厚度在60-90nm、折射率在2.08-2.12；
S10、印刷：在正面的N型多晶硅层3上印刷Ag栅线9，图形与S3中的掩膜图形一致，并在背面的P型多晶硅层7上印刷Al背场10。
实施例一：
一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、清洗制绒：将P型单晶硅1经清洗后制备特殊绒面结构，绒面结构包括金字塔形和倒金字塔形，控制P型单晶硅1表面反射率在10％；
S2、正面多晶硅制备：在已制备出绒面的P型单晶硅1正面制备一层正面超薄氧化硅层2和一层N型多晶硅层3，正面超薄氧化硅层2的厚度控制在1nm，其采用干法氧化法制备，N型多晶硅层3的厚度控制在30nm，其采用PECVD法制备；
S3、制备掩膜：在N型多晶硅层3表面用网版印刷法制备一层掩膜，掩膜的图形与Ag栅线9图形一致，将正面超薄氧化硅层2和N型多晶硅层3遮掩住；
S4、刻蚀：使用HNO3与HF的混合溶液，所使用的HNO3与HF浓度比为50％：8％，对硅片正面进行刻蚀，去除非掩膜区域的正面超薄氧化硅层2和N型多晶硅层3，即将正面超薄氧化硅层2两侧的正面超薄氧化硅层2和N型多晶硅层3均去除掉，随后去除N型多晶硅层3上的掩膜；
S5、扩散：在硅片的正面进行高温扩散，形成N型发射极4；
S6、清洗：去除扩散形成的磷硅玻璃和边缘PN结；
S7、退火：在硅片的正面超薄氧化硅层2平面上形成氧化层5；
S8、背面多晶硅层制备：在P型单晶硅1的背面制备一层背面超薄氧化硅层6和一层P型多晶硅层7，背面超薄氧化硅层6的厚度控制在1nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，P型多晶硅层7的厚度控制在30nm，其采用PECVD法制备；
S9、正面SiNx减反射层8制备：在硅片正面以PECVD法制备SiNx减反射层8，控制厚度在60nm、折射率在2.10；
S10、印刷：在正面的N型多晶硅层3上印刷Ag栅线9，并在背面的P型多晶硅层7上印刷Al背场10。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种双面钝化接触的P型高效电池，包括P型单晶硅(1)，其特征在于：所述P型单晶硅(1)正面设置有N型发射极(4)，所述N型发射极(4)远离P型单晶硅(1)设置有正面超薄氧化硅层(2)，所述正面超薄氧化硅层(2)上方设置有N型多晶硅层(3)，且正面超薄氧化硅层(2)同一平面的两侧设置有氧化层(5)，所述N型多晶硅层(3)和氧化层(5)上方设置有SiNx减反射层(8)，且N型多晶硅层(3)上设置有Ag栅线(9)，所述Ag栅线(9)穿过SiNx减反射层(8)连接于N型多晶硅层(3)上；
所述P型单晶硅(1)背面设置有背面超薄氧化硅层(6)，所述背面超薄氧化硅层(6)远离P型单晶硅(1)一侧设置有P型多晶硅层(7)，所述P型多晶硅层(7)下方设置有Al背场(10)。
2.一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、清洗制绒：将P型单晶硅(1)经清洗后制备特殊绒面结构，控制P型单晶硅(1)表面反射率在9-11％；
S2、正面多晶硅制备：在已制备出绒面的P型单晶硅(1)正面制备一层正面超薄氧化硅层(2)和一层N型多晶硅层(3)，正面超薄氧化硅层(2)的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，N型多晶硅层(3)的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S3、制备掩膜：在N型多晶硅层(3)表面用网版印刷法制备一层掩膜，掩膜的图形与Ag栅线(9)图形一致；
S4、刻蚀：使用HNO3与HF的混合溶液，对硅片正面进行刻蚀，去除非掩膜区域的正面超薄氧化硅层(2)和N型多晶硅层(3)，随后去除掩膜；
S5、扩散：在硅片的正面进行高温扩散，形成N型发射极(4)；
S6、清洗：去除扩散形成的磷硅玻璃和边缘PN结；
S7、退火：在硅片的正面超薄氧化硅层(2)平面上形成氧化层(5)；
S8、背面多晶硅层制备：在P型单晶硅(1)的背面制备一层背面超薄氧化硅层(6)和一层P型多晶硅层(7)，背面超薄氧化硅层(6)的厚度控制在1-2nm，其采用热HNO3溶液氧化或干法氧化法制备，P型多晶硅层(7)的厚度控制在30-50nm，其采用PECVD法制备；
S9、正面SiNx减反射层(8)制备：在硅片正面以PECVD法制备SiNx减反射层(8)，控制厚度在60-90nm、折射率在2.08-2.12；
S10、印刷：在正面的N型多晶硅层(3)上印刷Ag栅线(9)，并在背面的P型多晶硅层(7)上印刷Al背场(10)。
3.根据权利要求2所述的一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，其特征在于：绒面结构包括金字塔形和倒金字塔形。
4.根据权利要求2所述的一种双面钝化接触的P型高效电池的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所使用的HNO3与HF浓度比为45％-50％：6％-8％。
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