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CN116646424A - 硅基太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

硅基太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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CN116646424A
CN116646424A CN202310644740.8A CN202310644740A CN116646424A CN 116646424 A CN116646424 A CN 116646424A CN 202310644740 A CN202310644740 A CN 202310644740A CN 116646424 A CN116646424 A CN 116646424A
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CN
China
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layer
silicon
type region
silicon wafer
tunnel oxide
Prior art date
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Application number
CN202310644740.8A
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English (en)
Inventor
吴慧敏
陈刚
石强
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Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Guangdong Aiko Technology Co Ltd
Tianjin Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Zhuhai Fushan Aixu Solar Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Guangdong Aiko Technology Co Ltd
Tianjin Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Zhuhai Fushan Aixu Solar Energy Technology Co Ltd
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Publication date
Application filed by Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd, Guangdong Aiko Technology Co Ltd, Tianjin Aiko Solar Energy Technology Co Ltd, Zhuhai Fushan Aixu Solar Energy Technology Co Ltd filed Critical Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种硅基太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。制备方法包括：硅片制绒、背抛光；形成第一隧穿氧化层和第一非晶硅层；B扩散将第一非晶硅层转化为P+多晶硅层，并形成BSG层，硅片正面B内扩形成P++硅层；刻蚀背面，形成N型区；形成第二隧穿氧化层和第二非晶硅层；P扩散将第二非晶硅层转化为N+多晶硅层，并形成PSG层；N型区、P型区电隔离；去除硅片正面的PSG层、N+多晶硅层、第二隧穿氧化层、BSG层、P+多晶硅层和第一隧穿氧化层，保留所述P++硅层；依次在硅片正面和背面形成AlOx层、SiNx层；形成N电极、P电极。本发明的制备方法工艺简单，且减少了表面复合，提升了转换效率。

Description

硅基太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅基太阳能电池及其制备方法。
背景技术
叉指背接触(Interdigitated Back Contact，IBC)太阳能电池具有高转换效率、正面无遮挡、外观优美、组件封装简单多样化的优点，其正面一般采用AlOx层和SiNx层钝化，但其正表面复合依旧较高，且无掺杂时其电池片内部电子空穴无序化导致体复合也较高，当掺杂磷P形成前表面场FSF虽然可以减少表面复合，但不利于氧化铝镀膜(电荷极性相反)，常规B扩散表面BSG及富硼层无法有效去除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅基太阳能电池的制备方法，其工艺简单，避免了富硼层死区的生成，且减少了正表面复合，提升了太阳能电池的转换效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种硅基太阳能电池，其转换效率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅基太阳能电池的制备方法，其包括以下步骤：
(1)提供硅片并制绒形成绒面；
(2)将制绒后的硅片的背面进行抛光；
(3)在硅片的正面和背面形成第一隧穿氧化层和第一非晶硅层；
(4)采用B扩散工艺将硅片正面、背面的第一非晶硅层转化为P+多晶硅层，并在其上形成BSG层；此外，硅片正面B内扩，在所述绒面表面形成P++硅层；
(5)对硅片背面预设区域进行刻蚀，形成N型区，未被刻蚀的区域为P型区；
(6)在步骤(5)得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层和第二非晶硅层；
(7)采用P扩散工艺将硅片正面、背面的第二非晶硅层转化为N+多晶硅层，并在其上形成PSG层；其中，P扩散的温度比B扩散的温度低50～100℃；
(8)激光消融P型区表面以及P型区、N型区之间的预设宽度的PSG层；
(9)去除步骤(8)中硅片背面所暴露的第二隧穿氧化层和N+多晶硅层，使所述P型区和N型区实现电隔离；
(10)去除硅片正面的PSG层、N+多晶硅层、第二隧穿氧化层、BSG层、P+多晶硅层和第一隧穿氧化层，保留所述P++硅层；
(11)在步骤(10)得到的硅片的正面和背面形成AlOx层；
(12)在步骤(11)得到的硅片的正面和背面形成SiNx层；
(13)在所述N型区形成N电极，在所述P型区形成P电极。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)包括：
(1.1)提供硅片并制绒形成绒面；
(1.2)将制绒后的硅片采用双氧水或臭氧处理，以使其表面具备亲水性。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，采用LPCVD制备所述第一隧穿氧化层和第一非晶硅层，所述第一非晶硅层的沉积温度为550～600℃；
步骤(6)中，采用LPCVD制备所述第二隧穿氧化层和第二非晶硅层，所述第二非晶硅层的沉积温度为550～600℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，B扩散的温度为850～1000℃；
步骤(7)中，P扩散的温度为800℃～900℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)包括：
(6.1)将步骤(5)得到的硅片进行碱抛光，以去除N型区的激光损伤；同时，所述BSG层保护所述P型区上的第一隧穿氧化层和P+多晶硅层不受损伤；
(6.2)在步骤(6.1)得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层和第二非晶硅层。
作为上述技术方案的改进，步骤(9)中，采用碱抛去除第二隧穿氧化层和N+多晶硅层。
作为上述技术方案的改进，步骤(11)中，采用ALD形成所述AlOx层，其厚度为1～20nm；
步骤(12)中，采用PECVD形成所述SiNx层，其厚度为60～110nm。
作为上述技术方案的改进，所述P++硅层的掺杂浓度为5E18～5E19 cm-3，所述P++硅层与所述硅片形成浮动结，其结深为0.1～1μm。
作为上述技术方案的改进，所述N+多晶硅层的厚度为40～300nm，掺杂浓度为3E19～1E21cm-3；
所述P+多晶硅层的厚度为40～300nm，掺杂浓度为5E19～1E21cm-3。
相应的，本发明还公开了一种硅基太阳能电池，其包括硅片，依次设于硅片正面的P++硅层、AlOx层和SiNx层；
所述硅片的背面设有交叉设置的N型区和P型区，所述N型区包括依次设置的第二隧穿氧化层、N+多晶硅层、AlOx层、SiNx层和N电极，所述N电极与所述N+多晶硅层导电连接；所述P型区包括依次设置的第一隧穿氧化层、P+多晶硅层、AlOx层、SiNx层和P电极，所述P电极与所述P+多晶硅层导电连接。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的硅基太阳能电池的制备方法，在硅片正面和背面同时形成了第一隧穿钝化层和第一非晶硅层，进而通过B扩散的工艺形成了P+多晶硅层。而在B扩散的过程中，正面的B扩散进入硅片基底，形成了P++硅层，从而有效减少了正表面复合。此外，P++硅层与硅片基底形成了浮动型PN结(即FFE)，由于PN结内建电场效应，降低了前表面P++/N的N区一侧的电子势垒高度，并形成FFE特有的泵浦效应从而减少体复合，提高电池片的开路电压。进一步的，基于该制备方法，不需要单独的硼扩散工艺，减少了硼扩散中出现的富硼层死区，减少了正表面复合，进一步提升了电池片的开路电压。
附图说明
图1是本发明硅基太阳能电池的制备方法流程图；
图2是步骤S3后硅片的结构示意图；
图3是步骤S4后硅片的结构示意图；
图4是步骤S5后硅片的结构示意图；
图5是步骤S6后硅片的结构示意图；
图6是步骤S7后硅片的结构示意图；
图7是步骤S9后硅片的结构示意图；
图8是步骤S10后硅片的结构示意图；
图9是步骤S12后硅片的结构示意图；
图10是本发明一实施例中硅基太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明提供了一种硅基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供硅片1并制绒形成绒面；
具体的，硅片1为N型硅片，其厚度为50～250μm，示例性的为60μm、80μm、100μm、150μm、180μm、220μm或240μm，但不限于此。
具体的，制绒工艺是本领域常见的工序，通过制绒，可在硅片表面形成金字塔陷光结构，提升光转换效率。
优选的，在本发明的一个实施例之中，制绒完成后，将硅片1采用双氧水或含臭氧的去离子水中处理，以使其表面具备亲水性。
S2：将制绒后的硅片1的背面进行抛光；
具体的，采用酸抛光或碱抛光工艺将硅片背面抛光，形成反射率为20～40％的表面。具体的，酸抛光工艺可为可采用氢氟酸、硝酸和硫酸的混合溶液进行抛光，或采用氢氟酸与硝酸的混合溶液进行抛光，但不限于此。碱抛光可为采用NaOH溶液或KOH溶液进行抛光，但不限于此。
S3：在硅片1的正面和背面形成第一隧穿氧化层2和第一非晶硅层3a；
具体的，可通过热硝酸氧化法、紫外臭氧氧化法、PECVD-N2O法、臭氧氧化法、LPCVD法制备第一隧穿氧化层2，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，通过LPCVD制备第一隧穿氧化层2。
具体的，可通过PECVD法、LPCVD法形成第一非晶硅层3a，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，通过LPCVD法形成第一非晶硅层3a，其沉积温度为550～600℃，示例性的为560℃、570℃、580℃或590℃，但不限于此。参图2，第一非晶硅层3a的厚度为40～300nm，示例性的为55nm、80nm、120nm、180nm、230nm、250nm或280nm，但不限于此。
S4：采用B扩散工艺将第一非晶硅层3a转化为P+多晶硅层3，并在其上形成BSG层3b；硅片1正面B内扩，形成P++硅层11；
其中，B扩散的温度为850～1000℃，示例性的为880℃、920℃、950℃或970℃，但不限于此。通过B扩散工艺，可将硅片1正面、背面的第一非晶硅层3a转化为P+多晶硅层3，并在P+多晶硅层3上形成BSG层3b。并且，基于B扩散工艺，硅片1正面的B内扩，在绒面上形成了P++硅层11(参图3)。基于上述工艺，不需要单独的硼扩散工艺，减少了硼扩散中出现的富硼层死区，减少了正表面复合，进一步提升了电池片的开路电压。
具体的，P+多晶硅层3的掺杂浓度为5E19～1E21cm-3，示例性的为7E19cm-3、9E19cm-3、2E20cm-3、4E20cm-3、6E20cm-3或8E20cm-3，但不限于此。
具体的，P++硅层11的掺杂浓度为5E18～5E19cm-3，示例性的为7E18cm-3、9E18cm-3、1E19cm-3、2E19cm-3或4E19cm-3，但不限于此。P++硅层11与硅片1(N型硅片)形成浮动结(FFE)，其结深为0.1～1μm，示例性的为0.3μm、0.5μm、0.7μm或0.9μm，但不限于此。
S5：对硅片背面预设区域进行刻蚀，形成N型区；
其中，可采用光刻刻蚀或激光消融刻蚀的方法对硅片背面的第一隧穿氧化层2和P+多晶硅层3，形成N型区，未被刻蚀的区域则为P型区；P型区和N型区交替设置(参图4)。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过激光消融硅片背面的第一隧穿氧化层2和P+多晶硅层3，并部分消融硅片，形成N型区。
S6：在步骤S5得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层4和第二非晶硅层5a；
具体的，可通过热硝酸氧化法、紫外臭氧氧化法、PECVD-N2O法、臭氧氧化法、LPCVD法制备第二隧穿氧化层4，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，通过LPCVD制备第二隧穿氧化层4。
具体的，可通过PECVD法、LPCVD法形成第二非晶硅层5a(参图5)，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，通过LPCVD法形成第二非晶硅层5a，其沉积温度为550～600℃，示例性的为560℃、570℃、580℃或590℃，但不限于此。第二非晶硅层5a的厚度为40～300nm，示例性的为55nm、80nm、120nm、180nm、230nm、250nm或280nm，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，步骤S6包括：
S61：将步骤S5得到的硅片进行碱抛光，以去除N型区的激光损伤；同时，BSG层保护P型区上的第一隧穿氧化层2和P+多晶硅层3不受损伤；
具体的，可采用KOH溶液或NaOH溶液进行碱抛光，但不限于此。
S62：在步骤S61得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层4和第二非晶硅层5a。
S7：采用P扩散工艺将第二非晶硅层5a转化为N+多晶硅层5，并在其上形成PSG层5b；
其中，P扩散的温度比B扩散的温度低50～100℃，基于该控制，可基本不损伤第一非晶硅层2和P+多晶硅层3。具体的，P扩散的温度为800～900℃，示例性的为820℃、840℃、860℃、880℃或890℃，但不限于此。通过P扩散工艺，可将硅片正面、背面的第二非晶硅层5a转换为N+多晶硅层5，并在N+多晶硅层5上形成PSG层5b(参图6)。
具体的，N+多晶硅层5的掺杂浓度为3E19～1E21cm-3，示例性的为5E19cm-3、7E19cm-3、9E19cm-3、2E20cm-3、4E20cm-3、6E20cm-3或8E20cm-3，但不限于此。
S8：激光消融P型区表面以及P型区、N型区之间的预设宽度的PSG层；
具体的，通过激光消融去除P型区表面的PSG层5b，可为后续去除P型区上的第二隧穿氧化层4和N+多晶硅层5提供良好的基础。通过去除P型区、N型区之间的预设宽度的PSG层5b，可为P型区、N型区的电隔离提供良好的基础。
具体的，预设宽度为100～3000nm，示例性的为300nm、800nm、1300nm、1700nm、2200nm、2600nm或2800nm，但不限于此。
S9：去除硅片背面所暴露的第二隧穿氧化层和N+多晶硅层；
其中，可通过激光消融、碱抛的工艺去除第二隧穿氧化层4和N+多晶硅层5，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，通过碱抛去除第二隧穿氧化层4和N+多晶硅层5，具体的碱抛工艺条件为采用含有TMAH(2～5wt％)的KOH溶液在50～70℃下抛光1.5～3min。
需要说明的是，P型区的第一隧穿氧化层2和P+多晶硅层3由于具有BSG层3b保护，碱抛过程中不被去除。相应的，N型区的部分第二隧穿氧化层4和N+多晶硅层5由于具有PSG层5b的保护，碱抛过程中不被去除(参图7)。
S10：去除硅片正面的PSG层、N+多晶硅层、第二隧穿氧化层、BSG层、P+多晶硅层和第一隧穿氧化层，保留P++硅层；
具体的，可通过激光消融、碱抛的工艺去除硅片1正面的PSG层5b、N+多晶硅层5、第二隧穿氧化层4、BSG层3b、P+多晶硅层3和第一隧穿氧化层2，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过链式抛光工艺去除硅片1正面的PSG层5b、N+多晶硅层5、第二隧穿氧化层4、BSG层3b、P+多晶硅层3和第一隧穿氧化层2。具体的包括：先采用HF、HNO3、H2O的混合溶液(三者质量比为1:1～2:1～2)在50～80℃抛光1～3min，去除PSG层5b，然后采用含有TMAH(2～5wt％)的KOH溶液在50～70℃下抛光1.5～3min，去除N+多晶硅层5和第二隧穿氧化层。再采用HF、HNO3、H2O的混合溶液(三者质量比为1:1～2:1～2)在50～80℃抛光1～3min，去除BSG层5b，然后采用含有TMAH(2～5wt％)的KOH溶液在50～70℃下抛光1.5～3min，去除P+多晶硅层3和第一隧穿氧化层2(参图8)。
S11：在步骤S10得到的硅片的正面和背面形成AlOx层6；
具体的，可采用PECVD法、ALD法、MOCVD法形成AlOx层6，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，采用ALD形成AlOx层6，其厚度为1～20nm，示例性的为4nm、8nm、10nm、13nm、16nm或18nm，但不限于此。
S12：在步骤S11得到的硅片的正面和背面形成SiNx层7；
具体的，可采用PECVD法、ALD法、MOCVD法形成SiNx层7(参图9)，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，采用ALD形成SiNx层7，其厚度为60～110nm，示例性的为66nm、72nm、80nm、88nm、96nm、103nm或108nm，但不限于此。
S13：在N型区形成N电极8，在P型区形成P电极9；
具体的，N电极8可为Al电极，但不限于此。P电极9可为Ag电极、Cu电极、Ni电极或几种金属的复合物，但不限于此。
具体的，可采用电镀或丝网印刷工艺形成N电极或P电极，但不限于此。
具体的，在本发明的一个实施例之中，可采用烧穿型浆料，以烧穿SiNx层7和AlOx层6，以使N电极8和N+多晶硅层5导电连接，P电极9和P+多晶硅层3导电连接。在本发明的另一个实施例之中，可采用激光消除部分区域的SiNx层7和AlOx层6，然后形成N电极8和P电极9。
相应地，参见图9，本发明还提供了一种硅基太阳能电池，其采用上述的制备方法制备而得，包括硅片1，依次设于硅片1正面的P++硅层11、AlOx层6和SiNx层7；
硅片1的背面设有交叉设置的N型区和P型区，N型区包括依次设置的第二隧穿氧化层4、N+多晶硅层5、AlOx层6、SiNx层7和N电极8，N电极8与N+多晶硅层5导电连接；P型区包括依次设置的第一隧穿氧化层2、P+多晶硅层3、AlOx层6、SiNx层7和P电极9，P电极9与P+多晶硅层3导电连接。
基于本发明的制备工艺，硅基太阳能电池的转换效率可达到23.7～24.1％，传统PERC电池仅21～22％。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所做的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供硅片并制绒形成绒面；
(2)将制绒后的硅片的背面进行抛光；
(3)在硅片的正面和背面形成第一隧穿氧化层和第一非晶硅层；
(4)采用B扩散工艺将硅片正面、背面的第一非晶硅层转化为P+多晶硅层，并在其上形成BSG层；此外，硅片正面B内扩，在所述绒面表面形成P++硅层；
(5)对硅片背面预设区域进行刻蚀，形成N型区，未被刻蚀的区域为P型区；
(6)在步骤(5)得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层和第二非晶硅层；
(7)采用P扩散工艺将硅片正面、背面的第二非晶硅层转化为N+多晶硅层，并在其上形成PSG层；其中，P扩散的温度比B扩散的温度低50～100℃；
(8)激光消融P型区表面以及P型区、N型区之间的预设宽度的PSG层；
(9)去除步骤(8)中硅片背面所暴露的第二隧穿氧化层和N+多晶硅层，使所述P型区和N型区实现电隔离；
(10)去除硅片正面的PSG层、N+多晶硅层、第二隧穿氧化层、BSG层、P+多晶硅层和第一隧穿氧化层，保留所述P++硅层；
(11)在步骤(10)得到的硅片的正面和背面形成AlOx层；
(12)在步骤(11)得到的硅片的正面和背面形成SiNx层；
(13)在所述N型区形成N电极，在所述P型区形成P电极。
2.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：
(1.1)提供硅片并制绒形成绒面；
(1.2)将制绒后的硅片采用双氧水或臭氧处理，以使其表面具备亲水性。
3.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，采用LPCVD制备所述第一隧穿氧化层和第一非晶硅层，所述第一非晶硅层的沉积温度为550～600℃；
步骤(6)中，采用LPCVD制备所述第二隧穿氧化层和第二非晶硅层，所述第二非晶硅层的沉积温度为550～600℃。
4.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，B扩散的温度为850～1000℃；
步骤(7)中，P扩散的温度为800℃～900℃。
5.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(6)包括：
(6.1)将步骤(5)得到的硅片进行碱抛光，以去除N型区的激光损伤；同时，所述BSG层保护所述P型区上的第一隧穿氧化层和P+多晶硅层不受损伤；
(6.2)在步骤(6.1)得到的硅片正面、背面形成第二隧穿氧化层和第二非晶硅层。
6.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(9)中，采用碱抛去除第二隧穿氧化层和N+多晶硅层。
7.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(11)中，采用ALD形成所述AlOx层，其厚度为1～20nm；
步骤(12)中，采用PECVD形成所述SiNx层，其厚度为60～110nm。
8.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P++硅层的掺杂浓度为5E18～5E19cm-3，所述P++硅层与所述硅片形成浮动结，其结深为0.1～1μm。
9.如权利要求1所述的硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述N+多晶硅层的厚度为40～300nm，掺杂浓度为3E19～1E21cm-3；
所述P+多晶硅层的厚度为40～300nm，掺杂浓度为5E19～1E21cm-3。
10.一种硅基太阳能电池，其特征在于，包括硅片，依次设于硅片正面的P++硅层、AlOx层和SiNx层；
所述硅片的背面设有交叉设置的N型区和P型区，所述N型区包括依次设置的第二隧穿氧化层、N+多晶硅层、AlOx层、SiNx层和N电极，所述N电极与所述N+多晶硅层导电连接；所述P型区包括依次设置的第一隧穿氧化层、P+多晶硅层、AlOx层、SiNx层和P电极，所述P电极与所述P+多晶硅层导电连接。
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