一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池及其制备方法与流程

1.本发明属于晶硅太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池及其制备方法。


背景技术：

2.topcon(隧道氧化物钝化接触)系列太阳能电池自2013年由德国弗郎霍夫研究所提出后，由于其topcon层(隧穿氧化层+掺杂多晶硅层)优异的钝化性能及导电性能，在晶硅电池效率提升方面具有很大潜能。其中topcon电池理论效率为28.2～28.7％，更接近晶硅电池理论极限效率29.43％。另外，topcon系列电池由于产线升级改造成本低(基于占光伏市场主流的p-perc电池产线及n-pert产线而言)、双面发电率高、温度系数低等优点逐渐成为各大光伏生产厂商技术转型升级的目标。现有的topcon电池工艺正面采用整面硼扩散方法制备发射极，背面采用lpcvd设备或pecvd设备制备topcon层，再用氧化铝或氮化硅膜充当正背面钝化层。以全域硼扩散作为发射极时存在以下问题：1.采用高浓度的掺杂，可以减小硅片和电极之间的接触电阻，降低电池的串联电阻，但是高的掺杂浓度会导致载流子复合变大，少子寿命降低，影响电池的开路电压和短路电流；2.采用低浓度的掺杂，可以降低表面复合，提高少子寿命，但是必然会导致接触电阻的增大，影响电池的串联电阻。因此，有必要提供一种topcon电池及其制备方法，解决全域硼扩散高浓度掺杂或低浓度掺杂矛盾。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池及其制备方法，在topcon电池正面金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂，而在电极以外的区域进行低浓度掺杂，即引入se(选择性发射极)的概念，topcon工艺硼扩散之前利用丝网印刷纳米硼浆+热推进的方法在电池正面与金属栅线接触的区域形成重掺杂，完成topcon电池正面se工艺制备，新增加的se工艺可以极大的降低串联电阻，提高填充因子，并减少载流子复合，提高表面钝化效果，增强电池短波光谱响应，提高短路电流和开路电压，进而提升电池的发电效率。
4.本发明的第一个目的，可以通过以下技术方案实现：
5.一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，包括：
6.以单晶硅片作为基底，进行双面制绒，然后将制绒后硅片的正面进行纳米硼浆印刷，印刷完成后烘干，随后进行热推进和第一次酸洗，获得重掺硅片；
7.将重掺硅片的正面进行硼扩散，得硼扩散硅片；
8.将硼扩散硅片的背面进行第二次酸洗和抛光，随后进行双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备，得多膜层硅片；
9.将多膜层硅片进行双面磷扩散，得磷扩散硅片；
10.将磷扩散硅片的正面进行第三次酸洗和第一次碱洗，再对硅片进行第四次酸洗，获得处理后硅片；
11.将处理后硅片进行正面氧化铝沉积，再进行正面及背面的氮化硅沉积和电极印刷，得太阳能电池。
12.进一步地，所述纳米硼浆为硼掺杂的硅纳米颗粒和有机载体组成。
13.进一步地，所述烘干的温度为200-230℃，烘干后硅片表面的纳米硼浆厚度为1.5-2μm。
14.进一步地，所述热推进的温度为900-950℃，热推进的时间为20-25min。
15.进一步地，所述第一次酸洗后纳米硼浆印刷区域方阻为40-80ω/sq。
16.进一步地，所述硼扩散后的方阻为110-140ω/sq。
17.进一步地，所述第二次酸洗中酸液为体积分数6-10％的氢氟酸溶液，所述抛光中抛光液为体积分数40-50％的氢氧化钾溶液。
18.进一步地，所述隧穿氧化模的厚度为1-2nm。
19.进一步地，所述多晶硅模的厚度为80-130nm。
20.本发明的第二个目的，可以通过以下技术方案实现：
21.一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池，包括硅片基层和硅片基层双面印刷的正面金属电极和背面金属电极，
22.所述硅片基层正面上印刷有金属电极处还印刷有重掺层，所述重掺层位于所述金属电极与所述硅片基层之间，所述硅片基层正面上扩散有发射极层，所述发射极层上沉积有钝化膜；
23.所述硅片基层背面上依次设有隧穿氧化层、磷掺杂的多晶硅层和氮化硅钝化层。
24.本发明的有益效果：
25.本发明提供的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，可以减少载流子复合，提高表面钝化效果，提升短路电流、开路电压及填充因子，提升了topcon电池的转化效率。
26.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
28.图1示出了根据本发明实施例的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池制备方法的流程图；
29.图2示出了根据本发明实施例的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的结构示意图；
30.图中：
31.10、硅片基层；20、发射极层；30、重掺层；40、钝化膜；50、正面金属电极；60、隧穿氧化层；70、磷掺杂的多晶硅层；80、氮化硅钝化层；90、背面金属电极。
具体实施方式
32.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、完整地说明，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。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。
33.如图1所示，根据本发明实施例的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池制备方法，包括：
34.(1)以单晶硅片作为基底，进行双面制绒，然后将制绒后硅片的正面进行纳米硼浆印刷，印刷完成后烘干，随后进行热推进和第一次酸洗，获得重掺硅片；
35.(2)将重掺硅片的正面进行硼扩散，得硼扩散硅片；
36.(3)将硼扩散硅片的背面进行第二次酸洗和抛光，随后进行双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备，得多膜层硅片；
37.(4)将多膜层硅片进行双面磷扩散，得磷扩散硅片；
38.(5)将磷扩散硅片的正面进行第三次酸洗和第一次碱洗，再对硅片进行第四次酸洗，获得处理后硅片；
39.(6)将处理后硅片进行正面氧化铝沉积，再进行正面及背面的氮化硅沉积和电极印刷，得太阳能电池。
40.在步骤(1)中，所述纳米硼浆印刷和热推进过程中，在硅片基层10正面上固定区域(该固定区域与后续金属电极区域相同)印刷有重掺层30，所述重掺层30为p+层；
41.在步骤(2)中，所述硼扩散过程中，在硅片基层10正面上扩散形成发射极层20，所述发射极层20为p层；
42.在步骤(3)中，所述双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备过程中，在硅片基层10正面的发射极层20上及背面上均形成隧穿氧化层60和多晶硅膜；
43.在步骤(4)中，所述双面磷扩散过程中，磷在硅片基层10正面及背面上的多晶硅膜上扩散，均形成磷掺杂的多晶硅层70；
44.在步骤(5)中，所述正面第三次酸洗和第一次碱洗过程中，以完全去除磷扩散硅片的正面的硼硅玻璃(bsg)、隧穿氧化层60和磷掺杂的多晶硅层70；
45.所述第四次酸洗过程中，以去除硅片的正面及背面的磷硅玻璃(psg)；
46.在步骤(6)中，所述正面氧化铝(alox)沉积过程中，在硅片正面的发射极层20上形成氧化铝沉积层；
47.所述正面及背面的氮化硅(sinx)沉积过程中，分别在硅片正面的氧化铝沉积层上沉积有氮化硅层，氧化铝沉积层和氮化硅层组成了在硅片正面的发射极层20上的钝化膜40，在硅片背面的磷掺杂的多晶硅层70上沉积有氮化硅层，即氮化硅钝化层80；
48.所述正面及背面的电极印刷过程中，即在硅片上印刷有正面金属电极50和背面金属电极90。
49.实施例1
50.一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池，包括：
51.(1)以单晶硅片作为基底，进行双面制绒，然后将制绒后硅片的正面进行纳米硼浆印刷，印刷完成后烘干，随后进行热推进和第一次酸洗(以去除硅片表面多余的纳米硼浆)，
获得重掺硅片；
52.其中，所述单晶硅片为158.75
×
158.75mm，电阻率为1.1-2.1ω
·
cm的n型a级单晶硅片，本发明实施例中只是示例性地举出了单晶硅片的制绒过程的工艺参数，如所述单晶硅片可选取其他尺寸的n型a级单晶硅片，获得其他尺寸的太阳能电池；
53.所述面制绒中采用的制绒溶液为体积比为40％-45％的氢氧化钠溶液，所述制绒溶液的体积分数的具体数值可以为40％、41％、42％、43％、44％、45％中的任意一个；
54.所述双面制绒中制绒减薄量为0.3-0.5g，所述双面制绒中制绒减薄量的具体设置可以为0.3g、0.35g、0.4g、0.45g、0.5g中的任意一个；
55.所述纳米硼浆为硼掺杂的硅纳米颗粒和载体配制形成，所述硼掺杂的硅纳米颗粒的孔径为0.5-3mm，纳米硼浆中所述硼掺杂的硅纳米颗粒的质量分数为25-30％，所述载体为乙醇、硝酸、氢氟酸和纯水混合配置形成，载体中所述乙醇的体积分数为45-50％，所述硝酸的体积分数为3-8％，所述氢氟酸的体积分数为4-9％；
56.所述所述烘干的温度为200-230℃，所述烘干的温度具体值可以为205℃、208℃、210℃、215℃、218℃、220℃、223℃、227℃、230℃中的任意一个；
57.烘干后硅片表面的纳米硼浆厚度为1.5-2μm，所述纳米硼浆厚度具体数值可以为1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm中的任意一个；
58.所述热推进的温度为900-950℃，所述所述热推进的温度的具体数值可以为900℃、905℃、910℃、915℃、918℃、920℃、923℃、927℃、930℃、935℃、938℃、940℃、943℃、947℃、950℃中的任意一个；
59.热推进的时间为20-25min，所述所述热推进的时间具体数值可以为20min、21min、23min、24min、25min中的任意一个；
60.所述第一次酸洗中的酸液采用体积分数为10-15％的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的体积分数具体值可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％中的任意一个；
61.所述第一次酸洗后纳米硼浆印刷区域方阻为40-80ω/sq，所述纳米硼浆印刷区域方阻具体数值可以为40ω/sq、45ω/sq、50ω/sq、55ω/sq、60ω/sq、65ω/sq、70ω/sq、70ω/sq、75ω/sq、80ω/sq中的任意一个；
62.(2)将重掺硅片的正面进行硼扩散，得硼扩散硅片；
63.其中，所述硼扩散中的鹏源为300-400sccm的三溴化硼或三氟化硼，所述鹏源的粒径为300sccm、310sccm、320sccm、330sccm、340sccm、350sccm、360sccm、370sccm、380sccm、390sccm、400sccm中的任意一个；
64.硼扩散的方阻为110-140ω/sq，所述硼扩散的方阻的具体数值可以为110ω/sq、115ω/sq、120ω/sq、125ω/sq、135ω/sq、140ω/sq中的任意一个；
65.(3)将硼扩散硅片的背面进行第二次酸洗和抛光，随后进行双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备，得多膜层硅片；
66.其中，所述第二次酸洗中酸液为体积分数6-10％的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的体积分数具体值可以为6％、7％、8％、9％、10％中的任意一个；
67.所述抛光中抛光液为体积分数40-50％的氢氧化钾溶液，所述氢氧化钾溶液的体积分数为可以为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％中的任意一个；
68.所述双面隧穿氧化膜制备时采用干氧制备方法，所述隧穿氧化模的厚度为1-2nm，所述隧穿氧化模的厚度的具体数值可以为1nm、1.2nm、1.5nm、1.6nm、1.8nm、2nm中的任意一个；
69.多晶硅膜制备时的气体为硅甲烷气体，流量为10-20sccm，流量的具体数值可以为10sccm、11sccm、13sccm、15sccm、16sccm、18sccm、19sccm、270sccm中的任意一个，所述多晶硅模的厚度为80-130nm，所述多晶硅模的厚度的具体厚度值可以为80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm中的任意一个；
70.(4)将多膜层硅片进行双面磷扩散，得磷扩散硅片；
71.其中，所述双面磷扩散的溶液为三氯氧磷溶液，流量为3-4sccm，磷扩散的方阻为40-50ω/sq，所述磷扩散的方阻的具体数值可以为40ω/sq、42ω/sq、43ω/sq、45ω/sq、48ω/sq、50ω/sq中的任意一个；
72.(5)将磷扩散硅片的正面进行第三次酸洗和第一次碱洗，再对硅片进行第四次酸洗，获得处理后硅片；
73.其中，所述第三次酸洗的酸液为体积分数6-10％的氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的体积分数具体值可以为6％、7％、8％、9％、10％中的任意一个；
74.所述第一次碱洗碱液为体积分数为30-40％的koh溶液，所述氢氧化钾溶液的体积分数为可以为40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％中的任意一个；
75.所述第四次酸洗的酸液为体积分数10-15％的hf酸溶液，所述氢氟酸溶液的体积分数具体值可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％中的任意一个；
76.(6)将处理后硅片进行正面氧化铝沉积，再进行正面及背面的氮化硅沉积和电极印刷，即可；
77.其中，所述氧化铝沉积利用ald设备沉积，沉积时间为15min，所述氧化铝沉积中所得的氧化铝层模厚度为10-15nm；
78.所述氮化硅所述氮化硅利用pecvd设备沉积，工艺温度为490-520℃，温度具体数值可以为490℃、495℃、500℃、510℃、515℃、520℃中的任意一个，沉积时间为20-30min，时间的具体数值可以为20min、22min、25min、26min、28min、30min中的任意一个
79.所述氮化硅沉积中获得的氮化硅膜层的厚度为80-120nm，厚度的具体数值可以为80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120中的任意一个；
80.所述电极印刷时，正面采用分布印刷，主栅线印刷浆料为银铝浆，细栅线的印刷浆料为银浆；背面采用一次印刷，印刷浆料为银铝浆。
81.如图2所示，根据本发明实施例的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池，包括硅片基层10和硅片基双面印刷的正面金属电极50和背面金属电极90；
82.所述硅片基层10正面上印刷有正面金属电极50处还印刷有重掺层30，所述重掺层30位于所述金属电极与所述硅片基层10之间，所述硅片基层10正面上扩散有发射极层20，所述发射极层20上沉积有钝化膜40；
83.所述硅片基层10背面上依次设有隧穿氧化层60、磷掺杂的多晶硅层70和氮化硅钝化层80；
84.所述太阳能电池如上述实施例的制备方法制成。
85.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：以单晶硅片作为基底，进行双面制绒，然后将制绒后硅片的正面进行纳米硼浆印刷，印刷完成后烘干，随后进行热推进和第一次酸洗，获得重掺硅片；将重掺硅片的正面进行硼扩散，得硼扩散硅片；将硼扩散硅片的背面进行第二次酸洗和抛光，随后进行双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备，得多膜层硅片；将多膜层硅片进行双面磷扩散，得磷扩散硅片；将磷扩散硅片的正面进行第三次酸洗和第一次碱洗，再对硅片进行第四次酸洗，获得处理后硅片；将处理后硅片进行正面氧化铝沉积，再进行正面及背面的氮化硅沉积和电极印刷，得太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为200-230℃。3.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述烘干后硅片表面的纳米硼浆厚度为1.5-2μm。4.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述热推进的温度为900-950℃，热推进的时间为20-25min。5.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一次酸洗后纳米硼浆印刷区域方阻为40-80ω/sq。6.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述硼扩散后的方阻为110-140ω/sq。7.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二次酸洗中酸液为体积分数6-10％的氢氟酸溶液，所述抛光中抛光液为体积分数40-50％的氢氧化钾溶液。8.根据权利要求1所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述隧穿氧化模的厚度为1-2nm。9.根据权利要求1-8任一项所述的一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述多晶硅模的厚度为80-130nm。10.一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池，包括硅片基层(10)和硅片基层(10)双面印刷的正面金属电极(50)和背面金属电极(90)，其特征在于，所述硅片基层(10)正面上印刷有金属电极处还印刷有重掺层(30)，所述重掺层(30)位于所述金属电极与所述硅片基层(10)之间，所述硅片基层(10)正面上扩散有发射极层(20)，所述发射极层(20)上沉积有钝化膜(40)；所述硅片基层(10)背面上依次设有隧穿氧化层(60)、磷掺杂的多晶硅层(70)和氮化硅钝化层(80)；所述太阳能电池包括权利要求1-9任一项所述的制备方法制成。

技术总结
本发明涉及一种隧道氧化物钝化接触的太阳能电池及其制备方法，属于晶硅太阳能电池制备技术领域。所述制备方法包括：以单晶硅片作为基底，进行双面制绒，然后将制绒后硅片的正面进行纳米硼浆印刷，印刷完成后烘干，随后进行热推进和第一次酸洗，获得重掺硅片；将重掺硅片的正面进行硼扩散，随后对硅片的背面进行第二次酸洗和抛光，以及双面隧穿氧化模及多晶硅膜的制备，得多膜层硅片；将多膜层硅片进行双面磷扩散，随后对硅片的正面进行第三次酸洗和第一次碱洗，再对硅片进行第四次酸洗，再对硅片进行正面氧化铝沉积，再进行正面及背面的氮化硅沉积和电极印刷，得太阳能电池。本发明提升了TOPCon电池的转化效率。提升了TOPCon电池的转化效率。提升了TOPCon电池的转化效率。


技术研发人员：李得银 赵邦桂 马岩青 常洛嘉 魏云
受保护的技术使用者：青海黄河上游水电开发有限责任公司西安太阳能电力分公司 青海黄河上游水电开发有限责任公司 国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/22