CN112542520B - 一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，对硅片进行清洗和碱制绒，在硅片正面制备发射极，边缘刻蚀，采用热氧化方式，采用LPCVD方式在电池背面沉积原位掺磷非晶硅薄膜，采用湿化学的方式将LPCVD产生的绕镀非晶硅刻蚀干净，对电池片进行退火，形成掺磷多晶硅薄膜，正面通过管式2合一设备沉积氧化铝钝化层与氮化硅减反射膜，背面通过PECVD设备沉积氮化硅减反射膜，采用无损开孔激光在氮化硅减反射膜上进行图形化无损激光开孔，采用ALD在电池片背面沉积一层二氧化钛薄膜，采用ALD在电池片背面沉积一层氟化镁薄膜，在电池片背面印刷铝浆形成背面铝电极。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法。
背景技术
目前晶硅太阳能电池通过TOPCon（Tunneling Oxide Passivated Contact）技术可以把开路电压提升到710mV以上。TOPCon电池背面制备一层1~2nm的隧穿氧化层，然后再沉积一层20~100nm厚度的掺杂多晶硅，二者共同形成了接触钝化结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。理论上，掺杂多晶硅薄膜与银浆形成金属接触，改善了传统N-PERT电池背面晶体区与银浆直接接触造成的高金属复合损失。在实际生产中，现有的银浆具有一定的烧穿性，烧结后非常容易穿透多晶硅薄膜进入晶体区造成金属复合的上升，从而影响电池的开路电压。
已有商业化的常规TOPCon电池背面结构，其中采用银浆作为背面金属电极，银浆烧透减反射膜，与掺杂多晶硅薄膜形成欧姆接触，以上结构存在以下两点问题：现有的银浆具有一定的烧穿性，烧结后非常容易穿透多晶硅薄膜进入晶体区造成金属复合的上升。为了防止银浆穿透多晶硅薄膜，一般会将多晶硅薄膜的厚度控制在150nm~250nm的范围。但多晶硅厚度上升之后，会增加多晶硅薄膜对红外波段光线的寄生吸收，使电池片的短路电流大幅下降。银与掺杂多晶硅形成金属接触，仍会产生约200~300fA/cm2的金属复合电流，限制了TOPCon电池开路电压的进一步提升。
申请内容
解决的技术问题：
本申请需要解决的技术问题是传统TOPCon电池影响电池的开路电压、金属复合的上升和短路电流大幅下降等技术问题，提供一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法。
技术方案：
一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，步骤为：
第一步，对n型晶体硅进行清洗和碱制绒：在碱溶液中，去除硅片的损伤层，并对硅片进行制绒，所述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，温度为40℃-85℃，pH值为8-11，浓度为1-3wt％，制绒后在硅片双面形成1μm-8μm的金字塔绒面；
第二步，在硅片正面制备发射极：所述的正面发射极采用BBr3或者BCl3作为硼源，高温低压扩散形成，在硅片正面形成p+发射极，方阻控制在70~100Ω/sq；
第三步，边缘刻蚀：采用链式酸刻蚀设备，采用硝酸与氢氟酸刻蚀硅片背面与边缘的PN结进行酸刻蚀，刻蚀的深度控制在3μm；
第四步，采用LPCVD在电池背面生长一层隧穿氧化层：所述的隧穿氧化层的厚度为1~2nm，采用退火炉通入氧气制备；
第五步，采用LPCVD方式在电池背面沉积原位掺磷非晶硅薄膜：所述的掺磷非晶硅薄膜的厚度控制在20~50nm，采用LPCVD方式在500~600℃的温度下通入硅烷与磷烷制备；
第六步，采用湿化学的方式将LPCVD产生的绕镀非晶硅刻蚀干净：所述的湿化学的方式为采用链式单面刻蚀设备，先采用HF溶液去除表面的氧化层，再采用KOH溶液将绕镀在硅片正面的掺磷非晶硅薄膜刻蚀去除；
第七步，对电池片进行退火，使掺磷非晶硅薄膜中的非晶硅晶化成多晶硅，形成掺磷多晶硅薄膜：所述的退火温度控制在800~1000℃，退火时间控制在10~30分钟；
第八步，正面通过管式2合一设备沉积氧化铝钝化层与氮化硅减反射膜：所述的管式2合1设备为现有的商业化的管式氧化铝与氮化硅2合一PECVD设备，氧化铝的厚度控制在2~8nm，氮化硅的厚度控制在60~90nm；
第九步，背面通过PECVD设备沉积氮化硅减反射膜：采用管式PECVD的方式在电池片背面沉积一层氮化硅钝化层即氮化硅减反射膜，厚度控制在60~100nm；
第十步，采用无损开孔激光在氮化硅减反射膜上进行图形化无损激光开孔：所述的无损开孔激光为紫外皮秒激光，激光功率为30~60W，激光能量分布为平顶光；激光功率设置为30W；
第十一步，采用ALD在电池片背面沉积一层二氧化钛薄膜：所述的二氧化钛薄膜厚度控制在2~5nm，采用ALD通入TiCl4与水汽反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十二步，采用ALD在电池片背面沉积一层氟化镁薄膜：所述的氟化镁薄膜厚度控制在1~5nm，采用ALD通入 Mg(thd)2 和TiF4 反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十三步，在电池片背面印刷铝浆形成背面铝电极，在电池片正面印刷银铝浆形成正面银电极，并进行烧结：采用丝网印刷方法先在硅片背面印刷细栅图形的铝电极浆料，再在电池正面印刷含银电极浆料，并进行烧结形成金属电极。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中碱溶液温度为80℃，pH值8为，浓度为1.5％，制绒后在硅片双面形成2μm的金字塔绒面。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第二步中采用BBr3作为硼源，采用低压硼扩散的方式。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第三步中的边缘刻蚀采用单面链式刻蚀设备。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第四步采用LPCVD原位生长氧化层的方式，在退火炉600~650℃的温度下通入O2，形成厚度为1.5nm的隧穿氧化层。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第五步中LPCVD方式为LPCVD原位生长氧化层的方式，形成厚度为35±5nm掺磷非晶硅薄膜。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第七步中使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第八步中采用2合1管式PECVD设备分别在电池正面技术生长一层氧化铝钝化层，厚度控制在3-8nm，以及氮化硅减反射膜，厚度控制在75nm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第十一步中工艺温度控制在250℃，二氧化钛薄膜厚度控制在2.5nm。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第十二步中工艺温度控制在400℃，氟化镁薄膜的厚度控制在3nm。
有益效果：
本申请所述一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、采用无损开孔激光将掺磷多晶硅表面的氮化硅薄膜进行特定图形的无损开孔，使氮化硅薄膜汽化，氮化硅底下的多晶硅薄膜裸露出来；
2、采用ALD沉积二氧化钛薄膜沉积在氮化硅薄膜表面。在开孔区域，二氧化钛薄膜直接沉积在掺磷多晶硅的表面，作为电子传输过渡层；
3、采用ALD在二氧化钛薄膜的表面沉积一层氟化镁薄膜，作为金属过渡层；
4、在氟化镁薄膜表面印刷铝浆形成铝电极作为背面电极。
5、铝电极与氟化镁和二氧化钛形成金属接触，改善了银浆直接与多晶硅接触的引入的金属区复合电流。根据SunsVoc对不同金属面积的样品测试，金属区的复合电流由200fA/cm2下降至30 fA/cm2以内。
6、同时掺磷多晶硅薄膜的厚度可以大幅减薄至30纳米，大幅改善了掺磷多晶硅薄膜对红外光谱的寄生吸收问题，使电池的长波响应与短路电流大幅提升。
附图说明
图1为传统TOPCon电池背面结构示意图；
图2为本申请电池背面结构示意图；
图3为本申请激光开孔的图。
附图标记说明：
图中，1. n型晶体硅、2. 隧穿氧化层、3. 掺杂多晶硅薄膜、4. 氮化硅减反射膜、5. 背面银电极、6. 二氧化钛薄膜、7. 氟化镁薄膜、8. 背面铝电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里制备的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1:
如图2所示，一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构，所述改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，采用以下步骤：
第一步，对n型晶体硅进行清洗和碱制绒：在碱溶液中，去除硅片的损伤层，并对硅片进行制绒，所述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，温度为40℃-85℃，pH值为8-11，浓度为1-3wt％，制绒后在硅片双面形成1μm-8μm的金字塔绒面；
第二步，在硅片正面制备发射极：所述的正面发射极采用BBr3或者BCl3作为硼源，高温低压扩散形成，在硅片正面形成p+发射极，方阻控制在70~100Ω/sq；
第三步，边缘刻蚀：采用链式酸刻蚀设备，采用硝酸与氢氟酸刻蚀硅片背面与边缘的PN结进行酸刻蚀，刻蚀的深度控制在3μm；
第四步，采用LPCVD在电池背面生长一层隧穿氧化层2：所述的隧穿氧化层2的厚度为1~2nm，采用退火炉通入氧气制备；
第五步，采用LPCVD方式在电池背面沉积原位掺磷非晶硅薄膜：所述的掺磷非晶硅薄膜的厚度控制在20~50nm，采用LPCVD方式在500~600℃的温度下通入硅烷与磷烷制备；
第六步，采用湿化学的方式将LPCVD产生的绕镀非晶硅刻蚀干净：所述的湿化学的方式为采用链式单面刻蚀设备，先采用HF溶液去除表面的氧化层，再采用KOH溶液将绕镀在硅片正面的掺磷非晶硅薄膜刻蚀去除；
第七步，对电池片进行退火，使掺磷非晶硅薄膜中的非晶硅晶化成多晶硅，形成掺磷多晶硅薄膜3：所述的退火温度控制在800~1000℃，退火时间控制在10~30分钟；
第八步，正面通过管式2合一设备沉积氧化铝钝化层与氮化硅减反射膜：所述的管式2合1设备为现有的商业化的管式氧化铝与氮化硅2合一PECVD设备，氧化铝的厚度控制在2~8nm，氮化硅的厚度控制在60~90nm；
第九步，背面通过PECVD设备沉积氮化硅减反射膜4：采用管式PECVD的方式在电池片背面沉积一层氮化硅钝化层即氮化硅减反射膜4，厚度控制在60~100nm；
第十步，采用无损开孔激光在氮化硅减反射膜4上进行图形化无损激光开孔：所述的无损开孔激光为紫外皮秒激光，激光功率为30~60W，激光能量分布为平顶光；激光功率设置为30W；
第十一步，采用ALD在电池片背面沉积一层二氧化钛薄膜6：所述的二氧化钛薄膜6厚度控制在2~5nm，采用ALD通入TiCl4与水汽反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十二步，采用ALD在电池片背面沉积一层氟化镁薄膜7：所述的氟化镁薄膜7厚度控制在1~5nm，采用ALD通入 Mg(thd)2 和TiF4 反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十三步，在电池片背面印刷铝浆形成背面铝电极8，在电池片正面印刷银铝浆形成正面银电极，并进行烧结：采用丝网印刷方法先在硅片背面印刷细栅图形的铝电极浆料，再在电池正面印刷含银电极浆料，并进行烧结形成金属电极。
所述的第一步中碱溶液温度为80℃，pH值8为，浓度为1.5％，制绒后在硅片双面形成2μm的金字塔绒面。
所述的所述第二步中采用BBr3作为硼源，采用低压硼扩散的方式。
所述的第三步中的边缘刻蚀采用单面链式刻蚀设备。
所述的第四步采用LPCVD原位生长氧化层的方式，在退火炉600~650℃的温度下通入O2，形成厚度为1.5nm的隧穿氧化层2。
所述第五步中LPCVD方式为LPCVD原位生长氧化层的方式，形成厚度为35±5nm掺磷非晶硅薄膜。
所述第七步中使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜3。
所述第八步中采用2合1管式PECVD设备分别在电池正面技术生长一层氧化铝钝化层，厚度控制在3-8nm，以及氮化硅减反射膜，厚度控制在75nm。
所述第十一步中工艺温度控制在250℃，二氧化钛薄膜6厚度控制在2.5nm。
所述第十二步中工艺温度控制在400℃，氟化镁薄膜7的厚度控制在3nm。
机理描述：
氟化镁与铝结合可以作为一种低功函数的金属电极替代传统银电极与n+半导体进行欧姆接触。而氟化镁薄膜如果直接与掺磷多晶硅接触的话，其界面的电势差较大，二氧化钛薄膜的引入作为掺磷多晶硅的导带与氟化镁之间的电子传输的中间过渡层。电子从掺磷多晶硅硅的导电传输至二氧化钛的导带，最后进入氟化镁与铝电极。
已有商业化的常规TOPCon电池背面结构示意图如说明书附图1，其中采用银浆作为背面金属电极5，银浆烧透减反射膜4，与掺杂多晶硅薄膜3形成欧姆接触。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于，步骤为：
第一步，对n型晶体硅（1）进行清洗和碱制绒：在碱溶液中，去除硅片的损伤层，并对硅片进行制绒，所述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，温度为40℃-85℃，pH值为8-11，浓度为1-3wt％，制绒后在硅片双面形成1μm-8μm的金字塔绒面；
第二步，在硅片正面制备发射极：所述的正面发射极采用BBr3或者BCl3作为硼源，高温低压扩散形成，在硅片正面形成p+发射极，方阻控制在70~100Ω/sq；
第三步，边缘刻蚀：采用链式酸刻蚀设备，采用硝酸与氢氟酸刻蚀硅片背面与边缘的PN结进行酸刻蚀，刻蚀的深度控制在3μm；
第四步，采用LPCVD在电池背面生长一层隧穿氧化层（2）：所述的隧穿氧化层（2）的厚度为1~2nm，采用退火炉通入氧气制备；
第五步，采用LPCVD方式在电池背面沉积原位掺磷非晶硅薄膜：所述的掺磷非晶硅薄膜的厚度控制在20~50nm，采用LPCVD方式在500~600℃的温度下通入硅烷与磷烷制备；
第六步，采用湿化学的方式将LPCVD产生的绕镀非晶硅刻蚀干净：所述的湿化学的方式为采用链式单面刻蚀设备，先采用HF溶液去除表面的氧化层，再采用KOH溶液将绕镀在硅片正面的掺磷非晶硅薄膜刻蚀去除；
第七步，对电池片进行退火，使掺磷非晶硅薄膜中的非晶硅晶化成多晶硅，形成掺磷多晶硅薄膜（3）：退火温度控制在800~1000℃，退火时间控制在10~30分钟；
第八步，正面通过管式2合一设备沉积氧化铝钝化层与氮化硅减反射膜：所述的管式2合1设备为现有的商业化的管式氧化铝与氮化硅2合一PECVD设备，氧化铝的厚度控制在2~8nm，氮化硅的厚度控制在60~90nm；
第九步，背面通过PECVD设备沉积氮化硅减反射膜（4）：采用管式PECVD的方式在电池片背面沉积一层氮化硅钝化层即氮化硅减反射膜（4），厚度控制在60~100nm；
第十步，采用无损开孔激光在氮化硅减反射膜（4）上进行图形化无损激光开孔：所述的无损开孔激光为紫外皮秒激光，激光功率为30~60W，激光能量分布为平顶光；
第十一步，采用ALD在电池片背面沉积一层二氧化钛薄膜（6）：所述的二氧化钛薄膜（6）厚度控制在2~5nm，采用ALD通入TiCl4与水汽反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十二步，采用ALD在电池片背面沉积一层氟化镁薄膜（7）：所述的氟化镁薄膜（7）厚度控制在1~5nm，采用ALD通入 Mg(thd)2 和TiF4 反应生成，工艺温度控制在250~400℃；
第十三步，在电池片背面印刷铝浆形成背面铝电极（8），在电池片正面印刷银铝浆形成正面电极，并进行烧结：采用丝网印刷方法先在硅片背面印刷细栅图形的铝电极浆料，再在电池正面印刷含银电极浆料，并进行烧结形成金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第一步中碱溶液温度为80℃，pH值8为，浓度为1.5％，制绒后在硅片双面形成2μm的金字塔绒面。
3.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第二步中采用BBr3作为硼源，采用低压硼扩散的方式。
4.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第三步中的边缘刻蚀采用单面链式刻蚀设备。
5.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第四步采用LPCVD原位生长氧化层的方式，在退火炉600~650℃的温度下通入O2，形成厚度为1.5nm的隧穿氧化层（2）。
6.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第五步中LPCVD方式为LPCVD原位生长氧化层的方式，形成厚度为35±5nm掺磷非晶硅薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第七步中使用高温炉管，在氮气氛围下进行退火处理，退火温度控制在850-950℃，退火时间控制在20-30min，使非晶硅薄膜晶化成多晶硅薄膜（3）。
8.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第八步中采用2合1管式PECVD设备分别在电池正面技术沉积一层氧化铝钝化层，厚度控制在3-8nm，以及氮化硅减反射膜，厚度控制在75nm。
9.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第十一步中工艺温度控制在250℃，二氧化钛薄膜（6）厚度控制在2.5nm。
10.根据权利要求1所述的一种改善接触钝化太阳能电池金属接触的复合膜结构的制备方法，其特征在于：所述第十二步中工艺温度控制在400℃，氟化镁薄膜（7）的厚度控制在3nm。
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