CN117423765A - 一种选择性掺杂结构及其制备方法、TOPcon电池 - Google Patents

一种选择性掺杂结构及其制备方法、TOPcon电池 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种选择性掺杂结构，所述选择性掺杂结构包括：硅片，所述硅片的一面的区域划分为接触区和非接触区；设置在所述硅片的一面的隧穿氧化层；设置在所述隧穿氧化层表面的磷掺杂多晶硅层，所述接触区的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区；设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的磷掺杂纳米硅粉层；设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的金属电极；钝化层，所述钝化层设置在所述非接触区内的掺杂多晶硅层表面，以及所述磷掺杂纳米硅粉层表面未被金属电极占据的区域。本申请通过在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面设置磷掺杂纳米硅粉层，可以起到隔离磷掺杂多晶硅层与金属电极的作用，防止掺杂多晶硅层也容易被金属电极穿透。

Description

一种选择性掺杂结构及其制备方法、TOPcon电池
技术领域
本申请涉及光伏领域，尤其涉及TOPcon电池。
背景技术
目前市场上大规模生产的TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact solarcell，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)太阳能电池前表面发射极分为两块区域，一个是接触区，即与金属电极接触的区域；另一个是光照区域即非接触区。接触区的掺杂多晶硅层要求掺杂浓度较高，有利于降低金属电极和半导体的接触电阻。非接触区要求掺杂浓度较低，有利于降低光电效应过程中的表面俄歇复合，提高载流子收集率、短波响应和钝化效果。具有接触区的掺杂多晶硅层掺杂浓度较高、非接触区掺杂浓度较低这一特征的结构，称为选择性掺杂结构。
金属电极一般与掺杂多晶硅层直接接触。对于具有选择性掺杂结构的TOPcon电池，金属电极只与接触区的掺杂多晶硅层直接接触。在金属电极制备之前，掺杂多晶硅层表面一般整体覆盖有一层钝化层。金属电极的制备方式通常是在接触区内钝化层的表面预设导线浆料，通过高温烧结，浆料会形成金属电极，同时会破坏并穿透钝化层，与掺杂多晶硅层接触。目前的技术趋势是降低掺杂多晶硅层的厚度，以进一步提高TOPcon电池的性能并降低成本，但这同时造成了掺杂多晶硅层也容易被金属电极穿透，导致隧穿氧化层的钝化效果被破坏。
发明内容
本申请实施例提供了一种选择性掺杂结构及其制备方法、TOPcon电池，以解决掺杂多晶硅层减薄后容易被金属电极穿透的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构，所述选择性掺杂结构包括：
硅片，所述硅片的一面的区域划分为接触区和非接触区；
设置在所述硅片的一面的隧穿氧化层；
设置在所述隧穿氧化层表面的磷掺杂多晶硅层，所述接触区的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区；
设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的磷掺杂纳米硅粉层；
设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的金属电极；
钝化层，所述钝化层设置在所述非接触区内的掺杂多晶硅层表面，以及所述磷掺杂纳米硅粉层表面未被金属电极占据的区域。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为70～100nm。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂纳米硅粉层的厚度为5～15nm。
在本申请的一些实施例中，所述接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为25～55Ω；和/或，
所述非接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为70～130Ω。
在本申请的一些实施例中，所述钝化层的材料为氮化硅。
第二方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
提供硅片，将所述硅片的一面的区域划分为接触区和非接触区；
在所述硅片的一面沉积隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层表面沉积多晶硅层；
在所述接触区内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层；
对所述多晶硅层和纳米硅粉层进行磷掺杂处理，使得所述多晶硅层转变成磷掺杂多晶硅层、所述纳米硅粉层转变成磷掺杂多晶硅粉层，并使得所述接触区的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区；
在所述非接触区内的掺杂多晶硅层表面和所述磷掺杂纳米硅粉层表面制备钝化层；
在所述接触区内的钝化层表面设置导电浆料后烧结，使所述导电浆料形成金属电极，并穿透所述钝化层与所述磷掺杂纳米硅粉层接触。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为70～100nm。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂纳米硅粉层的厚度为5～15nm。
在本申请的一些实施例中，所述在所述接触区内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层，包括如下步骤：
以硅墨为材料，在所述接触区内的多晶硅层表面印刷形成纳米硅粉层。
第三方面，本申请实施例提供一种TOPcon电池，所述TOPcon电池包括第一方面所述的选择性掺杂结构，或者由第二方面任一实施例所述的方法制备得到的选择性掺杂结构。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的选择性掺杂结构，通过在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面设置磷掺杂纳米硅粉层，可以起到隔离磷掺杂多晶硅层与金属电极的作用，防止掺杂多晶硅层也容易被金属电极穿透。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种选择性掺杂结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
本申请所涉及的英文缩写含义如下：
TOPCon：隧穿氧化层钝化接触太阳能电池(Tunnel Oxide Passivated Contactsolar cell,TOPcon)
PECVD：等离子增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)
LPCVD：低压化学气相沉积Low Pressure Chemical Vapor Deposition
ALD：原子层沉积(atomiclayer deposition)
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
现有的TOPcon太阳能电池中，存在掺杂多晶硅层减薄后容易被金属电极穿透的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构，所述选择性掺杂结构包括：
硅片1，所述硅片1的一面的区域划分为接触区11和非接触区1211；
设置在所述硅片1的一面的隧穿氧化层2；
设置在所述隧穿氧化层2表面的磷掺杂多晶硅层3，所述接触区11的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区1211；
设置在所述接触区11内的掺杂多晶硅层表面的磷掺杂纳米硅粉层4；
设置在所述接触区11内的掺杂多晶硅层表面的金属电极5；
钝化层6，所述钝化层6设置在所述非接触区1211内的掺杂多晶硅层表面，以及所述磷掺杂纳米硅粉层4表面未被金属电极5占据的区域。
容易理解，TOPcon电池选用的硅片1一般为N型硅片1。N型硅片1又称为N型轻掺杂基底，其为利用磷源在晶硅片1进行轻掺杂扩散形成的n型太阳能电池蓝膜片。
本领域技术人员可以理解，金属电极5是本领域的常规结构，金属电极5的材料一般通过导电的电极浆料形成，电极浆料例如可以使用市场上应用于p-型晶硅电池的金属化银浆，例如含Pb-Te-O玻璃粉的银浆。作为示例性的制备方式，可以将电极浆料以所需的图案化的形式通过丝网印刷施加到所述硅片1上，待干燥后还可进行烧结等后处理。电极浆料形成金属电极5并与硅片1形成电接触。太阳能电池前表面发射极分为两块区域，一个是接触区11，即与金属电极5接触的区域；另一个是光照区域即非接触区1211。本申请所述的接触区11和非接触区1211应按照上述含义理解。即，本申请所述接触区11为预备形成金属电极5的区域，本申请所述非接触区1211为预备接收光照、不制备金属电极5的区域。
所述接触区11和非接触区1211根据金属电极5的设计来划分。本领域技术人员可以根据实际生产情况和公知常识划分接触区11和非接触区1211。
本领域技术人员可以理解，隧穿氧化层2是本领域的常规结构。隧穿氧化层2的作用是通过化学钝化降低硅片1基底与掺杂多晶硅层之间的界面态密度，多数载流子浓度远高于少数载流子，降低电子空穴复合几率的同时，也增加了电阻率形成多数载流子的选择性接触。在隧穿氧化层2中，电子从金属表面穿过氧化层，进入另一侧的金属表面。这种现象只发生在非常薄的氧化层中，通常在几个纳米以下。在这种情况下，电子的波长与隧穿氧化层2的厚度相当，因此电子可以穿过隧穿氧化层2。
本领域技术人员可以理解，钝化层6是本领域的常规结构，钝化层又可称为绝缘层，可以由氮化硅、氧化铝、氧化钛或氧化硅制成，或由其中的任一组合制成。钝化层6能够以气相沉积、溅射、原子沉积(ALD)或其它的方式沉积。
本申请在所述接触区11内的掺杂多晶硅层表面设置磷掺杂纳米硅粉层4，在金属电极5的形成过程中，可以起到隔离磷掺杂多晶硅层3与金属电极5的作用，防止磷掺杂多晶硅层3也容易被金属电极5穿透。
本申请通过在所述接触区11内的掺杂多晶硅层表面设置磷掺杂纳米硅粉层4，可以起到隔离磷掺杂多晶硅层3与金属电极5的作用，防止掺杂多晶硅层也容易被金属电极5穿透。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂多晶硅层3的厚度为70～100nm。
常规的TOPcon电池中，磷掺杂多晶硅层3的厚度一般为120～150nm。本申请中由于磷掺杂纳米硅粉层4的存在，磷掺杂多晶硅层3的厚度可以减薄至70～100nm而不被金属电极5穿透，有利于提高TOPcon太阳能电池的短路电流。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂纳米硅粉层4的厚度为5～15nm。
所述磷掺杂纳米硅粉层4的厚度为5～15nm的有益效果是，既能对磷掺杂多晶硅层3起到足够的保护作用，又不会因太厚而明显影响金属电极5和磷掺杂多晶硅层3的电接触。
在本申请的一些实施例中，所述接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为25～55Ω；和/或，
所述非接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为70～130Ω。
容易理解，掺杂浓度越高，多晶硅层的方块电阻越低。方块电阻是本领域常用于间接表示掺杂浓度的参数。。
在本申请的一些实施例中，所述钝化层6的材料为氮化硅。
第二方面，本申请实施例提供一种选择性掺杂结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1：提供硅片1，将所述硅片1的一面的区域划分为接触区11和非接触区1211；
S2：在所述硅片1的一面沉积隧穿氧化层2；
S3：在所述隧穿氧化层2表面沉积多晶硅层；
S4：在所述接触区11内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层；
S5：对所述多晶硅层和纳米硅粉层进行磷掺杂处理，使得所述多晶硅层转变成磷掺杂多晶硅层3、所述纳米硅粉层转变成磷掺杂多晶硅粉层，并使得所述接触区11的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区1211；
S6：在所述非接触区1211内的掺杂多晶硅层表面和所述磷掺杂纳米硅粉层4表面制备钝化层6；
S7：在所述接触区11内的钝化层6表面设置导电浆料后烧结，使所述导电浆料形成金属电极5，并穿透所述钝化层6与所述磷掺杂纳米硅粉层4接触。
所述接触区11和非接触区1211根据金属电极5的设计来划分。本领域技术人员可以根据实际生产情况和公知常识划分接触区11和非接触区1211。
沉积隧穿氧化层2是本领域的常规技术方案。作为示例，隧穿氧化层2可以通过PECVD、LPCVD等方法沉积，沉积气氛例如可以包括N2O和SiH4、氧气等。
沉积多晶硅层是本领域的常规技术方案。作为示例，多晶硅层可以通过PECVD、LPCVD等方法沉积。原料可以采用多晶硅粉。
本领域技术人员可以通过常规方式对所述多晶硅层和纳米硅粉层进行磷掺杂处理。作为示例，可以通过管式高温磷扩散进行磷掺杂处理。
在磷掺杂过程中，纳米硅粉对掺杂原子具有很强的吸附作用，这使得在同样的反应条件下，纳米硅粉的磷掺杂浓度远远高于多晶硅层。由于磷掺杂过程伴随有高温，纳米硅粉层中的磷元素会向接触区11内的多晶硅层扩散，最终使得所述接触区11的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区1211。
容易理解，步骤S1所提到的提供硅片1，通常指另一面已经沉积了硼掺杂氧化层的硅片1。硼掺杂氧化层属于TOPcon电池的常规结构。在制备本申请所述的选择性掺杂结构之前先制备硼掺杂氧化层是为了适应TOPcon电池的全流程制造工艺。硼掺杂氧化层一般通过管式高温硼扩撒制备。制备过程中，主要在硅片1的另一面形成硼掺杂氧化层，但也会在硅片1的一面绕扩形成硼掺杂氧化层，硅片1一面绕扩形成的硼掺杂氧化层需要去除，可以通过本领域的常规方法进行。作为示例，可以通过碱抛光去除硼掺杂氧化层。
本申请通过在所述接触区11内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层、再对所述多晶硅层和纳米硅粉层进行磷掺杂处理，使得所述接触区11的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区1211，简单快捷地制备了选择性掺杂结构。并且磷掺杂纳米硅粉层4能隔离磷掺杂多晶硅层3与金属电极5，避免磷掺杂多晶硅层3被金属电极5穿透，导致隧穿氧化层2的钝化效果被破坏。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂多晶硅层3的厚度为70～100nm。
常规的TOPcon电池中，磷掺杂多晶硅层3的厚度一般为120～150nm。本申请中由于磷掺杂纳米硅粉层4的存在，磷掺杂多晶硅层3的厚度可以减薄至70～100nm而不被金属电极5穿透，有利于提高TOPcon太阳能电池的短路电流。
在本申请的一些实施例中，所述磷掺杂纳米硅粉层4的厚度为5～15nm。
所述磷掺杂纳米硅粉层4的厚度为5～15nm的有益效果是，既能对磷掺杂多晶硅层3起到足够的保护作用，又不会因太厚而明显影响金属电极5和磷掺杂多晶硅层3的电接触。
在本申请的一些实施例中，所述在所述接触区11内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层，包括如下步骤：
S4：以硅墨为材料，在所述接触区11内的多晶硅层表面印刷形成纳米硅粉层。
印刷处理能够简单快捷地形成图案化的纳米硅粉层，即仅在接触区11内形成纳米硅粉层。
第三方面，本申请实施例提供一种TOPcon电池，所述TOPcon电池包括第一方面所述的选择性掺杂结构，或者由第二方面任一实施例所述的方法制备得到的选择性掺杂结构。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种选择性掺杂结构，其特征在于，所述选择性掺杂结构包括：
硅片，所述硅片的一面的区域划分为接触区和非接触区；
设置在所述硅片的一面的隧穿氧化层；
设置在所述隧穿氧化层表面的磷掺杂多晶硅层，所述接触区的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区；
设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的磷掺杂纳米硅粉层；
设置在所述接触区内的掺杂多晶硅层表面的金属电极；
钝化层，所述钝化层设置在所述非接触区内的掺杂多晶硅层表面，以及所述磷掺杂纳米硅粉层表面未被金属电极占据的区域。
2.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构，其特征在于，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为70～100nm。
3.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构，其特征在于，所述磷掺杂纳米硅粉层的厚度为5～15nm。
4.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构，其特征在于，所述接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为25～55Ω；和/或，
所述非接触区中，磷掺杂多晶硅层的方块电阻为70～130Ω。
5.根据权利要求1所述的选择性掺杂结构，其特征在于，所述钝化层的材料为氮化硅。
6.一种选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
提供硅片，将所述硅片的一面的区域划分为接触区和非接触区；
在所述硅片的一面沉积隧穿氧化层；
在所述隧穿氧化层表面沉积多晶硅层；
在所述接触区内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层；
对所述多晶硅层和纳米硅粉层进行磷掺杂处理，使得所述多晶硅层转变成磷掺杂多晶硅层、所述纳米硅粉层转变成磷掺杂多晶硅粉层，并使得所述接触区的多晶硅的磷掺杂浓度高于所述非接触区；
在所述非接触区内的掺杂多晶硅层表面和所述磷掺杂纳米硅粉层表面制备钝化层；
在所述接触区内的钝化层表面设置导电浆料后烧结，使所述导电浆料形成金属电极，并穿透所述钝化层与所述磷掺杂纳米硅粉层接触。
7.根据权利要求6所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述磷掺杂多晶硅层的厚度为70～100nm。
8.根据权利要求6所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述磷掺杂纳米硅粉层的厚度为5～15nm。
9.根据权利要求6所述的选择性掺杂结构的制备方法，其特征在于，所述在所述接触区内的多晶硅层表面设置一层纳米硅粉层，包括如下步骤：
以硅墨为材料，在所述接触区内的多晶硅层表面印刷形成纳米硅粉层。
10.一种TOPcon电池，其特征在于，所述TOPcon电池包括权利要求1～5中任意一项所述的选择性掺杂结构，或者由权利要求6～9中任意一项所述的方法制备得到的选择性掺杂结构。
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