利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法及背面全钝化接触太阳电池技术

本发明专利技术公开了一种利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法及背面全钝化接触太阳电池，该方法包括以下步骤：对硅片进行预清洗、双面制绒、正面硼扩散、正面激光选择性掺杂、二次清洗、背面抛光；利用管式PECVD设备背面沉积二氧化硅薄膜层、磷掺杂非晶碳化硅薄膜层，并进行退火处理，使非晶碳化硅转变为微晶碳化硅；沉积Al

The preparation of back passivated contact solar cells by PECVD and the back passivated contact solar cells

【技术实现步骤摘要】
利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法及背面全钝化接触太阳电池
本专利技术属于背面全钝化接触太阳电池制备领域，涉及一种利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法及背面全钝化接触太阳电池。
技术介绍
隧穿氧化物/多晶硅钝化接触(TOPCon)太阳电池作为一种背面全钝化接触太阳电池，其结构示意图如图1所示，其最重要的便是超薄隧穿氧化层和多晶硅层，这两层的质量直接决定了电池的钝化质量和电池效率。目前，以SiO2/多晶硅为背面全钝化接触结构的TOPCon太阳电池，通常是采用LPCVD的方法进行制备，其制备工艺流程图如图2所示，存在以下问题：(1)由于LPCVD设备中硅片是采用背靠背的方法插入石英槽中，在高温分解硅烷来制备多晶硅时不可避免的会产生绕镀现象，即不仅电池背面沉积了多晶硅，电池的扩散面也沉积了部分多晶硅，这部分多出的多晶硅会严重影响太阳能电池的性能，因而需要额外增加专门的多晶硅清洗设备和清洗工艺，从而增加了生产复杂度，降低产品的良率，且多晶硅清洗设备属于新研发设备，设备价格较高，提高了制备成本。(2)现有背面全钝化接触结构中，SiO2层一般采用热氧化法生长，这种方法制备出的SiO2中的硅来源于硅片表面，当硅片表面形成一定厚度的SiO2层后，氧化剂必须以扩散的形式运动到Si-SiO2界面，再与硅反应生成SiO2，然而，随着SiO2层的增厚，薄膜的生长速率将逐渐下降，从而很难控制氧化速率，特别是难以制备出极薄的氧化层，如1-5nm的氧化层，而且很容易导致过渡族金属玷污。(3)现有背面全钝化接触结构中，在采用LPCVD设备制备多晶硅时，多晶硅会附着在石英管舟和石英管壁上，由于多晶硅和石英的热膨胀系数不一样，当多晶硅生长到一定厚度时，会使得石英管和石英舟在应力作用下炸裂，极大增加了生产成本，目前产业上生产500次左右的多晶硅薄膜后需要更换石英管，这造成极大的资源浪费和成本提升。(4)采用LPCVD制备背钝化接触结构，多晶硅是在低压的条件下生长，所以生长速度比较慢，生长100nm的非晶硅需要60-80min左右的时间；同时制备本征非晶硅后还需要对其进行扩散掺杂以获得掺杂多晶硅，因而新增了扩散掺杂工艺，而扩散又需要90-100min左右的时间，使得生长整个钝化接触结构要3个小时以上的时间，这大大降低了电池产能。(5)LPCVD制备多晶硅薄膜需要较高的温度(600℃以上)，提高了成本，安全性也较差。由此可见，现有背面全钝化接触太阳电池的制备工艺存在具有工艺复杂、绕镀现象严重、工艺时间长、工作温度高、生产成本高等缺点。此外，板式PECVD制备非晶硅/掺杂非晶硅表面全钝化结构的缺点由：低温沉积工艺，与现有产线不兼容，目前采用平板式PECVD制备的非晶硅钝化层一般沉积温度在200-300℃，不能耐受高温，而现有的产线工艺都是高温工艺，因而与现有产线不兼容。为此，需要对现有产线做出比较大的改变，设备投资等成本太高；由于是低温工艺，现有的用于制备电极的银浆也要使用成本更加高昂的低温银浆，从而又增加了成本。因此，如何克服现有技术中存在的上述问题，以获得一种工艺简单、操作方便、成本低廉、与现有产线兼容好、制备可控性好、制备效率高、安全性好的背面全钝化接触太阳电池的制备方法，对于获得高质量的背面全钝化接触结构、高效率的背面全钝化接触太阳电池及扩大背面全钝化接触太阳电池的应用范围具有十分重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便、成本低廉、与现有产线兼容好、制备可控性好、制备效率高、安全性好的利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法及由此制得的高效率的背面全钝化接触太阳电池。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法，包括以下步骤：S1、依次对硅片进行预清洗、双面制绒、正面硼扩散、正面激光选择性掺杂、二次清洗、背面抛光；S2、利用管式PECVD设备在抛光后的硅片背面沉积二氧化硅薄膜层；S3、利用管式PECVD设备在二氧化硅层上沉积磷掺杂非晶碳化硅薄膜层；S4、对沉积有掺磷的非晶碳化硅薄膜层的硅片进行退火处理，使非晶碳化硅转变为微晶碳化硅；S5、在硅片正面依次沉积Al2O3钝化层和减反射层；S6、对硅片进行丝网印刷和烧结，得到背面全钝化接触太阳电池。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述二氧化硅薄膜层的沉积过程中工艺参数为：等离子频率为40kHz或13.56MHz，衬底温度为400℃～500℃，以氧气或一氧化二氮为反应气体，反应气体的流量为4000sccm～5000sccm，压力为200Pa～220Pa，沉积功率为3000W～5000W，占空比为5～10ms∶80～100ms，沉积时间为180s～300s。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S3中，所述磷掺杂非晶碳化硅薄膜层的沉积过程中工艺参数为：等离子频率为40kHz或13.56MHz，温度为300℃～400℃，以硅烷、甲烷、氢气和磷烷为反应气体，硅烷的流量为300sccm～900sccm，甲烷的流量为5000sccm～9000sccm，氢气的流量为500sccm～2000sccm，磷烷的流量为300sccm～3000sccm，硅烷、甲烷、氢气和磷烷的流量比为1∶10～30∶1～5∶1～10，气压为200Pa～220Pa，沉积功率为5000W～10000W，占空比5～10ms∶80～100ms，沉积时间为900s～1800s。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S4中，所述退火处理在氮气气氛下进行；所述退火处理的温度为600℃～800℃；所述退火处理的时间为10min～20min。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述硅片为N型单晶硅片，电阻率1Ω·cm～3Ω·cm。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述预清洗采用的清洗液为氢氧化钾和双氧水混合水溶液；所述氢氧化钾和双氧水混合水溶液由氢氧化钾溶液和双氧水溶液混合而得；所述氢氧化钾溶液和双氧水溶液的体积比为1∶2～4；所述氢氧化钾溶液的质量浓度为45％～47％；所述双氧水溶液的质量浓度为30％～32％；所述预清洗在温度为60℃～70℃下进行；所述预清洗的时间为160s～200s。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述双面制绒为将预清洗后的硅片置于KOH溶液中；所述KOH溶液的浓度为45％～47％；所述双面制绒在温度为75℃～85℃下进行；所述双面制绒的时间为800s～1000s。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述正面硼扩散在温度为800℃～850℃下进行；所述正面硼扩散的时间为85min～95min。上述的方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述二次清洗采用的刻蚀液为HF和HNO3混合溶液；所述HF和HNO3混合溶液由HF溶液和HNO3溶液混合而得；所述HF溶液和HNO3溶液的体积比为1∶2.5～1∶2.1；所述HF溶液的质量浓度为49％～50％；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、依次对硅片进行预清洗、双面制绒、正面硼扩散、正面激光选择性掺杂、二次清洗、背面抛光；/nS2、利用管式PECVD设备在抛光后的硅片背面沉积二氧化硅薄膜层；/nS3、利用管式PECVD设备在二氧化硅层上沉积磷掺杂非晶碳化硅薄膜层；/nS4、对沉积有掺磷的非晶碳化硅薄膜层的硅片进行退火处理，使非晶碳化硅转变为微晶碳化硅；/nS5、在硅片正面依次沉积Al

【技术特征摘要】
1.一种利用管式PECVD制备背面全钝化接触太阳电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、依次对硅片进行预清洗、双面制绒、正面硼扩散、正面激光选择性掺杂、二次清洗、背面抛光；
S2、利用管式PECVD设备在抛光后的硅片背面沉积二氧化硅薄膜层；
S3、利用管式PECVD设备在二氧化硅层上沉积磷掺杂非晶碳化硅薄膜层；
S4、对沉积有掺磷的非晶碳化硅薄膜层的硅片进行退火处理，使非晶碳化硅转变为微晶碳化硅；
S5、在硅片正面依次沉积Al2O3钝化层和减反射层；
S6、对硅片进行丝网印刷和烧结，得到背面全钝化接触太阳电池。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述二氧化硅薄膜层的沉积过程中工艺参数为：等离子频率为40kHz或13.56MHz，衬底温度为400℃～500℃，以氧气或一氧化二氮为反应气体，反应气体的流量为4000sccm～5000sccm，压力为200Pa～220Pa，沉积功率为3000W～5000W，占空比为5～10ms∶80～100ms，沉积时间为180s～300s。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述磷掺杂非晶碳化硅薄膜层的沉积过程中工艺参数为：等离子频率为40kHz或13.56MHz，温度为300℃～400℃，以硅烷、甲烷、氢气和磷烷为反应气体，硅烷的流量为300sccm～900sccm，甲烷的流量为5000sccm～9000sccm，氢气的流量为500sccm～2000sccm，磷烷的流量为300sccm～3000sccm，硅烷、甲烷、氢气和磷烷的流量比为1∶10～30∶1～5∶1～10，气压为200Pa～220Pa，沉积功率为5000W～10000W，占空比5～10ms∶80～100ms，沉积时间为900s～1800s。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述退火处理在氮气气氛下进行；所述退火处理的温度为600℃～800℃；所述退火处理的时间为10min～20min。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中：
所述硅片为N型单晶硅片，电阻率1Ω·cm～3Ω·cm；
所述预清洗采用的清洗液为氢氧化钾和双氧水混合水溶液；所述氢氧化钾和双氧水混合水溶液由氢氧化钾溶液和双氧水溶液混合而得；所述氢氧化钾溶液和双氧水溶液的体积比为1∶2～4；所述氢氧化钾溶液的质量浓度为45％～47％；所述双氧水溶液的质量浓度为30％～32％；所述预清洗在温度为60℃～70℃下进行；所述预清洗的时间为160s～200s...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄嘉斌，赵增超，周小荣，周子游，刘文峰，
申请(专利权)人：湖南红太阳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43