实现空穴局部钝化接触的方法、晶体硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种实现空穴局部钝化接触的方法，该方法可通过采用印刷硼浆或打印硼墨水实现选择性硼掺杂，也可通过选择性的硼离子注入来实现选择性硼掺杂，形成的局部掺硼多晶硅硼表面浓度不低于7E19cm

【技术实现步骤摘要】
实现空穴局部钝化接触的方法、晶体硅太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池制备
，具体涉及一种实现空穴局部钝化接触结构的方法，以及将这种空穴局部钝化接触结构应用于晶体硅太阳能电池和相应的电池制备方法。
技术介绍
钝化接触（TunnelOxideandPassivatedContact，TOPCon）太阳能电池是一种新型高效太阳能电池，这种太阳能电池通过隧穿氧化硅和掺杂多晶硅钝化晶体硅太阳能电池（以下简称太阳能电池或电池）的表面，来实现光生载流子的选择性通过，也即多数载流子可以无障碍地通过隧穿氧化硅层进入到掺杂多晶硅薄膜内继而被收集，而与此同时少数载流子在隧穿氧化硅和硅的界面处的复合速率很低并且无法通过隧穿氧化硅到达掺杂多晶硅薄膜中。TOPCon电池可以实现光生载流子的一维收集，减小了少数载流子复合几率的同时，也增加了多数载流子的收集几率。由于TOPCon电池中的掺杂多晶硅（实际上应是多晶硅和微晶硅的混合体，但以多晶硅为主，为便于表述，本申请统称多晶硅）的光学吸收系数相对于晶体硅更大，这会导致照射到电池表面的光在这层多晶硅薄膜中被过多地吸收，从而显著降低了吸收层晶体硅衬底的光吸收。因此，钝化接触结构在应用于晶体硅太阳能电池时，更多地是应用于电池背表面。在太阳能电池的正面采用局部钝化接触结构可以避免上述问题。这种结构的特征是，在非金属电极接触区域（以下简称非金属电极区域）不采用钝化接触结构，而在金属电极接触区域（以下简称金属电极区域）则采用钝化接触结构。相比于传统的全面积（也即包括非金属电极区域和金属电极区域）的钝化接触结构设计，采用局部钝化接触结构应用于电池正面，可以避免电池正面非金属电极区域采用掺杂多晶硅层而导致的光吸收较大的问题，从而增加了进入到晶体硅衬底的入射光的量，进而增加了晶体硅衬底中的光生载流子产生量。目前实现这种局部钝化接触结构，普遍多采用光刻法、化学浆料刻蚀法。光刻法属于半导体芯片的制造方法，成本较高同时制备步骤较为繁琐；而采用化学浆料刻蚀法制备局部接触钝化结构也需要在多晶硅层实施掺杂、制备掩膜、印刷保护型或刻蚀型化学浆料、化学刻蚀以及去除掩膜等，制备步骤比较繁琐，成本较高。由此可见，采用这两种常用方法制备局部钝化接触结构，工艺步骤繁琐，而光刻胶和化学刻蚀浆料作为消耗材料成本也较高，从而导致总体的制备成本比较高，这就给局部钝化接触结构的应用带来了较大的难度。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术给出了一种简洁实用、低成本的实现空穴局部钝化接触的制备方法。进一步，又将上述实现空穴局部钝化接触结构的方法应用于太阳能电池，公开了一种具有空穴局部钝化接触结构的晶体硅太阳能电池和相应的电池制备方法。本专利技术所涉及的实现空穴局部钝化接触结构的方法，利用硅表面的硼掺杂浓度不低于7E19cm-3时可以非常有效地阻挡碱溶液刻蚀的这个特性，来制备这种空穴局部钝化接触结构。从总体上，本专利技术给出的方法可以分为两种（基于如何制备选择性分区的硼掺杂），分述如下：第一种实现空穴局部钝化接触结构的方法，概括地说，是通过生长隧穿氧化硅、沉积非晶硅、丝网印刷硼浆或打印硼墨水、退火、化学溶液刻蚀以及金属化等工艺步骤来联合实现这种结构。首先在已经去除损伤层的晶体硅衬底上制备隧穿氧化硅；紧接着在这层隧穿氧化硅层上制备非晶硅层；然后在这层非晶硅薄膜上通过丝网印刷或打印的方法印上一定图案的硼浆或硼墨水（在本文中又统称为局部覆盖硼掺杂剂），局部覆盖的硼掺杂剂图案和后续金属化电极图案相对应（本申请中是指具有相同的轴心线）；接着通过退火来将非晶硅晶化为多晶硅，同时也激活硼浆（或硼墨水）中的硼掺杂剂以及完成其在多晶硅薄膜内的再分布；然后通过一定温度、浓度的碱溶液来刻蚀样品，当多晶硅表面的硼掺杂浓度不低于7E19cm-3时，由于该温度、浓度下的碱溶液对上述局部掺硼的多晶硅薄膜区域无法实现有效的刻蚀，而无硼掺杂的多晶硅或非晶硅薄膜区域则可以被该温度、浓度下的碱溶液刻蚀掉；最后在这个局部掺硼的多晶硅薄膜上制备金属化层（金属电极图案和局部掺硼多晶硅图案相对应）。至此形成本专利技术所述的空穴局部钝化接触结构。第二种实现空穴局部钝化接触结构的方法，概括地说，是通过生长隧穿氧化硅、沉积非晶硅、选择性的硼离子注入、退火、化学溶液刻蚀以及金属化等工艺步骤来联合实现这种结构。这种方法与第一种方法的区别是采用选择性离子注入在多晶硅层上制备局部硼掺杂，局部掺硼的多晶硅薄膜的表面硼浓度要不低于7E19cm-3，从而有效地阻挡碱溶液的刻蚀。其他工艺步骤与第一种方法完全相同。本专利技术给出的可以实现空穴局部钝化接触结构的方法。如前所述，该方法可分为两种，是基于具体实现选择性硼掺杂的不同制备方法来给出的。第一种是通过采用印刷硼浆或打印硼墨水实现选择性硼掺杂，第二种是通过选择性的硼离子注入来实现选择性硼掺杂。两种方法的共同点是要在多晶硅层的表面实现硼掺杂浓度不低于7E19cm-3，从而能有效地阻挡碱溶液的刻蚀，以形成局部掺硼多晶硅。基于上述给出的实现空穴局部钝化接触结构的方法，本专利技术又继续给出一种简洁实用、低成本的晶体硅太阳能电池和相应的制备方法。具体来说，是将所述空穴局部钝化接触结构应用于电池正面（钝化电池正面的金属电极区域），在电池制备方法上则结合了所给出的制备空穴局部钝化接触结构的方法。这种晶体硅太阳能电池的衬底可以选用n型硅或p型硅；电池正面采用空穴局部钝化接触；电池背面可以采用全面积的电子局部钝化接触，也可以采用常规的n型掺杂结和相应的钝化膜。更为具体的电池结构特征描述和电池制备方法会在具体实施方式中给出。本专利技术具有以下有益效果：1）本专利技术给出的空穴局部钝化接触的制备方法和相应晶体硅太阳能电池的制备方法，工艺简洁，成本较低，具有良好的工业化潜力。2）本专利技术给出的电池，其正面光学性能良好、金属化复合低，可以获得更高的光生载流子收集几率和更少的光生载流子传输损失，从而可以有效地提升电池的开路电压、短路电流和光电转换效率，也有效地提升其应用于光伏组件和系统的发电量。附图说明图1为实施例1所述制备所述空穴局部钝化接触结构的工艺流程示意图。图2为制备具有空穴局部钝化接触结构的制备工艺流程（实施例1）中所对应的硅片样品的结构示意图，其中：图2-a：在局部覆盖硼掺杂剂后（第4）步完成后）的结构示意图；图2-b：经过炉管或快速热处理炉高温退火后（第5）步完成后）的结构示意图；图2-c：碱溶液化学刻蚀完成后的结构示意图：局部掺硼的多晶硅薄膜区域得以完全保留，未掺硼的多晶硅薄膜区域则被完全刻蚀掉；紧接着又继续在硅片表面完成制绒（第6）步完成后）；图2-d：对局部掺硼多晶硅薄膜区域实施金属化后（第7）步完成后）的结构示意图，也是所述空穴局部钝化接触结构的最终结构示意图。图3为实施例2和3所述的晶体硅太阳能电池结构，即：电池正面采用空穴局部钝化接触，电池背面采用全面积的电子钝化接触。图4为实施例2和4所述的晶体硅太阳能电池结构，即：电池正面采用空穴局部钝化接触，电池背面采用常规的n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现空穴局部钝化接触的方法，其特征在于，包括：/n提供一种晶体硅衬底；/n在所述晶体硅衬底表面制备隧穿氧化硅；/n在所述隧穿氧化硅表面制备本征非晶硅；/n在所述非晶硅表面局部覆盖硼掺杂剂；/n将局部覆盖硼掺杂剂的晶体硅衬底进行退火处理，实现非晶硅到多晶硅的转变，同时所述硼掺杂剂被激活并在多晶硅薄膜内进行再分布，形成局部硼掺杂；所述局部硼掺杂的表面浓度不低于7E19 cm

【技术特征摘要】
1.一种实现空穴局部钝化接触的方法，其特征在于，包括：
提供一种晶体硅衬底；
在所述晶体硅衬底表面制备隧穿氧化硅；
在所述隧穿氧化硅表面制备本征非晶硅；
在所述非晶硅表面局部覆盖硼掺杂剂；
将局部覆盖硼掺杂剂的晶体硅衬底进行退火处理，实现非晶硅到多晶硅的转变，同时所述硼掺杂剂被激活并在多晶硅薄膜内进行再分布，形成局部硼掺杂；所述局部硼掺杂的表面浓度不低于7E19cm-3；
采用碱溶液对退火后的晶体硅衬底进行刻蚀，去除局部硼掺杂之外区域的多晶硅，所述局部硼掺杂区域的多晶硅被保留；
制备金属电极，所述金属电极位于局部硼掺杂区域的正上方；
至此，形成空穴局部钝化接触。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述非晶硅表面局部覆盖硼掺杂剂，具体包括：通过丝网印刷的方式在非晶硅表面局部覆盖硼浆，或者通过打印的方式在非晶硅表面局部覆盖硼墨水。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述非晶硅表面局部覆盖硼掺杂剂，具体包括：通过离子注入的方式在非晶硅表面局部注入硼离子。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非晶硅表面覆盖的硼掺杂剂是图案化的，所述图案与金属电极的图案相对应。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用炉管或快速热处理炉进行退火处理；退火后，所述晶体硅衬底表面形成均匀的多晶硅层。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，退火温度为750-1100°C，退火时间为20-100分钟，炉内气氛是氮气。


7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碱溶液为NaOH溶液或KOH溶液，所述碱溶液的质量浓度为1-30%，温度为10-95°C，刻蚀时间为4-40分钟。


8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碱溶液的质量浓度为2-5%，温度为40-80°C，刻蚀时间为5-10分钟。


9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用激光局部热处理退火进行退火处理；退火后，所述晶体硅衬底表面局部硼掺杂处形成多晶硅层。


10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，选用的激光波长范围是100-1100nm。


11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱溶液为NaOH溶液或KOH溶液，所述碱溶液的质量浓度为0.5-20%，温度为10-95°C，刻蚀时间为2-20分钟。


12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述碱溶液的质量浓度为0.5-5%，温度为20-80°C，刻蚀时间为2-7分钟。


13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述局部硼掺杂的表面浓度不低于1E20cm-3。


14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2nm；所述非晶硅的厚度为10-300nm。


15.一种晶体硅太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一种晶体硅衬底；
去除所述晶体硅衬底表面的损伤层，在晶体硅衬底表面形成背面所需形貌；
在去除损伤层后的晶体硅衬底表面制备隧穿氧化层；
在所述晶体硅衬底正面沉积本征非晶硅并局部覆盖硼掺杂剂，在所述晶体硅衬底背面沉积非晶硅膜并整面覆盖磷掺杂剂；
对正、背两面完成掺杂剂覆盖的晶体硅衬底进行退火处理，实现非晶硅到多晶硅的转变，同时所述硼掺杂剂被激活并在多晶硅薄膜内进行再分布，形成局部硼掺杂，以及磷掺杂剂被激活并在多晶硅薄膜内进行再分布，形成磷掺杂；所述局部硼掺杂的表面浓度不低于7E19cm-3；
在所述晶体硅衬底背面沉积氮化硅或氮氧化硅膜，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海冰，张梦葛，沈梦超，张胜军，绪欣，吴智涵，
申请(专利权)人：常州时创能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32