一种隧穿钝化接触电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种隧穿钝化接触电池及其制备方法，该电池包括硅基体以及硅基体由正面隧穿氧化硅层、硼/磷掺杂碳化硅层和正面硼/磷掺杂多晶硅层构成的正面隧穿接触结构，其制备方法包括在硅基体正面制备正面隧穿接触结构。本发明专利技术中，通过在硅基体正面构建由正面隧穿氧化硅层、硼/磷掺杂碳化硅层和正面硼/磷掺杂多晶硅层复合而成的隧穿接触结构，可以提升正面钝化结构的钝化效果，能够显著提升电池的转化效率，其中转换效率高达26.33％，是一种电性能优异的新型太阳能电池。本发明专利技术制备方法还具有工艺简单、工艺窗口宽、易于操作、能耗低、易量产等优点，可降低制备成本和制备难度，有利于隧穿钝化接触电池的批量化生产，以及推广应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种隧穿钝化接触电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏
，涉及一种太阳能电池及其制备方法，具体涉及一种隧穿钝化接触电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]隧穿钝化接触电池(TOPCon电池)，作为继PERC电池的下一代N型主流电池技术，量产电池效率已经达到25.5％以上，较PERC电池已有极大的提升，但目前主流的TOPCon电池均为单面TOPCon结构，然而，单面TOPCon结构理论效率27.1％，远远低于双面TOPCon结构理论效率28.7％。现有双面TOPCon结构中，背面采用隧穿氧化硅+n型掺杂多晶硅进行隧穿钝化，正面仍采用的是硼扩散的方式。同时，现有TOPCon电池的制备方法中，硼扩散需要在1000℃以上，存在能耗大、高温和产生的硼硅玻璃导致石英管寿命短、制备和维护成本高等缺陷；在采用选择性发射极技术进行硼扩散时，仅在金属区域实现高硼掺杂浓度深结，而非金属区域仍然是低硼掺杂浓度浅结，结果是非金属区域仍然存在较高的复合，从而使得电池效率难以有效提高。另外，有研究人员提出了一种在正面构建隧穿接触结构的TOPCon电池，在硅片正面的正面电极下方设置重掺杂多晶硅层和隧穿层，由此构建正面隧穿接触结构，然而，该正面隧穿接触结构中，将正面电极连接在重掺杂多晶硅层、隧穿层和轻掺杂层上，通过内扩的轻掺杂层仍然存在较大的横向电阻缺陷，难以降低金属电极之间的横向电阻，以及重掺杂多晶硅难以做薄的问题，而且重掺杂多晶硅层仍然存在较高的寄生吸収，容易造成正面吸光效率降低，同时在非金属区域仍然没有多晶硅钝化，因而非金属区域的复合仍然非常高，上述缺陷的存在使得TOPCon电池的转换效率仍然难以有效提高，其光电转换效率仍然低于25.5％。此外，上述TOPCon电池中，采用传统的回刻技术制备正面隧穿接触结构，仍然存在以下缺陷：(a)工艺窗口窄，刻蚀速度以及刻蚀量难以控制，量产可行性不高，如先正面生长多晶硅层，硼扩散后通过丝网印刷掩膜，然后进行湿法刻蚀，这样的制备方式难以精确控制非金属区域的多晶硅层厚度，工艺窗口窄；(b)重掺杂多晶硅层的形成仍然需要在高温条件下进行，存在能耗大、高温和产生的硼硅玻璃导致石英管寿命短、制备和维护成本高等缺陷；(c)轻掺杂层中硼掺杂浓度难以有效控制。因此，如何更低温度条件下在硅片正面构建钝化效果优异的钝化结构，对于提高隧穿钝化接触电池的转换效率，以及实现隧穿钝化接触电池的低成本、低能耗的批量生产和大规模应用具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种转换效率高的隧穿钝化接触电池及其制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0005]一种隧穿钝化接触电池，包括硅基体，所述硅基体的正面由内向外依次为正面隧穿氧化硅层、硼掺杂碳化硅层和正面减反层；所述硅基体的正面还设有正面电极，所述正面电极与所述硼掺杂碳化硅层之间还设有正面硼掺杂多晶硅层；所述正面电极穿过所述正面
减反层后与所述正面硼掺杂多晶硅层和所述硼掺杂碳化硅层形成欧姆接触；所述硼掺杂碳化硅层的掺杂浓度为1E19 cm
‑3～8E20 cm
‑3。
[0006]上述的隧穿钝化接触电池，进一步改进的，所述硅基体的背面由内向外依次为背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂多晶硅层和背面减反层；所述硅基体的背面还设有背面电极，所述背面电极与穿过所述背面减反层后与所述背面磷掺杂多晶硅层形成欧姆接触；所述背面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述背面磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为2E20 cm
‑3～3E21 cm
‑3；所述背面磷掺杂多晶硅层的厚度为30nm～300nm；所述背面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述背面减反层的厚度为60nm～130nm；所述背面电极为银电极。
[0007]上述的隧穿钝化接触电池，更进一步改进的，所述背面隧穿氧化硅层的厚度为1nm～2nm；所述背面磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为5E20 cm
‑3～2E21 cm
‑3；所述背面磷掺杂多晶硅层的厚度为60nm～150nm。更加优选的，所述背面磷掺杂多晶硅层的厚度为60nm～120nm。
[0008]上述的隧穿钝化接触电池，进一步改进的，所述硅基体为N型硅片；所述硅基体的电阻率为0.3Ω
·
cm～7Ω
·
cm；所述正面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述硼掺杂碳化硅层的厚度为1nm～100nm；所述正面硼掺杂多晶硅层的掺杂浓度为1E19 cm
‑3～8E20 cm
‑3；所述正面硼掺杂多晶硅层的厚度为10nm～300nm；所述正面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述正面减反层的厚度为60nm～130nm；所述正面电极为银电极、铝电极和银铝电极中的至少一种。
[0009]上述的隧穿钝化接触电池，更进一步改进的，所述硅基体的电阻率为0.5Ω
·
cm～3.5Ω
·
cm；所述正面隧穿氧化硅层的厚度为1nm～2nm；所述硼掺杂碳化硅层的厚度为3nm～30nm，更加优选的，所述硼掺杂碳化硅层的厚度为10nm～20nm，；所述正面硼掺杂多晶硅层的掺杂浓度为5E19 cm
‑3～5E20 cm
‑3；所述正面硼掺杂多晶硅层的厚度为30nm～250nm，更加优选的，所述正面硼掺杂多晶硅层的厚度为100nm～200nm。
[0010]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种隧穿钝化接触电池的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1、对硅基体进行双面制绒；
[0012]S2、在硅基体的正面依次沉积正面隧穿氧化硅层、硼掺杂非晶碳化硅层、正面硼掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；
[0013]S3、对硅基体的背面进行酸洗，对硅基体的背面和边缘进行碱洗；
[0014]S4、在硅基体的背面依次沉积背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；
[0015]S5、对硅基体进行退火处理；
[0016]S6、在硅基体正面的金属化区域的氧化硅掩膜上制备有机物掩膜，形成正面电极图案，或对硅基体正面的非金属化区域进行图形化开窗；
[0017]S7、对硅基体正面无掩膜区域进行刻蚀处理，直至露出硼掺杂碳化硅层；
[0018]S8、对硅基体正面和背面进行清洗，去除掩膜；
[0019]S9、在硅基体的正面和背面分别沉积正面减反层和背面减反层、印刷正面电极和背面电极，烧结和注入，完成对隧穿钝化接触电池的制备。
[0020]上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，采用碱性溶液对硅基体进行双面制绒，直至在表面形成0.5μm～3μm的金字塔；所述硅基体为N型硅片；所述硅基体的电阻率为0.3Ω
·
cm～7Ω
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cm。
[0021]上述的制备方法，进一步改进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧穿钝化接触电池，其特征在于，包括硅基体，所述硅基体的正面由内向外依次为正面隧穿氧化硅层、硼掺杂碳化硅层和正面减反层；所述硅基体的正面还设有正面电极，所述正面电极与所述硼掺杂碳化硅层之间还设有正面硼掺杂多晶硅层；所述正面电极穿过所述正面减反层后与所述正面硼掺杂多晶硅层和所述硼掺杂碳化硅层形成欧姆接触；所述硼掺杂碳化硅层的掺杂浓度为1E19 cm
‑3～8E20 cm
‑3。2.根据权利要求1所述的隧穿钝化接触电池，其特征在于，所述硅基体的背面由内向外依次为背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂多晶硅层和背面减反层；所述硅基体的背面还设有背面电极，所述背面电极与穿过所述背面减反层后与所述背面磷掺杂多晶硅层形成欧姆接触；所述背面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述背面磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为2E20cm
‑3～3E21 cm
‑3；所述背面磷掺杂多晶硅层的厚度为30nm～300nm；所述背面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述背面减反层的厚度为60nm～130nm；所述背面电极为银电极。3.根据权利要求1或2所述的隧穿钝化接触电池，其特征在于，所述硅基体为N型硅片；所述硅基体的电阻率为0.3Ω
·
cm～7Ω
·
cm；所述正面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述硼掺杂碳化硅层的厚度为1nm～100nm；所述正面硼掺杂多晶硅层的掺杂浓度为1E19cm
‑3～8E20 cm
‑3；所述正面硼掺杂多晶硅层的厚度为10nm～300nm；所述正面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述正面减反层的厚度为60nm～130nm；所述正面电极为银电极、铝电极和银铝电极中的至少一种。4.一种隧穿钝化接触电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对硅基体进行双面制绒；S2、在硅基体的正面依次沉积正面隧穿氧化硅层、硼掺杂非晶碳化硅层、正面硼掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；S3、对硅基体的背面进行酸洗，对硅基体的背面和边缘进行碱洗；S4、在硅基体的背面依次沉积背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；S5、对硅基体进行退火处理；S6、在硅基体正面的金属化区域的氧化硅掩膜上制备有机物掩膜，形成正面电极图案，或对硅基体正面的非金属化区域进行图形化开窗；S7、对硅基体正面无掩膜区域进行刻蚀处理，直至露出硼掺杂碳化硅层；S8、对硅基体正面和背面进行清洗，去除掩膜；S9、在硅基体的正面和背面分别沉积正面减反层和背面减反层、印刷正面电极和背面电极，烧结和注入，完成对隧穿钝化接触电池的制备。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用碱性溶液对硅基体进行双面制绒，直至在表面形成0.5μm～3μm的金字塔；所述硅基体为N型硅片；所述硅基体的电阻率为0.3Ω
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cm～7Ω
·
cm；步骤S2中，采用PECVD法在硅基体的正面依次沉积正面隧穿氧化硅层、硼掺杂非晶碳化硅层、正面硼掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；所述正面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述硼掺杂非晶碳化硅层为单层硼掺杂非晶碳化硅薄膜或由至少两层不同掺杂浓度的硼掺杂非晶碳化硅薄膜堆叠而成的复合膜；所述硼掺杂非晶碳化硅层的厚度为1nm～100nm；所
述正面硼掺杂非晶硅层的厚度为10nm～300nm；所述氧化硅掩膜的厚度为2nm～50nm；步骤S3中，采用氢氟酸溶液对硅基体的背面进行酸洗，去除背面的氧化硅掩膜；采用碱性溶液对硅基体的背面和边缘进行碱洗，去除硼掺杂非晶碳化硅层和正面硼掺杂非晶硅层；步骤S4中，采用PECVD法在硅基体的背面依次沉积背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂非晶硅层和氧化硅掩膜；所述背面隧穿氧化硅层的厚度为0.5nm～3nm；所述背面磷掺杂非晶硅层为单层磷掺杂非晶硅薄膜或由至少两层不同掺杂浓度的磷掺杂非晶硅薄膜堆叠而成的复合膜；所述背面磷掺杂非晶硅层的厚度为30nm～300nm；所述氧化硅掩膜的厚度为2nm～50nm；步骤S5中，所述退火处理的温度为880℃～1000℃；所述退火处理完成后，在硅基体的两面均形成隧穿钝化接触结构；步骤S6中，采用丝网印刷的方式在硅基体正面的金属化区域的氧化硅掩膜制备有机物掩膜，在细栅线所在区域的所述有机物掩膜的宽度为50μm～150μm；采用激光对硅基体正面的非金属化区域进行图形化开窗，开窗区域中细栅线所在区域的开窗宽度为50μm～150μm；步骤S7中，采用湿法刻蚀的方式对硅基体正面无掩膜区域进行刻蚀处理，形成poly
‑
finger结构；步骤S9中，采用PECVD法在硅基体的正面和背面分别沉积正面减反层和背面减反层；所述正面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述正面减反层的厚度为60nm～130nm；所述背面减反层为氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化硅薄膜中的至少一种或由它们堆叠而成的复合膜；所述背面减反层的厚度为60nm～130nm；所述隧穿钝化接触电池包括硅基体，所述硅基体的正面由内向外依次为正面隧穿氧化硅层、硼掺杂碳化硅层和正面减反层；所述硅基体的正面还设有正面电极，所述正面电极与所述硼掺杂碳化硅层之间还设有正面硼掺杂多晶硅层；所述正面电极穿过所述正面减反层后与所述正面硼掺杂多晶硅层和所述硼掺杂碳化硅层形成欧姆接触；所述硼掺杂碳化硅层的掺杂浓度为1E19 cm
‑3～8E20 cm
‑3；所述硼掺杂碳化硅层的厚度为1nm～100nm；所述正面硼掺杂多晶硅层的掺杂浓度为1E19 cm
‑3～8E20 cm
‑3；所述正面硼掺杂多晶硅层的厚度为10nm～300nm；所述正面电极为银电极、铝电极和银铝电极中的至少一种；所述硅基体的背面由内向外依次为背面隧穿氧化硅层、背面磷掺杂多晶硅层和背面减反层；所述硅基体的背面还设有背面电极，所述背面电极与穿过所述背面减反层后与所述背面磷掺杂多晶硅层形成欧姆接触；所述背面磷掺杂多晶硅层的掺杂浓度为2E20 cm
‑3～3E21 cm
‑3；所述背面磷掺杂多晶硅层的厚度为30nm～300nm；所述背面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，赵增超，李明，成秋云，蔡先武，
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：