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发射结选择性接触的隧穿钝化PERC电池制备方法

阅读:1027发布:2020-09-15

专利汇可以提供发射结选择性接触的隧穿钝化PERC电池制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种发射结选择性 接触 的隧穿 氧 化 钝化 PERC 电池 制备方法,包括: 硅 片 单面制绒,制绒面制备隧穿氧化层SiO2及掺P 多晶硅 层形成N+发射结,选择性 刻蚀 去掉背面绕度掺P多晶硅层,对 正面 磷掺杂多晶硅层进行激活,在发射结表面进行选择性掺杂, 硅片 背面经过沉积AL2O3层,硅片正面及背面沉积氢化非晶氮化硅钝化减反射层,对背面 钝化层 进行选择性图形化开膜,通过丝网印刷背面 铝 电场 、背 电极 及正面金属电极 栅线 ,形成正背面电极 金属化 欧姆接触 。与 现有技术 相比,本发明改善了现有单晶PERC电池的发射结表面复合,大幅提升电池Voc,兼容现有PERC量产路径,是下一代高效单晶PERC电池的重点开发方向。,下面是发射结选择性接触的隧穿钝化PERC电池制备方法专利的具体信息内容。

1.一种发射结选择性接触的隧穿钝化PERC电池制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将片在制绒槽中去除损伤层并进行表面抛光正面制绒,形成1μm-6μm高的金字塔绒面,即硅片制绒面;
(2)在硅片制绒面依次制备隧穿氧化层SiO2及掺P多晶硅层形成N+发射结;
(3)采用湿法化学处理进行选择性刻蚀,去掉硅片背面绕的掺P多晶硅层;
(4)高温退火处理,对硅片正面的掺P多晶硅层中的磷元素进行激活;
(5)采用激光掺杂的方式,在硅片正面掺P多晶硅层及隧穿氧化层SiO2上进行选择性掺杂,形成选择性掺杂区域;
(6)在硅片背面经过ALD或PECVD的方式沉积5-20nm厚的AL2O3层;
(7)硅片正面及背面沉积氢化非晶氮化硅钝化减反射层;
(8)采用ns激光对硅片背面氢化非晶氮化硅钝化减反射层进行选择性图形化开膜;
(9)通过丝网印刷背面背场、背电极及正面金属电极栅线,形成正背面电极金属化欧姆接触即可。
2.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(2)中隧穿氧化层SiO2为超薄隧穿氧化层SiO2,厚度为0.5nm-2nm。
3.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(2)中采用湿法氧化或高温热氧化的方法制备隧穿氧化层SiO2层。
4.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(2)中的掺P多晶硅层采用PECVD的方法以高纯SiH4为气源在500℃-600℃下制备形成,厚度为10nm-500nm。
5.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(2)中掺P多晶硅层中P原子含量为1×1019cm-3-1×1021cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(3)中,先采用PECVD或APCVD的方法在硅片正面的掺P多晶硅层上沉积氧化物层,保护硅片正面的掺P多晶硅层,然后在弱碱溶液中对硅片背面绕镀的掺P多晶硅层进行选择性蚀刻,再用HF溶液将沉积的氧化物层去掉即可。
7.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(4)中,高温退火处理的温度控制在750-980℃以内,处理时间控制在30-
60分钟。
8.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(5)中,所述的选择性掺杂区域的表面掺杂浓度在1e20-1e21/cm3,激光掺杂深度在0.4-1.5μm,且激光掺杂宽度在60-200μm范围内。
9.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,步骤(9)中背面铝背场、背电极及正面金属电极栅线通过将金属化浆料在峰值烧结温度为500-950℃范围内进行精细共烧结形成。
10.根据权利要求1所述的一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,其特征在于,所述的硅片为P型硅片。

说明书全文

发射结选择性接触的隧穿钝化PERC电池制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于一种太阳能电池制备技术领域,涉及一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法。

背景技术

[0002] 目前对于高效N型及P型高效电池来说,在现有的表面钝化技术AL2O3,热氧化及SiNx钝化来说,基本上就只能达到目前的主流平。为了更进一步提升电池效率,达到22%甚至23%以上的电池效率,隧穿氧化层钝化技术是非常好,且有可能兼容现有产线的的高质量表面钝化技术。如何将隧穿氧化钝化技术应用到现有产业化生产中,是我们面临的挑战,比如如何以低成本的方式制备多晶薄膜层,如何进行磷元素有效掺杂等。

发明内容

[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005] 一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,包括以下步骤:
[0006] (1)将硅片制绒槽中去除损伤层并进行表面抛光正面制绒,形成1μm-6μm高的金字塔绒面,即硅片制绒面;
[0007] (2)在硅片制绒面依次制备隧穿氧化层SiO2及掺P多晶硅层形成N+发射结;
[0008] (3)采用湿法化学处理进行选择性刻蚀,去掉硅片背面绕的掺P多晶硅层;
[0009] (4)高温退火处理,对硅片正面的掺P多晶硅层中的磷元素进行激活;
[0010] (5)采用激光掺杂的方式,在硅片正面掺P多晶硅层及隧穿氧化层SiO2上进行选择性掺杂,形成选择性掺杂区域;
[0011] (6)在硅片背面经过ALD或PECVD的方式沉积5-20nm厚的AL2O3层;
[0012] (7)硅片正面及背面沉积氢化非晶氮化硅钝化减反射层;
[0013] (8)采用ns激光对硅片背面氢化非晶氮化硅钝化减反射层进行选择性图形化开膜;
[0014] (9)通过丝网印刷背面背场、背电极及正面金属电极栅线,形成正背面电极金属化欧姆接触即可。
[0015] 其中;
[0016] 步骤(5)中选择性掺杂区域的激光重掺杂图形与正面金属化细栅线图形一致,激光重掺杂是把硅片表面没有激活的磷元素激活,主要目的是降低金属化接触区域的接触电阻
[0017] 步骤(8)中,激光选择性图形化开膜区域主要目的是为了在电池背面形成局部点或线接触,用于背面电流收集。
[0018] 优选地,步骤(2)中隧穿氧化层SiO2为超薄隧穿氧化层SiO2,厚度为0.5nm-2nm。
[0019] 优选地,步骤(2)中采用湿法氧化或高温热氧化的方法制备隧穿氧化层SiO2层。
[0020] 优选地,当步骤(2)中采用湿法氧化的方法制备隧穿氧化层SiO2时,温度控制在80-120℃,处理时间控制在20-60min;当步骤(2)中采用高温热氧化的方法制备隧穿氧化层SiO2时,温度控制在450-800℃,处理时间控制在10-60min。通过以上手段,形成致密的隧穿氧化层薄膜。
[0021] 优选地,步骤(2)中的掺P多晶硅层采用PECVD的方法以高纯SiH4为气源在500℃-600℃下制备形成,厚度为10nm-500nm。
[0022] 优选地,步骤(2)中掺P多晶硅层中P原子含量为1×1019cm-3-1×1021cm-3。
[0023] 优选地,步骤(3)中,先采用PECVD或APCVD的方法在硅片正面的掺P多晶硅层上沉积氧化物层,保护硅片正面的掺P多晶硅层,然后利用弱碱对多晶硅的刻蚀速度远高于对氧化物层的刻蚀速度,在弱碱溶液中对硅片背面绕镀的掺P多晶硅层进行选择性蚀刻,再用HF溶液将沉积的氧化物层去掉即可。
[0024] 优选地,步骤(4)中,高温退火处理的温度控制在750-980℃以内,处理时间控制在30-60分钟。
[0025] 优选地,步骤(5)中,所述的选择性掺杂区域的表面掺杂浓度在1e20-1e21/cm3,激光掺杂深度在0.4-1.5μm,且激光掺杂宽度在60-200μm范围内。
[0026] 优选地,步骤(9)中背面铝背场、背电极及正面金属电极栅线通过将金属化浆料在峰值烧结温度为500-950℃范围内进行精细共烧结形成,且控制金属化浆料不穿透隧穿氧化层SiO2。
[0027] 进一步优选地,步骤(9)中,金属化浆料不穿透隧穿氧化层SiO2。
[0028] 优选地,所述的硅片为P型硅片。
[0029] 与现有技术相比,本发明采用的发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法,是常规SiO2/SiNx表面钝化技术的替代技术,由于隧穿氧化钝化技术对载流子具有选择性隧穿功能,进一步地,再通过金属化电极接触区域不破坏隧穿层钝化层,从而能大幅度提升电池Voc。与常规SiO2/SiNx表面钝化PERC电池技术相比,基于单晶PERC技术的正面发射结隧穿氧化钝化电池制备方法,大幅度提升电池Voc(目前初步测试i-Voc接近710mV)。且隧穿氧化钝化技术能兼容到现有的N型双面电池,与下一代N型产品升级技术相通。兼容后续高温烧结型浆料金属化主流路线,是下一代高效N型/P型电池制备效率22%以上的关键技术。附图说明
[0030] 图1为本发明的PERC电池的结构示意图;
[0031] 图中,1为正面金属电极栅线,2为氢化非晶氮化硅钝化减反射层,3掺P多晶硅层,4为隧穿氧化层SiO2,5为硅片,6为AL2O3层,7为背面SiNx层,8为背面激光选择性图形化开膜区域,9为背面铝背场,10为背电极。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0033] 实施例1
[0034] 一种发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池(如图1所示)的制备方法,采用以下步骤:
[0035] (1)将硅片1(本实施例中为P型硅片)在碱制绒槽中去除损伤层并进行表面抛光、正面制绒,形成1-6μm高的金字塔绒面(本实施例为3μm高的金字塔绒面),即硅片制绒面。
[0036] (2)利用湿法化学或者高温热氧化的方法在硅片制绒面制备隧穿氧化层SiO24,厚度0.5nm-2nm,然后采用CVD方式在硅片5正面沉积厚度为10nm-500nm、P原子含量为1×1019cm-3-1×1021cm-3的掺P多晶硅层3;
[0037] 具体到本实施例中,隧穿氧化层SiO24为超薄隧穿氧化层SiO2,厚度1.8-2nm,当采用湿法氧化的方法制备隧穿氧化层SiO24时,温度控制在80-120℃,处理时间控制在20-60min,当采用高温热氧化的方法制备隧穿氧化层SiO24时,温度控制在450-800℃,处理时间控制在10-60min。通过以上手段,形成致密的隧穿氧化层薄膜;
[0038] 具体到本实施例中,掺P多晶硅层3的制备采用PECVD的方式,掺P多晶硅层3厚度为50nm的,掺杂浓度在5×1020cm-3;
[0039] (3)采用湿法化学的方法对硅片5背面进行选择性刻蚀,选择性刻蚀采用的是常用的多晶刻蚀液,去掉电池背面绕镀的掺P多晶硅,同时能保护正面掺P多晶硅层3;
[0040] 具体到本实施例中,先采用PECVD或APCVD的方法在硅片5正面的掺P多晶硅层3上沉积氧化物层,保护硅片正面的掺P多晶硅层3,然后利用弱碱对多晶硅的刻蚀速度远高于对氧化物层的刻蚀速度,在弱碱溶液中对硅片背面绕镀的掺P多晶硅层进行选择性蚀刻,刻蚀时间10分钟,再用HF溶液将沉积的氧化物层去掉即可,本实施例的氧化物选用SiO2。
[0041] (4)采用高温热氧化的方法,在750-980℃的退火激活温度下处理30-60min,对硅片正面掺P多晶硅层3中的磷元素进行激活,本实施例中退火激活温度在950度,工艺时间40分钟。
[0042] (5)采用激光掺杂的方法,在硅片正面掺P多晶硅层3及隧穿氧化层SiO24上进行选择性掺杂,形成表面掺杂浓度在1e20-1e21/cm3,激光掺杂深度在0.4-1.5μm,且激光掺杂宽度在60-200μm范围内的选择性掺杂区域;
[0043] 本实施例中,选择性掺杂区域为重掺杂区域,重掺杂区域图形与正面金属化细栅线图形一致,表面浓度达到5e20/cm3,掺杂深度在0.7μm,通过调节激光掺杂参数,激光掺杂宽度在150μm,满足后续丝网印刷及二次对位精度的要求。
[0044] (6)在硅片5背面经过ALD或PECVD的方式沉积5-20nm厚的AL2O3层6;
[0045] 本实施例中,300℃温度下在电池背面沉积厚度为15nm的AL2O3层6。
[0046] (7)硅片5正面及背面沉积氢化非晶氮化硅钝化减反射层;
[0047] 本实施例中,正面及背面分别沉积厚度为80nm和150nm的非晶氮化硅钝化减反射层,分别如图1中氢化非晶氮化硅钝化减反射层2和背面SiNx层7所示;
[0048] (8)采用ns激光对背面SiNx层7进行选择性图形化开膜;
[0049] 通过该步骤,形成背面激光选择性图形化开膜区域8,其主要目的是为了在背面形成局部点或线接触,用于背面电流收集。
[0050] (9)最后通过丝网印刷背面铝背场9、背电极10及正面金属电极栅线1,形成正背面电极金属化欧姆接触即可;
[0051] 本实施例中,背面铝背场9、背电极10及正面金属电极栅线1通过将金属化浆料在峰值烧结温度为500-950℃范围内进行精细共烧结形成2。
[0052] 其中,步骤(9)中可以进一步控制金属化浆料不穿透隧穿氧化层SiO2。
[0053] 上述发射结选择性接触的隧穿氧化钝化PERC电池制备方法制备的电池的implied Voc目前已经接近710mV。受到目前电极金属化浆料的限制,电池最终Voc达到685mV以上,电池效率可突破21.8%以上。
[0054] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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