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CN110212057A - 一种p型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法 - Google Patents

一种p型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法，涉及太阳能电池技术领域。该方法包括提供P型硅片；在硅片的背面生成氧化硅层；在氧化硅层上沉积非晶硅层；在非晶硅层上涂覆硼浆并烘干，以在非晶硅层上形成含硼阻挡层；对硅片进行热处理，热处理包括依次连续进行的第一热处理、第二热处理和第三热处理；对硅片进行蚀刻处理；在硅片正面沉积第一钝化膜，并在硅片背面沉积第二钝化膜；在硅片正面和背面设置金属电极。通过将非晶硅晶化、硼扩散和磷扩散三个独立进行的高温处理工序整合为一个工序，简化了制备工艺，能够提高电池良率，缩短生产周期，提高产能。由于简化电池高温处理工艺，从而减小对少子寿命的影响，有助于提高电池效率。

Description

一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法。
背景技术
近年来，采用介质层进行背面钝化的PERC(Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极和背面电池)晶体硅太阳能电池受到光伏行业的广泛重视，产能迅速提升，从2015年底的5GW增长至2018年底的78GW，已成为光伏市场的主流产品。随着产能的提升，PERC电池的效率也不断提高，目前量产平均效率已达到22％。但是，PERC电池必须在介质层上开孔，以实现背面的电极接触，但电极接触区域复合速率快，导致背表面整体复合速率无法进一步降低，影响PERC电池效率的进一步提升。
传统的P型钝化接触晶体硅太阳能电池制备工艺依次包括如下步骤：制绒、背面抛光、背面沉积超薄氧化硅、背面沉积非晶硅、高温处理使非晶硅晶化、正面沉积掩膜、背面高温硼扩散、去除正面掩膜和背面硼硅玻璃、背面沉积掩膜、正面高温磷扩散、边缘刻蚀、去除背面掩膜和正面磷硅玻璃、两面分别沉积钝化膜、丝网印刷电极和烧结。
然而，传统制备工艺不仅步骤繁杂，而且需要三次高温热处理(除烧结外)，会降低硅片少子寿命，从而影响电池效率。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法，以解决制备工艺复杂的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法，包括：
提供P型硅片；
在P型硅片的背面生成氧化硅层；
在氧化硅层上沉积非晶硅层；
在非晶硅层上涂覆硼浆并且烘干，以在非晶硅层上形成含硼阻挡层；
对形成有含硼阻挡层的P型硅片进行热处理，热处理包括依次连续进行的第一热处理、第二热处理和第三热处理，第一热处理在第一温度下进行，以使非晶硅层转变成多晶硅层；第二热处理在第二温度下进行，以使含硼阻挡层中的硼扩散进入多晶硅层中；第三热处理在第三温度下并且在含磷气氛中进行，以使磷扩散进入P型硅片的正面；
对P型硅片进行蚀刻处理，实现边缘隔离，并去除P型硅片正面的磷硅玻璃和P型硅片背面的硼硅玻璃；
在P型硅片正面沉积第一钝化膜，并且在P型硅片背面沉积第二钝化膜；
在P型硅片正面和背面设置金属电极。
可选地，在进行热处理期间，含硼阻挡层上覆盖有阻挡硅片。
可选地，阻挡硅片与被覆盖的P型硅片相同，并且阻挡硅片背面与P型硅片背面抵靠放置。
可选地，所述提供P型硅片，包括：
清洗P型硅片；
刻蚀P型硅片以去除损伤；
对P型硅片的正面进行制绒处理；
对P型硅片的背面进行抛光处理。
可选地，第一温度在700℃至800℃的范围内。
可选地，第二温度在900℃至1000℃的范围内，并且第二热处理在O2气氛下进行。
可选地，第三温度在800℃至900℃的范围内，并且含磷气氛为POCl3和O2气氛。
可选地，第一钝化膜为氮化硅层。
可选地，第二钝化膜为氧化铝/氮化硅堆叠层。
可选地，在P型硅片正面和背面设置金属电极，包括：
在P型硅片正面和背面进行丝网印刷，形成金属电极图案；
对金属电极图案进行烧结处理，以形成金属电极。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的制备方法包括提供P型硅片；在P型硅片的背面生成氧化硅层；在氧化硅层上沉积非晶硅层；在非晶硅层上涂覆硼浆并且烘干，以在非晶硅层上形成含硼阻挡层；对形成有含硼阻挡层的P型硅片进行热处理，热处理包括依次连续进行的第一热处理、第二热处理和第三热处理，第一热处理在第一温度下进行，以使非晶硅层转变成多晶硅层；第二热处理在第二温度下进行，以使含硼阻挡层中的硼扩散进入多晶硅层中；第三热处理在第三温度下并且在含磷气氛中进行，以使磷扩散进入P型硅片的正面；对P型硅片进行蚀刻处理，实现边缘隔离，并去除P型硅片正面的磷硅玻璃和P型硅片背面的硼硅玻璃；在P型硅片正面沉积第一钝化膜，并且在P型硅片背面沉积第二钝化膜；在P型硅片正面和背面设置金属电极。通过将非晶硅晶化、硼扩散和磷扩散三个分开独立进行的高温处理工序整合为一个热处理工序，从而简化了制备工艺步骤，能够提高电池良率，并缩短生产周期，提高产能。由于简化电池高温处理工艺，从而减小对少子寿命的影响，有助于提高电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了常规P型钝化接触晶体硅太阳能电池的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
传统的P型钝化接触晶体硅太阳能电池制备工艺包括了制绒、背面抛光、背面沉积超薄氧化硅、背面沉积非晶硅、高温处理使非晶硅晶化、正面沉积掩膜、背面高温硼扩散、去正面掩膜和背面硼硅玻璃、背面沉积掩膜、正面高温磷扩散、边缘刻蚀等步骤。传统制备工艺中，除烧结外，需要进行非晶硅晶化、背面高温硼扩散、正面高温磷扩散三次高温处理步骤，这三个步骤分开独立进行，增加了工艺流程的复杂性，并且会降低硅片少子寿命，影响电池效率。
因此，本发明实施例提供了一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法，以简化制备工艺流程，并且从而能够减小工艺流程对少子寿命和电池效率的影响。
图1示出了常规P型钝化接触晶体硅太阳能电池的结构示意图。如图1所示，其中104为硼或镓掺杂的P型硅衬底，P型硅衬底104的正面进行了制绒处理，并且正面形成有磷掺杂的N+型硅层103(称为发射区)，其与P型硅衬底104构成PN结。在N+型硅层103上形成有钝化层102，该钝化层同时起到减反射的作用，其材质可以为氮化硅。此外，在N+型硅层103上面还形成有与N+型硅层103接触的金属电极101，金属电极101的材质可以为银，并且金属电极101与N+型硅103形成欧姆接触。P型硅衬底104的背面形成有超薄氧化硅层105，在超薄氧化硅层105的下面为硼掺杂的P+型多晶硅层106，在P+型多晶硅层106的下面为钝化层107，钝化层107可以为氧化铝/氮化硅堆叠层。此外，在P+型多晶硅层106的下面还形成有与P+型多晶硅层106接触的金属电极108，金属电极108的材质可以为银或银铝合金，并且金属电极108与P+型多晶硅层106形成欧姆接触。
在下文中，将针对图1中所示的太阳能电池结构，描述本发明所提出的制备方法。
图2示出了本发明实施例提供的P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法的流程示意图。下面将结合图2详细描述制备方法。
如图2所示，首先提供P型硅片(步骤201)，具体地包括清洗P型硅片，然后刻蚀硅片以去除损伤，对硅片的正面进行制绒处理，以在正面形成绒面结构，另外，还需要对硅片的背面进行抛光处理。
在如上提供P型硅片之后，可以在P型硅片的背面生成氧化硅层(例如，图1中所示的超薄氧化硅层105)(步骤202)，生成氧化硅层的方法可以为热氧化、臭氧氧化或湿化学氧化。
接下来可以在氧化硅层上沉积非晶硅层(步骤203)，沉积非晶硅层的方法可以为PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)或HWCVD(HotWire Chemical Vapor Deposition，热丝化学气相沉积)。
在非晶硅层上涂覆硼浆并且烘干，以在非晶硅层上形成含硼阻挡层(步骤204)，其中涂覆硼浆的方法可以为旋涂或丝网印刷。
然后，将在步骤204中形成的具有含硼阻挡层的P型硅片放进扩散炉管中进行热处理(步骤205)，热处理包括依次连续进行的第一热处理、第二热处理和第三热处理，第一热处理在第一温度下进行，以使非晶硅层转变成多晶硅层；第二热处理在第二温度下进行，以使含硼阻挡层中的硼扩散进入多晶硅层(从而形成例如图1中所示的P+型多晶硅层106)中；第三热处理在第三温度下并且在含磷气氛中进行，以使磷扩散进入P型硅片的正面(从而形成例如1中所示的N+型硅层103)。
可选地，在进行热处理期间，含硼阻挡层上覆盖有阻挡硅片，以减小在第三热处理时含磷气氛与P型硅片背面的接触。优选地，阻挡硅片可以与被覆盖的P型硅片完全相同，并且阻挡硅片背面与P型硅片背面抵靠放置(也就是背靠背放置)，从而可以同时对两片P型硅片进行热处理，并减少对仅用作杂质阻挡作用的阻挡硅片的浪费。在上述热处理中，第一热处理的第一温度在700℃至800℃的范围内，以使非晶硅层转变成多晶硅层；第二热处理的第二温度在900℃至1000℃的范围内，使含硼阻挡层中的硼扩散进入硅片背面的多晶硅层中，并且进行第二热处理时可以向炉管中通入O2，使得第二热处理在O2气氛下进行；第三热处理的第三温度在800℃至900℃的范围内，并且进行第三热处理时可以向炉管中通入POCl3和O2，使得第三热处理在POCl3和O2气氛下进行，从而使磷扩散进入硅片正面，含硼阻挡层能够防止磷进入多晶硅层。
接下来，对经过上述热处理的P型硅片进行蚀刻处理(步骤206)，蚀刻处理包括依次进行的第一蚀刻处理和第二蚀刻处理。第一蚀刻处理可采用等离子体刻蚀，对P型硅片边缘进行刻蚀，实现边缘隔离，防止边缘漏电。第二蚀刻处理可采用湿化学刻蚀，去除P型硅片正面的磷硅玻璃和P型硅片背面的硼硅玻璃。
在蚀刻之后，可以在P型硅片正面沉积第一钝化膜(例如，图1中所示的钝化层102)，并且在P型硅片背面沉积第二钝化膜(例如，图1中所示的钝化层107)(步骤207)。可选地，第一钝化膜可以为氮化硅层，第一钝化膜同时起到减反射的作用；第二钝化膜可以为氧化铝/氮化硅堆叠层。
最后，在P型硅片正面和背面设置金属电极(例如，图1中所示的金属电极101和金属电极108)(步骤208)。具体地，可以在P型硅片正面和背面进行丝网印刷，形成金属电极图案；然后对金属电极图案进行烧结处理，完成金属化，以形成金属电极。
综上所述，本发明实施例提供的制备方法通过将非晶硅晶化、硼扩散和磷扩散三个分开独立进行的高温处理工序整合为一个热处理工序，从而简化了制备工艺步骤，能够提高电池良率，并缩短生产周期，提高产能。由于简化电池高温处理工艺，从而减小对少子寿命的影响，有助于提高电池效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种P型钝化接触晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供P型硅片；
在所述P型硅片的背面生成氧化硅层；
在所述氧化硅层上沉积非晶硅层；
在所述非晶硅层上涂覆硼浆并且烘干，以在所述非晶硅层上形成含硼阻挡层；
对形成有所述含硼阻挡层的P型硅片进行热处理，所述热处理包括依次连续进行的第一热处理、第二热处理和第三热处理，所述第一热处理在第一温度下进行，以使所述非晶硅层转变成多晶硅层；所述第二热处理在第二温度下进行，以使所述含硼阻挡层中的硼扩散进入所述多晶硅层中；所述第三热处理在第三温度下并且在含磷气氛中进行，以使磷扩散进入所述P型硅片的正面；
对所述P型硅片进行蚀刻处理，实现边缘隔离，并去除所述P型硅片正面的磷硅玻璃和所述P型硅片背面的硼硅玻璃；
在所述P型硅片正面沉积第一钝化膜，并且在所述P型硅片背面沉积第二钝化膜；
在所述P型硅片正面和背面设置金属电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述热处理期间，所述含硼阻挡层上覆盖有阻挡硅片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻挡硅片与被覆盖的P型硅片相同，并且所述阻挡硅片背面与所述P型硅片背面抵靠放置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供P型硅片，包括：
清洗P型硅片；
刻蚀所述P型硅片以去除损伤；
对所述P型硅片的正面进行制绒处理；
对所述P型硅片的背面进行抛光处理。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一温度在700℃至800℃的范围内。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二温度在900℃至1000℃的范围内，并且所述第二热处理在O2气氛下进行。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第三温度在800℃至900℃的范围内，并且所述含磷气氛为POCl3和O2气氛。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一钝化膜为氮化硅层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二钝化膜为氧化铝/氮化硅堆叠层。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述P型硅片正面和背面设置金属电极，包括：
在所述P型硅片正面和背面进行丝网印刷，形成金属电极图案；
对所述金属电极图案进行烧结处理，以形成金属电极。
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