一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，包括切割硅片去损伤层制绒，高温气相硼源掺杂形成p

A Fabrication Method of Double-sided Tunneling Oxidation Passivation High Efficiency N-type Double-sided Battery

The invention relates to a preparation method of double-sided tunneling oxidation passivation high-efficiency N-type double-sided battery, which includes cutting silicon wafer to remove damage layer and making wool, doping high temperature vapor boron source to form P.

【技术实现步骤摘要】
一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法
本专利技术涉及一种太阳能电池的制备方法，尤其是涉及一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法。
技术介绍
随着太阳能光伏市场的发展，人们对高效的晶体硅电池的需求越来越急迫。N型晶体硅电池相对P型晶体硅电池而言，由于N型晶体硅对金属杂质不敏感，或者说具有很好的忍耐性能，因此N型晶体硅中少数载流子具有较大的扩散长度。此外，由于N型晶体硅采用磷掺杂，因此不存在因光照而导致的B-O络合体的形成，因而不存在P型晶体硅电池中的光致衰退现象。N型晶体硅电池逐渐成为众多研究机构和光伏企业关注的对象。现有的较成熟的晶体硅太阳能电池制备技术，普遍采用均匀性发射结掺杂，丝网印刷电极工艺。为了减小银、硅接触电阻，必须提高太阳能电池发射结表面掺杂浓度；而与此同时为了降低太阳能表面发射结的复合，提升太阳能电池的短波响应，必须降低太阳能电池的发射结掺杂浓度。选择性发射结太阳能电池有效地解决了这对矛盾，但现有设备成本较高，或重复性较差，电池制备方法均不是十分理想。双面隧穿氧化钝化双面电池不同与常规电池在于：常规N型双面电池在用SiO2/SiNx作为钝化层，金属化700℃-800℃高温过程中，金属电极浆料会烧穿SiO2/SiNx钝化层与硅接触，在金属化接触区域产生非常严重的复合。
技术实现思路
本专利技术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双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，可以改善现有N型双面电池的背面及正面复合，大幅提升电池Voc，且能兼容现有量产设备，是下一代高效N型双面电池的重点开发技术。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，采用以下步骤：(1)硅片在碱制绒槽中去除损伤层并制绒，形成1μm-6μm高的金字塔绒面；(2)控制硼源高温扩散炉管温度为850℃-1000℃，将硅片置于其中扩散20min-80min，在硅片表面形成B掺杂p+发射结；(3)用HF溶液去除硅片的硼硅玻璃(BSG)层，再利用HNO3/HF混合溶液的湿法刻蚀工艺，去除背面的B掺杂p+结，并对背面进行抛光处理；(4)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片背面沉积掺P多晶硅层；(5)采用湿法工艺对硅片正面进行选择性刻蚀，去除掺P多晶硅层；(6)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片正面沉积掺B多晶硅层；(7)采用高温热氧化工艺，对正面磷掺杂及背面硼掺杂多晶硅层进行激活；(8)采用PECVD或磁控溅射法在硅片正面及背面沉积80nm-100nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；(9)采用丝网印刷技术在硅片正面/背面印刷金属化浆料，形成欧姆接触，制作得到双面隧穿氧化钝化N型双面电池。步骤(4)中采用湿法化学工艺制备超薄的隧穿氧化层时，控制温度为50-120℃，采用的溶液为浓度69wt％的纯硝酸溶液，硅片在溶液中的反应时间控制在30-50分钟；采用高温热氧化工艺制备超薄的隧穿氧化层时，控制温度为500-800℃，在纯氧条件下反应30-60分钟。制备得到的超薄隧道氧化层SiO2的厚度为0.2nm-2nm。步骤(4)中的掺P多晶硅层是基于PECVD法，采用CVD设备实现掺杂多晶硅的沉积，控制沉积温度为200℃-650℃、PH3/SiH4流量比在0.5％-50％，气压0.1pa-200pa，沉积时间在5-50分钟内，实现掺P多晶硅层厚度在10nm-500nm范围内调整，后续再结合700℃-950℃的激活工艺，实现掺P多晶硅层的方阻在10-100Ω/□范围内进行调节。掺P多晶硅层中P原子含量为1×1018cm-3-1×1020cm-3。步骤(6)采用湿法化学工艺制备超薄隧道氧化层SiO2时，控制温度为50-120℃，采用的溶液为浓度69wt％的纯硝酸溶液，硅片在溶液中的反应时间控制在30-50分钟；采用高温热氧化工艺制备超薄隧道氧化层SiO2时，控制温度为500-800℃，在纯氧条件下反应30-60分钟。(6)中所述的掺B多晶硅层是基于CVD法，采用CVD设备实现掺杂多晶硅的沉积，在200℃-650℃沉积温度范围内、B2H6/SiH4流量比在0.5％-50％，气压在0.1pa-200pa，沉积时间在5-50分钟，掺B多晶硅层的厚度在10nm-300nm范围内调节，再结合后续700℃-950℃的激活工艺，实现掺B多晶硅层的方阻在10-100Ω/□范围内进行调节。步骤(7)高温热氧化工艺的温度控制在750-980℃。步骤(9)中印刷金属化浆料时，在峰值烧结温度为500℃-950℃范围内进行精细共烧结，金属化浆料不能穿透隧穿氧化层。本专利关键技术在于超薄的隧穿氧化层制备控制、背面磷掺杂多晶硅层、正面硼掺杂多晶硅层。其中公开的湿法氧化温度在50-120度左右，采用的是浓度69％的纯硝酸溶液，溶液中反应时间在30-50分钟，硅片氧化层厚度在1.4-2.5nm，基本上能满足参数指标要求；热氧化工艺是在500-800度范围内，在纯氧条件下，工艺时间在30-60分钟内，硅片表面氧化层厚度在1.8-3nm范围，湿法/干法氧化温度、氧化氛围浓度、氧化时间对氧化层的致密性及厚度非常重要，这些是影响隧穿氧化层界面质量的关键参数，需要批量实现及数据进行验证，满足隧穿氧化指标要求。采用CVD设备可以实现掺杂多晶硅的沉积，在200℃-650℃沉积温度范围内、PH3/SiH4流量比在0.5％-50％范围内，及气压在0.1pa-200pa，及沉积时间在5-50分钟内，背面掺杂磷掺杂多晶硅层的厚度可以实现20nm-400nm厚度调整。结合后续700℃-950℃的激活工艺，能够实现磷掺杂多晶硅方阻在10-100Ω/□进行调节。最后需要通过金属化前的iVoc监控，隧穿氧化钝化层质量，在当前条件下iVoc能实现700mV；采用CVD设备可以实现掺杂多晶硅的沉积，在200℃-650℃沉积温度范围内、B2H6/SiH4流量比在0.5％-50％范围内，及气压在0.1pa-200pa，及沉积时间在5-50分钟内，背面掺杂磷掺杂多晶硅层的厚度可以实现20nm-400nm厚度调整。结合后续700℃-950℃的激活工艺，能够实现磷掺杂多晶硅方阻在10-100Ω/□进行调节。最后需要通过金属化前的iVoc监控，隧穿氧化钝化层质量，在当前条件下iVoc能实现700mV。本专利技术采用双面隧穿氧化钝化技术，取代高效N型双面电池常规的SiO2/SiNx表面钝化工艺。在N型双面电池P+发射结和背面N+背场都基于隧穿机理，且对载流子(空穴/电子)有非常优异的选择性隧穿效应，在金属化过程中，金属浆料不破坏表面隧穿氧化层，能在金属化接触区域保持非常优异的钝化效果，并且由于隧穿氧化钝化技术对载流子具有选择性隧穿效应，且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。本专利技术解决了高温硼发射结表面制备隧穿氧化钝化的技术难题，从工艺技术上实现了双面隧穿氧化。与N型双面电池现有钝化技术相比，能大幅提升电池Voc(i-Voc>720mV,ImpliedFF>82％,转换效率η>25％)。且隧穿氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)硅片在碱制绒槽中去除损伤层并制绒，形成1μm‑6μm高的金字塔绒面；(2)控制硼源高温扩散炉管温度为850℃‑1000℃，将硅片置于其中扩散20min‑80min，在硅片表面形成B掺杂p+发射结；(3)用HF溶液去除硅片的硼硅玻璃(BSG)层，再利用HNO3/HF混合溶液的湿法刻蚀工艺，去除背面的B掺杂p+结，并对背面进行抛光处理；(4)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片背面沉积掺P多晶硅层；(5)采用湿法工艺对硅片正面进行选择性刻蚀，去除掺P多晶硅层；(6)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片正面沉积掺B多晶硅层；(7)采用高温热氧化工艺，对正面磷掺杂及背面硼掺杂多晶硅层进行激活；(8)采用PECVD或磁控溅射法在硅片正面及背面沉积80nm‑100nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；(9)采用丝网印刷技术在硅片正面/背面印刷金属化浆料，形成欧姆接触，制作得到双面隧穿氧化钝化N型双面电池。

【技术特征摘要】
1.一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)硅片在碱制绒槽中去除损伤层并制绒，形成1μm-6μm高的金字塔绒面；(2)控制硼源高温扩散炉管温度为850℃-1000℃，将硅片置于其中扩散20min-80min，在硅片表面形成B掺杂p+发射结；(3)用HF溶液去除硅片的硼硅玻璃(BSG)层，再利用HNO3/HF混合溶液的湿法刻蚀工艺，去除背面的B掺杂p+结，并对背面进行抛光处理；(4)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片背面沉积掺P多晶硅层；(5)采用湿法工艺对硅片正面进行选择性刻蚀，去除掺P多晶硅层；(6)利用湿法化学或高温热氧化工艺在硅片背面制备超薄隧道氧化层SiO2，采用CVD方式在硅片正面沉积掺B多晶硅层；(7)采用高温热氧化工艺，对正面磷掺杂及背面硼掺杂多晶硅层进行激活；(8)采用PECVD或磁控溅射法在硅片正面及背面沉积80nm-100nm的氢化非晶氮化硅钝化减反射层；(9)采用丝网印刷技术在硅片正面/背面印刷金属化浆料，形成欧姆接触，制作得到双面隧穿氧化钝化N型双面电池。2.根据权利要求1所述的一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中采用湿法化学工艺制备超薄的隧穿氧化层时，控制温度为50-120℃，采用的溶液为浓度69wt％的纯硝酸溶液，硅片在溶液中的反应时间控制在30-50分钟；采用高温热氧化工艺制备超薄的隧穿氧化层时，控制温度为500-800℃，在纯氧条件下反应30-60分钟。3.根据权利要求1所述的一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中制备得到的超薄隧道氧化层SiO2的厚度为0.2nm-2nm。4.根据权利要求1所述的一种双面隧穿氧化钝化高效N型双面电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的掺P多晶硅层是基于PECVD法，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪建强，吴天明，刘慎思，郑飞，陶智华，张忠卫，阮忠立，
申请(专利权)人：上海神舟新能源发展有限公司，上海航天工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31