一种N型晶体硅TOPCon电池结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种N型晶体硅TOPCon电池结构及其制备方法，结构包括硅衬底、正面金属电极、背面金属电极，以及沿所述硅衬底正面方向依次设置正面选择性发射极、正面减反钝化层，沿所述硅衬底背面方向依次设置TOPCon钝化接触结构、背面选择性发射极、背面减反钝化层。制备方法包括图形化激光掺杂处理、链式高温推结和刻蚀等步骤。本发明专利技术硅衬底正面具备选择性发射极结构，背面具备TOPCon钝化接触结构和选择性发射极结构，TOPCon钝化接触结构加双选择性发射极结构结合，可明显降低正背面的金属接触电阻及光生载流子在电池正背面的复合损失，提升开路电压和填充因子，有效地提升电池转换效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种N型晶体硅TOPCon电池结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池制造
，具体涉及一种N型晶体硅电池结构及制作方法，特别涉及一种N型晶体硅TOPCon电池结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]晶体硅太阳能电池近年来得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前晶体硅太阳能电池占太阳能电池市场总额的八成以上。在晶体硅太阳能电池中，TOPCon钝化接触电池是新型高转换效率电池，转换效率可达到24％，与常规产线兼容性较好，其钝化接触层对n+面提供了良好的表面钝化，极大地降低了金属接触复合，提高电池的开路电压及短路电流。而选择性发射极结构（SE,Selective Emitter）也可以有效降低N型晶体硅电池正背面金属与硅基体的接触电阻，同时降低金属栅线下P+区域的J0,met，提高电池的开路电压和填充因子，从而提高N型晶体硅电池转换效率。
[0003]当前行业问题在于：第一，现有技术的量产N型晶体硅TOPCon电池结构，由于背面磷扩散的金属栅线与N+层接触电阻（Rs）偏大、填充因子（FF）偏低，背面钝化、电池开路电压（Uoc）偏低等一系列瓶颈，因此选择性发射极结构是解决上述问题的思路之一；第二，目前行业内的磷掺杂普遍使用三氯氧磷做为磷掺杂剂进行高温管式扩散，该掺杂剂危险系数较高，同时高温扩散设备比较昂贵且能耗较高。综上所述，克服以上缺陷，设计高效的N型晶体硅TOPCon电池结构及其制备是现今重要的行业问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了有效地解决以上技术问题，方案一，提供了一种N型晶体硅TOPCon电池，包括硅衬底，沿所述硅衬底正面方向依次设置正面选择性发射极、正面减反钝化层，沿所述硅衬底背面方向依次设置TOPCon钝化接触结构、背面选择性发射极、背面减反钝化层；还包括，与所述正面选择性发射极形成欧姆接触的立体化的正面金属电极，以及与所述背面选择性发射极形成欧姆接触的立体化的背面金属电极。
[0005]优选的，所述正面选择性发射极包括P+层和位于所述P+层金属化区域的P++层，所述P++层为激光SE结构的图形化P++层，所述P++层的图形与所述正面金属电极的印刷图形相对应，所述P++层和所述P+层为所述正面选择性发射极的重掺杂区和轻掺杂区。
[0006]优选的，所述背面选择性发射极包括N+层和位于N+层金属化区域的所述N++层，所述N++层为激光SE结构的图形化N++层，所述N++层的图形与所述背面金属电极的印刷图形相对应，所述N++层和所述N+层为所述背面选择性发射极的重掺杂区和轻掺杂区。
[0007]优选的，所述TOPCon钝化接触结构为隧穿氧化层（Tunnel Oxide）加掺杂多晶硅层。
[0008]优选的，所述正面减反钝化层为氧化铝层和正面氮化硅层相叠，为沿所述硅衬底方向依次形成的所述氧化铝层和所述正面氮化硅层；所述背面减反钝化层为背面氮化硅层。
[0009]方案二，本专利技术提供了一种N型晶体硅TOPCon电池制备方法，用于制备方案一及其优选方案的N型晶体硅TOPCon电池，按照以下步骤进行：步骤一：选择N型晶体硅硅片作为所述硅衬底，进行制绒清洗，清洗可以使用不限于碱液的溶剂；步骤二：对制绒后的所述硅衬底正面使用含硼掺杂源形成硼扩散层，以制备所述P+层，所述P+层为高表面浓度的P+层；步骤三：在所述P+层金属化区域进行图形化激光掺杂，制备图形化的所述P++层，所述P++层的图形与所述正面金属电极印刷图形相对应，形成所述正面选择性发射极的重掺杂区和轻掺杂区，此时所述硅衬底表面边缘由于硼扩散生成硼硅玻璃（BSG）且所述P++层之外未覆所述含硼掺杂源的区域由于硼挥发而形成轻掺杂层，进而去除位于边缘的硼硅玻璃及表面由于所述含硼掺杂源中的硼挥发形成的所述轻掺杂层，从而形成所述正面选择性发射极；步骤四：对所述硅衬底背面制备所述TOPCon钝化接触结构，所述TOPCon钝化接触结构即作为所述N+层；步骤五：对所述N+层进行含磷扩散源的涂覆，对涂覆完所述含磷扩散源的所述N+层进行图形化激光掺杂，以制备图形化的所述N++层，所述N++层的图形与所述背面金属电极印刷图形相对应，形成所述背面选择性发射极的重掺杂区和轻掺杂区，此时所述硅衬底表面边缘生成磷硅玻璃（PSG）；步骤六：去除正面绕镀、位于所述硅衬底边缘磷扩散形成的磷硅玻璃及正面所述含磷扩散源，从而形成所述背面选择性发射极；步骤七：在所述N型晶体硅硅片正面和背面分别镀膜，以形成所述正面减反钝化层和所述背面减反钝化层，可以为氮化硅（SiN
x
）、二氧化硅（SiO2）、氮氧化硅（SiO
X
N
y
）、氧化铝（Al2O3）薄膜中的一种或者多种叠加。
[0010]步骤八：印刷所述正面金属电极和所述背面金属电极，烧结，所述印刷可为丝网印刷。
[0011]优选的，步骤四为制备所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层（Poly
‑
Si）。
[0012]优选的，制备所述隧穿氧化层，为在所述硅衬底背面利用硝酸氧化法、高温热氧化法、臭氧氧化法、或低压化学气相沉积法(LPCVD)形成超薄氧化硅层。
[0013]优选的，在所述隧穿氧化层的表面制备所述掺杂多晶硅层，以形成N+层，制备所述掺杂多晶硅层方法不限于PECVD法、LPCVD法。
[0014]优选的，所述掺杂多晶硅层为掺杂薄膜多晶硅层，厚度控制在120
‑
180nm。
[0015]优选的，所述步骤五具体包括，第一步：对所述N+层上进行所述含磷扩散源的涂覆；第二步：对所述N+层进行图形化激光掺杂；第三步：对激光掺杂后的所述N+层进链式高温扩散炉，在所述链式高温扩散炉内注入氧气，进行高温推结、氧化处理后，完成掺杂，形成所述N++层。
[0016]优选的，所述第一步中，所述含磷扩散源的涂覆，可以通过不限于旋涂、滚涂、喷涂等方式进行。
[0017]优选的，所述第二步中，进行所述图形化激光掺杂的激光波长为355nm
‑
1064nm，进
行所述图形化激光掺杂的激光图形与所述N型晶体硅TOPCon电池的所述背面金属电极的图形保持一致，激光细栅线宽度为50
‑
80um。
[0018]优选的，使用的所述激光为皮秒激光器，功率控制在25
‑
35W，大小30
‑
45um。
[0019]本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供了一种N型晶体硅TOPCon电池结构，其选择性发射极结构可有效降低金属栅线与重掺杂区（P++区、N++区）接触电阻，有效地降低重掺杂区的金属J0，提升电池的填充因子（FF）；轻掺杂区与重掺杂区可构成明显电势差，有效提升电池的开路电压（Uoc）。
[0020]（2）本专利技术的N型晶体硅Topcon(Tunnel Oxide Passivated Contact)电池结构，接触性能良好，电池效率极限28.7%，最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N型晶体硅TOPCon电池，其特征在于，包括硅衬底，沿所述硅衬底正面方向依次设置正面选择性发射极、正面减反钝化层，沿所述硅衬底背面方向依次设置TOPCon钝化接触结构、背面选择性发射极、背面减反钝化层；还包括，与所述正面选择性发射极形成欧姆接触的立体化的正面金属电极，以及与所述背面选择性发射极形成欧姆接触的立体化的背面金属电极。2.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅TOPCon电池，其特征在于，所述正面选择性发射极包括P+层和位于所述P+层金属化区域的图形化P++层，所述P++层的图形与所述正面金属电极印刷图形相对应。3.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅TOPCon电池，其特征在于，所述背面选择性发射极包括N+层和位于N+层金属化区域的图形化N++层，所述N++层的图形与所述背面金属电极印刷图形相对应。4.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅TOPCon电池，其特征在于，所述TOPCon钝化接触结构为隧穿氧化层加掺杂多晶硅层。5.根据权利要求1所述的一种N型晶体硅TOPCon电池，其特征在于，所述正面减反钝化层为氧化铝层和正面氮化硅层相叠，为沿所述硅衬底方向依次形成的所述氧化铝层和正面氮化硅层；所述背面减反钝化层为背面氮化硅层。6.一种N型晶体硅TOPCon电池制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
‑
5中任一项的N型晶体硅TOPCon电池，按照以下步骤进行：步骤一：选择N型晶体硅硅片作为所述硅衬底，进行制绒清洗；步骤二：对制绒后的所述硅衬底正面利用含硼掺杂源形成硼扩散层，以制备所述P+层；步骤三：在所述P+层的金属化区域进行图形化激光掺杂形成所述P++层，所述P++层的图形与所述正面金属电极印刷图形相对应，形成所述正面选择性发射极的重掺杂区和轻掺杂区；步骤四：对所述硅衬底背面制备所述TOPCon钝化接触结构，所述T...

【专利技术属性】
技术研发人员：任常瑞，孙海杰，杨松波，李金，董建文，符黎明，
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：