一种基于Polyfinger的叠层p型钝化接触结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能晶硅电池领域，尤其涉及一种基于Poly finger的叠层p型钝化接触结构及其制备方法。本发明专利技术在电池正面分别采用掺镓Poly Si层与掺硼Poly Si层应用于底层钝化与finger金属接触，可在提高Poly Si在绒面的钝化效果的同时实现良好的金属接触，同时满足钝化与接触需求。在此基础上，通过在正面表面形成图形化掩膜并反刻处理，在电池正面的金属遮蔽区采用厚Poly作为finger，而非金属遮蔽区采用薄Poly，较现有技术中正面整面Poly寄生吸收明显下降，电池Jsc得到保持。与现有技术相比，本发明专利技术中高硼掺杂保证了电极接触效果，带来更高的FF优势；提高了电池的光电能量转换效率。提高了电池的光电能量转换效率。提高了电池的光电能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Poly finger的叠层p型钝化接触结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能晶硅电池领域，尤其涉及一种基于Polyfinger的叠层p型钝化接触结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]追求高效电池是光伏行业内的发展趋势，现有兼具到成本及工艺的方案中，隧穿氧化钝化接触(TOPCon)技术是一种优秀的电池钝化技术。已成为继PERC后的下一代主流产品。
[0003]在n
‑
TOPCon电池中，电池背面沉积有由超薄的隧穿氧化层和多晶硅层组成的钝化接触层，能起到对电池背面金属接触区域的钝化作用，降低太阳电池光生载流子在电池背面金属接触区域的复合，进而提升电池性能。但对于现有的n
‑
TOPCon电池量产技术而言，一方面由于Poly Si与晶硅基体的折射率接近，将其应用于正面会导致严重的寄生吸收问题，另一方面由于可实现良好接触的掺硼PolySi在绒面的钝化效果并不理想，而掺镓等PolySi钝化效果良好却不能满足金属接触，使得目前电池只实现了背面POLO结构的叠加，正面仍采用常规扩散制结，这并未完全发挥该结构的全部潜力。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种基于Polyfinger的叠层p型钝化接触结构制备方法，该p型钝化接触结构应用于n
‑
TOPCon电池正面，通过不同掺杂的多层PolySi叠加图形化Polyfinger，达到同时满足钝化、接触及光学的需求，实现finger区的暗饱和电流密度(J0,metal)和比接触电阻率(ρc)下降，可在满足短路电流密度(Jsc)低损失条件下有效提高开路电压(Voc)与填充因子(FF)。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]一种基于Polyfinger的叠层p型钝化接触结构的制备方法，包括如下操作步骤：
[0008]S01：双面制绒：以N型单晶硅片作为硅基底，经过预清洗后，在硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面的大小为1～5μm；
[0009]步骤S01中，于槽式机台内，采用KOH:H2O2混合溶液进行清洗，KOH和H2O2的体积比为1:5～1:2，预清洗温度为65～85℃，预清洗时间为1.5～4min；而后在碱制绒溶液中进行双面制绒，制绒温度为70～85℃，制绒时间为4～11min，减薄量控制在0.4
‑
0.6g。
[0010]碱制绒溶液为KOH/NaOH溶液与抛光添加剂按照5～9：1的质量比混合制得。
[0011]S02：正面制备隧穿氧化层：550～750℃纯氧条件下，在单晶硅片的单面制备1～5nm隧穿氧化层，并将其标记为正面；
[0012]步骤S02中，利用链式或管式高温设备形成遂穿超薄氧化硅；工艺温度为550℃～750℃，时间为5～30min，所形成的遂穿超薄氧化硅的厚度为1～5nm。
[0013]S03：掺镓p+Poly层沉积：采用掺Ga的Si靶材在正面进行溅射沉积，靶材中Ga元素浓度为1
×
10
18
～1
×
10
20
atom/cm3，沉积时间为10～30s，温度为200～400℃，形成15～60nm掺Ga的a
‑
Si；
[0014]步骤S03中，采用射频溅射方式进行沉积，射频电源频率为2k～10MHz，功率为1～20kW。
[0015]本专利技术中，叠层制备掺镓p+Poly层和掺硼p++Poly层的难点主要在于掺镓的工艺，常规的气相原位沉积或气相扩散对于热分解掺镓气体的选择比较困难，本专利技术采用射频溅射技术实现在Si中掺Ga的工艺，射频溅射技术更接近量产大规模生产条件，其可实现大面积，高产能，稳定可控的工艺过程；其中使用掺Ga的Si靶材，提高了溅射的稳定性和均匀性，同时也解决了含Ga气相源难以选择的问题。
[0016]具体在底层选择掺Ga的主要好处在于掺B的Poly在激活过程中由于B元素尺寸(原子半径0.95)很小且在SiO2中的固溶度更高，导致其内扩尤为严重，POLO结构的额钝化选择结构效果不佳，而Ga元素尺寸更大(原子半径1.4)且与P元素接近(原子半径1.3)，在相同退火温度下可实现接近的内扩效果，同时叠加一层高浓度掺硼p++Poly层来满足接触；保证正面poly结构在SiO2中的固溶度，保证金属接触需求。Ga元素的浓度一方面影响其钝化效果，另一方面需和掺硼p++Poly层进行匹配实现高低节满足多子传输的选择性，具体的，B元素的浓度为Ga元素浓度的2～4倍。利于载流子的传输。
[0017]S04：掺硼p++Poly层沉积：550～750℃纯氧条件下，在掺Ga的a
‑
Si表面制备1～5nm隧穿氧化层，然后采用气态前驱体SiH4和B2H6，在500～700℃温度下形成100～200nm掺B的a
‑
Si；其中B元素浓度为1
×
10
18
～1
×
10
20
atom/cm3；保证了金属接触的效果。
[0018]步骤S04中，隧穿氧化层的制备工艺为：利用链式或管式高温设备形成隧穿超薄氧化硅；工艺温度为550℃～750℃，时间为5～30min，所形成的遂穿超薄氧化硅的厚度为1～5nm。
[0019]更为具体的，在管式LPCVD内，氧化硅沉积温度维持在550
‑
650℃，O2含量为1～3L，时间为5～30min，在掺Ga的a
‑
Si表面形成一层1～5nm氧化硅；而后采用气态前驱体SiH4和B2H6进行原位多晶硅沉积，沉积温度为500
‑
700℃，掺B的a
‑
Si的厚度为100～200nm；
[0020]S05：finger结构制备：在正面表面形成图形化掩膜，然后在碱刻蚀溶液中进行反刻处理，去除无掩膜区域的掺B的a
‑
Si，此时掩膜层及掺硼a
‑
Si下的隧穿层不能去除，需要留作背面去绕镀时阻挡碱刻蚀；
[0021]步骤S05中，采用印刷、沉积或喷墨方式在正面表面形成图形化掩膜，图形化掩膜耐碱不耐酸，具体为SiOx、SiNx等结构。碱刻蚀过程中，温度为70～85℃，时间为4～8min，刻蚀进行至掺硼p++Poly层与掺镓p+Poly层交界处由隧穿氧化层截止，保护底层掺镓p+Poly层。
[0022]S06：背面清洗：进行背面的清洗，去除背面绕镀的多晶硅，同时完成背面碱抛形貌刻蚀；
[0023]步骤S06中，采用链式设备，利用2～5％浓度的HF溶液进行背面的清洗，采用2～5％浓度的KOH溶液单面去除背面绕镀的多晶硅，同时完成背面碱抛形貌刻蚀。
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Poly finger的叠层p型钝化接触结构的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：S01：双面制绒：以N型单晶硅片作为硅基底，经过预清洗后，在硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面的大小为1~5
µ
m；S02：正面制备隧穿氧化层：550~750℃纯氧条件下，在所述单晶硅片的单面制备1~5nm隧穿氧化层，并将其标记为正面；S03：掺镓p+Poly层沉积：采用掺Ga的Si靶材在所述正面进行溅射沉积，靶材中Ga元素浓度为1
×
10
18
~1
×
10
20 atom/cm3，沉积时间为10~30s，温度为200~400℃，形成15~60nm掺Ga的a
‑
Si；S04：掺硼p++ Poly层沉积：550~750℃纯氧条件下，在所述掺Ga的a
‑
Si表面制备1~5nm隧穿氧化层，然后在500~700℃温度下形成100~200nm掺B的a
‑
Si；其中B元素浓度为1
×
10
18
~1
×
10
20 atom/cm3；S05：finger结构制备：在正面表面形成图形化掩膜，然后在碱刻蚀溶液中进行反刻处理，去除无掩膜区域的掺B的a
‑
Si；S06：背面清洗：进行背面的清洗，去除背面绕镀的多晶硅，同时完成背面碱抛形貌刻蚀；S07：掺磷n+ Poly层沉积：在550~650℃纯氧条件下，在所述背面表面制备1~5nm隧穿氧化层，然后在500~700℃温度下形成100~200nm掺P的a
‑
Si；P元素浓度为1
×
10
20
~1
×
10
21 atom/cm3；S08：正面清洗：去除正面绕镀的多晶硅并清洗，再在2~6%浓度的HF溶液中去除表面掩膜层与无掩膜区域表面的隧穿氧化层；S09：a
‑
Si层晶化及掺杂激活：在N2环境，800~1000℃条件下进行退火处理，使得正面叠层a
‑
Si与背面a
‑
Si转变为Poly Si，其中掺杂元素实现替位激活，正面方阻控制在50~100 ohm/cm3，背面方阻控制为30~70 ohm/cm3；S10：钝化层生成：在所述单晶硅片的正面钝化氧化铝，所述氧化铝的厚度为2~20 nm；而后在所述单晶硅片的正面和背面镀氮化硅，所述氮化硅的厚度为70~90 nm，折射率为1.8~2.1；S11：丝网印刷，在正面和背面同时印刷主栅及细栅，采用非烧穿型银浆浆料，经过700~850℃烧结工艺温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，李绿洲，王芹芹，董旭，
申请(专利权)人：扬州大学扬州碳中和技术创新研究中心，
类型：发明
国别省市：