钝化接触电池及其制备工艺的制作方法

1.本技术涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种钝化接触电池及其制备工艺。


背景技术：

2.相较于其他传统的太阳能电池，掺杂氧化层钝化接触电池可以明显提高太阳能电池的光电转换效率，在目前已经占有一定的市场份额，具有极高的产业化价值。
3.目前，掺杂氧化层钝化接触电池技术关键部分是，首先在电池背面生长一层厚度约1.4nm的隧穿氧化层sio
x
，然后沉积磷掺杂的n+-poly-si(重掺杂多晶硅)薄膜，经过高温退火后，能够有效地降低背面复合电流密度。
4.掺杂氧化层钝化接触电池在大规模量产的过程中，主要的技术路线主要有如下两种：
5.一种是采用低压化学气相沉积法(lpcvd)沉积隧穿氧化层和非晶硅薄膜，然后采用离子注入或磷扩散的方式对薄膜进行掺杂形成磷掺杂的多晶硅；另外一种是基于管式pecvd(等离子体增强化学气相沉积法)沉积技术，由于其绕镀更少，有利于外观和良率的控制，具有更高的量产优势。
6.但是，一方面，在pecvd沉积poly-si过程以及后续的高温退火过程中，存在严重的爆膜问题，导致电池光电转换效率降低。
7.另一方面，背面的重掺杂多晶硅在丝网印刷过程中的耐银浆腐蚀能力较弱，容易被金属刺穿从而增加金属复合，导致光电转换效率降低。


技术实现要素：

8.本技术的目的在于提供一种钝化接触电池及其制备工艺，能明显改善pecvd沉积得到的背面场钝化结构爆膜严重的问题；还能提高背面耐银浆腐蚀能力，从而减少金属刺穿现象，降低金属复合。
9.本技术的实施例是这样实现的：
10.第一方面，本技术实施例提供一种钝化接触电池的制备工艺，其背面场钝化结构的制备包括：
11.在硅片的背面生长隧穿氧化层；
12.在隧穿氧化层的表面生长本征碳化硅层；
13.在本征碳化硅层表面生长磷掺杂碳化硅层；以及
14.退火处理，以使磷掺杂碳化硅层中的磷与碳化硅形成共价键。
15.上述技术方案中，在背面场结构中，在隧穿氧化层的表面依次生长本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层，代替传统的多晶硅结构。在pecvd沉积工艺中，能明显改善爆膜的问题，有利于增强电池的钝化性能，并有利于使得voc(开路电压)和电池效率得到提升。由于sic
x
相较于poly-si具有更高的硬度，在丝网印刷后的烧结过程中能提高背面耐银浆腐蚀能力，从而减少金属刺穿现象，降低金属复合，同样地有利于使得voc和电池效率得到提升。
16.其中，sic
x
相较于poly-si而言，c-h键更加稳定，使sic
x
中的氢含量更高，也增加了界面h含量，有利于提升电池的钝化性能。sic的光学带隙比多晶硅更宽，能降低红外寄生吸收，有利于提升电流密度，还能有效提升电池效率和双面率。
17.本征碳化硅层间隔在隧穿氧化层和磷掺杂碳化硅层之间，作为缓冲结构，还能阻挡形成磷掺杂碳化硅层时的磷穿过隧穿氧化层进入体硅中，能有效避免对电池的开路电压等造成影响。
18.在一些可选的实施方案中，本征碳化硅层的厚度为5～80nm；
19.可选地，本征碳化硅层的厚度为5～50nm；
20.可选地，本征碳化硅层的厚度为20～30nm。
21.上述技术方案中，本征碳化硅层具有合适的厚度，能较好地发挥钝化和缓冲的作用，有利于更好地实现voc、isc和电池效率的提升。
22.在一些可选的实施方案中，磷掺杂碳化硅层的厚度为20～200nm；
23.可选地，磷掺杂碳化硅层的厚度为100～150nm。
24.上述技术方案中，磷掺杂碳化硅层具有合适的厚度，能较好地发挥钝化和防浆料腐蚀刺穿的作用，有利于更好地实现voc、isc和电池效率的提升。
25.在一些可选的实施方案中，本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层的总厚度≤200nm。
26.上述技术方案中，本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层的总厚度控制在一定的标准内，在有效提升voc、isc和电池效率的同时，较好地兼顾电池的整体性能。
27.在一些可选的实施方案中，生长本征碳化硅层的步骤中，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积本征碳化硅层；
28.和/或，生长磷掺杂碳化硅层的步骤中，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积磷掺杂碳化硅层。
29.上述技术方案中，采用等离子体增强化学气相沉积法，使得绕镀较少，有利于电池外观和良率的控制。
30.在一些可选的实施方案中，生长本征碳化硅层的步骤中，通入ch4、sih4和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：(1～10)。
31.上述技术方案中，ch4和sih4具有合适的体积比，有利于本征碳化硅层较好地发挥钝化和缓冲的作用。
32.在一些可选的实施方案中，生长磷掺杂碳化硅层的步骤中，通入ch4、sih4、ph3和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：(1～10)。
33.上述技术方案中，ch4和sih4具有合适的体积比，有利于磷掺杂碳化硅层较好地发挥钝化、减少红外吸收和防浆料腐蚀刺穿的作用。
34.在一些可选的实施方案中，退火处理步骤中，退火温度为600～1000℃，退火时间为10～60min；
35.可选地，退火温度为900～940℃。
36.上述技术方案中，采用合适的退火条件进行退火处理，保证较好地对背面场钝化结构进行晶化和有效掺磷，有利于更好地实现voc、isc和电池效率的提升。
37.在一些可选的实施方案中，在生长磷掺杂碳化硅层的步骤之后，且在退火处理步骤之前，还包括：在磷掺杂碳化硅层的表面生长sio
x
掩膜层。
38.上述技术方案中，sio
x
掩膜层用于保护背面场钝化结构，能够有效避免背面场钝化结构在后续的去绕镀清洗等工艺中被破坏。
39.第二方面，本技术实施例提供一种钝化接触电池，包括：硅片，以及在硅片的背面依次层叠的隧穿氧化层、本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层。
40.上述技术方案中，该钝化接触电池能够通过第一方面提供的制备工艺制得。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的某些实施例，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。
42.图1为本技术实施例提供的一种钝化接触电池的结构示意图。
43.图标：100-钝化接触电池；110-正面减反射层；120-正面钝化层；130-正面p型掺杂层；140-硅片；150-隧穿氧化层；160-本征碳化硅层；170-磷掺杂碳化硅层；180-背面钝化层。
具体实施方式
44.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
45.需要说明的是，本技术中的“和/或”，如“特征1和/或特征2”，均是指可以单独地为“特征1”、单独地为“特征2”、“特征1”加“特征2”，该三种情况。
46.另外，在本技术的描述中，除非另有说明，“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。
47.下面对本技术实施例的钝化接触电池的制备工艺及钝化接触电池进行具体说明。
48.发明人研究发现，目前，在生产常规的多晶硅形式的掺杂氧化层钝化接触电池时，在pecvd沉积poly-si的过程中以及后续的高温退火过程中，poly-si中的氢会被释放出来，并导致poly-si膜层被破坏，从而产生爆膜现象，而poly-si爆膜会严重影响电池的钝化性能，并导致电池光电转换效率降低。而且，重掺杂多晶硅在丝网印刷过程中的耐银浆腐蚀能力较弱，容易被金属刺穿从而增加金属复合，导致光电转换效率降低。
49.进一步研究发现，相比起pecvd沉积poly-si，sic
x
中的h很难逃逸，在pecvd沉积工艺中，能有效缓解爆膜的问题。而且，sic
x
相较于poly-si具有更高的硬度，在退火处理的烧结过程中能提高背面耐银浆腐蚀能力，从而减少金属刺穿现象，降低金属复合。
50.基于上述研究发现，第一方面，本技术提供一种钝化接触电池的制备工艺，其背面场钝化结构的制备包括：
51.在硅片的背面生长隧穿氧化层；
52.在隧穿氧化层的表面生长本征碳化硅层；
53.在本征碳化硅层表面生长磷掺杂碳化硅层；以及
54.退火处理，以使磷掺杂碳化硅层中的磷与碳化硅形成共价键。
55.本技术提供的钝化接触电池的制备工艺，在背面场结构中，在隧穿氧化层的表面依次生长本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层，代替传统的多晶硅结构。至少具有以下效果：
56.1、相比起pecvd沉积poly-si，sic
x
中的h很难逃逸，在pecvd沉积工艺下，在pecvd沉积工艺中，能明显改善爆膜的问题，有利于增强电池的钝化性能，并有利于使得voc和电池效率得到提升。
57.2、sic
x
相较于poly-si具有更高的硬度，在退火处理的烧结过程中能提高背面耐银浆腐蚀能力，从而减少金属刺穿现象，降低金属复合，同样地有利于使得voc和电池效率得到提升。
58.3、sic
x
相较于poly-si而言，c-h键更加稳定，使sic
x
中的氢含量更高，也增加了界面h含量，有利于提升电池的钝化性能。
59.4、sic的光学带隙比多晶硅更宽，能降低红外寄生吸收，有利于提升电流密度，还能有效提升电池效率和双面率。
60.此外，在本技术提供的钝化接触电池的制备工艺中，发明人研究发现，在采用sic
x
替代poly-si的同时，本征碳化硅层间隔在隧穿氧化层和磷掺杂碳化硅层之间，以本征碳化硅层作为缓冲结构，还能阻挡形成磷掺杂碳化硅层时的磷穿过隧穿氧化层进入体硅中，能有效避免对电池的开路电压等造成影响。
61.需要说明的是，以上主要示出了背面场钝化结构的制备过程，在钝化接触电池的制备工艺中，还可以根据需要或者常规方式进行制绒、p-n结制作、去绕镀、形成掩膜、制作电极等其他步骤。
62.在一些示例性的实施例中，钝化接触电池的制备工艺包括：
63.制绒。示例性地，准备n型硅片，采用1％的碱液进行制绒，采用双氧水和碱对硅片进行清洗。
64.硼扩。示例性地，进入硼扩散炉，利用bcl3在900～1050℃扩散形成p-n结。
65.碱抛。示例性地，采用链式hf机去除背面硼扩绕度的bsg(硼硅玻璃)，再通过机械手转入槽式碱抛机，去除背面和边缘p-n结。
66.在硅片的背面生长隧穿氧化层。
67.在隧穿氧化层的表面生长本征碳化硅层。
68.在本征碳化硅层表面生长磷掺杂碳化硅层。
69.退火处理。示例性地，采用管式退火炉，退火气体氛围为氮气(n2)或氧气(o2)。
70.rca清洗。示例性地，先经过链式氢氟酸(hf)，去除背面场钝化结构的制备的各步骤中绕镀到正面的氧化层以及退火过程中生成的氧化层，随后转入碱槽去除正面碳化硅绕镀层。
71.正面氧化铝膜和氮化硅膜沉积。示例性地，采用peald(等离子体增强原子层沉积方式)或pecvd方式沉积的氧化铝(alo
x
)薄膜用于钝化，采用pecvd沉积氮化硅(sin
x
)薄膜用于减反射。
72.沉积背面氮化硅膜。示例性地，采用pecvd沉积sin
x
薄膜，用于背膜氢钝化。
73.制作电极。示例性地，丝网印刷正背面浆料。
74.电注入、测试效率和分选。
75.关于制备背面场钝化结构的各个步骤，以下将对一些示例性的实施方式进行说明。
76.关于生长隧穿氧化层的步骤：
77.作为示例，采用peald或pecvd方式，生成一层厚度为0.5～2nm的隧穿氧化层。
78.关于生长本征碳化硅层的步骤：
79.作为示例，采用pecvd沉积本征碳化硅层。采用等离子体增强化学气相沉积法，使得绕镀较少，有利于电池外观和良率的控制。
80.作为示例，生长本征碳化硅层的步骤中，通入ch4、sih4和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：(1～10)，例如但不限于为1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8、1：9和1：10中的任意一者或任意两者之间的范围值。该设计中，ch4和sih4具有合适的体积比，有利于本征碳化硅层较好地发挥钝化和缓冲的作用。
81.作为示例，本征碳化硅层的厚度为5～80nm；可选地，本征碳化硅层的厚度为5～50nm；可选地，本征碳化硅层的厚度为20～30nm。
82.该本征碳化硅层的厚度例如但不限于为5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm和80nm中的任意一者或任意两者之间的范围值。由于本征碳化硅层具有合适的厚度，能较好地发挥钝化、减少红外吸收和缓冲的作用，有利于更好地实现voc、isc和电池效率的提升。
83.关于生长磷掺杂碳化硅层：
84.作为示例，采用pecvd沉积磷掺杂碳化硅层。采用等离子体增强化学气相沉积法，使得绕镀较少，有利于电池外观和良率的控制。
85.作为示例，生长磷掺杂碳化硅层的步骤中，通入ch4、sih4、ph3和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：(1～10)，例如但不限于为1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8、1：9和1：10中的任意一者或任意两者之间的范围值。该设计中，ch4和sih4具有合适的体积比，有利于磷掺杂碳化硅层较好地发挥钝化和防浆料腐蚀刺穿的作用。
86.作为示例，磷掺杂碳化硅层的厚度为20～200nm；可选地，磷掺杂碳化硅层的厚度为100～150nm。
87.该磷掺杂碳化硅层的厚度例如但不限于为20nm、50nm、80nm、100nm、120nm、150nm和200nm中的任意一者或任意两者之间的范围值。由于磷掺杂碳化硅层具有合适的厚度，能较好地发挥钝化和防浆料腐蚀刺穿的作用，有利于更好地实现voc、isc和电池效率的提升。
88.进一步地选地，本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层的总厚度≤200nm。本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层的总厚度控制在一定的标准内，在有效提升voc和电池效率的同时，较好地兼顾电池的整体性能。
89.在一些可选的实施方案中，在生长磷掺杂碳化硅层的步骤之后，且在退火处理步骤之前，还包括：在磷掺杂碳化硅层的表面生长sio
x
掩膜层。
90.作为示例，采用pecvd方式，通入sih4和n2o，以沉积sio
x
掩膜层，该sio
x
掩膜层的厚度为10～50nm，例如但不限于为10nm、20nm、30nm、40nm或者50nm。
91.上述实施方案中，sio
x
掩膜层用于保护背面场钝化结构，能够有效避免背面场钝化结构在后续的去绕镀清洗等工艺中被破坏。
92.关于上述各个步骤，在一些示例性的实施方式下，隧穿氧化层、本征碳化硅层、磷
掺杂碳化硅层以及sio
x
掩膜层均采用pecvd设备实现薄膜沉积时，该多个膜层可在同一管不破真空的情况下一次性完成薄膜沉积。当然，需要说明的是，在本技术中，关于该各个膜层的生成方式不限，例如但不限于还可以是等离子增强物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)技术、金属有机化合物化学气相沉积(mocvd)等。
93.关于退火处理的步骤：退火温度为600～1000℃，可选地，退火温度为900～940℃，该退火温度例如但不限于为600℃、700℃、800℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃和1000℃中的任意一者或任意两者之间的范围值。
94.退火时间为10～60min，该退火时间例如但不限于为10min、20min、30min、40min、50min和60min中的任意一者或任意两者之间的范围值。
95.上述实施方式下，采用合适的退火条件进行退火处理，保证较好地对背面场钝化结构进行晶化和有效掺磷，使得磷掺杂碳化硅层中的磷较好地与碳化硅形成共价键，能够较好地提供电子形成钝化结构，从而有利于更好地实现voc和电池效率的提升。
96.参照图1，第二方面，本技术提供一种钝化接触电池100，其能够通过第一方面提供的制备工艺制得。
97.钝化接触电池100包括硅片140，以及在硅片140的背面依次层叠的隧穿氧化层150、本征碳化硅层160和磷掺杂碳化硅层170。
98.需要说明的是，以上主要示出了与背面场钝化结构对应的结构，在钝化接触电池中，还可以根据功能需要、电池设计等配置其他的减反层、钝化层、电极等。
99.继续参照图1，在一些示例性的实施例中，钝化接触电池100包括依次设置的正面减反射层110、正面钝化层120、正面p型掺杂层130、n型的硅片140、隧穿氧化层150、本征碳化硅层160、磷掺杂碳化硅层170以及背面钝化层180。
100.其中，可选地，正面减反射层110为sin
x
减反射层，正面钝化层120为alo
x
钝化层，背面钝化层180为sin
x
钝化层。
101.以下结合实施例对本技术的特征和性能作进一步的详细描述。
102.实施例1
103.一种钝化接触电池的制备工艺，包括：
104.s1、制绒：准备n型硅片，采用1％的碱液进行制绒，采用双氧水和碱对硅片进行清洗。
105.s2、硼扩：进入硼扩散炉，利用bcl3在1000℃扩散形成p-n结。
106.s3、碱抛：采用链式hf机去除背面硼扩绕度的bsg，再通过机械手转入槽式碱抛机，去除背面和边缘p-n结。
107.s4、在硅片的背面生长隧穿氧化层：采用pecvd的方式，通入o2，生长出厚度为1nm的隧穿氧化层sio
x
。
108.s5、在隧穿氧化层的表面生长本征碳化硅层：采用pecvd的方式，通入ch4、sih4和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：10，本征碳化硅层的厚度为30nm。
109.s6、本征碳化硅层表面生长磷掺杂碳化硅层：采用pecvd的方式，通入ch4、sih4、ph3和h2进行反应沉积；其中，ch4和sih4的体积比为1：10，磷掺杂碳化硅层的厚度为100nm。
110.s7、在磷掺杂碳化硅层的表面生长sio
x
掩膜层：采用pecvd的方式，通入sih4和n2o，沉积sio
x
掩膜层，厚度为20nm。
111.s8、退火处理：采用管式退火炉，退火气体氛围为氮气，退火温度为900℃，退火时间为20min。
112.s9、rca清洗：先经过链式氢氟酸(hf)，去除s4～s7步骤中绕镀到正面的氧化层以及s8步骤中退火过程中生成的氧化层，随后转入碱槽去除正面碳化硅绕镀层。
113.s10、正面氧化铝膜和氮化硅膜沉积：采用peald:方式沉积的氧化铝薄膜用于钝化，采用pecvd沉积氮化硅薄膜用于减反射。
114.s11、沉积背面氮化硅膜：采用pecvd沉积sin
x
薄膜，用于背膜氢钝化。
115.s12、制作电极。示例性地，丝网印刷正背面浆料。
116.s13、电注入、测试效率和分选。
117.实施例2
118.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
119.s5步骤中，ch4和sih4的体积比为1：5。
120.实施例3
121.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
122.s5步骤中，本征碳化硅层的厚度为5nm。
123.实施例4
124.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
125.s5步骤中，本征碳化硅层的厚度为80nm。
126.实施例5
127.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
128.s6步骤中，磷掺杂碳化硅层的厚度为20nm。
129.实施例6
130.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
131.s6步骤中，磷掺杂碳化硅层的厚度为200nm。
132.实施例7
133.一种钝化接触电池的制备工艺，其与实施例1的不同之处仅在于：
134.s8步骤中，退火温度为940℃。
135.各实施例中一些实验条件的汇总如表1所示。
136.表1.实施例中实验条件汇总
[0137][0138]
对比例1
[0139]
一种钝化接触电池的制备工艺，其为常规多晶硅工艺，其与实施例1的不同之处在于：其沉积n+-poly-si薄膜代替沉积本征碳化硅层和磷掺杂碳化硅层。具体地：
[0140]
将s4～s7步骤替换为：采用lpcvd设备生长隧穿氧化层和本征多晶硅，通入氧气，生长隧穿氧化层，膜厚为1nm；关闭氧气，通入硅烷，生长130nm本征多晶硅。
[0141]
将s8步骤替换为：变更为采用管式扩散炉，通入磷烷，进行磷掺杂。
[0142]
试验例
[0143]
将各实施例和对比例制得的钝化接触电池的电性能进行检测，检测结果如表2所示。
[0144]
表2.钝化接触电池的电性能
[0145]
[0146]
根据表1可知，实施例1～实施例7提供的钝化接触电池，有较好的整体电性能。其中：
[0147]
实施例1提供的钝化接触电池，相较于传统的多晶硅工艺，voc提升2.3mv，isc提升60ma，电池的光电转换效率提升0.15％，电池的整体电性能有较高的提升。
[0148]
实施例2提供的钝化接触电池，相较于传统的多晶硅工艺，voc提升2.9mv，isc提升50ma，电池的光电转换效率提升0.11％，电池的整体电性能有较高的提升。
[0149]
实施例3提供的钝化接触电池，本征碳化硅层的厚度较小，相较于传统的多晶硅工艺，isc提升60ma，电池的光电转换效率相当。
[0150]
实施例4提供的钝化接触电池，本征碳化硅层的厚度较大，相较于传统的多晶硅工艺，isc提升50ma，voc提升0.9mv，电池的光电转换效率相当。
[0151]
实施例5提供的钝化接触电池，磷掺杂碳化硅层的厚度较小，相较于传统的多晶硅工艺，isc提升120ma，电池的光电转换效率相当。
[0152]
实施例6提供的钝化接触电池，磷掺杂碳化硅层的厚度较大，相较于传统的多晶硅工艺，voc提升3.9mv，ff提高0.17％，电池的光电转换效率相当。
[0153]
实施例7提供的钝化接触电池，相较于传统的多晶硅工艺，voc提升1.5mv，isc提升60ma，ff提升了0.11％，电池的光电转换效率提升0.16％，电池的整体电性能有较高的提升。
[0154]
以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。