一种新型TOPCon太阳能电池及其制作方法与流程

一种新型topcon太阳能电池及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及光伏组件生产领域，特别是涉及一种新型topcon太阳能电池及其制作方法。


背景技术：

2.topcon电池是指在硅片背面制备1-2纳米的超薄隧穿氧化层(sio
x
)，然后在sio
x
表面沉积厚度为60-160纳米的掺杂多晶硅层，最后在掺杂多晶硅层上淀积氮化硅。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化和场钝化，超薄氧化层可以使电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡空穴的输运，降低复合电流。掺杂多晶硅层横向传输特性降低了串联电阻。以上两种特性共同提升了电池的开路电压、填充因子以及电池的转换效率，是最有可能实现大规模量产的下一代高效电池技术。
3.而现有topcon电池实现正面钝化的手段多为在正面沉积氧化铝膜，而氧化铝膜烧结温度高，工艺难度大，对设备负担也较大，且减反效果不佳。因此，如何找到一种工艺简单，对设备负担小且具有更好的减反效果的topcon电池结构，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种新型topcon太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中正面钝化层对设备负担较大，工艺复杂且减反效果不佳的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种新型topcon太阳能电池，包括正面外延层、硅片主体及背面外延层；
6.所述硅片主体从受光面到背光面依次包括n型基体硅、隧穿氧化层及掺杂多晶硅层；其中，所述n型基体硅靠近所述受光面的表面包括硼掺杂区；
7.所述正面外延层由内向外依次包括正面氮氧化硅钝化层、正面外延层及正面电极；
8.所述背面外延层由内向外依次包括背面钝化层、背面外延层及背面电极。
9.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述正面外延层由内向外依次包括正面氮化硅层、正面氮氧化硅辅助层及正面氧化硅层；
10.所述正面外延层包括的各个层级由内向外折射率依次递减。
11.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述正面氮化硅层的折射率范围为2.05至2.2，所述正面氮氧化硅辅助层的折射率范围为1.7至2.0，所述正面氧化硅层的折射率范围为1.5至1.6，包括端点值。
12.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述正面氮氧化硅辅助层包括多个层叠设置的由内向外折射率依次递减的正面辅助子层。
13.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述背面钝化层为背面氮氧化硅钝化层。
14.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述背面外延层由内向外依次包括背面氮化硅层、背面氮氧化硅辅助层及背面氧化硅层；
15.所述背面外延层包括的各个层级由内向外折射率依次递减。
16.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述背面氮氧化硅辅助层包括多个层叠设置的由内向外折射率依次递减的背面辅助子层。
17.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池中，所述正面氮氧化硅钝化层的折射率范围为1.55至1.7，且所述正面氮氧化硅钝化层的厚度范围为5纳米至15纳米，包括端点值。
18.一种新型topcon太阳能电池的制作方法，包括：
19.对n型基体硅的正面进行硼扩散，并在所述n型基体硅的背面依次设置隧穿氧化层及掺杂多晶硅层，得到硅片主体；
20.利用pecvd机台在所述硅片主体的正面进行沉积，得到正面氮氧化硅钝化层；所述正面氮氧化硅钝化层沉积温度的范围为336摄氏度至624摄氏度，沉积压力的范围为98帕至182帕，沉积时间的范围为105秒至195秒，包括端点值；
21.在所述正面氮氧化硅钝化层表面设置正面外延层，在所述硅片主体背面依次设置背面钝化层及背面外延层，得到光伏前置物；
22.在所述光伏前置物表面设置金属电极，得到所述新型topcon太阳能电池。
23.可选地，在所述的新型topcon太阳能电池的制作方法中，所述正面氮氧化硅钝化层通过硅烷、氨气及一氧化二氮沉积得到，所述硅烷、所述氨气及所述一氧化二氮的流量比例为1:1.2:30。
24.本发明所提供的新型topcon太阳能电池，包括正面外延层、硅片主体及背面外延层；所述硅片主体从受光面到背光面依次包括n型基体硅、隧穿氧化层及掺杂多晶硅层；其中，所述n型基体硅靠近所述受光面的表面包括硼掺杂区；所述正面外延层由内向外依次包括正面氮氧化硅钝化层、正面外延层及正面电极；所述背面外延层由内向外依次包括背面钝化层、背面外延层及背面电极。
25.本发明在topcon电池的正面采用所述正面氮氧化硅钝化层代替原来的氧化铝钝化层，降低了正面外延层设置过程中需要的烧结温度，减轻了对设备的负担，降低了生产成本，同时氮氧化硅相比于氧化铝，与硅基体之间的接触性能更好，达到了更好的表面钝化效果。本发明同时还提供了一种具体有上述有益效果的新型topcon太阳能电池的制作方法。
附图说明
26.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
27.图1为本发明提供的新型topcon太阳能电池的一种具体实施方式的结构示意图；
28.图2为本发明提供的新型topcon太阳能电池的一种具体实施方式的结构示意图；
29.图3为本发明提供的新型topcon太阳能电池的制作方法的一种具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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做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。
31.本发明的核心是提供一种新型topcon太阳能电池，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括正面外延层、硅片主体及背面外延层；
32.所述硅片主体从受光面到背光面依次包括n型基体硅10、隧穿氧化层20及掺杂多晶硅层30；其中，所述n型基体硅10靠近所述受光面的表面包括硼掺杂区；
33.所述正面外延层由内向外依次包括正面氮氧化硅钝化层40、正面外延层50及正面电极80；
34.所述背面外延层由内向外依次包括背面钝化层60、背面外延层70及背面电极90。
35.作为一种优选实施方式，所述背面钝化层60为背面氮氧化硅钝化层，与所述正面氮氧化硅钝化层40类似，背面同样适用氮氧化硅进行钝化可减轻对设备的压力，同时提升接触性能。
36.另外，所述正面氮氧化硅钝化层40的折射率范围为1.55至1.7，包括端点值，可为1.55、1.62或1.70中的任一个，且所述正面氮氧化硅钝化层40的厚度范围为5纳米至15纳米，包括端点值，可以为5.0纳米、10.0纳米或15.0纳米中的任一个。在上述范围中，所述氮氧化硅可获得较好的钝化效果，与较好的表面接触性能。
37.本发明所提供的新型topcon太阳能电池，包括正面外延层、硅片主体及背面外延层；所述硅片主体从受光面到背光面依次包括n型基体硅10、隧穿氧化层20及掺杂多晶硅层30；其中，所述n型基体硅10靠近所述受光面的表面包括硼掺杂区；所述正面外延层由内向外依次包括正面氮氧化硅钝化层40、正面外延层50及正面电极80；所述背面外延层由内向外依次包括背面钝化层60、背面外延层70及背面电极90。本发明在topcon电池的正面采用所述正面氮氧化硅钝化层40代替原来的氧化铝钝化层，降低了正面外延层设置过程中需要的烧结温度，减轻了对设备的负担，降低了生产成本，同时氮氧化硅相比于氧化铝，与硅基体之间的接触性能更好，达到了更好的表面钝化效果。
38.在上述具体实施方式一的基础上，进一步对电池中的其他外延层做限定，得到具体实施方式二，其结构示意图如图2所示，包括正面外延层、硅片主体及背面外延层；
39.所述硅片主体从受光面到背光面依次包括n型基体硅10、隧穿氧化层20及掺杂多晶硅层30；其中，所述n型基体硅10靠近所述受光面的表面包括硼掺杂区；
40.所述正面外延层由内向外依次包括正面氮氧化硅钝化层40、正面外延层50及正面电极80；
41.所述背面外延层由内向外依次包括背面钝化层60、背面外延层70及背面电极90；
42.所述正面外延层50由内向外依次包括正面氮化硅层51、正面氮氧化硅辅助层52及正面氧化硅层53；
43.所述正面外延层50包括的各个层级由内向外折射率依次递减；
44.所述背面外延层70由内向外依次包括背面氮化硅层71、背面氮氧化硅辅助层72及背面氧化硅层73；
45.所述背面外延层70包括的各个层级由内向外折射率依次递减。
46.本具体实施方式中进一步限定了所述正面外延层50及背面外延层70的结构，其余结构均与上述具体实施方式相同，此处不再展开赘述。
47.本具体实施方式中，所述正面氮化硅层51的折射率范围为2.05至2.2，如2.05或2.13或2.20中的任一个，所述正面氮氧化硅辅助层52的折射率范围为1.7至2.0，包括端点值，如1.70或1.94或2.00中的任一个，所述正面氧化硅层53的折射率范围为1.5至1.6，包括端点值，如1.50或1.58或1.60中的任一个。
48.相应地，所述正面氮化硅层51的厚度范围为30纳米至60纳米，所述正面氮氧化硅辅助层52的厚度范围为10纳米至30纳米，所述正面氧化硅层53的厚度的范围为10纳米至20纳米。
49.具体地，所述背面氮化硅层71的厚度与折射率与所述正面氮化硅层51相同，所述背面氮氧化硅辅助层72的厚度与折射率与所述正面氮氧化硅辅助层52相同，所述背面氧化硅层73的厚度与折射率与所述正面氧化硅层53相同。
50.进一步地，所述正面氮氧化硅辅助层52包括多个层叠设置的由内向外折射率依次递减的正面辅助子层，当然，所述背面氮氧化硅辅助层72也可包括多个层叠设置的由内向外折射率依次递减的背面辅助子层。
51.可参考图2，图2中所述正面氮氧化硅辅助层52包括第一正面子层52a及第二正面子层52b，所述背面氮氧化硅辅助层72包括第一背面子层72a及第二背面子层72b，所述第一正面子层52a及所述第一背面子层72a的厚度范围为5纳米至15纳米，折射率范围为1.9至2.0，所述第二正面子层52b及所述第二背面子层72b的厚度范围为5纳米至15纳米，折射率范围是1.7至1.9，包括端点值。
52.本具体实施方式中的太阳能电池的正面与背面由内到外均包括氮氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层及二氧化硅层，降低了整体的烧结温度的同时，达到了良好的表面钝化效果，越靠近外侧的外延层折射率越低，可以增加光线的内反射，达到增透与增反的效果，同时最外层的二氧化硅层可以阻挡和减少氮氧化硅及氮化硅层中的h外溢，实现良好的h钝化效果。
53.本发明同时还提供了一种新型topcon太阳能电池的制作方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图3所示，称其为具体实施方式三，包括：
54.s101：对n型基体硅10的正面进行硼扩散，并在所述n型基体硅10的背面依次设置隧穿氧化层20及掺杂多晶硅层30，得到硅片主体。
55.s102：利用pecvd机台在所述硅片主体的正面进行沉积，得到正面氮氧化硅钝化层40；所述正面氮氧化硅钝化层40沉积温度的范围为336摄氏度至624摄氏度，沉积压力的范围为98帕至182帕，沉积时间的范围为105秒至195秒，包括端点值。
56.s103：在所述正面氮氧化硅钝化层40表面设置正面外延层50，在所述硅片主体背面依次设置背面钝化层60及背面外延层70，得到光伏前置物。
57.s104：在所述光伏前置物表面设置金属电极，得到所述新型topcon太阳能电池。
58.具体地，所述正面氮氧化硅钝化层40通过硅烷、氨气及一氧化二氮沉积得到，所述硅烷、所述氨气及所述一氧化二氮的流量比例为1:1.2:30。
59.本具体实施方式中的新型topcon太阳能电池的制作方法与前文中的新型topcon
太阳能电池相对应，因此具体的技术细节与技术效果不再赘述，请参考前文。
60.下面提供一种所述新型topcon太阳能电池的具体制作方法，包括：
61.步骤a：采用n型单晶硅片，采用在槽体里依此采用naoh+h2o2+h2o进硅片前清洗，然后采用naoh+添加剂1+h2o药液槽体进行碱制绒，再采用o3+hcl+h2o药液槽体进行后清洗，最后采用hcl+hf+h2o药液槽体进行去除残留金属离子，前述每个槽体中间均有一个水槽，清洗硅片经过上一槽体所残留的药液，最后进行烘干，当采用182尺寸硅片时减重控制在为0.3g左右；
62.步骤b：对n型单晶硅片正面进行硼扩，采用bcl3和n2在810摄氏度～890摄氏度之间进行恒温加升温沉积(初始温度810摄氏度，边沉积边升温，最后恒温在890摄氏度)，bcl3流量控制在300标况毫升每分，压力控制在200毫巴；沉积完成后在1050摄氏度时进行高温推进和氧化，最终控制pn结深在0.8微米～1.2微米，控制表面浓度为1.1e+19/cm3～1.3e+19/cm3；
63.步骤c：采用链式去背面bsg，对正面bsg采用铺设水膜保护，背面接触hf+h2o去除背面bsg，hf酸体积浓度控制在25％左右；
64.步骤d：采用链式进行背面碱抛光，采用koh+h2o+添加剂2体积配比按照1：20：0.3的比例进行背面碱抛光，背面减重在0.3g左右，背面抛光后反射率＞40％；
65.步骤e：在背表面采用lpcvd方式生长sio2隧穿层，采用o2气体流量为30标况升每分钟通入350秒，温度控制在600摄氏度，压力为常压；然后关闭氧气流量，进行恒温500秒；隧穿层沉积完成后，继续沉积一层未掺杂的非晶硅，温度控制在600摄氏度，压力300mtor，采用sih4流量为1500标况毫升每分进行1200秒的非晶硅生长，未掺杂的非晶硅膜厚控制在120纳米左右；
66.步骤f：采用管式扩散退火炉，在860摄氏度时通pocl3流量1350标况毫升每分，o2流量600标况毫升每分，压力150毫巴，时间1200秒进行磷源沉积，温度控制为800摄氏度；随后进行800～900摄氏度升温推进，压力设定为150毫巴，时间进行1300秒；升温推进完成后，进行降温沉积，温度从900降至870摄氏度，时间进行800秒，pocl3流量1000标况毫升每分，o2流量500标况毫升每分，压力150毫巴；最后进行1200秒的降温氧化，o2流量2500标况毫升每分，温度从870摄氏度降低至750摄氏度左右，完成磷扩散及非晶硅的晶化，背面方阻控制在37ω左右；
67.步骤g：采用链式对电池正表面的psg绕镀进行去除，正表面接触hf酸浓度采用10％左右，背表面psg采用h2o膜进行保护；
68.步骤h：采用槽式机对电池正表面的绕镀多晶硅进行去除，采用koh+h2o+添加剂3体积配比按照1：18：0.25的比例进行正面多晶硅去绕镀清洗；最后在hf体积浓度为13％的槽体里对电池正表面的bpsg/bsg和电池背表面的psg进行清洗；
69.步骤i：采用pecvd机台在正面绒面上制作使用sih4、nh3和n2o三种特气沉积第一层氮氧化硅层，氮氧化硅层折射率在1.55，氮氧化硅膜厚控制在10纳米；sih4、nh3和n2o流量比例为1:1.2；30，温度为480摄氏度，压力为140帕，时间为150秒；第一层氮氧化硅层完成后，利用sih4和nh3两种特气制作第一层氮化硅，折射率在2.35左右，第一层氮化硅膜厚控制在12纳米左右；在第一层氮化硅上面，利用sih4和nh3两种特气制作第二层氮化硅，折射率在2.15左右，第二层氮化硅膜厚控制在12纳米左右；在第二层氮化硅上面，利用sih4和nh3两种
特气制作第三层氮化硅，折射率在2.0左右，第三层氮化硅膜厚控制在18纳米左右；在第三层氮化硅上面，使用sih4、nh3和n2o三种特气沉积第四层氮氧化硅层，氮氧化硅层折射率在1.9左右，氮氧化硅膜厚控制在8纳米左右；在第四层氮氧化硅层上面，使用sih4、nh3和n2o共三种特气沉积第五层氮氧化硅，第五层氮氧化硅层，折射率在1.7左右，氮氧化硅膜厚控制在8纳米；在第五层氮氧化硅层上面，使用sih4和n2o特气沉积第六层氮氧化硅层，氧化硅层折射率在1.55，氧化硅膜厚控制在8纳米；
70.步骤j：采用pecvd机台在背面掺杂多晶硅上使用sih4、nh3和n2o三种特气沉积第一层氮氧化硅层，氮氧化硅层折射率在1.55，氮氧化硅膜厚控制在10纳米；sih4、nh3和n2o流量比例为1:1.2；30，温度为480摄氏度，压力为140帕，时间为150秒；第一层氮氧化硅层完成后，利用sih4和nh3两种特气制作第一层氮化硅，折射率在2.35左右，第一层氮化硅膜厚控制在12纳米左右；在第一层氮化硅上面，利用sih4和nh3两种特气制作第二层氮化硅，折射率在2.15左右，第二层氮化硅膜厚控制在20纳米左右；在第二层氮化硅上面，利用sih4和nh3两种特气制作第三层氮化硅，折射率在2.0左右，第三层氮化硅膜厚控制在30纳米左右；在第三层氮化硅上面，使用sih4、nh3和n2o三种特气沉积第四层氮氧化硅层，氮氧化硅层折射率在1.9左右，氮氧化硅膜厚控制在10纳米左右；在第四层氮氧化硅层上面，使用sih4、nh3和n2o共三种特气沉积第五层氮氧化硅，第五层氮氧化硅层，折射率在1.7左右，氮氧化硅膜厚控制在10纳米；在第五层氮氧化硅层上面，使用sih4和n2o特气沉积第六层氮氧化硅层，氧化硅层折射率在1.55，氧化硅膜厚控制在8纳米；
71.步骤k：进行正背面金属化工序，电池正面印刷银铝浆和背面印刷银浆，并进行烧结；
72.步骤l：进行光退火，在20个太阳光强的条件下进行光注入处理；
73.步骤m：完成电池片制备，测试电性能。
74.通过上述具体方法得到的topcon电池与传统电池的参数对比如表1所示：
75.表1
76.组别voc(mv)isc(a)ff(％)eff(％)rs(mω)irev12(a)实验组709.2013.52182.9524.101.510.013对比组706.9013.46382.9223.911.520.094
77.通过以上正背膜设计，可使得topcon电池效率提升0.2左右，开压提升2mv以上，电流提升50ma以上。
78.本发明所提供的新型topcon太阳能电池的制作方法，通过对n型基体硅的正面进行硼扩散，并在所述n型基体硅的背面依次设置隧穿氧化层及掺杂多晶硅层，得到硅片主体；利用pecvd机台在所述硅片主体的正面进行沉积，得到正面氮氧化硅钝化层；所述正面氮氧化硅钝化层沉积温度的范围为336摄氏度至624摄氏度，沉积压力的范围为98帕至182帕，沉积时间的范围为105秒至195秒，包括端点值；在所述正面氮氧化硅钝化层表面设置正面外延层，在所述硅片主体背面依次设置背面钝化层及背面外延层，得到光伏前置物；在所述光伏前置物表面设置金属电极，得到所述新型topcon太阳能电池。本发明在topcon电池的正面采用所述正面氮氧化硅钝化层代替原来的氧化铝钝化层，降低了正面外延层设置过程中需要的烧结温度，减轻了对设备的负担，降低了生产成本，同时氮氧化硅相比于氧化铝，与硅基体之间的接触性能更好，达到了更好的表面钝化效果。
79.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
80.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
81.以上对本发明所提供的新型topcon太阳能电池及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。