一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法与流程

本发明属于背接触电池，具体涉及一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法。

背景技术：

1、目前，背接触电池（或称背接触太阳能电池）中第一半导体层、第二半导体层都分布在电池硅片背面。例如cn115207137b提供了一种联合钝化背接触电池，包括具有受光面和背面的n型掺杂硅基底，设置在背面的第一半导体层和第二半导体层，所述第二半导体层包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和掺杂硅层，所述第一半导体层包括沿垂直背面向外的方向依次设置的隧穿氧化层和掺杂硅晶层。

2、然而，背接触电池中第一半导体层为隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，第一掺杂多晶硅层对入射光的长波段有明显的寄生吸收，第一掺杂多晶硅层太厚，寄生吸收严重，短路电流密度将显著下降；多晶层太薄，电池的钝化和膜层的导电性都会产生较大影响，进而影响整体转换效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的背接触电池中第一半导体层的第一掺杂多晶硅层无法兼顾寄生吸收、钝化和膜层的导电性的缺陷，提供一种减少背面寄生吸收的背接触电池及其制备方法，该背接触电池能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种减少背面寄生吸收的背接触电池，包括具有正面和背面的硅片，在硅片背面设置的第一半导体层，所述硅片的背面为倒金字塔绒面结构，所述第一半导体层包括隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，所述倒金字塔绒面结构具有交替布置的平面和向硅片内凹陷的凹坑，且所述第一掺杂多晶硅层包括多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中均掺杂磷且还掺杂碳和/或氧，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层中掺氧量逐渐递减、掺碳量和掺磷量逐渐递增。

3、在本发明的一些优选实施方式中，所述倒金字塔绒面结构中平面面积占整片背面面积的40%-70%、优选40%-60%。

4、在本发明的一些优选实施方式中，所述凹坑的内陷深度为0.5-1.5nm，凹坑的开口宽度为0.5-3nm、优选1-3nm。

5、本发明所述凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度的比例为1:（0.6-4）:（100-600）。

6、在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2.5nm，第一掺杂多晶硅层的总厚度为50-300nm。

7、在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（1-3.3）:（1.4-5）、优选1:（1-3）:（2-4）。

8、在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比为1:（20-55）:（40-155）:（60-160）、优选1:（30-50）:（50-130）:（60-150）、进一步优选1:（30-50）:（50-100）:（60-90）。

9、在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层与多晶硅中层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为tp、to、tc，多晶硅中层和多晶硅外层的相应掺杂元素的有效掺杂浓度之差的绝对值依次记为tp、to、tc，其满足：tp/tp=10-30、优选10-25，to/to=1/0.4-1/20、优选1/25-1/5、优选1/20-1/5，tc/tc=0.7-20、优选5-20。

10、更优选地，所述多晶硅内层掺杂磷且还掺杂氧，所述多晶硅中层掺杂磷且还掺杂氧和碳，所述多晶硅外层掺杂磷且还掺杂碳，且所述多晶硅内层与多晶硅中层的掺氧浓度差值的绝对值to为1×1019cm-3-5×1019cm-3，所述多晶硅中层和多晶硅外层的掺碳浓度差值的绝对值tc为1×1019cm-3-9×1019cm-3。

11、在本发明的一些优选实施方式中，所述多晶硅内层的禁带宽度为1.45-1.55ev，多晶硅中层的禁带宽度为1.56-1.65ev，多晶硅外层的禁带宽度为1.65-1.75ev。

12、在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括：

13、半导体掩膜层，其设置在所述第一半导体层表面，且所述第一半导体层及其上的半导体掩膜层作为整体沿背面平行方向间隔排布，该间隔处为第二半导体开口区；

14、第二半导体层，其设置在所述半导体掩膜层的表面且覆盖第二半导体开口区的表面，且在位于相邻第二半导体开口区之间的部分第二半导体层上开设有暴露第一半导体层的第一半导体开口区；且其包括沿垂直背面向外的方向依次设置的本征硅层和第二掺杂硅层，所述第二掺杂硅层为掺杂非晶硅层或掺杂微晶硅层；

15、导电膜层，其设置在所述第二半导体层表面以及在所述第一半导体开口区处暴露的第一半导体层表面，且在第一半导体开口区和第二半导体开口区之间的导电膜层上开设有裸露第二半导体层的隔离槽；

16、栅线电极，其分别设置在所述第一半导体开口区和第二半导体开口区的表面；

17、正面钝化层，其设置在硅片的正面；

18、减反射层，其设置在所述正面钝化层的表面。

19、第二方面，本发明提供一种减少背面寄生吸收的背接触电池的制备方法，所述背接触电池为第一方面所述的减少背面寄生吸收的背接触电池，所述制备方法包括：

20、s100、提供双面抛光的硅片；

21、s101、在硅片的背面进行倒金字塔制绒，使得背面保留部分平面且形成向硅片内凹陷的凹坑；

22、s102、在s101所得硅片的背面依次沉积隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层，形成第一半导体层；其中，沉积第一掺杂多晶硅层的过程包括：先进行相应各层的多晶生长，再进行磷扩散；所述多晶生长中通入所需掺杂元素的气源。

23、在本发明的一些优选实施方式中，s101中所述倒金字塔制绒的过程包括：先用激光在硅片的背面刻蚀出凹槽，再进行碱性溶液或酸性溶液腐蚀出倒金字塔的绒面。

24、在本发明的一些优选实施方式中，s102中，所述多晶生长中通入的气体包括硅烷和选自包括笑气和/或甲烷的掺杂元素气源，通入笑气时笑气占总通入气体的体积比为2%-15%，通入甲烷时甲烷占总通入气体的体积比为3%-20%。

25、在本发明的一些优选实施方式中，s102中，所述沉积第一掺杂多晶硅层的过程具体包括：

26、在多晶硅内层的多晶生长过程中通入硅烷和笑气，笑气占总通入气体的体积比为5%-15%；

27、在多晶硅中层的多晶生长过程中通入硅烷、笑气和甲烷，所述笑气和甲烷分别占总通入气体的体积比为2%-8%、3%-10%；

28、在多晶硅外层的多晶生长过程中通入硅烷和甲烷，甲烷占总通入气体的体积比为10%-20%；

29、待多晶生长结束后再进行磷扩散。

30、在本发明的一些优选实施方式中，所述制备方法还包括：

31、s103、在s102所得第一半导体层上沉积半导体掩膜层；

32、s104、在s103所得背面形成第二半导体开口区；

33、s105、在s104所得背面沉积第二半导体层；

34、s106、对硅片的正面进行前处理，之后沉积正面钝化层和减反射层；

35、s107、去除背面第一半导体层上部分的第二半导体层，裸露出第一半导体层，形成第一半导体开口区；

36、s108、在s107所得背面沉积导电膜层；

37、s109、在第一半导体开口区与第二半导体开口区之间形成隔离槽；

38、s110、在所述第一半导体开口区与第二半导体开口区处分别形成栅线电极。

39、有益效果：

40、本发明通过上述技术方案，尤其是背面采用特定的倒金字塔绒面结构和特定结构的第一半导体层以及特定层的厚度比，能够在保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。其中，相比于硅片背面常规的抛光或正金字塔结构，本发明背面采用具有平面和凹坑的倒金字塔绒面结构，保留了部分背面的平整性，有利于隧穿氧化层和第一掺杂多晶硅层的生长和钝化，又有内陷的绒面结构凹坑，有利于长波段入射光的内反射（即从正面穿透电池的长波段光线在背面的反射从而再吸收），提高电流密度；配合背面采用特定层及其掺杂元素分布的第一掺杂多晶硅层，多晶硅导电性良好，掺碳和掺氧也能满足导电性的要求，倒金字塔绒面结构匹配特定的第一半导体层，能够在满足钝化性能和导电性能的同时又保持较宽的禁带宽度和充分的耐腐蚀性能。其中在多晶生长中掺入适宜分布的掺杂元素，能进一步促进长波段入射光的反射作用而不对长波长进行吸收，利于拓宽光学禁带宽度eg，减少寄生吸收，掺杂元素特定分布的掺杂方式有利于保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和转换效率。而在相同条件下，若不掺杂氧而仅掺磷和碳，会由于钝化性能不佳，而导致开压等性能较低；若掺氧量递增，会由于掺氧过多而导致相应膜层耐腐蚀性能不佳，进而导致在形成第一半导体开口区和第二半导体开口区采用的腐蚀溶液处理之后受损。而在相同条件下，若不掺杂碳而仅掺磷和氧，会由于膜层耐腐蚀性能不佳而导致膜层过溶液受损，若掺碳量递减，会由于禁带宽度不够宽，而导致吸光严重。而在相同条件下，若不掺杂氧和碳而仅掺磷且配合倒金字塔绒面结构，会由于从正面穿透的长波段光线在膜层中的吸收较多而导致反射不佳。

41、而且，本发明采用适宜比例的凹坑的内陷深度、隧穿氧化层厚度与第一掺杂多晶硅层总厚度，能够让隧穿氧化层充分的覆盖在凹坑和平坦的硅片表面，同时匹配适宜的多晶硅厚度，使得载流子在足够的电场作用下能隧穿出来，从而保证钝化性能、保证导电性的同时减少背面的寄生吸收，有利于提高短路电流密度和电池转换效率。而在相同条件下，若凹坑的内陷深度和隧穿氧化层厚度的比例不适宜，如过大会由于隧穿氧化层难以充分的覆盖在凹坑表面而导致钝化性能不佳，过小会由于绒面浅而漫反射效果差，而导致背面减反作用降低；若凹坑的内陷深度和第一掺杂多晶硅层的比例不适宜，如过大会由于多晶膜层的均匀性不佳而导致钝化和导电性能受损，过小会由于减反效果不佳而导致长波段的光线无法充分的吸收。

42、进一步地，在本发明的优选隧穿氧化层、多晶硅内层、多晶硅中层和多晶硅外层的厚度比的方案中，隧穿氧化层与第一掺杂多晶硅层中各层的膜厚比适宜，配合背面的倒金字塔绒面结构，进一步兼顾了膜层的钝化性能、导电能力以及光学性能，保证了开压、短路电流以及填充因子都处于最佳水平。