一种钝化接触结构、多晶硅钝化接触电池及制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种钝化接触结构、多晶硅钝化接触电池及制备方法。

背景技术：

1、根据硅片衬底导电类型的差异，晶体硅电池分为p型电池和n型电池，n型电池由于具有无光致衰减、低高温诱导衰减（letid）衰减、低温度系数及良好的弱光响应等优点，成为市场发展的趋势，市场占比逐渐增加且有望在2025年超过p型电池。当前商业化的n型晶体硅电池主要分为：多晶硅钝化接触电池（topcon）、异质结电池（hjt）、全背接触电池（ibc）。topcon电池由硼掺杂的发射极和隧穿氧化层/掺杂多晶硅层组成，其中隧穿氧化层/掺杂多晶硅层属于钝化接触结构，可以显著降低金属-半导体接触区域的金属复合及接触电阻率，使电池具有优异的开路电压（voc）和填充因子（ff）性能；而且，topcon电池的制备工艺和p型电池制备工艺相兼容，可以通过改造p型电池的生产线实现。

2、目前，商业化的topcon电池的前表面为硼掺杂的发射极，背表面为采用隧穿氧化层/掺杂多晶硅层组成的钝化接触结构，考虑到掺杂多晶硅层对短波和长波的光均有严重的吸收，仅在电池的背表面采用钝化接触结构，前表面为常规同质结结构；其中：

3、一方面，常用的隧穿氧化层为1~2nm厚度的超薄二氧化硅，多晶硅层为100~150nm厚度的磷掺杂多晶硅层，然而，实践发现，太阳光照射topcon电池时，波长大于950nm的光子会达到电池的背面，这部分光子会被重掺杂的多晶硅层“寄生性吸收”，对光电流没有贡献，导致效率的损失，分析认为，应是超薄二氧化硅和磷掺杂多晶硅层组成的钝化接触结构在硅片背表面上整面均匀分布所引起；

4、另一方面，商业化topcon电池的前表面的金属栅线为银铝浆料印刷形成，背表面的金属栅线为纯银浆料印刷形成，银浆的成本占据电池片中非硅成本的40%以上，成为电池片生产成本的主要组成部分；如果采用廉价的金属浆料，如铝浆，成本不足银浆的4%，可以显著降低商业化topcon电池的制造成本，促进topcon电池的产业化进展；然而，廉价的金属浆料，如铝浆，在丝网印刷后的烧结过程中，容易形成“金属尖刺”并穿透钝化接触结构到达硅衬底，严重破坏背面的钝化性能，导致电池转换效率显著降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的钝化接触结构的制备方法，该方法制备的钝化接触结构能够兼具解决部分光子会被重掺杂的多晶硅层“寄生性吸收”以及采用相对低成本金属浆料例如铝浆制备背面的金属电极时容易发生破坏背面的钝化性能的问题。

2、本发明同时提供了一种上述方法制备的钝化接触结构。

3、本发明同时提供了一种多晶硅钝化接触电池的制备方法及其制成的多晶硅钝化接触电池，该多晶硅钝化接触电池能够尽可能避免部分光子会被重掺杂的多晶硅层“寄生性吸收”的问题，并且还可以使用相对廉价的金属浆料制备金属电极，在提高电池转换效率的基础上还降低了生产成本。

4、为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

5、一种钝化接触结构的制备方法，该制备方法包括：

6、提供一硅片，该硅片的背表面包括金属接触区域和非金属接触区域，所述金属接触区域由第一区域、设置在所述第一区域的周侧的第二区域构成；

7、在所述第一区域设置第一氧化层，在所述第二区域设置第二氧化层；其中，所述第二氧化层为隧穿氧化层，所述第一氧化层的材质与所述隧穿氧化层的材质不同，且所述第一氧化层的密实度大于所述隧穿氧化层的密实度，所述第一氧化层的厚度大于所述隧穿氧化层的厚度；

8、在所述第一氧化层与所述隧穿氧化层上设置磷掺杂晶硅层，该磷掺杂晶硅层包含多硅晶相、非晶硅相和微晶硅相；

9、进行退火处理，所述磷掺杂晶硅层转化为磷掺杂多晶硅层。

10、根据本发明的一些优选方面，所述第一氧化层的厚度为30-100nm，例如可以为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、95nm等。

11、根据本发明的一些优选方面，所述第一氧化层的宽度为40-60μm，例如可以为40μm、50μm、55μm等。

12、根据本发明的一些优选且具体的方面，所述第一氧化层的材料为选自氧化铝、氧化钛、氮氧化硅和氧化镍中的一种或多种的组合。

13、根据本发明的一些优选方面，所述隧穿氧化层的厚度为0.5-2.5nm，例如可以为0.5nm、0.8nm、1.0nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm、2.0nm、2.2nm等。

14、在本发明的一些优选实施方式中，所述隧穿氧化层为隧穿二氧化硅层。

15、在本发明的一些优选实施方式中，所述钝化接触结构中，所述第一氧化层的左右两侧分别设置有宽度为30~40μm的所述隧穿氧化层。

16、根据本发明的一些优选方面，所述磷掺杂多晶硅层的宽度为100-140μm，厚度为60-200nm，磷原子的掺杂浓度为2.0×1020~8.0×1020/ cm3。

17、根据本发明的一些优选且具体的方面，制备该钝化接触结构的实施方式包括：

18、在所述第一区域沉积所述第一氧化层，在所述硅片的背表面的除所述第一区域以外的其他区域均制备所述隧穿氧化层，然后在所述第一氧化层与所述隧穿氧化层上沉积所述磷掺杂晶硅层，去除一部分所述磷掺杂晶硅层和一部分所述隧穿氧化层，剩下位于所述第二区域的所述隧穿氧化层，以及位于所述金属接触区域上的所述磷掺杂晶硅层。

19、进一步地，所述第一氧化层的沉积方法为原子层沉积方法，在采用该原子层沉积方法沉积的过程中，使用具有镂空结构的掩膜板进行辅助沉积，所述镂空结构与所述第一区域相对应，使沉积发生在所述镂空结构中。

20、进一步地，所述隧穿氧化层为隧穿二氧化硅层，采用等离子体增强的化学气相沉积方法进行所述隧穿二氧化硅层的制备，在制备过程中通入氧气和/或笑气，所述氧气和/或笑气与所述硅片的背表面的除所述第一区域以外的其他区域中的硅发生反应，形成所述隧穿二氧化硅层。

21、进一步地，采用激光蚀刻方法进行一部分所述磷掺杂晶硅层和一部分所述隧穿氧化层的蚀刻，激光的波长范围为300~600nm，激光的类型为脉冲激光，激光的频率为40~250khz，扫描的速度为4~20m/s，峰值能量为1.0~5.0j/cm2。

22、根据本发明的一些优选且具体的方面，所述隧穿氧化层为隧穿二氧化硅层，制备该钝化接触结构的实施方式包括：

23、在所述第一区域沉积第一氧化层；

24、采用具有镂空区域的掩膜板进行辅助沉积，所述镂空区域与所述金属接触区域相对应，使沉积发生在所述镂空区域中，首先通入氧气和/或笑气，所述氧气和/或笑气与所述金属接触区域中的所述第二区域的硅发生反应，形成所述隧穿二氧化硅层，然后通过所述镂空区域向所述金属接触区域沉积所述磷掺杂晶硅层。

25、在本发明的一些优选实施方式中，所述退火处理的温度为800~950℃。

26、在本发明的一些优选实施方式中，所述退火处理的时间为30~90min。

27、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的钝化接触结构的制备方法制成的钝化接触结构。

28、本发明提供的又一技术方案：一种多晶硅钝化接触电池，该多晶硅钝化接触电池包括上述所述的钝化接触结构。

29、本发明提供的又一技术方案：一种多晶硅钝化接触电池的制备方法，该制备方法包括：

30、（1）提供一硅片，并对该硅片进行硼扩散处理，在该硅片的正表面和背表面分别形成发射极；

31、（2）去除该硅片的背表面的发射极，并对所述背表面进行抛光处理；

32、（3）所述背表面包括金属接触区域和非金属接触区域，所述金属接触区域由第一区域、设置在所述第一区域的周侧的第二区域构成；

33、在所述第一区域设置第一氧化层，在所述第二区域设置第二氧化层；其中，所述第二氧化层为隧穿氧化层，所述第一氧化层的材质与所述隧穿氧化层的材质不同，且所述第一氧化层的密实度大于所述隧穿氧化层的密实度，所述第一氧化层的厚度大于所述隧穿氧化层的厚度；

34、在所述第一氧化层与所述隧穿氧化层上设置磷掺杂晶硅层，该磷掺杂晶硅层包含多硅晶相、非晶硅相和微晶硅相；

35、进行退火处理，所述磷掺杂晶硅层转化为磷掺杂多晶硅层；

36、沉积钝化减反射膜和制备金属电极。

37、在本发明的一些实施方式中，步骤（1）中，所述硅片为n型硅片，厚度为100-180μm。

38、在本发明的一些优选实施方式中，在制备过程中，在进行所述硼扩散处理之前，对所述硅片进行清洗、制绒处理。

39、在本发明的一些优选实施方式中，控制所述硼扩散处理之后发射极的方块电阻值为80~200ω/sq。

40、根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤（4）中，在所述正表面沉积钝化减反射叠层膜，在所述背表面沉积钝化减反射单层膜或钝化减反射叠层膜，所述钝化减反射单层膜为氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、二氧化硅层或氟化镁层，该钝化减反射叠层膜为选自氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层、二氧化硅层、氟化镁层中的两种、三种或更多种的组合。

41、进一步地，所述正表面的钝化减反射叠层膜由氧化铝层、氮化硅层、氮氧化硅层构成，氧化铝层的厚度为2~8nm，氮化硅层的折射率为2.0~2.1、厚度为20~40nm；氮氧化硅层的折射率为1.5~1.6、厚度为60~100nm。

42、进一步地，当所述背表面沉积钝化减反射单层膜时，所述钝化减反射单层膜为氮化硅层，折射率为2.1~2.2，厚度为60~80nm；当所述背表面沉积钝化减反射叠层膜时，所述钝化减反射叠层膜由氮化硅层和二氧化硅层构成，氮化硅层的折射率为2.1~2.2、厚度为20~40nm，二氧化硅层的折射率为1.4~1.5、厚度为50~80nm。

43、根据本发明的一些优选且具体的方面，在所述正表面、所述背表面分别印刷金属栅线，烧结；其中，在所述正表面印刷的金属栅线的金属材质包括银和铝，在所述背表面印刷的金属栅线的金属材质为选自铝、铜、镍和钛中的一种或多种的组合。

44、根据本发明，所述背表面的结构中，所述金属栅线正对所述第一氧化层，所述第二氧化层位于所述金属栅线在所述硅片上的正投影之外。

45、在一些实施方式中，在所述正表面印刷的金属栅线采用银铝浆料，在所述背表面印刷的金属栅线采用相对廉价的铝浆、铜浆等等。

46、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的多晶硅钝化接触电池的制备方法制成的多晶硅钝化接触电池。

47、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

48、本发明基于现有技术中存在的部分光子会被重掺杂的多晶硅层“寄生性吸收”、采用相对低成本金属浆料例如铝浆制备背表面的金属电极时容易发生破坏背面的钝化性能等问题，创新地提供了一种改进的钝化接触结构的制备方法，该方法制备的钝化接触结构中，电池背面为局域的钝化接触结构，可以降低光学损失，可以提高短路电流密度（jsc）；而且，背面的金属电极位于第一氧化层上，第一氧化层具有相对更高致密性（密实度）、厚度厚的特点，在烧结的过程中可以避免金属电极形成“金属穿刺”，相比于常规的结构，降低了金属接触区域的复合，可以提高开路电压（voc）；相比于常规topcon结构中整面的隧穿氧化层，背面第二氧化层为局域的隧穿氧化层，虽然面积占比降低，但对于载流子的收集影响较小，仅会导致填充因子（ff）的略微降低，原因是载流子通过金属栅线被收集导出，金属栅线两侧的隧穿氧化层起决定性作用，综合voc、jsc和ff三者的共同作用，本发明电池结构具有更高的转换效率。