一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法与流程

1.本发明涉及电池制备技术领域，尤其是涉及一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法。


背景技术：

2.目前p型perc单晶太阳能电池是光伏电池中市场份额最大的电池类型，但由于技术机理的限制，p型perc单晶太阳能电池转化效率已经遇到瓶颈，topcon（tunnel oxide passivated contact）技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的非晶硅薄层，可以实现载流子的选择性通过，阻挡少子空穴复合。同时氧化层的化学钝化和高掺杂多晶硅的场致钝化效果可进一步提高电池开路电压和短路电流，电池转换效率有较大的提升空间， 目前topcon电池硼掺杂选择性发射极主要采用二次扩散。
3.具体的，目前主流工艺路径为：制绒片-前硼-激光-后硼-去bsg-碱抛-lpcvd沉积遂穿层及非晶硅层-高温完成磷扩及晶化-去psg-rca去绕度-沉积氧化铝-双面沉积氮化硅-激光开膜-丝网印刷。
4.现有工艺缺陷如下：重扩区结深，表面质量浓度与轻扩去差异不明显，其复合速率高；硼在硅中固溶度较低，需要很大功率才能将硼原子掺杂进硅片中，这对激光器要求很高，会降低激光器寿命，提高成本；硼在硅中固溶度较低，需要很大功率才能将硼原子掺杂进硅片中，这样会破坏金字塔结构，导致反射率上升，降低对光谱的吸收，降低短路电流，且生产时间长。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中重扩区结深，表面质量浓度与轻扩去差异不明显，其复合速率高的问题，提供一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，包括如下步骤：（1）硅基底双面制绒；（2）硼浆沉积：在丝网栅线区域沉积高质量浓度硼源，在其他区域沉积低质量浓度硼源；（3）退火推结；（4）背面去bsg；（5）硅基底背面抛光；（6）双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；（7）高温磷扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化；（8）正面去psg；（9）rca清洗去绕度；（10）正面沉积氧化铝膜；
（11）双面沉积氮化硅膜；（12）在所述基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池，采用硼浆印刷，在丝网栅线区域印刷高质量浓度硼浆进行重掺杂，其他区域印刷低质量浓度硼浆进行轻掺杂，从而形成选择性发射极，避免了激光对硅片表面金字塔的破坏，提高了短路电流，同时节约了成本。
7.进一步包括步骤（2）中硼浆沉积的丝网栅线区域沉积5%-8%质量浓度的硼源，其他区域为1%-4%质量浓度的硼源，高质量浓度硼浆的湿重和低质量浓度硼浆的湿重都控制在0.1mg每平米厘米。
8.进一步包括步骤（3）中退火后丝网栅线区域方阻在70-110ω，其他区域方阻在170-210ω，退火温度为1000℃-1100℃，退火过程中的气体氛围的气体为氧气，退火温度为1000℃-1100℃。
9.进一步包括步骤（4）中采用链式hf试剂酸洗去除背面bsg层，hf试剂质量浓度为30%-40%。
10.进一步包括步骤（5）中采用碱刻蚀方式，碱抛液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。
11.进一步包括步骤（7）中高温磷扩散温度为750-950℃，扩散后其掺杂质量浓度为3e20-5e20atoms/cm
3 ，结深为100-150nm。
12.进一步包括步骤（8）中采用链式hf试剂酸洗去除正面psg层，hf试剂质量浓度为3%-10%。
13.进一步包括步骤（9）中采用碱刻蚀方式去掉非晶硅，碱液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。
14.进一步包括步骤（10）中沉积氧化铝膜的厚度为3-10nm。
15.进一步包括步骤（11）中沉积氮化硅膜的厚度为70-90nm。
16.本发明的有益效果是：本发明提供的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，采用硼浆印刷，在丝网栅线区域印刷高质量浓度硼浆进行重掺杂，其他区域印刷低质量浓度硼浆进行轻掺杂，从而形成选择性发射极，避免了激光对硅片表面金字塔的破坏，提高了短路电流，同时节约了成本。
具体实施方式
17.现在对本发明做进一步详细的说明。
18.一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，包括如下步骤：（1）硅基底双面制绒：选取n型单晶硅片，利用槽式制绒设备对硅基底的正面和背面进行双面制绒；先在koh和h2o2的混合溶液中去除硅片表面的损伤层，然后在氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液中进行制绒，硅片表面形成金字塔绒面，金字塔绒面大小控制在1-5μm，反射率控制在7%-10%；（2）硼浆沉积：在丝网栅线区域沉积高质量浓度硼源，在其他区域沉积低质量浓度硼源，硼浆沉积的丝网栅线区域沉积5%-8%质量浓度的硼源，其他区域为1%-4%质量浓度的硼源，还可以通过喷涂，涂布，印刷以及转印等方式覆盖掩膜层，高质量浓度硼浆的湿重和
低质量浓度硼浆的湿重都控制在0.1mg每平米厘米，采用印刷的方式沉积硼源，印刷压力为50n，印刷速度为400mm/s，并通过湿重控制沉积厚度；（3）退火推结：退火后丝网栅线区域方阻在70-110ω，其他区域方阻在170-210ω，退火温度为1000℃-1100℃，退火过程中的气体氛围的气体为氧气，退火温度为1000℃-1100℃；（4）背面去bsg：采用链式hf试剂酸洗去除背面bsg层，hf试剂质量浓度为30%-40%；（5）硅基底背面抛光：采用碱刻蚀方式，碱抛液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，正面由于有bsg层保护不会被抛光，背面碱抛后使硅片背面反射率大于40%，塔基大小为10-20μm；（6）双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层：采用lpcvd工艺在硅片双面面制备遂穿层（1-2nm）和本征非晶硅层（100-150nm）；（7）高温磷扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化：利用管式扩散设备对硅片被面进行高温磷扩散，实现非晶硅层的掺杂和晶化，将非晶硅层转变为掺磷的多晶硅层，高温磷扩散温度为750-950℃，扩散后其掺杂质量浓度为3e20-5e20atoms/cm
3 ，结深为100-150nm；（8）正面去psg：采用链式hf试剂酸洗去除正面psg层，hf试剂质量浓度为3%-10%；（9）rca清洗去绕度：采用碱刻蚀方式去掉非晶硅，碱液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，正面bsg层保护不会被刻蚀，背面有psg层保护也不会被刻蚀，本步骤主要除掉正面非晶硅绕度，本工序碱槽后有hf槽，可以去掉正面硼浆残留及bsg层以及背面psg层；（10）正面沉积氧化铝膜：利用ald设备在n型单晶硅片正面沉积氧化铝膜，沉积氧化铝膜的厚度为3-10nm；（11）双面沉积氮化硅膜：利用pecvd设备在p型单晶硅片正面和背面沉积氮化硅膜，沉积氮化硅膜的厚度为70-90nm；（12）在所述基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池。
19.目前topcon电池硼掺杂选择性发射极制备，主要为二次扩散，具体的工艺流程为，前硼后叠加激光，激光区域进行重掺杂，激光后进行后硼，将硅片放在退火炉中进行氧化，消耗硅片表面硼原子，降低表面掺杂质量浓度，从而实现轻重掺杂，现有工艺制备的选择性发射极，重掺区质量浓度于轻掺杂质量浓度差异不明显，其复合速率高，并且硼在硅中固溶度较低，需要很大功率才能将硼原子掺杂进硅片中，这对激光器要求很高，会降低激光器寿命，提高成本，同时会破坏金字塔结构，导致反射率上升，降低对光谱的吸收，降低短路电流，本发明通过在轻重掺区区域印刷不同质量浓度的硼浆，制备topcon电池硼掺杂选择性发射极，本发明无需采用激光设备，避免了激光对硅片表面金字塔的破坏，提高了短路电流，同时节约了成本。
20.实施例一，（1）对硅基底双面制绒，金字塔大小为5μm，反射率为8%；（2）电极图形区域沉积质量浓度为6%的硼浆，非电极图形区域沉积质量浓度为2%的硼浆，烘干时间为1min；（3）温度保持在1045℃，进行退火推结，时间为3600s，电极图形区域方阻监控范围为80-90ω，非电极图形区域监控范围为180-200ω；（4）背面采用40%质量浓度hf去bsg；
（5）硅基底背面使用碱刻蚀方式抛光，碱抛后反射率为40%，塔基大小为10μm；（6）双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130 nm厚度的非晶硅层；（7）温度保持在870℃，通入900sccm的小氮携带pocl3实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；（8）采用质量浓度6%的hf去除正面去psg层；（9）rca设备碱刻蚀去正面非晶硅绕度，碱液为naoh溶液，质量浓度为5%，温度为65℃；（10）通过ald设备正面沉积6 nm厚度氧化铝膜；（11）通过pecvd设备双面沉积80nm厚度氮化硅膜；（12）在基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池。
21.实施例二，（1）对硅基底双面制绒，金字塔大小为5μm，反射率为8%；（2）电极图形区域沉积质量浓度为8%的硼浆，非电极图形区域沉积质量浓度为1%的硼浆，烘干时间为1min；（3）温度保持在1045℃，进行退火推结，时间为3600s，电极图形区域方阻监控范围为50-70ω，非电极图形区域监控范围为240-260ω；（4）背面采用40%质量浓度hf去bsg；（5）硅基底背面使用碱刻蚀方式抛光，碱抛后反射率为40%，塔基大小为10μm；（6）双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130 nm厚度的非晶硅层；（7）温度保持在870℃，通入900sccm的小氮携带pocl3实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；（8）采用质量浓度6%的hf去除正面去psg层；（9）rca设备碱刻蚀去正面非晶硅绕度，碱液为naoh溶液，质量浓度为5%，温度为65℃；（10）通过ald设备正面沉积6 nm厚度氧化铝膜；（11）通过pecvd设备双面沉积80nm厚度氮化硅膜；（12）在所述基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池。
22.实施例三，（1）对硅基底双面制绒，金字塔大小为5μm，反射率为8%；（2）电极图形区域沉积质量浓度为5%的硼浆，非电极图形区域沉积质量浓度为4%的硼浆，烘干时间为1min；（3）温度保持在1045℃，进行退火推结，时间为3600s，电极图形区域方阻监控范围为90-110ω，非电极图形区域监控范围为120-140ω；（4）背面采用40%质量浓度hf去bsg；（5）硅基底背面使用碱刻蚀方式抛光，碱抛后反射率为40%，塔基大小为10μm；（6）双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130 nm厚度的非晶硅层；（7）温度保持在870℃，通入900sccm的小氮携带pocl3实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；（8）采用质量浓度6%的hf去除正面去psg层；（9）rca设备碱刻蚀去正面非晶硅绕度，碱液为naoh溶液，质量浓度为5%，温度为65
90ω；（6）背面采用40%浓度hf去bsg；（7）硅基底背面使用碱刻蚀方式抛光，碱抛后反射率为40%，塔基大小为10μm；（8）双面沉积1.3nm厚度的遂穿氧化层和130 nm厚度的非晶硅层；（9）温度保持在870℃，通入900sccm的小氮携带pocl3实现非晶硅层的掺杂和晶化，时间为600s；（10）采用浓度6%的hf去除正面去psg层；（11）rca设备碱刻蚀去正面非晶硅绕度，碱液为naoh溶液，浓度为5%，温度为65℃（12）通过ald设备正面沉积6 nm厚度氧化铝膜；（13）通过pecvd设备双面沉积80nm厚度氮化硅膜；（14）在所述基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池。
26.表1：itemvoc（mv）jsc(ma/cm2)ff(%)eff(%)实施例一724.541.7784.1225.46实施例二722.841.7784.0625.38实施例三721.641.7483.3325.30对比例一720.341.7283.8825.21对比例二720.641.7183.8525.20对比例三719.141.7184.0525.21注：voc表示开路电压，jsc表示电流密度，ff表示填充因子，eff表示转换效率。
27.从表1的对比结果来看，实施例1中电极图形区域印刷质量浓度为6%硼浆，非电极图形区域印刷质量浓度为2%的硼浆效率最高，实施例2中电极图形区域印刷质量浓度为8%的硼浆，非电极图形区域印刷质量浓度为1%的硼浆，非电极图形区域方阻偏高，开压较低，导致效率偏低，实施例3中电极图形区域印刷质量浓度为5%的硼浆，非电极图形区域印刷质量浓度为4%的硼浆，非电极图形区域方阻相比实施例1较低，复合增加，电流密度及开压下降，电极图形区域方阻相比实施例1较高，实施例3填充较高，导致实施例3效率较低，对比例1和对比例2都是非se结构硼掺杂，对比例1 采用管式扩散，对比例2采用整面印刷4%质量浓度硼浆，对比例1和对比例2均比采用se结构的实施例1和实施例2效率低0.2%左右，本发明的新型se结构topcon电池，有更好的电性能表现，电池正面电极图形区域为重掺杂，降低了电极栅线与硅的接触电阻，提高填充因子，轻掺杂区域实现低的表面复合提高少子寿命，同时提高短波响应，提高开路电压与短路电流，从而提高转换效率。
28.本技术与现有无硼se结构电池相比，本发明制得的topcon硼掺杂选择性发射极电池，voc增加了4.2mv，jsc增加了0.05 ma/ cm2，ff增加了0.24%，转换效率增加了0.26%。
29.本技术与现有硼se技术相比，现有硼se工艺有两种技术路线，技术1.前硼-激光（掺杂）-后硼，技术2.前硼-激光（开槽）-印刷硼浆-退火，本技术与现有硼se技术1相比，技术1通过前硼在硅片表面进行掺杂，通过激光对电极图形区域进行重掺杂，通过后硼氧化降低非电极图形区域的硼原子质量浓度实现轻掺杂，从而实现se结构，本技术通过硅片非电极图形区域印刷2%质量浓度的硼浆，电极图形区域印刷6%质量浓度的硼浆，仅需进行一次
高温推结即可实现se结构，减少了一步高温工序，减少了设备成本同时可以提高生产的良率，本技术与现有硼se技术2相比，技术2通过前硼工艺在硅片表面形成轻掺杂，激光开槽后印刷硼浆，通过退火使印刷硼浆的电极图形区域实现重掺杂，而本技术不需要使用前硼工艺在硅片非电极图形区域形成轻掺杂区域，而是采用在硅片非电极图形区域印刷2%质量浓度的硼浆，电极图形区域印刷5%质量浓度的硼浆，退火后非电极图形区域实现轻掺杂，电极图形区域实现重掺杂，从而实现se结构，与技术2相比，本技术减少了一步前硼工艺，节约了工艺时间，同时避免了硅片经过多次高温工艺。
30.实施例一与对比例三相比，两者均为se结构topcon电池，实施例一是在栅线区域沉积高浓度硼源，其他区域为轻浓度硼源，之后在扩散炉中高温推结，硼源浓度高，扩散速度快，掺杂浓度高，硼源浓度低，扩散速度慢，掺杂浓度低，从而在硅片栅线区域形成重掺杂，其他区域为轻掺杂，对比例三是先在硅片表面整体轻扩散，然后使用激光对栅线区域进行开槽，在开槽区域丝网印刷硼浆，退火对开槽区域进行扩散及推结，从而开槽区域形成重扩散，未开槽区域则为轻扩散，对比例三为两次扩散方式，需要进两次高温扩散炉管，并且需要在栅线区域进行开槽，实施例一只需要进一次扩散炉管就可以完成推结形成轻重掺杂，完成se结构制备，避免了硅片多次进出高温设备及激光开槽，有效的减少了硅基体的损伤，提升了光生载流子的寿命，从表1的对比结果来看，实施例一效率高于对比例三，主要表现为开路电压和电流密度提升较多，开路电压提升较多则是因为实施例1比对比例3少进一层高温扩散炉并且无需激光开槽，减少了多次高温及激光对硅基体的损伤，提高了少子寿命，短路电流提升则是因为对比例三激光开槽过程中对硅基体绒面进行了破坏，使得硅基体正面反射率上升，降低了对太阳光的吸收率，实施例一只需进一次高温扩散炉管，与对比例三相对少了一次进出高温扩散炉管的过程，可以节约工艺时间 30min，同时实施例一无需进行激光开槽，可以节约工艺时间 15min，实施例一综合工艺时间可以比对比例综合工艺时间缩短45min ,实施例一可以大幅度提高车间产能，降低生产成本，具有显著的经济优势。
31.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）硅基底双面制绒；（2）硼浆沉积：在丝网栅线区域沉积高质量浓度硼源，在其他区域沉积低质量浓度硼源，硼浆沉积的丝网栅线区域沉积5%-8%质量浓度的硼源，其他区域为1%-4%质量浓度的硼源，高质量浓度硼浆的湿重和低质量浓度硼浆的湿重都控制在0.1mg每平米厘米；（3）退火推结；（4）背面去bsg；（5）硅基底背面抛光；（6）双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；（7）高温磷扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化；（8）正面去psg；（9）rca清洗去绕度；（10）正面沉积氧化铝膜；（11）双面沉积氮化硅膜；（12）在基底的正面背面进行丝网印刷，制得topcon硼掺杂选择性发射极电池。2.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中采用印刷的方式沉积硼源，印刷压力为50n，印刷速度为400mm/s。3.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中退火后丝网栅线区域方阻在70-110ω，其他区域方阻在170-210ω，退火温度为1000℃-1100℃，退火过程中的气体氛围的气体为氧气，退火温度为1000℃-1100℃。4.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中采用链式hf试剂酸洗去除背面bsg层，hf试剂质量浓度为30%-40%。5.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中采用碱刻蚀方式，碱抛液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。6.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中高温磷扩散温度为750-950℃，扩散后其掺杂质量浓度为3e20-5e20atoms/cm
3 ，结深为100-150nm。7.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（8）中采用链式hf试剂酸洗去除正面psg层，hf试剂质量浓度为3%-10%。8.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中采用碱刻蚀方式去掉非晶硅，碱液可以为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。9.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（10）中沉积氧化铝膜的厚度为3-10nm。10.如权利要求1所述的一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（11）中沉积氮化硅膜的厚度为70-90nm。

技术总结
本发明涉及电池制备技术领域，尤其是涉及一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法，包括如下步骤：（1）硅基底双面制绒；（2）硼浆沉积；（3）退火推结；（4）背面去BSG；（5）硅基底背面抛光；（6）双面沉积遂穿氧化层和非晶硅层；（7）高温磷扩散实现非晶硅层的掺杂和晶化；（8）正面去PSG；（9）RCA清洗去绕度；（10）正面沉积氧化铝膜；（11）双面沉积氮化硅膜；（12）在基底的正面背面进行丝网印刷，制得TOPCON硼掺杂选择性发射极电池，采用硼浆印刷，在丝网栅线区域印刷高质量浓度硼浆进行重掺杂，其他区域印刷低质量浓度硼浆进行轻掺杂，避免了激光对硅片表面金字塔的破坏，提高了短路电流。提高了短路电流。


技术研发人员：肖奇 胡琴 张飞 孙铁囤
受保护的技术使用者：常州亿晶光电科技有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/13