一种TBC电池的制备方法与流程

一种tbc电池的制备方法
技术领域
1.本发明涉及光伏电池制造技术领域，具体涉及一种tbc电池的制备方法。


背景技术：

2.在行业“降本增效”主题驱动下光伏电池历经技术迭代，当前主流产品perc电池效率迫近理论极限且降本趋缓，具备转换效率高、温度系数低、光致衰减低等优势的n型电池是下一步迭代发展的方向。
3.tbc背接触结构晶体硅太阳能电池，它用p+和n+的poly-si作为发射极和bsf(back surface field背表面场)，并在poly-si与掺杂层之间沉积一层隧穿氧化层sio2的太阳能电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效地增加了电池的短路电流，同时背面(非受光面)可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻从而提高填充因子，加上电池前表面场以及优良钝化作用带来的开路电压增益，从而提高电池转换转率。
4.但tbc太阳能电池对前表面的钝化要求较高，如果前表面复合较高，光生载流子在未到达背面pn结区之前已被复合掉，将会大幅降低电池转换效率；其次背面指交叉状的p+掺杂区域和n+掺杂区域在制作过程中，需要反复的激光、刻蚀，甚至掩膜板技术，这无疑都增加了工艺难度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种tbc电池的制备方法，可以改善前表面钝化性能，提高电池开路电压，从而进一步提高电池转换效率，并在此基础上优化工艺制程减少步骤降低生产成本，无需掩膜板技术，实现更高的经济效益。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
7.一种tbc电池的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤s1：对n型硅片进行结构化处理和碱抛光；
9.步骤s2：在完成碱抛光的n型硅片的背面沉积第一隧穿氧化层和第一多晶硅层；
10.步骤s3：对完成沉积工艺的n型硅片的所述第一多晶硅层进行硼掺杂形成掩膜bsg层；
11.步骤s4：在完成硼掺杂的n型硅片进行第一次开槽以形成第一开槽区，对所述第一开槽区进行清洗；
12.步骤s5：对完成清洗的n型硅片的背面沉积第二隧穿氧化层和第二多晶硅层；
13.步骤s6：对完成沉积工艺的n型硅片的所述第二多晶硅层进行磷掺杂形成掩膜psg层；
14.步骤s7：对完成掺杂工艺的n型硅片进行第二次开槽以形成第二开槽区，对所述第二开槽区进行清洗并同时双面制绒；
15.步骤s8：在完成步骤s7的n型硅片的背面沉积alox层；
16.步骤s9：依次在完成沉积工艺后n型硅片的背面和正面分别沉积sinx减反射膜；
17.步骤s10：对完成沉积工艺的硅片进行丝网印刷、烧结和测试分选。
18.进一步地，所述对n型硅片进行结构化处理包括使用浓度比为10～20:10～20:50～200的nh4oh、h2o2、diw在65～90℃条件下对硅片进行织构化处理180～360s。
19.进一步地，所述步骤s3硼掺杂时，硼扩散的温度为800～1100℃，硼源的流量为100～1000sccm，所述掩膜bsg层的厚度为80～150nm。
20.进一步地，所述步骤s4第一开槽区是使用激光消融的方法形成，光斑使用方形光斑，所述方形光斑的大小为100～180um。
21.进一步地，所述步骤s4清洗时，使用体积比为1～2:100～200的koh、diw对所述第一开槽区域清洗，其中所述koh的浓度为45～55wt％。
22.进一步地，所述第一隧穿氧化层和所述第二隧穿氧化层的厚度为1～2nm，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层的厚度为80～200nm。
23.进一步地，所述步骤s6磷掺杂时，磷扩散温度为600～800℃，磷源的流量为100～1000sccm，所述掩膜psg层的厚度为50～100nm。
24.进一步地，所述步骤s7清洗并同时双面制绒包括使用体积比为2～8:100～200的koh、diw对所述第二开槽区域清洗，其中所述koh的浓度为45～55wt％，再使用体积比为0.02～0.05:100～150的hf去除表面psg。
25.进一步地，所述alox层膜厚4～10nm。
26.进一步地，背面所述的sinx减反射膜膜厚70～100nm，正面所述的sinx减反射膜膜厚60～80nm。
27.由于上述技术方案的运用，本技术与现有技术相比的有益效果在于：
28.本技术提供的一种tbc电池的制备方法，采用掩膜不与碱液反应的特性后，再激光局部消融和湿化学清洗处理，不仅修复激光损伤，还洗去激光消融时残留在表面的掺杂原子，同时对正面及背面开槽区域进行制绒，改善前表面钝化性能，增强长波段光响应，提高电池开路电压，从而进一步提高电池转换效率。在传统n型电池中电池背面形成指交叉状pn结区，电池正面无任何金属电极遮挡，并叠加优良钝化工艺，增加短波响应，从而有效地增加电池的短路电流；且在工艺路径过程中优化工艺制程减少步骤降低生产成本，为量产提供了下一步的工艺路线。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
30.图1为本发明的tbc电池制备方法的流程示意图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
32.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
34.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
35.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
37.请参见图1，本技术提供一种tbc电池的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤s1：对n型硅片进行结构化处理和碱抛光；
39.步骤s2：在完成碱抛光的n型硅片的背面沉积第一隧穿氧化层和第一多晶硅层；
40.步骤s3：对完成沉积工艺的n型硅片的第一多晶硅层进行硼掺杂形成掩膜bsg层；
41.步骤s4：在完成硼掺杂的n型硅片进行第一次开槽以形成第一开槽区，对第一开槽区进行清洗；
42.步骤s5：对完成清洗的n型硅片的背面沉积第二隧穿氧化层和第二多晶硅层；
43.步骤s6：对完成沉积工艺的n型硅片的第二多晶硅层进行磷掺杂形成掩膜psg层；
44.步骤s7：对完成掺杂工艺的n型硅片进行第二次开槽以形成第二开槽区，对第二开槽区进行清洗并同时双面制绒；
45.步骤s8：在完成步骤s7的n型硅片的背面沉积alox层；
46.步骤s9：依次在完成沉积工艺后n型硅片的背面和正面分别沉积sinx减反射膜；
47.步骤s10：对完成沉积工艺的硅片进行丝网印刷、烧结和测试分选。
48.其中，本实施例中具体选用156mm
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156mm的cz-n型硅片的n型硅片作为衬底，使用浓度比为10～20:10～20:50～200的nh4oh、h2o2、diw，温度在65～90℃条件下对硅片进行织构化处理180～360s，去除表面损伤层及金属离子带来的污染，接着使用浓度比为2～8:100～200的koh、diw，温度在80～95℃对硅片进行碱液抛光处理300～400s。工艺后的硅片经测试反射率42～47％；减重0.5～1.5g。
49.接上述，在低压化学气相沉积炉(lpcvd)设备中背面依次沉积第一隧穿氧化层(sio2)及第一多晶硅层(poly)。其中，第一隧穿氧化层厚度为1～2nm；第一多晶硅层厚度为80～200nm；工艺温度为500～900℃。
50.使用硼扩散炉管中对其背面进行硼离子注入扩散，方阻100～300ω/sq，工艺温度800～1100℃，硼源(bh3)流量100～1000sccm，并在电池背面形成掺杂硅层(p+poly)，此时背面在第一隧穿氧化层(sio2)及第一多晶硅层(poly)上形成约80～150nm的掩膜bsg层。
51.步骤s4使用无损激光设备使用激光消融方法来进行第一次开槽，去除部分的掩膜bsg层，激光波长采用532nm；光斑采用方形光斑；光斑大小100～180um；光斑重叠率80％。将激光开槽后的硅片放入清洗机中对第一开槽区进行清洗处理，使用体积比为1～2:100～200的koh、diw对n型硅片进行清洗，其中koh的浓度为45～55wt％；温度50～70℃；时间200～300s。
52.使用低压化学气相沉积炉(lpcvd)设备中背面依次沉积第二隧穿氧化层(sio2)及第二多晶硅层(poly)。其中，第二隧穿氧化层厚度为1～2nm；第二多晶硅层厚度为80～200nm；工艺温度为500～900℃。
53.使用磷扩散炉管中对其背面进行磷离子注入扩散，方阻80～150ω/sq，工艺温度600～800℃，磷源(ph3)流量为100～1000sccm，并在电池背面形成掺杂硅层(n+poly)，此时背面在第二隧穿氧化层(sio2)及第二多晶硅层(poly)上形成约50～100nm的掩膜psg层。
54.使用无损激光设备使用激光消融方法来进行第二次开槽，去除部分的掩膜psg层，激光波长采用532nm；光斑采用方形光斑；光斑大小100～180um；光斑重叠率80％。将激光开槽后的硅片放入清洗机中对第二开槽区进行清洗处理，体积比为2～8:100～200的koh、diw对硅片进行开槽区域清洗并同时双面制绒，其中koh的浓度为45～55wt％；温度65～80℃；时间120～180s；再使用体积比为0.02～0.05:100～150的hf去除表面psg；时间60～120s。
55.清洁后的硅片放入到板式ald设备中，在沉积膜厚为4～10nm的alox。完成后放入管式pecvd设备中，先在硅片背面沉积层sinx减反射膜，膜厚70～100nm、折射率2.2～2.4％，然后在正面沉积一层sinx减反射膜，膜厚60～80nm、折射率2.2～2.4％；最后硅片进行丝网印刷、烧结及测试分选。
56.本技术提供的tbc电池的制备方法的有益效果在于：采用掩膜不与碱液反应的特性后，再激光局部消融和湿化学清洗处理，不仅修复激光损伤，还洗去激光消融时残留在表面的掺杂原子，同时对正面及背面开槽区域进行制绒，改善前表面钝化性能，增强长波段光响应，提高电池开路电压，从而进一步提高电池转换效率。在传统n型电池中电池背面形成指交叉状pn结区，电池正面无任何金属电极遮挡，并叠加优良钝化工艺，增加短波响应，从而有效地增加电池的短路电流；且在工艺路径过程中优化工艺制程减少步骤降低生产成本，为量产提供了下一步的工艺路线。
57.最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种tbc电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：对n型硅片进行结构化处理和碱抛光；步骤s2：在完成碱抛光的n型硅片的背面沉积第一隧穿氧化层和第一多晶硅层；步骤s3：对完成沉积工艺的n型硅片的所述第一多晶硅层进行硼掺杂形成掩膜bsg层；步骤s4：在完成硼掺杂的n型硅片进行第一次开槽以形成第一开槽区，对所述第一开槽区进行清洗；步骤s5：对完成清洗的n型硅片的背面沉积第二隧穿氧化层和第二多晶硅层；步骤s6：对完成沉积工艺的n型硅片的所述第二多晶硅层进行磷掺杂形成掩膜psg层；步骤s7：对完成掺杂工艺的n型硅片进行第二次开槽以形成第二开槽区，对所述第二开槽区进行清洗并同时双面制绒；步骤s8：在完成步骤s7的n型硅片的背面沉积alox层；步骤s9：依次在完成沉积工艺后n型硅片的背面和正面分别沉积sinx减反射膜；步骤s10：对完成沉积工艺的硅片进行丝网印刷、烧结和测试分选。2.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述对n型硅片进行结构化处理包括使用浓度比为10～20:10～20:50～200的nh4oh、h2o2、diw在65～90℃条件下对硅片进行织构化处理180～360s。3.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s3硼掺杂时，硼扩散的温度为800～1100℃，硼源的流量为100～1000s ccm，所述掩膜bsg层的厚度为80～150nm。4.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s4第一开槽区是使用激光消融的方法形成，光斑使用方形光斑，所述方形光斑的大小为100～180um。5.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s4清洗时，使用体积比为1～2:100～200的koh、diw对所述第一开槽区域清洗，其中所述koh的浓度为45～55wt％。6.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述第一隧穿氧化层和所述第二隧穿氧化层的厚度为1～2nm，所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层的厚度为80～200nm。7.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s6磷掺杂时，磷扩散温度为600～800℃，磷源的流量为100～1000sccm，所述掩膜psg层的厚度为50～100nm。8.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s7清洗并同时双面制绒包括使用体积比为2～8:100～200的koh、diw对所述第二开槽区域清洗，其中所述koh的浓度为45～55wt％，再使用体积比为0.02～0.05:100～150的hf去除表面psg。9.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，所述alox层膜厚4～10nm。10.如权利要求1所述的tbc电池的制备方法，其特征在于，背面所述的sinx减反射膜膜厚70～100nm，正面所述的sinx减反射膜膜厚60～80nm。

技术总结
本申请公开了一种TBC电池的制备方法，包括对硅片进行结构化处理和碱抛光、背面沉积第一隧穿氧化层和第一多晶硅层、硼掺杂形成掩膜BSG层、第一次开槽并清洗、背面沉积第二隧穿氧化层和第二多晶硅层、磷掺杂形成掩膜PSG层、第二次开槽、清洗并同时双面制绒、背面沉积AlOx层、背面和正面分别沉积SiNx减反射膜、进行丝网印刷、烧结和测试分选。形成的TBC电池采用掩膜不与碱液反应的特性，再激光局部消融和湿化学清洗处理，修复激光损伤，还洗去激光消融时残留在表面的掺杂原子，同时对正面及背面开槽区域进行制绒，改善前表面钝化性能，增强长波段光响应，提高电池开路电压，从而进一步提高电池转换效率。能够减少步骤降低生产成本，为量产提供了工艺路线。量产提供了工艺路线。量产提供了工艺路线。


技术研发人员：翁航 章伟 张佳超 何保杨
受保护的技术使用者：芜湖协鑫集成新能源科技有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/8