topcon電池及其制備方法和電器設(shè)備

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種topcon電池及其制備方法和電器設(shè)備。

背景技術(shù)：

2.topcon電池(隧穿氧化層鈍化接觸電池)，是一種使用超薄氧化層作為鈍化層結(jié)構(gòu)的太陽電池。topcon電池是由德國(guó)fraunhofer ise研究所的frank feldmann等人，于2013年報(bào)導(dǎo)其取得突破性試驗(yàn)進(jìn)展。該技術(shù)關(guān)鍵部分是，采用化學(xué)濕法氧化的方法，先在n型硅基板的背面采用高濃度hno3進(jìn)行氧化形成一層1.4nm的隧穿氧化層sio2，然后沉積磷摻雜的n

+-poly-si薄膜，經(jīng)過高溫退火后，形成一層超薄的隧穿氧化層和一層磷摻雜的多晶硅薄層，二者共同形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為硅片的背面提供了良好的表面鈍化，能夠有效地降低背面復(fù)合電流密度，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。

3.2020年，德國(guó)fraunhofer ise研究所通過優(yōu)化poly-si薄膜的制備工藝、選擇性發(fā)射極(se)技術(shù)和電池結(jié)構(gòu)，制備出小面積的太陽電池，效率突破到26.0％，其高于目前主流電池perc平均效率為22.8％-23.2％?？梢姡瑃opcon太陽電池可以明顯提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，從而可以提高組件輸出功率和降低電站的lcoe(度電成本)。此外，topcon電池是采用n型硅片，無b-o復(fù)合硅片體壽命高；硅片中金屬雜質(zhì)含量低，lid和letid衰減率低；poly-si鈍化金屬接觸，voc》705mv；電池背面小絨面結(jié)構(gòu)，雙面率約90％。根據(jù)德國(guó)tuv nord戶外實(shí)測(cè)，相比于主流電池產(chǎn)品perc電池，雙面topcon電池的發(fā)電量增益為14.3％，單面topcon電池的發(fā)電量增益為5.0％。因此，topcon電池技術(shù)具有較高的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值和發(fā)電價(jià)值。

4.topcon電池在大規(guī)模量產(chǎn)的過程中，主要的技術(shù)路線是采用低壓化學(xué)氣相沉積法(lpcvd)沉積隧穿氧化層和非晶硅薄膜，然后采用離子注入或磷擴(kuò)散的方式對(duì)非晶硅薄膜進(jìn)行摻雜形成磷摻雜的多晶硅。對(duì)于離子注入技術(shù)，電池需要經(jīng)過rca濕法清洗離子注入引入的金屬雜質(zhì)，后再經(jīng)過退火激活poly-si薄膜中的磷原子，同時(shí)修復(fù)離子注入引起的損傷。而磷擴(kuò)散摻雜技術(shù)，由于擴(kuò)散過程中存在繞鍍和lpcvd沉積時(shí)的poly-si薄膜繞鍍，會(huì)導(dǎo)致電池外觀發(fā)白和電致發(fā)光(el)測(cè)試發(fā)黑，極大地影響了良率，并且工藝復(fù)雜且窗口較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.基于此，有必要提供一種工藝簡(jiǎn)單、且能夠在保證具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓的基礎(chǔ)上提高良率的topcon電池及其制備方法和電器設(shè)備。

6.本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

7.本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種topcon電池的制備方法，包括如下步驟：

8.在n型的硅片的正面制絨之后，制備pn結(jié)；

9.在所述硅片的背面依次形成隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層；所述隧穿氧化層的沉積方式為peald，沉積溫度為150℃～200℃；所述摻雜多晶硅

層的沉積方式為pecvd，所述氧化硅掩膜層的厚度為10nm～40nm；

10.去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料和多晶硅層材料，再去除背面的所述氧化硅掩膜層；以及

11.分別在所述pn結(jié)上形成正面電極和在所述摻雜多晶硅層上形成背面電極。

12.在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述本征多晶硅層的沉積方式為pecvd；或者

13.所述本征多晶硅層及所述氧化硅掩膜層的沉積方式為pecvd。

14.在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隧穿氧化層、所述本征多晶硅層和所述摻雜多晶硅層是在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜并經(jīng)退火處理形成的；或者

15.所述隧穿氧化層、所述本征多晶硅層、所述摻雜多晶硅層及所述氧化硅掩膜層是在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜、摻雜非晶硅薄膜及氧化硅掩膜層并經(jīng)退火處理形成的。

16.在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述退火處理的條件為：在氮?dú)饣蜓鯕夥諊?，?00℃～1000℃處理10min～60min。

17.在其中一個(gè)實(shí)施例中，沉積所述氧化硅掩膜層的條件包括：通入sih4和n2o作為反應(yīng)源，sih4和n2o的流量比為1：(6～10)，沉積溫度為350℃～500℃。

18.在其中一個(gè)實(shí)施例中，形成所述本征多晶硅層、所述摻雜多晶硅層及所述氧化硅掩膜層的步驟包括：

19.在所述隧穿氧化層上采用pecvd的方式依次沉積本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜，在氧氣氛圍下進(jìn)行退火處理，以使所述本征非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化為所述本征多晶硅層，及使所述摻雜非晶硅薄膜的內(nèi)層和表層分別轉(zhuǎn)化為所述摻雜多晶硅層和所述氧化硅掩膜層；

20.所述退火處理的條件為：于600℃～1000℃處理10min～60min。

21.在其中一個(gè)實(shí)施例中，沉積所述本征非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣及sih4，sih4與載氣的流量比為1:(6～8)，沉積溫度為350℃～500℃。

22.在其中一個(gè)實(shí)施例中，沉積所述摻雜非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣、sih4及ph3，sih4、ph3與載氣的流量比為1:(2～3):(4～6)，沉積溫度為350℃～500℃。

23.在其中一個(gè)實(shí)施例中，沉積所述隧穿氧化層的條件包括：通入有機(jī)硅源和氧氣作為反應(yīng)源，所述有機(jī)硅源與所述氧氣的流量比為1：(2～3)，沉積壓強(qiáng)為100pa～150pa。

24.在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隧穿氧化層的厚度為0.5nm～2nm；和/或

25.所述本征多晶硅層的厚度為10nm～50nm；和/或

26.所述摻雜多晶硅層的厚度為80nm～150nm。

27.在其中一個(gè)實(shí)施例中，去除背面的所述氧化硅掩膜層的方式為酸洗，所述酸洗所采用的酸液為體積百分比在8％～15％的氫氟酸。

28.在其中一個(gè)實(shí)施例中，制備所述pn結(jié)采用硼擴(kuò)散的方式，所述硅片在進(jìn)行硼擴(kuò)散時(shí)形成硼摻雜硅層，所述硼摻雜硅層的表面形成硼硅玻璃層；在去除背面的所述氧化硅掩膜層的同時(shí)去除所述硼硅玻璃層；

29.所述pn結(jié)表面形成的硼硅玻璃層的厚度為100nm～120nm；

30.所述氧化硅掩膜層的厚度為20nm～30nm。

31.在其中一個(gè)實(shí)施例中，去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料的方式為酸

洗，所述酸洗所采用的酸液為體積百分比在10％～40％的氫氟酸。

32.在其中一個(gè)實(shí)施例中，去除所述硅片的正面繞鍍的多晶硅層材料的步驟是在去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料之后進(jìn)行；

33.去除所述硅片的正面繞鍍的多晶硅層材料的方式為堿洗，所述堿洗所采用的堿液為包含氫氧化鈉和氫氧化鉀中至少一種的溶液，所述堿液的質(zhì)量濃度為3％～6％。

34.在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述pn結(jié)上形成正面電極的步驟之前，還包括在所述pn結(jié)上依次形成正面鈍化層、減反射層的步驟；

35.所述正面鈍化層為氧化鋁薄膜，所述減反射層為氮化硅薄膜。

36.在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述摻雜多晶硅層上形成背面電極的步驟之前，還包括在所述摻雜多晶硅層上形成背面鈍化層的步驟；

37.所述背面鈍化層為氮化硅薄膜。

38.本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種topcon電池，采用上述任一項(xiàng)所述的制備方法制得。

39.本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種電器設(shè)備，包括上述的topcon電池。

40.上述topcon電池的制備方法，采用peald和pecvd混合沉積技術(shù)，具體采用peald形成隧穿氧化層并在特定沉積溫度進(jìn)行，采用pecvd的沉積方式形成摻雜多晶硅層，相比于lpcvd沉積技術(shù)，peald的沉積溫度較低，繞鍍更小，而采用pecvd不會(huì)存在離子注入引出金屬雜質(zhì)的問題。同時(shí)，通過在摻雜多晶硅層上形成特定厚度的氧化硅掩膜層，可在去除硅片正面繞鍍的多晶硅層材料時(shí)起到很好的保護(hù)背面的摻雜多晶硅層不被破壞的作用，且該厚度的氧化硅掩膜層又容易去除，以便在pn結(jié)和摻雜多晶硅層上分別形成正面電極和背面電極，制得topcon電池，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，且有利于外觀和良率的控制，可在保證具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓的基礎(chǔ)上提高良率，具有更高的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

41.圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的topcon電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

42.附圖標(biāo)記說明：

43.110：n型的硅片；

??????

121：硼摻雜硅層；

???????

122：正面鈍化層；

44.123：減反射層；

???????

124：正面電極；

?????????

131：隧穿氧化層；

45.132：本征多晶硅層；

???

133：摻雜多晶硅層；

?????

134：背面鈍化層；

46.135：背面電極。

具體實(shí)施方式

47.為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。應(yīng)該理解，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

48.此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量或順序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩

個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

49.除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

50.本發(fā)明一實(shí)施方式提供了一種topcon電池及其制備方法。下面將結(jié)合topcon電池的制備方法對(duì)制得的topcon電池進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

51.本發(fā)明一實(shí)施方式提供了一種topcon電池的制備方法，包括如下步驟s1～s5。

52.步驟s1：在n型的硅片的正面制絨之后，制備pn結(jié)。

53.步驟s2：在硅片的背面依次形成隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層；隧穿氧化層的沉積方式為peald(等離子體增強(qiáng)原子層沉積技術(shù))，沉積溫度為150℃～200℃；摻雜多晶硅層的沉積方式為pecvd(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù))，氧化硅掩膜層的厚度為10nm～40nm。

54.步驟s3：去除硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料和多晶硅層材料，再去除背面的氧化硅掩膜層。

55.步驟s4：在硅片正面的pn結(jié)上形成正面電極。

56.步驟s5：在硅片背面的摻雜多晶硅層上形成背面電極。

57.可理解，步驟s4和s5之間的先后順序不限定。

58.上述topcon電池的制備方法，采用peald和pecvd混合沉積技術(shù)，具體采用peald形成隧穿氧化層并在特定沉積溫度進(jìn)行，采用pecvd形成摻雜多晶硅層，相比于lpcvd沉積技術(shù)，peald的沉積溫度較低，繞鍍更小，而采用pecvd不會(huì)存在離子注入引出金屬雜質(zhì)的問題。同時(shí)，通過在摻雜多晶硅層形成特定厚度的氧化硅掩膜層，可在去除硅片正面繞鍍的多晶硅層材料時(shí)起到很好的保護(hù)背面的摻雜多晶硅層不被破壞的作用，且該厚度的氧化硅掩膜層又容易去除，以便在pn結(jié)和摻雜多晶硅層上分別形成正面電極和背面電極，制得topcon電池，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，且有利于外觀和良率的控制，可在保證具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓的基礎(chǔ)上提高良率，具有更高的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

59.在其中一些實(shí)施例中，本征多晶硅層的沉積方式為pecvd。

60.進(jìn)一步地，本征多晶硅層和摻雜多晶硅層可在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜并經(jīng)退火處理形成；或者，隧穿氧化層、本征多晶硅層和摻雜多晶硅層可在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜并經(jīng)退火處理形成，如此在前一層沉積結(jié)束之前，無需出爐即可進(jìn)行后一層沉積，避免了中途出爐和裝卸片導(dǎo)致膜層劃傷或污染的問題，不僅精簡(jiǎn)了工藝，縮短了工藝時(shí)間，提高了設(shè)備利用率，且還提高了制得的topcon電池的鈍化性能，進(jìn)而提高了電池效率。

61.可理解，根據(jù)需要在沉積過程中，將多種氣體交替式通入或同步通入。

62.進(jìn)一步地，各沉積步驟所采用的射頻電源頻率為40khz、200khz、400khz中的一種，可以任意選擇。

63.進(jìn)一步地，研究表明，沉積所采用的射頻電源頻率越大，離子換向次數(shù)增加，離子加速時(shí)間變短，沉積速率降低，沉積時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)基底膜層的損傷較小；而離子的價(jià)態(tài)升高，

結(jié)合能增大，沉積的均勻性較好，有利于改善膜層的均勻性。

64.在其中一些實(shí)施例中，隧穿氧化層的厚度為0.5nm～2nm。超薄的隧穿氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入磷摻雜的多晶硅薄層同時(shí)阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而使得電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，從而極大地降低了金屬接觸復(fù)合電流密度，提升了電池的開路電壓和短路電流，提高了電池光電轉(zhuǎn)換效率。

65.進(jìn)一步地，本征多晶硅層的厚度為10nm～50nm。本征多晶硅層作為隧穿氧化層與摻雜多硅層之間的過渡層，其厚度不能太厚，以避免影響光生載流子的穿過。

66.進(jìn)一步地，摻雜多晶硅層的厚度為80nm～150nm。

67.在其中一些實(shí)施例中，氧化硅掩膜層的形成方式為pecvd。

68.進(jìn)一步地，隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層是在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜、摻雜非晶硅薄膜及氧化硅掩膜層并經(jīng)退火處理形成的。其中，退火處理的作用是使本征非晶硅薄膜和摻雜非晶硅薄膜分別轉(zhuǎn)化為本征多晶硅層和摻雜多晶硅層。

69.如此將隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層的4步沉積鍍膜工序合并在同一沉積腔室內(nèi)進(jìn)行然后一次性進(jìn)行退火處理，進(jìn)一步縮短了工藝時(shí)間，提高了沉積速度，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)使用。

70.更進(jìn)一步地，上述退火處理的條件為：在氮?dú)饣蜓鯕夥諊拢?00℃～1000℃處理10min～60min。由于摻雜非晶硅薄膜上具有氧化硅掩膜層，其在退火處理的步驟中可起到保護(hù)摻雜非晶硅薄膜的作用，避免其被氧化為氧化硅，因此退火處理的氣氛可在氧氣氛圍下進(jìn)行。

71.更進(jìn)一步地，沉積氧化硅掩膜層的條件包括：通入sih4和n2o作為反應(yīng)源，sih4和n2o的流量比為1：(6～10)，沉積溫度為350℃～500℃。

72.在其他的一些實(shí)施例中，在其中一些實(shí)施例中，氧化硅掩膜層不采用pecvd的沉積方式直接形成；其形成本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層的步驟包括：

73.在隧穿氧化層上采用pecvd的方式依次沉積本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜，在氧氣氛圍下進(jìn)行退火處理，以使本征非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化為本征多晶硅層，及使摻雜非晶硅薄膜的內(nèi)層和表層分別轉(zhuǎn)化為摻雜多晶硅層和氧化硅掩膜層。其中，退火處理的條件為：于600℃～1000℃處理10min～60min。

74.該實(shí)施例中，相當(dāng)于無需采用pecvd的方式沉積氧化硅掩膜層的步驟，而采用控制退火處理的條件的方式獲得氧化硅掩膜層；在氧氣氛圍下，摻雜非晶硅薄膜的內(nèi)層轉(zhuǎn)化為摻雜多晶硅層，而表層在氧氣氛圍下被氧化為氧化硅掩膜層。

75.進(jìn)一步地，沉積本征非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣及sih4，sih4與載氣的流量比為1:(6～8)，沉積溫度為350℃～500℃。進(jìn)一步地，載氣選自h2和ar中的至少一種。

76.可理解，topcon電池的上述硅片為n型硅片，摻雜非晶硅薄膜為n型摻雜非晶硅薄膜，摻雜多晶硅層為n型摻雜多晶硅層。進(jìn)一步地，摻雜非晶硅薄膜為磷摻雜非晶硅薄膜，摻雜非晶硅層為磷摻雜非晶硅層。

77.進(jìn)一步地，沉積摻雜非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣、sih4及ph3，sih4、ph3與載氣的流量比為1:(2～3):(4～6)，沉積溫度為350℃～500℃。進(jìn)一步地，載氣選自h2和ar中的至少一種?？刂苨ih4、ph3與載氣的流量比，可控制磷摻雜的濃度。

78.進(jìn)一步地，隧穿氧化層的沉積溫度為150℃～180℃。進(jìn)一步地，本征非晶硅薄膜、摻雜非晶硅薄膜和氧化硅掩膜層的沉積溫度各自獨(dú)立地優(yōu)選為350℃～400℃。

79.進(jìn)一步地，隧穿氧化層為二氧化硅隧穿氧化層；沉積隧穿氧化層的條件包括：通入有機(jī)硅源和氧氣作為反應(yīng)源，有機(jī)硅源與氧氣的流量比為1：(2～3)，沉積壓強(qiáng)為100pa～150pa。更進(jìn)一步地，有機(jī)硅源可為三(二甲胺基)硅烷和3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。

80.在其中一些實(shí)施例中，去除硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料的方式為酸洗，該酸洗所采用的酸液為體積百分比在10％～40％的氫氟酸；進(jìn)一步優(yōu)選為體積百分比在20％～30％的氫氟酸。具體地，該酸洗步驟采用鏈?zhǔn)絟f進(jìn)行，進(jìn)而僅與硅片正面接觸，以去除正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料；而背面的氧化硅掩膜層不會(huì)被去除。此外，在該酸洗步驟中，還可同時(shí)去除在退火過程中正面的繞鍍層生成的磷硅玻璃psg。

81.在其中一些實(shí)施例中，去除硅片的正面繞鍍的多晶硅層材料的方式為堿洗，該堿洗所采用的堿液為包含氫氧化鈉和氫氧化鉀中至少一種的溶液，堿液的質(zhì)量濃度為3％～6％。具體地，該堿洗步驟在堿槽中進(jìn)行。

82.在其中一些實(shí)施例中，去除背面的氧化硅掩膜層的方式為酸洗，所采用的酸液為體積百分比在8％～15％的氫氟酸。具體地，該酸洗步驟在酸槽中進(jìn)行。

83.進(jìn)一步地，制備pn結(jié)采用硼擴(kuò)散的方式，硅片進(jìn)行硼擴(kuò)散形成硼摻雜硅層，硼摻雜硅層的表面由于在高溫?cái)U(kuò)散的條件下氧化形成硼硅玻璃層。其中，硼摻雜硅層為p型摻雜層，其與n型的硅片形成pn結(jié)。

84.進(jìn)一步地，硼擴(kuò)散的條件為：利用bcl3和氧氣在900～1050℃擴(kuò)散形成pn結(jié)結(jié)，bcl3與氧氣的比例為1:8～20，bcl3在氣氛中的體積占比為1％～3％。

85.在去除背面的氧化硅掩膜層的同時(shí)，可去除正面的硼硅玻璃層。如此，背面的氧化硅掩膜層和正面的硼硅玻璃層在該酸槽中一次性去除。此外工藝上檢測(cè)該步驟背面的氧化硅掩膜層和正面的硼硅玻璃層是否去除完全，一般僅檢測(cè)其中的一面，若該檢測(cè)面符合要求即認(rèn)為氧化硅掩膜層和硼硅玻璃層均去除干凈。因此，優(yōu)選背面的氧化硅掩膜層和正面的硼硅玻璃層在該酸槽中的去除速率一致，以避免一面未去除干凈導(dǎo)致電阻較大或一面過度清洗的問題。

86.進(jìn)一步地，pn結(jié)表面形成的硼硅玻璃層為含硼的二氧化硅，其結(jié)構(gòu)較為疏松，酸洗去除速率較快；而氧化硅掩膜層為高純的二氧化硅，其結(jié)構(gòu)較為致密，酸洗去除速率較慢。研究表明，在上述酸液條件下，pn結(jié)表面形成的硼硅玻璃層的厚度為100nm～120nm；氧化硅掩膜層的厚度為20nm～30nm，二者的去除所需時(shí)間基本一致。

87.在其中一些實(shí)施例中，步驟s1之后，在進(jìn)行步驟s2之前，還包括去除硅片背面硼擴(kuò)繞鍍的膜層，例如硼硅玻璃層的步驟。具體去除硅片背面硼擴(kuò)繞鍍的膜層的方式為酸洗，該酸洗所采用的酸液可為體積百分比在40％～80％的hf溶液，采用較高濃度的hf溶液，可減少酸洗作用時(shí)間。在去除硅片背面硼擴(kuò)繞鍍的膜層的步驟之后，再將硅片采用堿溶液去除硅片背面和邊緣pn結(jié)，同時(shí)在硅片背面形成0.3～3μm的金字塔絨面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步地，為0.3～1μm的金字塔絨面結(jié)構(gòu)。

88.在其中一些實(shí)施例中，在pn結(jié)上形成正面電極的步驟之前，還包括在pn結(jié)上依次形成正面鈍化層、減反射層的步驟。

89.進(jìn)一步地，正面鈍化層為氧化鋁薄膜，減反射層為氮化硅薄膜。更進(jìn)一步地，正面鈍化層采用peald或ald方式沉積；減反射層采用pecvd沉積。進(jìn)一步地，ald方式沉積氧化鋁薄膜，采用的反應(yīng)物可為tma(三甲基鋁)和水(h2o)或者臭氧(o3)。

90.在其中一些實(shí)施例中，在摻雜多晶硅層上形成背面電極的步驟之前，還包括在摻雜多晶硅層上形成背面鈍化層的步驟。

91.進(jìn)一步地，背面鈍化層為氮化硅薄膜。更進(jìn)一步地，背面鈍化層采用pecvd沉積。

92.本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種電器設(shè)備，包括上述的topcon電池，該topcon電池可給電器設(shè)備提供電源。

93.在一些實(shí)施例中，電器設(shè)備包括但不限于汽車、飛機(jī)等交通設(shè)備，車載香薰等需要電源驅(qū)動(dòng)的電器設(shè)備。

94.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加簡(jiǎn)潔明了，本發(fā)明用以下具體實(shí)施例進(jìn)行說明，但本發(fā)明絕非僅限于這些實(shí)施例。以下所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明較好的實(shí)施例，可用于描述本發(fā)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

95.為了更好地說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明。以下為具體實(shí)施例。

96.實(shí)施例1

97.請(qǐng)參閱圖1，該topcon電池包括如下結(jié)構(gòu)：硅片110，其為n型硅片基底。在硅片110的正面依次層疊有硼摻雜硅層121、正面鈍化層122、減反射層123及正面電極124。在硅片110的背面依次層疊有隧穿氧化層131、本征多晶硅層132、摻雜多晶硅層133、背面鈍化層134和背面電極135。

98.該topcon電池的制備工藝主要包括如下步驟：

99.(1)正面制絨：先采用體積分?jǐn)?shù)為2％的雙氧水和質(zhì)量濃度為0.3％的堿液進(jìn)行清洗硅片110表面的油污，然后采用質(zhì)量濃度為1％的堿液進(jìn)行制絨，減緩反應(yīng)速率，在硅片110表面形成金字塔的絨面結(jié)構(gòu)，起到減反射的限光作用。

100.(2)正面硼擴(kuò)：清洗完吹干的硅片110進(jìn)入硼擴(kuò)散爐，利用bcl3和氧氣在1008℃擴(kuò)散形成硼摻雜硅層121，以制得pn結(jié)。其中，bcl3與氧氣的比例為1:15，bcl3在爐管氣氛中的體積占比為1.4％，通過高溫?cái)U(kuò)散，在硅片的表面生成120nm的硼硅玻璃層(bsg，圖1未示)，方阻范圍為80～150ω/sq。

101.(3)背面堿拋：硼擴(kuò)后的硅片先采用鏈?zhǔn)絟f機(jī)去除背面硼擴(kuò)繞度的bsg，hf的體積百分比為75％；再通過機(jī)械手轉(zhuǎn)入槽式堿拋機(jī)，采用質(zhì)量濃度2％的堿液和堿拋添加劑去除硅片背面和邊緣pn結(jié)，同時(shí)在硅片背面形成0.3～1μm的小絨面結(jié)構(gòu)。

102.(4)背面形成隧穿氧化層和多晶硅鈍化膜：采用管式peald沉積隧穿氧化層131和pecvd沉積本征多晶硅薄膜(i-poly-si)、摻雜多晶硅薄膜(n

+-poly-si)、掩膜層二氧化硅sio2，四層膜在一根爐管內(nèi)不破壞真空下，實(shí)現(xiàn)薄膜沉積，射頻電源均選用200khz電源。

103.膜層一(隧穿氧化層sio2)：采用peald方式沉積，通入硅源和氧氣(o2)作為反應(yīng)源，在射頻電場(chǎng)的電作用下在硅片表面沉積一薄層氧化硅層作為隧穿氧化層；隧穿氧化層131的厚度為1.2nm，有機(jī)硅源為二甲胺基硅烷，有機(jī)硅源與氧氣的流量比為1:2.1，沉積壓強(qiáng)為120pa，沉積溫度為180℃；

104.膜層二(本征非晶硅薄膜)：采用pecvd，通入sih4、h2，沉積本征非晶硅薄膜，厚度為20nm，sih4與h2的比例為1:7.0，沉積溫度為380℃；

105.膜層三(摻雜非晶硅薄膜)：采用pecvd，通入sih4、ph3、h2，沉積磷摻雜非晶硅薄膜，厚度為120nm，sih4、ph3、h2的比例為1:2:2.5，沉積溫度為380℃；

106.膜層四(掩膜層二氧化硅sio2)：采用pecvd，通入sih4和n2o，沉積sio2濕法掩膜層，厚度為20nm，用于保護(hù)退火形成的摻雜多晶硅層在去繞鍍清洗時(shí)不被破壞，sih4和n2o的比例為1：8，沉積溫度380℃。

107.(5)退火：采用管式退火爐，對(duì)步驟(4)制得的樣品進(jìn)行退火，退火氣體氛圍為氮?dú)?n2)，溫度為920℃，時(shí)間為45分鐘，使得沉積的本征非晶硅薄膜和摻雜非晶硅薄膜中的非晶硅的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч?，形成本征多晶硅?32和摻雜多晶硅層133。

108.(6)rca清洗：先經(jīng)過鏈?zhǔn)絟f，其中hf體積百分比為22％，去除步驟(4)中沉積膜層四的掩膜層時(shí)繞鍍到正面的sio2層，以及退火過程中生成的磷硅玻璃psg，隨后轉(zhuǎn)入堿槽去除正面poly繞鍍層，此時(shí)背面的n型摻雜層在sio2掩膜層的保護(hù)下，不被破壞，其中堿槽中的堿液為氫氧化鈉溶液，堿液的質(zhì)量濃度為3.9％；當(dāng)正面的poly繞鍍?nèi)コ蓛艉?，再進(jìn)入到槽式hf中，hf的體積百分比為10％，去除正面的bsg和背面的掩膜層。

109.(7)正面氧化鋁膜和氮化硅膜沉積：采用peald方式以氧氣和tma(三甲基鋁)作為反應(yīng)物沉積的氧化鋁(al2o3)薄膜作為正面鈍化層134，pecvd沉積氮化硅(sinx)薄膜用作減反射層135。

110.(8)背面積背面氮化硅膜：采用pecvd沉積sinx薄膜，用于背膜氫鈍化，即為背面鈍化層135。

111.(9)絲網(wǎng)印刷正背面漿料，制作正面電極124和背面電極135。

112.(10)光注入、測(cè)試效率和分選。

113.實(shí)施例2

114.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(7)的al2o3沉積方式采用ald的方式進(jìn)行沉積，不需要電場(chǎng)激發(fā)，反應(yīng)物為tma(三甲基鋁)和水(h2o)。

115.實(shí)施例3

116.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)的膜層二和膜層三的沉積厚度分別是40nm和80nm，即40nm本征非晶硅薄膜和80nm磷摻雜非晶硅薄膜，提高poly-si的i/n比例，降低摻雜濃度。

117.實(shí)施例4

118.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)的膜層四的沉積厚度為40nm，即sio2掩膜增厚為40nm，耐堿性更強(qiáng)，對(duì)背面本征多晶硅層132和摻雜多晶硅層133的保護(hù)作用更好。

119.實(shí)施例5

120.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中省略膜層四掩膜sio2的沉積，而是將步驟(5)的退火氣體變?yōu)檠鯕?o2)，溫度為870℃，時(shí)間為30分鐘，即在退火過程中通過高溫氧化表面的poly-si生成sio2，作為后續(xù)的濕法掩膜層保護(hù)背面本征多晶硅層132和摻雜多晶硅層133。

121.實(shí)施例6

122.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中四層膜沉積時(shí)所采用的射頻電源頻率

均選定為40khz射頻電源。

123.相比實(shí)施例1，實(shí)施例6由于電源頻率減小，離子換向次數(shù)減少，離子加速時(shí)間變長(zhǎng)，沉積速率較快。

124.實(shí)施例7

125.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中四層膜沉積時(shí)所采用的射頻電源頻率均選定為400khz射頻電源。

126.相比實(shí)施例1，實(shí)施例7由于電源頻率變大，離子換向次數(shù)增加，離子加速時(shí)間變短，沉積速率降低；但是離子的價(jià)態(tài)升高，結(jié)合能增大，n型摻雜多晶硅層的摻雜均勻性提升，有利于改善膜層的均勻性。

127.實(shí)施例8

128.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中膜層四的沉積厚度為25nm。在該條件下，膜層四與厚度120nm的硼硅玻璃層在后續(xù)酸洗條件的去除時(shí)間基本一致，在該酸洗步驟兩面清洗比較干凈。

129.對(duì)比例1

130.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中膜層一的沉積溫度為280℃。

131.對(duì)比例2

132.與實(shí)施例1基板相同，區(qū)別在于：步驟(4)中膜層四的沉積厚度為60nm。

133.各實(shí)施例和對(duì)比例制備topcon電池的部分關(guān)鍵參數(shù)，如下表1所示：

[0134][0135]

以下為性能測(cè)試。

[0136]

將各實(shí)施例和對(duì)比例制得的topcon電池進(jìn)行性能測(cè)試，采用halm測(cè)試臺(tái)測(cè)試，測(cè)試條件為：輻照度1000w/m2，光譜am1.5，溫度25℃。結(jié)果如下表所示，其中voc為開路電壓(v)。

[0137][0138]

從上表可知，本發(fā)明實(shí)施例采用peald方式沉積隧穿氧化層(sio2)薄膜，采用pecvd方式沉積本征多晶硅層(i-poly-si)、磷摻雜的多晶硅層(n

+-poly-si)及背面掩膜sio2層，四步鍍膜工序合為1臺(tái)管式沉積設(shè)備1根管內(nèi)完成，工藝簡(jiǎn)化，制得的電池，其光電轉(zhuǎn)換效率在24.5％以上，開路電壓voc在710mv以上，且相比對(duì)比例1～2，可在保證具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓的基礎(chǔ)上顯著提高了良率。

[0139]

對(duì)比例1在步驟(4)中膜層一的沉積溫度控制在較高溫度，由于膜層一采用采用peald方式沉積，通入爐管內(nèi)的氧氣會(huì)被電離形成臭氧，溫度高于200℃分解加劇，造成氧源不足，沉積的隧穿氧化層無法形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的sio2，鈍化性能變差，影響電池的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓性能。

[0140]

對(duì)比例2在步驟(4)中膜層四的沉積厚度控制在較厚范圍，膜層四的沉積厚度過厚，一方面退火的時(shí)候影響晶化速率，可能導(dǎo)致本征非晶硅和摻雜的非晶硅不能完全轉(zhuǎn)化成多晶硅，另一方面，可能導(dǎo)致rca后清洗不干凈的情況，進(jìn)而使得電池的背面電阻率變大，影響載流子的傳輸速率。

[0141]

此外，膜層四的沉積厚度液不宜太薄，否則將起不到保護(hù)膜層三的作用，在rca去正面多晶硅繞鍍和psg過程中，可能會(huì)腐蝕掉膜層三，影響電池的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓性能。

[0142]

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

[0143]

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)，說明書及附圖可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。技術(shù)特征：

1.一種topcon電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：在n型的硅片的正面制絨之后，制備pn結(jié)；在所述硅片的背面依次形成隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層；所述隧穿氧化層的沉積方式為peald，沉積溫度為150℃～200℃；所述摻雜多晶硅層的沉積方式為pecvd，所述氧化硅掩膜層的厚度為10nm～40nm；去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料和多晶硅層材料，再去除背面的所述氧化硅掩膜層；以及分別在所述pn結(jié)上形成正面電極和在所述摻雜多晶硅層上形成背面電極。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述本征多晶硅層的沉積方式為pecvd；或者所述本征多晶硅層及所述氧化硅掩膜層的沉積方式為pecvd。3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述隧穿氧化層、所述本征多晶硅層和所述摻雜多晶硅層是在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜并經(jīng)退火處理形成的；或者所述隧穿氧化層、所述本征多晶硅層、所述摻雜多晶硅層及所述氧化硅掩膜層是在同一管式沉積設(shè)備的同一沉積腔室內(nèi)依次沉積隧穿氧化層、本征非晶硅薄膜、摻雜非晶硅薄膜及氧化硅掩膜層并經(jīng)退火處理形成的。4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理的條件為：在氮?dú)饣蜓鯕夥諊?，?00℃～1000℃處理10min～60min。5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，沉積所述氧化硅掩膜層的條件包括：通入sih4和n2o作為反應(yīng)源，sih4和n2o的流量比為1：(6～10)，沉積溫度為350℃～500℃。6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，形成所述本征多晶硅層、所述摻雜多晶硅層及所述氧化硅掩膜層的步驟包括：在所述隧穿氧化層上采用pecvd的方式依次沉積本征非晶硅薄膜及摻雜非晶硅薄膜，在氧氣氛圍下進(jìn)行退火處理，以使所述本征非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化為所述本征多晶硅層，及使所述摻雜非晶硅薄膜的內(nèi)層和表層分別轉(zhuǎn)化為所述摻雜多晶硅層和所述氧化硅掩膜層；所述退火處理的條件為：于600℃～1000℃處理10min～60min。7.如權(quán)利要求3至6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，沉積所述本征非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣及sih4，sih4與載氣的流量比為1:(6～8)，沉積溫度為350℃～500℃。8.如權(quán)利要求3至6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，沉積所述摻雜非晶硅薄膜的條件包括：通入載氣、sih4及ph3，sih4、ph3與載氣的流量比為1:(2～3):(4～6)，沉積溫度為350℃～500℃。9.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，沉積所述隧穿氧化層的條件包括：通入有機(jī)硅源和氧氣作為反應(yīng)源，所述有機(jī)硅源與所述氧氣的流量比為1：(2～3)，沉積壓強(qiáng)為100pa～150pa。10.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述隧穿氧化層的厚度為0.5nm～2nm；和/或所述本征多晶硅層的厚度為10nm～50nm；和/或所述摻雜多晶硅層的厚度為80nm～150nm。

11.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，去除背面的所述氧化硅掩膜層的方式為酸洗，所述酸洗所采用的酸液為體積百分比在8％～15％的氫氟酸。12.如權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，制備所述pn結(jié)采用硼擴(kuò)散的方式，所述硅片在進(jìn)行硼擴(kuò)散時(shí)形成硼摻雜硅層，所述硼摻雜硅層的表面形成硼硅玻璃層；在去除背面的所述氧化硅掩膜層的同時(shí)去除所述硼硅玻璃層；所述pn結(jié)表面形成的硼硅玻璃層的厚度為100nm～120nm；所述氧化硅掩膜層的厚度為20nm～30nm。13.如權(quán)利要求1至6及12任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料的方式為酸洗，所述酸洗所采用的酸液為體積百分比在10％～40％的氫氟酸。14.如權(quán)利要求13所述的制備方法，其特征在于，去除所述硅片的正面繞鍍的多晶硅層材料的步驟是在去除所述硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料之后進(jìn)行；去除所述硅片的正面繞鍍的多晶硅層材料的方式為堿洗，所述堿洗所采用的堿液為包含氫氧化鈉和氫氧化鉀中至少一種的溶液，所述堿液的質(zhì)量濃度為3％～6％。15.如權(quán)利要求1至6、12、14任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在所述pn結(jié)上形成正面電極的步驟之前，還包括在所述pn結(jié)上依次形成正面鈍化層、減反射層的步驟；所述正面鈍化層為氧化鋁薄膜，所述減反射層為氮化硅薄膜。16.如權(quán)利要求1至6、12、14任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在所述摻雜多晶硅層上形成背面電極的步驟之前，還包括在所述摻雜多晶硅層上形成背面鈍化層的步驟；所述背面鈍化層為氮化硅薄膜。17.一種topcon電池，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至16任一項(xiàng)所述的制備方法制得。18.一種電器設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求17所述的topcon電池。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種TOPCon電池及其制備方法和電器設(shè)備，該制備方法包括如下步驟：在硅片的正面制絨之后，制備PN結(jié)；在硅片的背面依次形成隧穿氧化層、本征多晶硅層、摻雜多晶硅層及氧化硅掩膜層；隧穿氧化層的沉積方式為PEALD，沉積溫度為150℃～200℃；摻雜多晶硅層的沉積方式為PECVD，所述氧化硅掩膜層的厚度為10nm～40nm；去除硅片正面繞鍍的氧化硅掩膜層材料和多晶硅層材料，再去除背面的氧化硅掩膜層；分別在所述PN結(jié)上形成正面電極和在所述摻雜多晶硅層上形成背面電極。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，且有利于外觀和良率的控制，可在保證具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率和開路電壓的基礎(chǔ)上提高良率，具有更高的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。具有更高的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。具有更高的量產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳偉梁 徐文州 陳浩 鄧明璋 何宇 周凡 周鵬宇 邢國(guó)強(qiáng) 姚騫

受保護(hù)的技術(shù)使用者：通威太陽能（眉山）有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.10.26

技術(shù)公布日：2022/1/25