多晶硅薄膜及其制备方法、太阳能电池

技术领域

本申请涉及光伏领域，尤其涉及太阳能电池。

背景技术

晶体硅太阳能电池中，由于费米能级钉扎现象导致的肖特基势垒高度过高，在金属电极与低掺杂硅界面容易出现严重的载流子复合，并伴随着过高的接触电阻，这会阻碍晶硅太阳电池转换效率的提高。解决这类问题的一种可行方法是在金属/硅界面中采用薄界面层或叠层，以实现出色的界面钝化和欧姆接触。

目前，转换效率超过26％的太阳能电池主要是通过在金属/硅界面中应用掺杂的非晶硅和本征非晶硅、以及隧穿氧化和钝化接触来实现的。尽管非晶硅和多晶硅在太阳电池背面接触钝化中得到了成功的应用，但是，非晶硅和多晶硅都存在寄生光吸收损耗。非晶硅的厚度减薄有利于减少寄生光吸收，但掺杂非晶硅与金属电极的接触性能会随着厚度的减薄而变差，这导致寄生光吸收难以有效地减少。

发明内容

本申请实施例提供了一种多晶硅薄膜及其制备方法、太阳能电池，以解决寄生光吸收难以有效减少的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜的一面为平面，另一面表面分为凸起区和凹陷区，所述凹陷区在所述多晶硅薄膜的另一面阵列设置，所述凸起区内多晶硅薄膜的厚度高于所述所述凹陷区内多晶硅薄膜的厚度。

在本申请的一些实施例中，所述多晶硅薄膜在所述凸起区内的厚度为100-200nm，所述多晶硅薄膜在所述凹陷区的厚度为30-50nm。

在本申请的一些实施例中，所述多晶硅薄膜的材料为磷掺杂的多晶硅。

第二方面，本申请实施例提供一种多晶硅薄膜的制备方法，所述方法用于制备第一方面任一实施例所述的多晶硅薄膜，所述方法包括如下步骤：

提供基底，在所述基底上沉积制备多晶硅层；

对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，形成保护性氧化层；

减薄所述凹陷区内的多晶硅层，使所述多晶硅层形成所述多晶硅薄膜；

除去所述凸起区的保护性氧化层。

在本申请的一些实施例中，所述对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，所述氧化处理的方式为激光处理。

在本申请的一些实施例中，所述减薄所述凹陷区内的多晶硅层，减薄的方法为：

通过抛光减薄所述凹陷区内的多晶硅层；

或者，

通过制绒减薄所述凹陷区内的多晶硅层。

在本申请的一些实施例中，所述减薄所述凹陷区内的多晶硅层，包括如下步骤：

将所述多晶硅层加入含强碱的抛光液中进行腐蚀和抛光，减薄所述凹陷区内的多晶硅层，所述抛光液中含有防止所述磷掺杂氧化层被腐蚀的抛光剂。

在本申请的一些实施例中，所述方法还包括如下步骤：

对所述多晶硅薄膜进行磷掺杂处理。

在本申请的一些实施例中，所述提供基底，包括如下步骤：

提供硅片，对硅片表面制绒；

在所述硅片的一面沉积硼掺杂层；

对所述所述硅片的另一面制备表面形貌，所述表面形貌为抛光面、刻蚀面、制绒面中的一种；

在所述硅片的另一面制备隧穿氧化层，

其中，所述多晶硅层沉积在所述隧穿氧化层上。

第三方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，包括：

硅片，所述硅片的一面为制绒面，另一面为抛光面；

隧穿氧化层，设置在所述抛光面上；

多晶硅薄膜，设置在所述隧穿氧化层上，所述多晶硅薄膜为第一方面任一实施例所述的多晶硅薄膜，或者第二方面任一实施例所述的方法制备得到的多晶硅薄膜；

第一减反射层，设置在所述多晶硅薄膜上；

第一电极，与所述多晶硅薄膜连接，并延伸至所述第一减反射层的表面；

硼掺杂层，设置在所述制绒面上；

钝化层，设置在所述硼掺杂层上；

第二减反射层，设置在所述钝化层上；

第二电极，与所述硼掺杂层连接，并延伸至所述第二减反射层的表面。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的多晶硅薄膜，通过设置具有凸起区和凹陷区的多晶硅薄膜，使多晶硅薄膜能够正常发挥功能的同时，平均厚度较低，凹陷区较薄，寄生性光吸收较少。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的矩形凹陷区在多晶硅薄膜表面水平阵列分布的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的圆形凹陷区在多晶硅薄膜表面矩形阵列分布的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的太阳能电池的结构示意图；

图4为本申请实施例1步骤Sa所得产品的结构示意图；

图5为本申请实施例1步骤Sb所得产品的结构示意图；

图6为本申请实施例1步骤Sc所得产品的结构示意图；

图7为本申请实施例1步骤Sd所得产品的结构示意图；

图8为本申请实施例1步骤Se所得产品的结构示意图；

图9为本申请实施例1步骤Sf所得产品的结构示意图；

图10为本申请实施例1步骤Sg所得产品的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

目前太阳能电池存在寄生光吸收难以有效减少的技术问题。

本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

第一方面，本申请实施例提供一种多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜的一面为平面，另一面表面分为凸起区和凹陷区，所述凹陷区在所述多晶硅薄膜的另一面阵列设置，所述凸起区内多晶硅薄膜的厚度高于所述所述凹陷区内多晶硅薄膜的厚度。

本申请的技术目的在于提供表面具有规律的凹凸不平结构的多晶硅薄膜。所述凸起区和所述凹陷区的形状以及其在所述多晶硅薄膜表面的分布方式可以根据实际需要决定。

作为其中一种示例，请参考图1，凹陷区A1为矩形，在所述多晶硅薄膜的表面呈现水平阵列分布，相应地，凸起区B1在在所述多晶硅薄膜的表面也呈现水平阵列分布。作为另一种示例，请参考图2，凹陷区A2为圆形，在所述多晶硅薄膜的表面呈现矩形阵列分布，凸起区B2呈现网格状分布。

TOPCon电池因需要金属电极的接触故而背面多晶硅薄膜需要进行磷掺杂，磷掺杂会导致POLY中存在不饱和悬挂键、晶格失配；这些不饱和悬挂键、晶格失配形成吸收中心，导致光生载流子在这些缺陷处被吸收，从而降低电流；磷掺杂一定的情况下，多晶硅厚度越厚，缺陷总量就越多，吸光能力就越强，电流越低。

本申请通过设置具有凸起区和凹陷区的多晶硅薄膜，使多晶硅薄膜能够正常发挥功能的同时，平均厚度较低，凹陷区较薄，寄生性光吸收较少。

在本申请的一些实施例中，所述多晶硅薄膜在所述凸起区内的厚度为100-200nm，所述多晶硅薄膜在所述凹陷区的厚度为30-50nm。

在本申请的一些实施例中，所述多晶硅薄膜的材料为磷掺杂的多晶硅。

选用磷掺杂的多晶硅作为所述多晶硅薄膜的材料的有益效果是掺杂磷提供电子，利于与金属电极之间的载流子迁移。

第二方面，本申请实施例提供一种多晶硅薄膜的制备方法，所述方法用于制备第一方面任一实施例所述的多晶硅薄膜，所述方法包括如下步骤：

S1：提供基底，在所述基底上沉积制备多晶硅层；

S2：对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，形成保护性氧化层；

S3：减薄所述凹陷区内的多晶硅层，使所述多晶硅层形成所述多晶硅薄膜；

S4：除去所述凸起区的保护性氧化层。

本领域技术人员可以理解，所述基底一般为硅片，在硅片上直接制备所述多晶硅薄膜后可以直接用于制备太阳能电池。所述多晶硅薄膜也可以不直接制备在硅片上，可以制备在其它基底上后转移到硅片上。本领域技术人员可以根据实际需求挑选合适的基底。

本领域技术人员可以理解，步骤S1中沉积制备多晶硅层为本领域的常规操作，可以依照本领域的实施方式进行。作为示例，沉积制备多晶硅层可以通过PECVD、LPCVD等方法进行。

本领域技术人员可以理解，步骤S2所述的对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，氧化处理是本领域的常规操作，可以依照本领域的常规实施方式进行，例如通过氧化剂氧化、通过高温氧化、通过激光氧化等。。

制备保护性氧化层的目的是，保护性氧化层比较容易部分去除，将凹陷区内的保护性氧化层去除后，可以使得残留的保护性氧化层仅覆盖凸起区，对凸起区内的多晶硅层形成保护，有利于在后续处理中使得凹陷区和凸起区内的多晶硅薄膜产生厚度差。

本申请通过在所述多晶硅层表面凸起区制备保护性氧化层，保护性氧化层对凸起区内的多晶硅层形成保护作用，进而可以针对性地减薄所述凹陷区内的多晶硅层，就可以得到在凸起区和凹陷区具有厚度差的多晶硅薄膜。

在本申请的一些实施例中，所述保护性氧化层的厚度为1～5nm。

保护性氧化层的厚度选用上述范围，可以在起到有效保护作用的同时，在执行步骤S4时也比较容易除去。

在本申请的一些实施例中，所述对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，所述氧化处理的方式为激光处理。

选用激光处理进行氧化处理的有益效果是，激光可以较精确地控制氧化区域，且可以随时中断反应，有利于控制保护性氧化层的厚度。

在本申请的一些实施例中，所述减薄所述凹陷区内的多晶硅层，减薄的方法为：

通过抛光减薄所述凹陷区内的多晶硅层；

或者，

通过制绒减薄所述凹陷区内的多晶硅层。

抛光和制绒是本领域常规的表面处理方式，可根据实际需要具体选择其中一种。

在本申请的一些实施例中，所述去除所述凹陷区内的多晶硅层，包括如下步骤：

S41：将所述多晶硅层加入含强碱的抛光液中进行腐蚀和抛光，减薄所述凹陷区内的多晶硅层，所述抛光液中含有防止所述磷掺杂氧化层被腐蚀的抛光剂。

抛光剂是本领域的常规试剂，有成熟的市售产品可以购买。不同的抛光剂可能具有不同的辅助功能，其中，防止磷掺杂氧化层被强碱腐蚀的抛光剂也是本领域的常规试剂。

步骤S41可以对凹陷区内的多晶硅层进行腐蚀和抛光，但同时保留凸起区内的磷掺杂氧化层。

在本申请的一些实施例中，所述方法还包括如下步骤：

S7：对所述多晶硅薄膜进行磷掺杂处理。

本领域技术人员可以理解，对硅材料进行磷掺杂处理是本领域的常规技术手段。作为示例，所述磷掺杂处理可通过管式高温磷扩散的方法进行。

在本申请的一些实施例中，所述提供基底，包括如下步骤：

S11：提供硅片，对硅片表面制绒；

S12：在所述硅片的一面沉积硼掺杂层；

S13：对所述所述硅片的另一面制备表面形貌，所述表面形貌为抛光面、刻蚀面、制绒面中的一种；

S14：在所述硅片的另一面制备隧穿氧化层，

其中，所述多晶硅层沉积在所述隧穿氧化层上。

本领域技术人员可以理解，在所述硅片的一面沉积硼掺杂层时，硅片的另一面也会发生绕扩沉积。

因此，如要在硅片上直接制备本申请所述的多晶硅薄膜，则上述步骤S11～S14为较优选的实施方式，即预先在硅片的一面制备好硼掺杂层、并除去另一面绕扩形成的硼掺杂层后，再制备所述多晶硅薄膜。

本领域技术人员可以理解，步骤S12中沉积硼掺杂层是本领域的常规操作，可以依照本领域的实施方式进行。作为示例，沉积硼掺杂层可以通过管式高温硼扩散的方法进行。

本领域技术人员可以理解，步骤S14中制备隧穿氧化层是本领域的常规操作，可以依照本领域的实施方式进行。作为示例，制备隧穿氧化层可以通过如下方法之一进行：硝酸溶液氧化、PECVD、LPCVD。

第三方面，本申请实施例提供一种太阳能电池，请参考图3，所述太阳能电池包括：

硅片，所述硅片的一面为制绒面，另一面为抛光面；

隧穿氧化层，设置在所述抛光面上；

多晶硅薄膜，设置在所述隧穿氧化层上，所述多晶硅薄膜为第一方面任一实施例所述的多晶硅薄膜，或者第二方面任一实施例所述的方法制备得到的多晶硅薄膜；

第一减反射层，设置在所述多晶硅薄膜上；

第一电极，与所述多晶硅薄膜连接，并延伸至所述第一减反射层的表面；

电池栅线区，设置在所述制绒面上；

硼掺杂层，设置在所述制绒面上；

钝化层，设置在所述硼掺杂层上；

第二减反射层，设置在所述钝化层上；

第二电极，与所述硼掺杂层连接，并延伸至所述第二减反射层的表面。

本领域技术人员可以理解，电池栅线区、钝化层、减反射层、电极都是本领域的常规结构。

本申请第三方面所述的硅片、隧穿氧化层、多晶硅薄膜、硼掺杂层可以通过第二方面公开的技术方案制备。第一减反射层、第一电极、钝化层、第二减反射层、第二电极可以通过本领域的常规方法制备。

所述太阳能电池是基于第一方面或第二方面任一实施例所述的多晶硅薄膜来实现，所述太阳能电池的具体实施方式可参照第一方面或第二方面的实施例，由于所述太阳能电池采用了第一方面或第二方面的部分或全部技术方案，因此至少具有第一方面或第二方面的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

本实施例提供一种多晶硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：

Sa：提供硅片1，对硅片1表面制绒，所得产品的结构请参考图4；

Sb：在所述硅片1的一面沉积硼掺杂层4，所得产品的结构请参考图5；

Sc：对所述所述硅片1的另一面抛光，使得硅片1的一面为制绒面2，另一面为抛光面，所得产品的结构请参考图6；

Sd：在所述硅片1抛光后的另一面制备隧穿氧化层5，在所述隧穿氧化层5上沉积制备100nm厚的多晶硅层61，所得产品的结构请参考图7；

Se：通过激光对所述凸起区的多晶硅层进行氧化处理，形成保护性氧化层611，所得产品的结构请参考图8；

Sf：通过抛光减薄所述凹陷区内的多晶硅层61，形成所述多晶硅薄膜6，所得产品的结构请参考图9；

Sg：通过氢氟酸除去所述凸起区的保护性氧化层611，所得产品的结构请参考图10；

Sh：对所述多晶硅薄膜6进行磷掺杂处理。

其中，步骤Sf中，所述通过抛光减薄所述凹陷区内的多晶硅层61，具体如下：

将所述硅片1加入含强碱的抛光液中，用抛光机进行腐蚀和抛光，使得所述凹陷区内的多晶硅层61减薄50nm，即，所述凹陷区的多晶硅层为50nm，所述抛光液中含有防止所述磷掺杂氧化层611被腐蚀的抛光剂。

其中，所述凹陷区为矩形，在所述多晶硅薄膜表面呈现水平阵列分布，

抛光液由NaOH、抛光剂、水以5：1：100的体积比混合形成，抛光剂为时创抛光添加剂。

本实施例还提供具有上述方法制备得到的多晶硅薄膜6的太阳能电池，请参考图3，所述太阳能电池包括：

硅片1，所述硅片1的一面为制绒面2，另一面为抛光面；

隧穿氧化层5，设置在所述抛光面上；

多晶硅薄膜6，设置在所述隧穿氧化层5上，所述多晶硅薄膜6为经步骤Sh磷掺处理后的多晶硅薄膜；

第一减反射层，设置在所述多晶硅薄膜6上；

第一电极91，与所述多晶硅薄膜6连接，并延伸至所述第一减反射层的表面；

电池栅线区3，设置在所述制绒面2上；

硼掺杂层4，设置在所述制绒面2上；

钝化层7，设置在所述硼掺杂层4上；

第二减反射层82，设置在所述钝化层7上；

第二电极92，与所述硼掺杂层4连接，并延伸至所述第二减反射层82的表面。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sd沉积的多晶硅层厚度为200nm。

所述凹陷区的多晶硅层为35nm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sd沉积的多晶硅层厚度为180nm。

步骤Sg沉积的多晶硅厚度为30nm。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sd沉积的多晶硅层厚度为120nm。

步骤Sg沉积的多晶硅厚度为40nm。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sd沉积的多晶硅层厚度为170nm。

步骤Sg沉积的多晶硅厚度为45nm。

对比例

本对比例与实施例1的区别仅在于：

不进行步骤Se～Sg，

步骤Sh替换为：

对所述多晶硅层61进行磷掺杂处理。

相关实验及效果数据：

测试实施例1-5、对比例的太阳能电池的电流密度，结果如表1：

由表1可见，实施例1～5的电流密度普遍比对比例高，这说明通过实施例1～5的方案能够减少寄生性光吸收，增加电流密度。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。