一种N-TOPCon电池的制作方法

技术领域

本申请涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种N-TOPCon电池的制作方法。

背景技术

伴随常规能源的日趋消耗殆尽，在目前的可持续能源中，太阳能无疑是一种最普遍、最清洁和最有潜力的替代能源，太阳能的开发利用显得格外重要，太阳能发电装置又称为光伏电池或太阳能电池，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应，可以将太阳能直接转换成电池。

隧穿氧化钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)太阳能电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化硅层钝化接触的高效太阳能电池技术，是晶硅太阳能电池生产工艺中有望实现高效率的方法之一。近年来，随着TOPCon电池产能不断的扩张，其由于TOPCon电池的双面电池结构相对perc电池具有较高的转化效率及双面率，可有效降低电站的装机成本，TOPCon电池组件越来越受到市场终端的青睐。

TOPCon电池在电池背面制备超薄氧化硅层，然后沉积薄掺杂硅层，氧化硅层和掺杂硅层共同形成钝化接触结构，有效降低了表面复合和金属接触复合，提高了太阳能电池的开路电压，从而提高了太阳能电池的转换效率。因此，均匀的隧穿超薄氧化硅层，对隧穿及钝化有着比较好的保障，效率提升比较稳定。但是目前TOPCon电池效率方面的稳定性仍存在一些问题，尤其电池背面因引入隧穿超薄氧化硅层，氧化硅层厚度及均匀性稳定性较差，所以开发高效且稳定的背隧穿氧化硅层钝化电池显得尤为迫切。

现阶段，TOPCon电池采用高温生长的形式通过低压力化学气相沉积(LPCVD)方法引入氧化硅层和多晶硅层后，会对多晶硅层用磷进行重掺形成一个良好的背接触层。但由于氧化硅层厚度需求只有1.4-1.8nm，超过范围隧穿效应影响较大，且受低压力化学气相沉积工艺中涉及的石英舟载具、氧流量、压力、温度等影响，采用低压力化学气相沉积工艺会造成隧穿氧化硅层厚度大小、均匀性及稳定性波动较大。故在继续沉积完多晶硅层后进行P扩重掺，因为氧化硅层厚度、均匀性及稳定性较差，进行后续P扩掺杂容易造成P穿透氧化硅层进入本征硅，会同时增加本征硅复合和降低后续形成的N

发明内容

本发明公开了一种N-TOPCon电池的制作方法，以解决采用LPCVD工艺会造成隧穿氧化硅层厚度、均匀性及稳定性较差的问题。

为了实现上述目的，本说明书实施例采用下述技术方案：

提供一种N-TOPCon电池的制作方法，包括以下步骤：

(A)对制绒后的N型硅基底的正面进行硼扩杂，N型硅基底的正面形成P+层和硼硅玻璃层；

(B)对N型硅基底的背面抛光；

(C)在氧气氛围下，对N型硅基底背面的发射电极区域采用激光处理，在N型硅基底背面的发射电极区域表面形成氧化硅层，再在氧化硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上生长多晶硅层；

(D)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层；

(E)采用激光去除N型硅基底背面非发射电极区域的磷硅玻璃层；

(F)去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层，去除N型硅基底背面发射电极区域的磷硅玻璃层；

(G)在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层、N型硅基底背面的非发射电极区域上形成三氧化二铝层；

(H)在N型硅基底的正面和背面上形成掺杂硅层；

(I)制备电极，得到N-TOPCon电池。

可选地，步骤(A)中对制绒后的N型硅基底的正面进行硼扩杂是通过通入BCl

可选地，步骤(B)中采用碱洗的方法对N型硅基底的背面抛光。

可选地，步骤(C)中所述氧气氛围下的氧气流量为1000-3000sccm。

可选地，步骤(C)中所述氧化硅层的厚度为1.5-1.75nm。

可选地，步骤(C)中所述多晶硅层的厚度为80-130nm。

可选地，步骤(D)中所述N+多晶硅层的方阻为40-50Ω。

可选地，步骤(F)中采用碱洗方法去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，采用酸洗方法去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层，去除N型硅基底背面的磷硅玻璃层。

可选地，步骤(G)中所述三氧化二铝层的厚度为3.5-4.5nm。

可选地，步骤(H)中N型硅基底的正面形成掺杂硅层的厚度为70-72nm，N型硅基底的背面形成掺杂硅层的厚度为78-80nm。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明充分利用了N-TOPCon电池的钝化及接触技术，在现有的多晶硅结构上，在N型硅基底背面的发射电极区域用激光加热和氧化形成稳定厚度且致密的隧穿氧化硅层，这种方法可以在短时间内完成表面氧化处理，而且可以控制氧化硅层的厚度和均匀性，再搭配多晶硅和P扩，从而得到一个比较稳定高效的隧穿及接触结构，从而能稳定的提升效率。本发明氧化硅层仅设置在发射电极区域，能实现选择性多晶硅接触，电池转换效率提升空间非常大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1-3中得到的N-TOPCon电池的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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。

根据本申请的一个实施方案，提供了一种N-TOPCon电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对制绒后的N型硅基底的正面进行硼扩杂，N型硅基底的正面形成P+层和硼硅玻璃层；

(2)对N型硅基底的背面抛光，形成平面结构；

(3)在氧气氛围下，对N型硅基底背面的发射电极区域采用激光处理，在N型硅基底背面的发射电极区域表面形成氧化硅层，再在氧化硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上生长多晶硅层；

(4)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层；

(5)采用激光去除N型硅基底背面非发射电极区域的磷硅玻璃层；

(6)去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层，去除N型硅基底背面发射电极区域的磷硅玻璃层；

(7)在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层、N型硅基底背面的非发射电极区域上形成三氧化二铝层；

(8)在N型硅基底的正面和背面上形成掺杂硅层；

(9)制备电极，得到所述N-TOPCon电池。

本说明书实施例中，步骤(1)中制绒后的N型硅基底是通过对N型硅基底进行制绒，在N型硅基底的正面和背面形成纳米级别的绒面，具有减反射的作用。步骤(1)中可采用任意硼源对制绒后的N型硅基底的正面进行硼扩杂，本发明对此不进行限制。可选地，可以通过通入BCl

步骤(1)中还包括N型硅基底的正面形成P

本说明书实施例中，步骤(2)中可采用任意方法对N型硅基底的背面进行抛光，本发明对此不进行限制，以保证能在N型硅基底背面形成一个平整的表面结构。可选地，采用碱洗的方法抛光N型硅基底的背面，所述碱可以为氢氧化钠碱液。

本说明书实施例中，激光氧化是利用激光束对N型硅基底的表面进行加热，使其达到氧化的温度，然后在氧气氛围中进行氧化反应，形成氧化硅层。这种方法可以在短时间内完成表面氧化处理，而且可以控制氧化硅层的厚度和均匀性，从而改善N型硅基底表面的性能。

本说明书实施例中，步骤(3)中所述氧气氛围下的氧气流量为1000-3000sccm，在此流量下，能够使氧气的通入量稳定，使氧化反应平稳的进行。可选地，氧气氛围下的氧气流量可以为1000sccm、1200sccm、1400sccm、1600sccm、1800sccm、2000sccm、2200sccm、2400sccm、2600sccm、2800sccm、3000sccm或它们之间的任意值。

本说明书实施例中，步骤(3)中所述氧化硅层的厚度为1.5-1.75nm，所述氧化硅层限定在此厚度范围内，能够对N-TOPCon电池隧穿和钝化有比较好的保障。可选地，所述氧化硅层的厚度可以为1.5nm、1.55nm、1.6nm、1.65nm、1.7nm、1.75nm或它们之间的任意值。

本说明书实施例中，步骤(3)中所述多晶硅层的厚度为80-130nm，所述多晶硅层限定在此厚度范围内，后续形成N+多晶硅层，能防止形成银电极的金属浆料烧穿N+多晶硅层，造成本征硅复合且开压低的问题。可选地，所述poly硅层的厚度可以为80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm或它们之间的任意值。

步骤(3)中还包括N型硅基底正面的硼硅玻璃层上形成多晶硅层。当采用低压力化学气相沉积(LPCVD)方法形成多晶硅层时，在N型硅基底的背面形成多晶硅层的同时，会绕镀到N型硅基底的正面形成多晶硅层。当采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法形成多晶硅层时，在N型硅基底正面的硼硅玻璃层上不会形成多晶硅层。当N型硅基底正面的硼硅玻璃层上形成多晶硅层时，步骤(4)在对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散时，同时N型硅基底正面上形成N

本说明书实施例中，是对N型硅基底背面的部分区域进行激光处理，具体是选取发射电极区域和非发射电极区域进行处理的，其中发射电极区域是指后续在制备电极时进行电极印刷的区域，非发射电极区域是指后续在制备电极时不进行电极印刷的区域，即N型硅基底背面上除了发射电极区域的其他区域。步骤(3)和步骤(4)中先用激光氧化N型硅基底背面的发射电极区域，其他区域不做处理，这样得到一个在发射电极区域均匀致密的隧穿氧化硅层，再在N型硅基底背面整面沉积多晶硅层后，整面磷扩掺杂。

步骤(4)中磷扩散的目的就是在N型硅基底背面的多晶硅层上掺杂沉积磷形成N+多晶硅层，掺杂沉积磷是通过通入氧气和磷源实现的，所以N+多晶硅层的表面上会形成磷硅玻璃层，磷扩散过程是在高温下进行，磷硅玻璃层中的磷会推进形成N+多晶硅层，但N+多晶硅层表面仍会残留磷硅玻璃层。

本说明书实施例中，步骤(4)中所述N+多晶硅层的方阻为40-50Ω，所述N+多晶硅层的方阻限定在此数值范围内，能防止后续形成银电极的金属浆料烧穿N+多晶硅层，造成本征硅复合且开压低的问题。可选地，所述N+多晶硅层的方阻可以为40Ω、41Ω、42Ω、43Ω、44Ω、45Ω、46Ω、47Ω、48Ω、49Ω、50Ω或它们之间的任意值。

步骤(5)中用激光在N型硅基底背面的非发射电极区域进行激光开孔处理打掉磷硅玻璃层，得到只发射电极区域有磷硅玻璃层。步骤(5)中去除非发射电极区域的磷硅玻璃层，保留发射电极区域的磷硅玻璃层，方便后续在去除非发射电极区域的N+多晶硅层时，能够保留发射电极区域的N+多晶硅层。在经过后续的酸洗和碱洗后，N型硅基底背面非发射极区域因为没有磷硅玻璃层保护，N+多晶硅层会被碱腐蚀去除。这样就得到选择性钝化结构，保证了N型硅基底背面发射极区域的钝化和接触能力，提升效率。又去除了N型硅基底背面非发射极区域多余的N+多晶硅层，降低了N+多晶硅层对长波的吸收损失，提升了电流，提升了效率。

本说明书实施例中，步骤(6)中可采用任意方法去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层，去除N型硅基底背面发射电极区域的磷硅玻璃层，本发明对此不进行限制。可选地，采用碱洗和酸洗相结合的方法去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层，去除N型硅基底背面发射电极区域的磷硅玻璃层，此碱洗和酸洗相结合的方法也是本领域常用的去除方法。具体地，碱洗方法可以采用氢氧化钠碱洗，酸洗方法可以采用氢氟酸酸洗，先采用槽式碱洗法去除N型硅基底背面非发射电极区域的N+多晶硅层，再采用槽式HF酸洗法去除硼硅玻璃层和磷硅玻璃层。

本说明书实施例中，步骤(7)中可采用任意方法在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层、N型硅基底背面的非发射电极区域上形成三氧化二铝层，本发明对此不进行限制。因N型硅基底背面的非发射电极区域上的N+多晶硅层在步骤(6)中去除了，没有N+多晶硅层便不能发挥钝化效果了，沉积的三氧化二铝层是纳米级别的，比较致密，因此，N型硅基底背面的非发射电极区域上形成三氧化二铝层能维持结构上的钝化效果。可选地，在真空270-300℃下，通过通入水/TMA/N

本说明书实施例中，步骤(8)中可采用任意方法在N型硅基底的正面形成掺杂硅层，本发明对此不进行限制，厚度为70-72nm。可选地，所述掺杂硅层可以为SiN层、SiON层或SiN、SiON混合层。具体地，在真空下通入NH

本说明书实施例中，步骤(8)中可采用任意方法在N型硅基底的背面上形成掺杂硅层，本发明对此不进行限制，厚度为78-80nm。可选地，所述掺杂硅层可以为SiN层、SiON层或SiN、SiON混合层。具体地，在真空下通入NH

本说明书实施例中，步骤(9)中可采用任意方法制备电极，得到N-TOPCon电池，本发明对此不进行限制。可选地，N型硅基底的正面和背面进行电极印刷，再进行烧结及光衰，形成银电极，得到N-TOPCon电池，其中所述银电极在N型硅基底的正面是位于P+层、三氧化二铝层和掺杂硅层的，所述银电极在N型硅基底的背面是位于三氧化二铝层和掺杂硅层的，且与N+多晶硅层的表面相接触。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例1：

提供一种N-TOPCon电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)N型硅基底进行制绒，在N型硅基底的正面和背面形成纳米级别的绒面；

(2)通入BCl

(3)氢氟酸酸洗去除N型硅基底背面的硼硅玻璃层，并对N型硅基底背面进行氢氧化钠溶液碱洗抛光，形成一个平整的表面结构；

(4)在氧气流量为2000sccm的氧气氛围下，对N型硅基底背面的发射电极区域采用激光处理，在N型硅基底背面的发射电极区域表面形成厚度为1.6nm的氧化硅层，再在氧化硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上生长，形成厚度为110nm的多晶硅层，同时N型硅基底正面的硼硅玻璃层上形成多晶硅层；

(5)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层，N+多晶硅层的方阻为45Ω，同时N型硅基底的正面形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层；

(6)采用激光去除N型硅基底背面的非发射电极区域上的磷硅玻璃层，使得非发射电极区域上的N+多晶硅层能够在后续碱性溶液氛围下去除；

(7)先采用滚轮走位链式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的磷硅玻璃层，然后采用槽式氢氧化钠溶液碱洗法去除N型硅基底正面的N+多晶硅层和背面非发射电极区域上的N+多晶硅层，最后采用槽式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层和N型硅基底背面的磷硅玻璃层；

(8)在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上，在真空300℃下，通过通入水/TMA/N

(9)在N型硅基底正面的三氧化二铝层上，在真空下通入NH

(10)在N型硅基底背面的N+多晶硅层上，在真空下通入NH

(11)N型硅基底的正面和背面进行电极印刷，再进行烧结及光衰，形成银电极，得到N-TOPCon电池，所述N-TOPCon电池的具体结构见图1。

相较于现有的采用LPCVD等方式热氧化形成SiO

实施例2：

提供一种N-TOPCon电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)N型硅基底进行制绒，在N型硅基底的正面和背面形成纳米级别的绒面；

(2)通入BBr

(3)对N型硅基底背面进行氢氧化钠溶液碱洗抛光形成一个平整的表面结构；

(4)在氧气流量为3000sccm的氧气氛围下，对N型硅基底背面的发射电极区域采用激光处理，在N型硅基底背面的发射电极区域表面形成厚度为1.75nm的氧化硅层，再在氧化硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上生长，形成厚度为130nm的多晶硅层；

(5)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层，N+多晶硅层的方阻为40Ω；

(6)采用激光去除N型硅基底背面的非发射电极区域上的磷硅玻璃层，使得非发射电极区域上的N+多晶硅层能够在后续碱性溶液氛围下去除；

(7)先采用槽式氢氧化钠溶液碱洗法去除背面非发射电极区域上的N+多晶硅层，再采用槽式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层和N型硅基底背面的磷硅玻璃层；

(8)在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上，在真空270℃下，通过通入水/TMA/N

(9)在N型硅基底正面的三氧化二铝层上，在真空下通入NH

(10)在N型硅基底背面的N+多晶硅层上，在真空下通入NH

(11)N型硅基底的正面和背面进行电极印刷，再进行烧结及光衰，形成银电极，得到N-TOPCon电池，所述N-TOPCon电池的具体结构见图1。

实施例3：

提供一种N-TOPCon电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)N型硅基底进行制绒，在N型硅基底的正面和背面形成纳米级别的绒面；

(2)通入BCl

(3)对N型硅基底背面进行氢氧化钠溶液碱洗抛光，形成一个平整的表面结构；

(4)在氧气流量为1000sccm的氧气氛围下，对N型硅基底背面的发射电极区域采用激光处理，在N型硅基底背面的发射电极区域表面形成厚度为1.5nm的氧化硅层，再在氧化硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上生长，形成厚度为80nm的多晶硅层；

(5)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层，N+多晶硅层的方阻为50Ω；

(6)采用激光去除N型硅基底背面的非发射电极区域上的磷硅玻璃层，使得非发射电极区域上的N+多晶硅层能够在后续碱性溶液氛围下去除；

(7)先采用槽式氢氧化钠溶液碱洗法去除背面非发射电极区域上的N+多晶硅层，再采用槽式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层和N型硅基底背面的磷硅玻璃层；

(8)在N型硅基底正面的P+层、N型硅基底背面的N+多晶硅层和N型硅基底背面的非发射电极区域上，在真空280℃下，通过通入水/TMA/N

(9)在N型硅基底正面的三氧化二铝层上，在真空下通入NH

(10)在N型硅基底背面的N+多晶硅层上，在真空下通入NH

(11)N型硅基底的正面和背面进行电极印刷，再进行烧结及光衰，形成银电极，得到N-TOPCon电池，所述N-TOPCon电池的具体结构见图1。

对比例1：

提供一种N-TOPCon电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)N型硅基底进行制绒，在N型硅基底的正面和背面形成纳米级别的绒面；

(2)通入BCl

(3)氢氟酸酸洗去除N型硅基底背面的硼硅玻璃层，并对N型硅基底背面进行氢氧化钠溶液碱洗抛光，形成一个平整的表面结构；

(4)在600℃高温和常压下，对N型硅基底的背面采用LPCVD处理，先在N型硅基底的背面表面形成厚度为1.6nm的氧化硅层，再在氧化硅层上生长厚度为100nm的多晶硅层，同时N型硅基底正面的硼硅玻璃层上形成多晶硅层；

(5)对N型硅基底背面上的多晶硅层进行磷扩散，形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层，N+多晶硅层的方阻为45Ω，同时N型硅基底的正面形成N+多晶硅层和磷硅玻璃层；

(6)先采用滚轮走位链式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的磷硅玻璃层，然后采用槽式氢氧化钠溶液碱洗法去除N型硅基底正面的N+多晶硅层，最后采用槽式氢氟酸酸洗法去除N型硅基底正面的硼硅玻璃层和N型硅基底背面的磷硅玻璃层；

(7)在N型硅基底正面的P+层上，在真空300℃下，通过通入水/TMA/N

(8)在N型硅基底正面的三氧化二铝层上，在真空下通入NH

(9)在N型硅基底背面的N+多晶硅层上，在真空下通入NH

(10)N型硅基底的正面和背面进行电极印刷，再进行烧结及光衰，形成银电极，得到N-TOPCon电池。

性能测试：

选取实施例1、实施例2、实施例3和对比例1的N-TOPCon电池进行性能测试，测试结果见下表。

以本发明实施例1为例，通过光谱椭偏仪测试，隧穿氧化硅层的均匀性比对比例1好0.5％；通过IV测试机测试得到的N-TOPCon电池转换效率(eta)相对对比例1得到的N-TOPCon电池高0.16％，具体是开压(uoc)高1.66mV，短流(isc)提升40mA，rs(串阻)下降0.01mΩ，填充(ff)上升0.08％。因此，本发明制备方法得到的N-TOPCon电池增加了隧穿的致密性，多晶硅的掺杂浓度高保证了接触性，提升了填充ff值，同时减少了N型硅基底内扩风险，提升了开压uoc值，N型硅基底背面的非发射极区域的多晶硅去除降低了寄生吸收，增加了短流isc值，与机理相符合，提效能力符合预期。

本发明的N-TOPCon电池在N型硅基底背面的发射电极区域用激光加热和氧化形成稳定厚度且致密的隧穿氧化硅层，这种方法可以在短时间内完成表面氧化处理，而且可以控制氧化硅层的厚度和均匀性，再搭配多晶硅和P扩，从而得到一个比较稳定高效的隧穿及接触结构，从而能稳定的提升效率。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。