一种TOPCon太阳能电池结构方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，特别涉及一种TOPCon太阳能电池结构方法。

背景技术

电能是社会发展和经济建设的重要保障，它和高科技的紧密结合创造了丰富多彩的人类生活，同时电能的广泛应用也导致全球范围内的电力供应不足现象频繁出现。从世界范围内来看，火力发电是目前发电的最主要形式，但是由于化石燃料的大量燃烧，不仅带来了能源枯竭问题，也使环境污染问题日益严重。研究表明，只有转变目前能源的使用方式，大力发展和普及清洁能源，彻底改变以化石能源为主的能源结构，才能从根源上缓解能源短缺和环境污染问题。因此，新能源在近些年得到了飞速发展，其中光伏太阳能利用可再生能源——阳光，通过光生电的原理来获得电能，这也使得其适用范围更加广泛。但随着光伏行业的更新迭代高效稳定且成本低廉的光伏电池才是市场竞争的核心。

TOPCon太阳能电池作为太阳能电池中的“新星”因其独特的膜层结构和钝化机理使太阳能电池具有更高的光电转换效率和更低衰减性能。此电池的核心是利用超薄隧穿氧化层作为钝化层结构的太阳电池。然而隧穿层的位置和厚度对太阳能电池的的效率起到关键作用。

传统工艺在制备Poly层和隧穿层时大都采用一层隧穿和一层Poly，然而这种结构在实际工艺中隧穿层并不能很好的阻挡P原子，导致良率和效率普遍偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TOPCon太阳能电池结构方法，在背面形成至少一层分子筛层，来提高良率和效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种TOPCon太阳能电池结构方法，其采用的技术方案如下：

一种TOPCon太阳能电池结构方法，包括以下步骤：

S1：将装有硅片的石墨舟送入炉管内，并关闭炉门；

S2：抽真空并开启辅热对炉管进行预热；

S3：检漏，检查炉管漏率是否处于设置阈值范围；

S4：在炉管漏率处于设置阈值范围的情况下，预沉积隧穿层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S5：利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S6：抽真空：将炉管内残留气体抽空；

S7：预沉积Poly-Si1层：通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S8：通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S9：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

S10：预沉积分子筛层：通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S11：利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S12：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

S13：预沉积Poly-Si1层：通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S14：通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S15：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

S16：预沉积分子筛层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S17：利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S18：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

S19：预沉积Poly-Si2层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S20：通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S21：抽真空，将炉管残留气体抽空；

S22：预沉积分子筛层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S23：利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S24：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

S25：预沉积Poly-Si2层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内；

S26：通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电；

S27：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

进一步地，在所述步骤S16中笑气通入量为0，所述步骤S17中关闭辉光放电，所述步骤S18取消抽真空，所述步骤S22中笑气通入量为0，所述步骤S23中关闭辉光放电，所述步骤S24取消抽真空，制备得到的TOPCon太阳能电池结构包括自下而上依次堆叠的Poly-Si2层、分子筛层、Poly-Si1层、隧穿氧化层以及N型硅片。

进一步地，在所述步骤S10中笑气通入量为0，所述步骤S11中关闭辉光放电，所述步骤S12取消抽真空，所述步骤S22中笑气通入量为0，所述步骤S23中关闭辉光放电，所述步骤S24取消抽真空，制备得到的TOPCon太阳能电池结构包括自下而上依次堆叠的Poly-Si2层、第一Poly-Si1层、分子筛层、第二Poly-Si1层、隧穿氧化层以及N型硅片。

进一步地，在所述步骤S10中笑气通入量为0，所述步骤S11中关闭辉光放电，所述步骤S12取消抽真空，所述步骤S16中笑气通入量为0，所述步骤S17中关闭辉光放电，所述步骤S18取消抽真空，制备得到的TOPCon太阳能电池结构包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层、分子筛层、第二Poly-Si2层、Poly-Si1层、隧穿氧化层以及N型硅片。

进一步地，所述步骤S1中，利用传送浆将装有硅片的石墨舟送入炉管内，浆杆退出炉管后关闭炉门。

进一步地，所述步骤S7、S13、S19以及S25中，控制磷烷在所述混合气体中的含量来控制Poly-Si2层和/或Poly-Si1层的内扩情况，以达到最优的钝化效果。

进一步地，制备的TOPCon太阳能电池结构包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层、第一分子筛层、第二Poly-Si2层、第一Poly-Si1层、第二分子筛层、第二Poly-Si1层、隧穿氧化层以及N型硅片。

进一步地，制备的TOPCon太阳能电池结构包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层、第一分子筛层、第二Poly-Si2层、第二分子筛层、第一Poly-Si1层、第三分子筛层、第二Poly-Si1层、隧穿氧化层以及N型硅片。

本发明的有益效果是：

本发明通过对笑气的通入控制，在背面形成至少一层分子筛层，通过增加分子筛层可以大大提高隧穿层阻挡P原子的效果，使背面钝化效果更好最终提高产品良率和效率。与传统方法所制备得到的TOPCon太阳能电池结构相比，本发明所制备的太阳能电池，潜在的开路电压较高，潜在的填充因子较高，反向饱和电流较低，少子寿命更高，结果表明在制备TOPCon太阳电池时采用本发明有着明显优势，同时本发明所制备的太阳能电池在Halm测试结果中光电转换效率(Eta)、开路电压(Uoc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)、串阻(Rs)、并阻(Rsh)普遍比对照组更高，漏电(IRev2)比对照组更低，表明了本发明的各项指标在制备TOPCon电池时具有较大优势。

附图说明

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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例中的一种TOPCon太阳能电池结构方法的流程图。

图2为对照组中制备的TOPCon太阳能电池背面结构图。

图3为实施例1中制备的TOPCon太阳能电池背面结构图。

图4为实施例2中制备的TOPCon太阳能电池背面结构图。

图5为实施例3中制备的TOPCon太阳能电池背面结构图。

图6为利用本发明制备的TOPCon太阳能电池背面结构图，具有两层分子筛层。

图7为利用本发明制备的TOPCon太阳能电池背面结构图，具有三层分子筛层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种TOPCon太阳能电池结构方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

S1：送料：进舟，利用传送浆将装有硅片的石墨舟送入炉管内，浆杆退出炉管后关闭炉门。

S2：抽真空，开启抽真空并开启辅热对炉管进行预热。

S3：检漏，检查炉管漏率是否在正常范围。

S4：预沉积隧穿层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S5：沉积隧穿层，利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S6：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S7：预沉积Poly-Si1层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S8：沉积Poly-Si1层，通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S9：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S10：预沉积分子筛层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S11：沉积分子筛层，利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S12：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S13：预沉积Poly-Si1层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S14：沉积Poly-Si1层，通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S15：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S16：预沉积分子筛层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S17：沉积分子筛层，利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S18：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S19：预沉积Poly-Si2层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S20：沉积Poly-Si2层，通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S21：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S22：预沉积分子筛层，通入笑气并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S23：沉积分子筛层，利用石墨舟导电性通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S24：抽真空，将炉管内残留气体抽空。

S25：预沉积Poly-Si2层，通入硅烷、氢气、磷烷的混合气体，并控制炉内压力和温定在设定值范围内。

S26：沉积Poly-Si2层，通过射频电源对炉管内硅片进行辉光放电。

S27：抽真空，将炉管内残留气体抽空；

基于如上描述的TOPCon太阳能电池结构方法，本实施例此处设计出一个对照组和3个实施例，详细描述如下：

对照组：

制备方法：S1-S9与上述制备步骤相同，S10中笑气通入量为0，S11中关闭辉光放电，S12取消抽真空，S13-S15与上述制备步骤相同，S16中笑气通入量为0，S17中关闭辉光放电，S18取消抽真空，S19-S21与上述制备步骤相同，S22中笑气通入量为0，S23中关闭辉光放电，S24取消抽真空，S25-S27与上诉制备步骤相同。

制备得到的TOPCon太阳能电池结构如图2所示，该TOPCon太阳能电池结构200包括自下而上依次堆叠的Poly-Si2层201、Poly-Si1层202、隧穿氧化层203以及N型硅片204。

实施例1：

制备方法：S1-S15与上诉制备步骤相同，S16中笑气通入量为0，S17中关闭辉光放电，S18取消抽真空，S19-S21与上诉制备步骤相同，S22中笑气通入量为0，S23中关闭辉光放电，S24取消抽真空，S25-S27与上诉制备步骤相同。

制备得到的TOPCon太阳能电池结构如图3所示，该TOPCon太阳能电池结构300包括自下而上依次堆叠的Poly-Si2层301、分子筛层302、Poly-Si1层303、隧穿氧化层304以及N型硅片305。

实施例2：

制备方法：S1-S9与上诉制备步骤相同，S10中笑气通入量为0，S11中关闭辉光放电，S12取消抽真空，S13-S21与上诉制备步骤相同，S22中笑气通入量为0，S23中关闭辉光放电，S24取消抽真空，S25-S27与上诉制备步骤相同。

制备得到的TOPCon太阳能电池结构如图4所示，该TOPCon太阳能电池结构400包括自下而上依次堆叠的Poly-Si2层401、第一Poly-Si1层402、分子筛层403、第二Poly-Si1层404、隧穿氧化层405以及N型硅片406。

实施例3：

制备方法：S1-S9与上诉制备步骤相同，S10中笑气通入量为0，S11中关闭辉光放电，S12取消抽真空，S13-S15与上诉制备步骤相同，S16中笑气通入量为0，S17中关闭辉光放电，S18取消抽真空，S19-S27与上诉制备步骤相同。

制备得到的TOPCon太阳能电池结构如图5所示，该TOPCon太阳能电池结构500包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层501、分子筛层502、第二Poly-Si2层503、Poly-Si1层504、隧穿氧化层505以及N型硅片506。

基于对照组以及实施例1-3，对N型单晶硅正背面采用相同的工艺技术，包括双面碱抛、双面PECVD笑气电离隧穿氧化层沉积、双面poly硅沉积，退火，RCA,双面氮化硅，丝网烧结，光注入，使用测试仪WCT-120测试少子寿命和电性能。

电性能参数包括一个标准太阳强度下潜在的开路电压(1-sun_Implied Voc)、潜在的填充因子(ImpliedFF)以及反向饱和电流(Jo)，然后将测试结果进行对比。(如表1)

表1电性能参数对比表

基于对照组，对N型单晶硅进行制绒，正面硼扩，正面SE，氧化，去BSG、碱抛，背面进行PECVD笑气电离隧穿氧化层沉积，poly硅沉积，退火，去PSG、RCA，正面ALD、氮化硅，背面氮化硅，正背面丝网印刷，烧结、光注入，Halm检测。

基于实施例1-3，对N型单晶硅进行制绒，正面硼扩，正面SE，氧化，去BSG、碱抛，背面进行PECVD笑气电离隧穿氧化层沉积，poly硅沉积，退火，去PSG、RCA，正面ALD、氮化硅，背面氮化硅，正背面丝网印刷，烧结、光注入，Halm检测。(如表2)

表2Halm测试数据

表1与表2是本发明实施例制备方法(实施例1-3)和对照组条件制备的新型TOPCon太阳能电池的性能评估结果.

根据表1的测试数据可知在一个标准太阳强度下实施例1、2、3潜在的开路电压较高，潜在的填充因子较高，反向饱和电流较低，少子寿命更高，结果表明在制备TOPCon太阳电池时采用上述工艺有着明显优势。

根据表2的测试数据可知在Halm测试结果中光电转换效率(Eta)、开路电压(Uoc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)、串阻(Rs)、并阻(Rsh)普遍比对照组更高，漏电(IRev2)比对照组更低，表明了本发明的各项指标在制备TOPCon电池时具有较大优势。

需要说明的是，本发明还可通过改变制备Poly-1和Poly-2步序中磷烷的流量来控制内扩情况，以达到最优的钝化效果。

另外，还可以基于本发明所提出的制备方法，可以制备得到如图6和图7所示的TOPCon太阳能电池结构。

如图6所示，制备的TOPCon太阳能电池结构600包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层601、第一分子筛层602、第二Poly-Si2层603、第一Poly-Si1层604、第二分子筛层605、第二Poly-Si1层606、隧穿氧化层607以及N型硅片608。

如图7所示，制备的TOPCon太阳能电池结构700包括自下而上依次堆叠的第一Poly-Si2层701、第一分子筛层702、第二Poly-Si2层703、第二分子筛层704、第一Poly-Si1层705、第三分子筛层706、第二Poly-Si1层707、隧穿氧化层708以及N型硅片709。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。