一种N型TOPCon电池的制备方法

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池加工技术领域，具体地说，涉及一种N型TOPCon电池的制备方法。

背景技术

目前，随着化石能源的逐渐消耗，发展太阳能这种可再生的清洁能源是一种发展趋势，太阳能电池是用利用光生伏特效应，将太阳能转换成电能的一种电子器件。

现有技术中，电池转换效率已经得不到明显提高，不利于光伏行业的持续降低生产成本的需求。因此如何简化工艺流程、提高光伏电池的转换效率是亟需解决的问题。

发明内容

为达到上述目的，本发明公开了一种N型TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：N型硅片的制绒，使用碱性溶液对N型硅片进行制绒，以使N型硅片减重控制在0.25g-0.45g，硅片表面反射率控制在7％-10％；

步骤2：N型硅片正面进行硼扩散和激光微掺杂，再扩散形成正面氧化层掩膜；

步骤3：N型硅片背面的抛光；

步骤4：在N型硅片的背面进行三合一的多层薄膜沉积，生长隧穿氧化硅薄膜层、原位掺杂的非晶硅薄膜层以及掩膜层，所述隧穿氧化硅薄膜层的厚度＜2nm，所述非晶硅薄膜层厚度为50-200nm，所述掩膜层的厚度为5-30nm；

步骤5：在预设高温条件下，掺磷的多晶硅层沉积进行磷激活；

步骤6：N型硅片正背面氧化硅掩膜清洗；

步骤7：N型硅片正背面沉积钝化复合膜；

步骤8：印刷、烧结。

优选的，在步骤1中，N型硅片的制绒采用质量分数40％-60％的KOH或NaOH溶液，制绒处理温度在60-80℃，制绒时间400s-600s。

优选的，在步骤2中，再扩散形成正面氧化层掩膜的工序中，包括了：

将制绒的硅片装入石英舟中，扩散炉石英炉管采用低压扩散方式，将石英舟推入内部温度为800-900℃的扩散炉石英管中；

通入1000-5000sccm的O

升温至850-900℃，通过真空泵进行抽真空，使扩散炉石英炉管氛围为100mbar以下低压状态；

通入50-500sccm的BCl

通入60-600sccm的BCl

升温至950-1050℃，进行工艺的推结，推结时间在500s-2000s；

推结结束后，通入1-10L氮气，回压；

降温出舟：温度降至700-800℃时，将石英舟从扩散炉石英炉管中取出；

卸片：将硅片从石英舟上取下；

其中，方阻控制在90-160Ω/□。

优选的，在步骤2中，在激光微掺杂的工序中，激光装置利用扩散形成的硼原子，对印刷栅线区域进行处理加工，形成微掺杂区，激光波长控制在500nm-1100nm，激光功率控制在30W-100W,激光加工的速度为10m/s-50m/s，作用在印刷栅线区域的激光宽度为50μm-100μm，微掺杂后激光区域方阻在70-120Ω/□；

再扩散形成正面氧化层掩膜的工序中，包括了：

将制绒的硅片装入石英舟中，扩散炉石英炉管采用低压扩散方式，将石英舟推入内部温度为950-1100℃的扩散炉石英管中，通过真空泵进行抽真空，使扩散炉石英炉管氛围为100mbar以下低压状态，

通入10000-50000sccm的O

氧化层掩膜结束后，通入1-20L氮气，回压；

降温出舟：温度降至700-800℃时，将石英舟从扩散炉石英炉管中取出；

卸片：将硅片从石英舟上取下。

优选的，在步骤3中，使用40％-60％的碱金属氢氧化物溶液2份-3份、抛光添加剂1份，抛光处理的温度为50℃-70℃，抛光处理的时间为100s-300s；

正面激光微掺杂区有氧化层掩膜进行保护不被抛光。

优选的，在步骤4中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，通入笑气流量5000sccm-15000sccm，笑气气体电离成等离子体氧化硅片背表面，形成二氧化硅层，二氧化硅层的厚度控制在0.5-2.5nm之间；在背面沉积掺磷的多晶硅层的工序中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，硅烷流量在500sccm-5000sccm，磷烷流量在100sccm-5000sccm，同时通入氢气作为催化剂气体，进行掺磷的多晶硅层的制备，掺磷的浓度在1E19/cm

优选的，在步骤4中，背面多晶硅层的掩膜制备的步序中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，通入笑气2000sccm-10000sccm，硅烷流量在500sccm-5000sccm，等离子体沉积形成多晶硅层掩膜，所述氧化层掩膜厚度控制在3-8nm。

优选的，在步骤5中，通入氮气，在高温条件下，掺磷的多晶硅层沉积进行磷激活，氮气流量控制在10000sccm-50000sccm，高温退火温度在800℃-1000℃，高温退火时间在3000s-6000s。

优选的，在步骤6中，在清洗设备中，使用质量分数30％-60％的HF溶液、清洗处理的温度为20℃-50℃，清洗处理的时间为100s-500s，通过酸性溶液去除硅片正背面的氧化层掩膜，所述清洗设备包括超声波清洗槽，多个湍流式清洗单元可行走安装于超声波清洗槽槽口端，两组硅片放置架通过固定组件对向安装于湍流式清洗单元上。

优选的，所述湍流式清洗单元包括：

清洗座，所述清洗座侧端均匀开设有便于固定组件卡设的卡口，所述清洗座顶端对称安装有行走梁，所述行走梁远离清洗座端安装有行走小车，所述超声波清洗槽槽口端安装有便于行走小车行走的行走轨道；

驱动电机，所述驱动电机安装于清洗座顶端；

转筒，所述转筒底端呈敞口式设置，所述驱动电机输出端穿设清洗座，并与转筒顶端连接，所述转筒表面均布有镂空孔，并螺旋安装有涡旋板。

优选的，所述固定组件包括：

扇形固定座，所述扇形固定座顶端开设有便于清洗座侧端卡设的卡槽，所述卡槽槽口端覆盖有卡设有清洗座顶端的限位板，硅片放置架通过连接组件安装于扇形固定座底端；

动作室，所述动作室位于扇形固定座内，所述动作室由底室和侧室组成，底室位于卡槽底部，两个侧室以卡槽为中心对称设置，两个侧安装壳对称安装于扇形固定座上，并连通于侧室内；

中心杆，所述中心杆位于底室内，所述连接组件伸入底室内，并与中心杆连接；

侧连接杆，两个侧连接杆分别铰接于中心杆两端；

夹持杆，所述夹持杆呈钝角折弯设置，并位于侧室内，所述夹持杆一端通过转轴一转动安装于动作室内，所述夹持杆另一端安装有适配卡口的卡块，所述夹持杆另一端伸入侧安装壳内；

螺杆，所述螺杆自所述扇形固定座远离卡槽位置伸入底室内，并转动安装于中心杆上，所述扇形固定座远离卡槽位置固定安装有套设于螺杆上的螺套。

优选的，所述连接组件包括：

底连接座，所述底连接座顶端通过对称设置的两个弹簧杆铰接于扇形固定座底端，硅片放置架安装于底连接座底端；

卡槽，所述卡槽贯穿开设于所述底连接座上；

转杆，所述转杆中间段成方杆设置，并配合滑动连接于卡槽内，所述转杆两端转动安装于弓形安装架上，所述弓形安装架远离转杆端伸入底室内，并与中心杆连接；

拨板，所述拨板竖直安装于转杆两端。

优选的，所述限位板上安装有拉手，所述螺杆上安装有转动手柄。

优选的，在步骤7中，正面钝化复合膜由氧化铝膜4和正面氮化硅膜5叠加组成，氧化铝钝化膜采用三甲基铝和水进行自催化反应沉积，氧化铝钝化膜厚度控制在3-15nm；氮化硅钝化膜通过PECVD方式，采用硅烷和氨气电离沉积，正面钝化复合膜厚度控制在60-100nm，背面氮化硅钝化膜9厚度控制在70-110nm。

优选的，在步骤8中，硅片正面使用银铝浆料印刷正电极银-铝栅线，在硅片背面使用银浆料印刷负电极银栅线，并烘干烧结得到太阳能电池片，银铝浆具备和激光微掺杂区形成良好的金属接触，所述银浆具备烧结到多晶硅层，形成良好的钝化金属接触，所述烧结温度为500℃-900℃。

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，显而易见地，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。

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明的清洗设备结构示意图；

图3为本发明的湍流式清洗单元结构示意图；

图4为图3中标号A放大图；

图5为本发明的固定组件内部结构示意图；

图6为本发明的电池结构示意图。

图中：1.N型硅片；3.正面激光微掺杂区；4.氧化铝膜；5.正面氮化硅膜；6.银-铝栅线；7.二氧化硅层；8.多晶硅层；9.背面氮化硅钝化膜；10.银栅线；11.超声波清洗槽；12.硅片放置架；13.清洗座；14.卡口；15.行走梁；16.行走小车；17.行走轨道；18.驱动电机；19.转筒；20.涡旋板；21.扇形固定座；22.限位板；23.动作室；24.中心杆；25.侧连接杆；26.夹持杆；27.卡块；28.侧安装壳；29.螺杆；30.螺套；31.底连接座；32.弹簧杆；33.卡槽；34.转杆；35.弓形安装架；36.拨杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例

下面将结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至图6所示，本实施例提供的一种N型TOPCon电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：N型硅片1的制绒，使用碱性溶液对N型硅片1进行制绒，以使N型硅片1减重控制在0.25g-0.45g，硅片表面反射率控制在7％-10％；

步骤2：N型硅片1正面进行硼扩散和激光微掺杂，再扩散形成正面氧化层掩膜；

步骤3：N型硅片背面的抛光；

步骤4：在N型硅片的背面进行三合一的多层薄膜沉积，生长隧穿氧化硅薄膜层、原位掺杂的非晶硅薄膜层以及掩膜层，所述隧穿氧化硅薄膜层的厚度＜2nm，所述非晶硅薄膜层厚度为50-200nm，所述掩膜层的厚度为5-30nm；

步骤5：在预设高温条件下，掺磷的多晶硅层沉积进行磷激活；

步骤6：N型硅片1正背面氧化硅掩膜清洗；

步骤7：N型硅片1正背面沉积钝化复合膜；

步骤8：印刷、烧结。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

本发明公开了一种N型TOPCon电池的制备方法，包括以下步骤：N型硅片1制绒、硼扩散和激光微掺杂发射极、再扩散形成正面氧化层掩膜、硅片背面抛光、三合一式的镀膜(电池背面生长隧穿氧化硅薄膜层、掺杂非晶硅薄膜层和掩膜层，三种膜层在同一设备内沉积完成)、退火、正背面掩膜清洗、正背面沉积钝化复合膜、印刷烧结形成电池。本发明提供了一种N型TOPCon电池的制备方法，可以一步完成氧化层和多晶硅层的制备，无需采用管式氧化形成氧化层再掺杂的复杂流程，极大地简化了工艺流程；另外本发明硼扩散后的再进行激光微掺杂和再扩散，可以极大的提高发射极区域的掺杂条件，有利于提高电池效率。

本发明提供的一种N型TOPCon电池的制备方法，充分利用了PECVD单面镀膜、以及可灵活在单一腔体内生长多种薄膜的特性，把接触钝化结构膜层和电池的掩膜膜层，在一个工艺步骤内完成，可以有效地减少工艺步骤，降低银浆耗量，提高电池效率。

其中，三合一式的镀膜具体为采用单面沉积的PECVD管式或板式设备，在N型硅片背面进行三合一的多层薄膜沉积，生长隧穿氧化硅薄膜层、原位掺杂的非晶硅薄膜层以及掩膜层，所述隧穿氧化硅薄膜层的厚度＜2nm，所述非晶硅薄膜层为原位磷掺杂薄膜，其厚度为50-200nm，所述掩膜层的厚度为5-30nm，其材质为SiONx、SiOx或SiNx中的任意一种。

与现有技术相比，基于如上三合一式的镀膜工艺，具备了如下有益效果：

优点一、一步完成电池背面生长隧穿氧化硅薄膜层、掺杂非晶硅薄膜层和掩膜层，相较于现有技术中沉积隧穿氧化硅薄膜、本征多晶硅薄膜和氮化硅薄膜需要在不同的设备中完成，如此一步完成更具有优势；

优点二、电池在制备过程中免除了需要更多的装载下片等自动化动作，会较大地提高制备良率；

优点三、因为是一步完成，电池无需更多的热过程和升/降温过程，从而降低了对电池效率的影响。

在一个实施例中，在步骤1中，N型硅片1的制绒采用质量分数40％-60％的KOH或NaOH溶液，制绒处理温度在60-80℃，制绒时间400s-600s。

在一个实施例中，在步骤2中，再扩散形成正面氧化层掩膜的工序中，包括了：

将制绒的硅片装入石英舟中，扩散炉石英炉管采用低压扩散方式，将石英舟推入内部温度为800-900℃的扩散炉石英管中；

通入1000-5000sccm的O

升温至850-900℃，通过真空泵进行抽真空，使扩散炉石英炉管氛围为100mbar以下低压状态；

通入50-500sccm的BCl

通入60-600sccm的BCl

升温至950-1050℃，进行工艺的推结，推结时间在500s-2000s；

推结结束后，通入1-10L氮气，回压；

降温出舟：温度降至700-800℃时，将石英舟从扩散炉石英炉管中取出；

卸片：将硅片从石英舟上取下。

在一个实施例中，在步骤2中，在激光微掺杂的工序中，激光装置利用扩散形成的硼原子，对印刷栅线区域进行处理加工，形成微掺杂区，激光波长控制在500nm-1100nm，激光功率控制在30W-100W,激光加工的速度为10m/s-50m/s，作用在印刷栅线区域的激光宽度为50μm-100μm，微掺杂后激光区域方阻在70-120Ω/□；

再扩散形成正面氧化层掩膜的工序中，包括了：

将制绒的硅片装入石英舟中，扩散炉石英炉管采用低压扩散方式，将石英舟推入内部温度为950-1100℃的扩散炉石英管中，通过真空泵进行抽真空，使扩散炉石英炉管氛围为100mbar以下低压状态，

通入10000-50000sccm的O

氧化层掩膜结束后，通入1-20L氮气，回压；

降温出舟：温度降至700-800℃时，将石英舟从扩散炉石英炉管中取出；

卸片：将硅片从石英舟上取下。

在一个实施例中，在步骤3中，使用40％-60％的碱金属氢氧化物溶液2份-3份、抛光添加剂1份，抛光处理的温度为50℃-70℃，抛光处理的时间为100s-300s；

正面激光微掺杂区3有氧化层掩膜进行保护不被抛光。

在一个实例中，在步骤4中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，通入笑气流量5000sccm-15000sccm，笑气气体电离成等离子体氧化硅片背表面，形成二氧化硅层，二氧化硅层的厚度控制在0.5-2.5nm之间；在背面沉积掺磷的多晶硅层的工序中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，硅烷流量在500sccm-5000sccm，磷烷流量在100sccm-5000sccm，同时通入氢气作为催化剂气体，进行掺磷的多晶硅层的制备，掺磷的浓度在1E19/cm

在一个实施例中，在步骤4中，背面多晶硅层的掩膜制备的步序中，在管式PECVD低频功率在20-50KHz炉管中，温度在300℃-500℃，通入笑气2000sccm-10000sccm，硅烷流量在500sccm-5000sccm，等离子体沉积形成多晶硅层掩膜，所述氧化层掩膜厚度控制在3-8nm。

二氧化硅层7和多晶硅层8，以及多晶硅层掩膜是在同一个工艺步骤中，采用PECVD沉积方式完成。

在一个实施例中，在步骤5中，通入氮气，在高温条件下，掺磷的多晶硅层沉积进行磷激活，氮气流量控制在10000sccm-50000sccm，高温退火温度在800℃-1000℃，高温退火时间在3000s-6000s。

在一个实施例中，在步骤6中，在清洗设备中，使用质量分数30％～60％的HF溶液、清洗处理的温度为20℃～50℃，清洗处理的时间为100s～500s，通过酸性溶液去除硅片正背面的氧化层掩膜，所述清洗设备包括超声波清洗槽11，多个湍流式清洗单元可行走安装于超声波清洗槽11槽口端，两组硅片放置架12通过固定组件对向安装于湍流式清洗单元上。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

硅片放置于硅片放置架12上，手提固定组件，并将其安装在湍流式清洗单元上，超声波清洗槽11内填入质量分数30％～60％的HF溶液，硅片放置架12浸入HF溶液内，超声波清洗槽11工作和湍流式清洗单元，快速完成硅片正背面的氧化层掩膜清洗、去除。

在一个实施例中，所述湍流式清洗单元包括：

清洗座13，所述清洗座13侧端均匀开设有便于固定组件卡设的卡口14，所述清洗座13顶端对称安装有行走梁15，所述行走梁15远离清洗座13端安装有行走小车16，所述超声波清洗槽11槽口端安装有便于行走小车16行走的行走轨道17；

驱动电机18，所述驱动电机18安装于清洗座13顶端；

转筒19，所述转筒19底端呈敞口式设置，所述驱动电机18输出端穿设清洗座13，并与转筒19顶端连接，所述转筒19表面均布有镂空孔，并螺旋安装有涡旋板20。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

行走小车16工作，从而通过行走梁15带动清洗座13在超声波清洗槽11内沿着行走轨道17行走，进而实现硅片放置架12在超声波清洗槽11内的均布，驱动电机18工作，从而带动安装于驱动电机18输出端的转筒19在清洗座13底端转动，安装于转筒19表面的涡旋板20带动HF溶液呈涡旋转动，冲荡硅片放置架12内放置的硅片，从而快速完成硅片正背面的氧化层掩膜清洗、去除。

在一个实施例中，所述固定组件包括：

扇形固定座21，所述扇形固定座21顶端开设有便于清洗座13侧端卡设的卡槽，所述卡槽槽口端覆盖有卡设有清洗座13顶端的限位板22，硅片放置架12通过连接组件安装于扇形固定座21底端；

动作室23，所述动作室23位于扇形固定座21内，所述动作室23由底室和侧室组成，底室位于卡槽底部，两个侧室以卡槽为中心对称设置，两个侧安装壳28对称安装于扇形固定座21上，并连通于侧室内；

中心杆24，所述中心杆24位于底室内，所述连接组件伸入底室内，并与中心杆24连接；

侧连接杆25，两个侧连接杆25分别铰接于中心杆24两端；

夹持杆26，所述夹持杆26呈钝角折弯设置，并位于侧室内，所述夹持杆26一端通过转轴一转动安装于动作室23内，所述夹持杆26另一端安装有适配卡口14的卡块27，所述夹持杆26另一端伸入侧安装壳28内；

螺杆29，所述螺杆29自所述扇形固定座21远离卡槽位置伸入底室内，并转动安装于中心杆24上，所述扇形固定座21远离卡槽位置固定安装有套设于螺杆29上的螺套30。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

硅片放置于硅片放置架12上，手提扇形固定座21，利用卡槽将扇形固定座21卡设于清洗座13侧端，手动转动螺杆29，从而带动螺杆29在螺套30内转动，螺杆29拉动位于底室的中心杆24向靠近螺套30方向运动，中心杆24通过侧连接杆25拉动位于侧室的夹持杆26、安装于夹持杆26上的卡块27卡设于清洗座13侧端的卡口14上，进而完成了扇形固定座21在清洗座13上的固定，而当硅片清洗完成后，反向转动螺杆29即可解除扇形固定座21和清洗座13的连接。此时手动提拉扇形固定座21，将硅片放置架12提出超声波清洗槽11。如此即可快速完成扇形固定座21和清洗座13的拆装。

在一个实施例中，所述连接组件包括：

底连接座31，所述底连接座31顶端通过对称设置的两个弹簧杆32铰接于扇形固定座21底端，硅片放置架12安装于底连接座31底端；

卡槽33，所述卡槽33贯穿开设于所述底连接座31上；

转杆34，所述转杆34中间段成方杆设置，并配合滑动连接于卡槽33内，所述转杆34两端转动安装于弓形安装架35上，所述弓形安装架35远离转杆34端伸入底室内，并与中心杆24连接；

拨板36，所述拨板36竖直安装于转杆34两端。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

当需要将扇形固定座21固定在清洗座13时，手动转动螺杆29，从而带动螺杆29在螺套30内转动，螺杆29拉动位于底室的中心杆24向靠近螺套30方向运动，中心杆24带动与其连接的弓形安装架35、安装于弓形安装架35上的转杆34向靠近螺套30方向运动，如图4所示，转杆34在卡槽33内向位于卡槽33左端运动，转杆34偏心位于卡槽33左端，驱动电机18输出端的转筒19在清洗座13底端转动，安装于转筒19表面的涡旋板20带动HF溶液呈涡旋转动，冲荡硅片放置架12内放置的硅片，同时冲荡竖直安装于转杆34两端的拨板36，拨板36带动转杆34在弓形安装架35上转动，转杆34中间段成方杆设置，转杆34转动时，通过与卡槽33的配合，带动底连接座31向远离转筒19方向小角度翻转，即位于底连接座31右端的弹簧杆32拉伸，位于底连接座31左端的弹簧杆32收缩，如此实现底连接座31的小角度振荡，以加快硅片正背面的氧化层的脱落。

在一个实施例中，所述限位板22上安装有拉手，所述螺杆29上安装有转动手柄。

在一个实施例中，在步骤7中，正面钝化复合膜由氧化铝膜4和正面氮化硅膜5叠加组成，氧化铝钝化膜采用三甲基铝和水进行自催化反应沉积，氧化铝钝化膜厚度控制在3-15nm；氮化硅钝化膜通过PECVD方式，采用硅烷和氨气电离沉积，正面钝化复合膜厚度控制在60-100nm，背面氮化硅钝化膜9厚度控制在70-110nm。

在一个实施例中，在步骤8中，硅片正面使用银铝浆料印刷正电极银-铝栅线6，在硅片背面使用银浆料印刷负电极银栅线10，并烘干烧结得到太阳能电池片，银铝浆具备和激光微掺杂区形成良好的金属接触，所述银浆具备烧结到多晶硅层，形成良好的钝化金属接触，所述烧结温度为500℃-900℃。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。