一种TOPCon电池的制备方法及TOPCon电池与流程

本发明属于光伏电池，更具体地说，涉及一种topcon电池的制备方法及topcon电池。

背景技术：

1、晶硅太阳电池的两个发展方向分别是降低成本和提升效率。光伏行业竞争激烈，继续降低成本十分困难，但提升效率仍有较大空间。topcon(tunnel oxide passivatedcontact，隧穿氧化层钝化接触)电池采用背面氧化层+掺杂硅的复合结构，形成良好的钝化接触，可提升电池的性能。topcon电池完整背面poly能够阻挡少数载流子通过、允许多数载流子通过、形成了极高的载流子浓度势垒、增强钝化及接触效果。但背面非栅线区poly si的存在影响了长波段的光吸收、所以完整的背面poly结构存在明显缺陷。如何提高topcon电池的转换效率是需要解决的技术难点。

2、例如，中国专利申请号为202110607781.0，申请公开日为2022年12月16日的专利申请文件公开了工艺简单的高转换效率的类topcon单晶硅电池结构。该专利工艺简单的高光电转换效率的类topcon单晶硅电池结构，是一种比topcon晶体硅电池工艺更简单更可靠且产线设备成本低很多的n型单晶硅光伏电池技术。该结构工艺更简单的n型单晶硅太阳能电池，主要由n型单晶硅、正面硼扩散层、正面超薄金属非金属钝化层、正面透明导电减反层和丝网印刷阳极栅层，背面超薄金属非金属钝化层、及背面重掺磷薄膜层、背面透明导电层和丝网印刷阴极栅极层等组成。其中所有镀膜层以低成本的更环保的磁控溅射等物理镀膜工艺为主。该发明的结构工艺更简单的n型单晶硅太阳能电池，量产效率≥24％～24.5％。但是，该工艺着重简化工艺，降低成本，但忽略topcon单晶硅电池的结构，引入透明导电膜并非topcon单晶硅电池，且透明导电膜的制作成本高、均匀性差且量产稳定性不好。

3、中国专利申请号为202110080784.3，申请公开日为2021年5月7日的专利申请文件公开了topcon电池的光注入钝化方法。该包括：对金属化后的topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2～10suns，光注入的时间为100～300s。加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括将topcon电池加热至表面温度为第一温度，降温阶段包括将topcon电池的表面温度从第一温度降至第二温度，保温阶段为topcon电池在第二温度进行保温，第一温度为300～650℃，第二温度为200～250℃。该方法能够有效地提升topcon电池的转换效率。但是，该工艺增长了topcon电池的制备步骤，不利于降低成本，更不利于量产。

4、现有的topcon电池，目前背面主要通过lpcvd(低压化学气相沉积)或pecvd(等离子体增强化学气相沉积)方式在背面来沉积隧穿氧化层和poly si层，且lpcvd方式沉积poly si后还需要通过磷扩散对poly si进行掺杂。另外，常规topcon正面还通过常规硼扩散进行掺杂，但无论是正面还是背面的扩散掺杂，由于本身的特性都会产生绕镀、即需要后续的绕镀清洗工序，使得现有的topcon生产流程十分复杂、且整个制程较长无法做到完全可控，导致转换效率及良品率低。

5、因此，如何在提高topcon电池的转换效率的同时，进一步简化工艺流程，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、本发明提供topcon电池的制备方法，其目的在于提高topcon电池的转换效率，进一步优化工艺步骤，以简化工艺流程，改善了目前topcon电池制程较长的弊端，实现降本增效的目的。本发明还提供一种topcon电池，其转换效率增高了。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、一种topcon电池的制备方法，步骤为：

6、s1、形成减反射结构工序

7、对n型硅片进行双面制绒，形成减反射绒面结构；

8、s2、形成pn结工序

9、对n型硅片的正面进行硼扩散，形成硼掺杂单晶硅层，与n型硅片构成pn结；

10、s3、形成钝化接触结构工序

11、在n型硅片的背面形成钝化接触结构，钝化接触结构包括遂穿氧化层和磷掺杂poly层；

12、s4、形成硅原子有序排列的钝化接触结构工序

13、对步骤s3中的磷掺杂poly层进行激光晶化处理，形成硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层；

14、s5、钝化、金属化工序

15、在n型硅片正面和背面分别进行钝化膜的沉积形成至少一层钝化层，后经丝网印刷并烧结得到topcon电池。

16、进一步地，步骤s4中，激光的波长为200～400nm，激光的能量密度为100～200mj/cm2。

17、进一步地，步骤s4中，所述硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层的厚度为20～200nm。

18、进一步地，步骤s4中，采用准分子激光器进行激光晶化处理。

19、进一步地，步骤s2中，使用热丝cvd设备进行硼扩散，步骤s3的钝化接触结构采用热丝cvd设备进行沉积。

20、进一步地，步骤s2中，硼扩散的扩散温度为800～1100℃，扩散时间为10～50分钟，硼掺杂单晶硅层的方块电阻为100～600ω/cm2，硼掺杂单晶硅层的厚度为0.1～2μm。

21、进一步地，步骤s3中，遂穿氧化层的厚度为1～2nm，磷掺杂poly层中的磷掺杂浓度为(0.1～2.0)e21。

22、进一步地，步骤s1中，n型硅片的厚度为100～160μm，电阻率为0.4～10ω/cm2。

23、进一步地，步骤s5中，钝化层包括sinx和/或alox。

24、topcon电池，包括n型硅片，n型硅片的正面依次包括硼掺杂单晶硅层和至少一层钝化层，n型硅片的背面包括遂穿氧化层、硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层和至少一层钝化层，其中，n型硅片的正面和背面均为金字塔状的减反射绒面结构。

25、3.有益效果

26、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

27、(1)本发明的topcon电池其背面的磷掺杂poly层进行了激光晶化处理，不仅可以将poly层的非晶硅转化为多晶硅，更重要的是激光引发硅原子由无序转换位有序排列，意外发现，硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层可以有效提高电池的开路电压、短路电流、填充因子，进一步提高了电池的转换效率；

28、(2)本发明严格控制激光晶化处理激光的波长和能量密度，使得背面的磷掺杂poly层由无序的非晶硅转换为有序的多晶硅，形成硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层，有利于降低串联电阻，以提高电池的转换效率；但是激光的能量密度过高会破坏磷掺杂poly层的结构，造成负面影响；

29、(3)本发明topcon电池的制备方法中，由于热丝cvd设备是板式cvd技术，其一方面可以只针对一面进行沉积，避免了其他面的绕镀，另一方面，热丝cvd在真空中沉积，没有氧气；另外使用直接原位掺杂的方式，在进行正面的硼扩散以及背面的钝化接触结构的沉积后不产生psg层和bsg层，避免了碱抛、rca等湿法清洗的工序，大大缩短了制备周期，减少了工艺流程，进一步提高了良品率；同时由于省去了碱抛，其背面依旧保留了减反射绒面结构，有利于光的注入，进一步提高了topcon电池的转换效率；通过简化topcon的生产流程、省去湿法清洗的过程及减少高温步骤来实现提效和降本的目的。

技术特征：

1.一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s4中，激光的波长为200～400nm，激光的能量密度为100～200mj/cm2。

3.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s4中，所述硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层(321)的厚度为20～200nm。

4.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s4中，采用准分子激光器进行激光晶化处理。

5.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s2中，使用热丝cvd设备进行硼扩散，步骤s3的钝化接触结构采用热丝cvd设备进行沉积。

6.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s2中，硼扩散的扩散温度为800～1100℃，扩散时间为10～50分钟，硼掺杂单晶硅层(210)的方块电阻为100～600ω/cm2，硼掺杂单晶硅层(210)的厚度为0.1～2μm。

7.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s3中，遂穿氧化层(310)的厚度为1～2nm，磷掺杂poly层(322)中的磷掺杂浓度为0.1-2.0e21。

8.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s1中，n型硅片(100)的厚度为100～160μm，电阻率为0.4～10ω/cm2。

9.根据权利要求1所述的一种topcon电池的制备方法，其特征在于：步骤s5中，钝化层包括sinx和/或alox。

10.topcon电池，其特征在于：包括n型硅片(100)，n型硅片(100)的正面依次包括硼掺杂单晶硅层(210)和至少一层钝化层，n型硅片(100)的背面包括遂穿氧化层(310)、硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层(321)和至少一层钝化层，其中，n型硅片(100)的正面和背面均为金字塔状的减反射绒面结构。

技术总结
本发明公开了一种TOPCon电池的制备方法及TOPCon电池，属于光伏电池技术领域。步骤为：S1、形成减反射结构工序；S2、形成PN结工序；S3、形成钝化接触结构工序；S4、形成硅原子有序排列的钝化接触结构工序；S5、钝化、金属化工序。TOPCon电池，包括N型硅片，N型硅片的正面依次包括硼掺杂单晶硅层和至少一层钝化层，N型硅片的背面包括遂穿氧化层、硅原子有序排列的磷掺杂多晶硅层和至少一层钝化层，其中，N型硅片的正面和背面均为金字塔状的减反射绒面结构。本发明能有效提高TOPCon电池的转换效率。

技术研发人员：范洵,张明明,付少剑,崔格格
受保护的技术使用者：淮安捷泰新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23