本发明属于太阳能电池,尤其涉及一种钝化接触结构叠层膜、其制备方法及topcon电池。
背景技术:
1、隧穿氧化层钝化接触太阳能电池(tunneloxide passivated contact solarcell,topcon)是2013年在第28届欧洲pvsec光伏大会上德国fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池,topcon电池以效率高、设备成本低、与perc产线兼容性高等优点,在第三代光伏电池技术中率先实现大规模量产。
2、topcon电池的正面与常规n型太阳能电池或n-pert太阳能电池没有本质区别,电池核心技术是背面钝化接触。首先在电池背面制备一层隧穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅,二者共同形成了钝化接触结构,钝化性能通过退火过程进行激活,si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化,由微晶非晶混合相转变为多晶。该结构可以阻挡少子空穴复合,提升电池开路电压及短路电流。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合,超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲,从而形成场钝化效果,电子隧穿的几率大幅增加,接触电阻下降,提升了电池的开路电压和短路电流,从而提升电池转化效率。
3、随着topcon量产电池转换效率越来越高,对其钝化接触膜层的钝化质量要求也越来越高。特别是形貌往碱抛光的方向发展后,能提升电池开压,但由于界面变得更光滑,在沉积掺杂多晶硅过程中容易导致爆膜,成为了工艺瓶颈,不但导致工艺窗口窄,同时也极大地影响了钝化质量,从而进一步影响电池效率,而且现有的topcon电池普遍存在良率偏低的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种钝化接触结构叠层膜、其制备方法及topcon电池,本发明中的制备方法能够制备得到更高品质的界面钝化,提高电池效率和电池生产良率。
2、本发明提供一种钝化接触结构叠层膜的制备方法,包括以下步骤:
3、a)在硅片背面进行氧化预处理,形成预处理氧化层;
4、b)通过pecvd在所述预处理氧化层表面沉积隧穿氧化层,所述隧穿氧化层包括n个叠层的子膜,n个子膜沉积的等离子功率随沉积时间呈梯度增加,且沉积在所述预处理氧化层表面的第1个子膜的等离子功率为1kw~12kw;n为≥2的整数;
5、c)通过pecvd在所述隧穿氧化层表面沉积掺杂的非晶硅层,得到叠层膜中间体,所述掺杂的非晶硅层的掺杂浓度随沉积时间呈梯度变化;
6、d)对所述叠层膜中间体进行退火晶化,得到钝化接触结构叠层膜;
7、所述退火温度为800~1100℃,采用梯度升温。
8、优选的,所述氧化预处理为湿法氧化或干法氧化;
9、所述湿法氧化所使用的氧化液中包括1wt%~40wt%的h2o2和1wt%~10wt%的碱,或,所述湿法氧化所使用的氧化液中包括5wt%~70wt%的硝酸;
10、所述干法氧化所使用的氧化性气体为氧气和/或臭氧。
11、优选的,所述步骤b)中,沉积第1个子膜的等离子功率1kw~12kw,沉积厚度0.01nm~0.5nm;
12、沉积第n个子膜的等离子功率12kw~20kw,沉积厚度0.01nm~1nm。
13、优选的,所述步骤b)中,隧穿氧化层沉积所使用的气体包括原料气和工艺优化气体,所述原料气为n2o、o2和co2中的一种或几种,流量为0.5slm~15slm,所述工艺优化气体为惰性气体,射频通断比为1:50~1:300。
14、优选的,所述掺杂的非晶硅层中,包括掺杂层a、掺杂层b与掺杂层c;
15、沉积掺杂层a时掺杂源气体的流量为100sccm~600sccm,等离子功率为4kw~10kw;
16、沉积掺杂层b时掺杂源气体的流量为500sccm~1000sccm,等离子功率为4kw~20kw;
17、沉积掺杂层c时掺杂源气体的流量为600sccm~2000sccm,等离子功率为4kw~40kw。
18、优选的,所述步骤c)中掺杂的非晶硅层的沉积过程中所使用的气体包括反应气体和工艺优化气体,所述反应气体包括氢气、硅源气体与掺杂源气体,所述工艺优化气体是惰性气体;所述氢气或惰性气体的流量分别为1000sccm~15000sccm,硅源气体的流量为300sccm~5000sccm;反应压力为350pa~600pa;射频通断比为1:4~1:20;沉积每层掺杂层的时间为30s~3600s;反应温度为300℃~600℃。
19、优选的,所述退火晶化具体包括:
20、第一阶段加热:炉体温度加热至低于退火保温温度20℃~40℃,保温800s~1000s;
21、第二阶段加热:由低于退火保温温度20℃~40℃加热至低于退火保温温度10℃~30℃,保温300s~600s;
22、第三阶段加热:由低于退火保温温度10℃~30℃加热至低于退火保温温度0℃~20℃,保温600s~4200s。
23、优选的,所述退火晶化后,在掺杂的多晶硅层表面沉积siox掩膜层;
24、或者,在得到叠层膜中间体之后,在掺杂的非晶硅层表面沉积siox掩膜层,再进行退火晶化。
25、本发明提供一种钝化接触结构叠层膜,按照上文所述的制备方法制备得到。
26、本发明提供一种topcon电池,包括上文所述的钝化接触结构叠层膜或上文所述的钝化接触结构叠层膜。
27、本发明提供了一种钝化接触结构叠层膜的制备方法,包括以下步骤:a)在硅片背面进行氧化预处理,形成预处理氧化层;b)通过pecvd在所述预处理氧化层表面沉积隧穿氧化层,所述隧穿氧化层具有n个子膜,n个子膜沉积的等离子功率随沉积时间呈梯度增加,且沉积在所述预处理氧化层表面的第1个子膜的等离子功率为1kw~12kw;n为≥2的整数;c)通过pecvd在所述隧穿氧化层表面沉积掺杂的非晶硅层,得到叠层膜中间体,所述掺杂的非晶硅层的掺杂浓度随沉积时间呈梯度变化;d)对所述叠层膜中间体进行退火晶化,得到钝化接触结构叠层膜;所述退火温度为800~1100℃,采用梯度升温。本发明先通过预氧化处理提高了隧穿氧化层的均匀性,然后叠层沉积具有多个子膜的隧穿氧化层,不仅可以有效降低衬底损伤,准确控制氧化层厚度,且可以定额调控工艺功率优化氧化层的致密性,从而得到致密且超薄的氧化层,提高了隧穿氧化层的化学钝化性及精密性;再通过叠层沉积多层掺杂层代替本征poly层,避免本征poly层在退火时氢溢出导致的爆膜现象;最后通过在退火处理时采用梯度升温过程有效平衡不同工位硅片温度的一致性,减少因各工位退火温度不足致使的片内/片间晶化差,提高量产良率。
1.一种钝化接触结构叠层膜的制备方法,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化预处理为湿法氧化或干法氧化;
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤b)中,沉积第1个子膜的等离子功率1kw~12kw,沉积厚度0.01nm~0.5nm;
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述步骤b)中,隧穿氧化层沉积所使用的气体包括原料气和工艺优化气体,所述原料气为n2o、o2和co2中的一种或几种,流量为0.5slm~15slm,所述工艺优化气体为惰性气体,射频通断比为1:50~1:300。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述掺杂的非晶硅层中,包括掺杂层a、掺杂层b与掺杂层c;
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述步骤c)中掺杂的非晶硅层的沉积过程中所使用的气体包括反应气体和工艺优化气体,所述反应气体包括氢气、硅源气体与掺杂源气体,所述工艺优化气体是惰性气体;所述氢气或惰性气体的流量分别为1000sccm~15000sccm,硅源气体的流量为300sccm~5000sccm;反应压力为350pa~600pa;射频通断比为1:4~1:20;沉积每层掺杂层的时间为30s~3600s;反应温度为300℃~600℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述退火晶化具体包括:
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述退火晶化后,在掺杂的多晶硅层表面沉积siox掩膜层;
9.一种钝化接触结构叠层膜,按照权利要求1~8任意一项所述的制备方法制备得到。
10.一种topcon电池,其特征在于,包括权利要求1~8任意一项制备方法制备的钝化接触结构叠层膜或权利要求9所述的钝化接触结构叠层膜。
