技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种具有抛光隔离区结构的TBC太阳能电池的制备方法。
相关背景技术
[0002] IBC太阳能电池为交叉指式背接触电池，其电池正面无金属栅线，发射极和背场以及对应的正负金属电极呈叉指状集成在电池的背面；这种结构可避免金属栅线电极对光线的遮挡，可充分利用入射光，减少光学损失，具有更高的短路电流，从而有效提高电池的光电转换效率。其中，TBC太阳能电池是IBC太阳能电池中的一种。
[0003] 为了避免短路，TBC太阳能电池背面的n区（磷扩散区）与p区（硼扩散区）之间均设有绝缘的隔离区。目前，TBC太阳能电池隔离区的结构通常呈现为凹槽型（即隔离区的高度低于磷扩散层和硼扩散层），且通常在隔离区的硅片表面设有金字塔绒面，如图9所示。申请人发现，在硅片背面隔离区表面制绒形成金字塔绒面，不利于增加入射光在硅基体内的反射，从而限制电池Isc。
[0004] 此外，当前制备TBC太阳能电池通常需要在硅片背面先沉积一层本征多晶硅层，接着通过硼扩散工艺将其转化为硼扩散层，然后再沉积一层本征多晶硅层，再通过磷扩散工艺将其转化为磷扩散层。上述方法的缺点是在两次沉积本征多晶硅层的过程中，容易出现热应力分布不均，从而导致硅片翘曲、碎片等，会显著影响产品的性能和良品率。并且两次沉积本征多晶硅层也会大幅提高特气用量，从而增加成本。
[0005] 综上，进一步优化电池隔离区的结构以进一步提升电池的Isc；同时简化电池制备工艺以提升电池性能、提高良品率以及降低成本，具有重要意义。
具体实施方式
[0048] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0049] 一种具有抛光隔离区结构的TBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：S1、硅片双面抛光。
[0050] 在一些具体的实施案例中，选用金刚线切割后的N型单晶硅片1，厚度 150 μm，尺~寸为182.2 mm×186.7 mm。将硅片放入碱抛槽，温度维持在75 85℃，时间为6 8 min进行双~ ~
面抛光，抛光厚度为3 7 μm，减薄量在0.35 0.45 g，如图1所示。
~ ~
[0051] S2、在硅片背面依次形成隧穿氧化层2（采用LPCVD方式）、本征多晶硅层3（采用LPCVD方式）、掩膜层4，如图2所示。
[0052] 在一些具体的实施案例中，所述隧穿氧化层的沉积条件为：O2流量10000~80000 sccm，反应温度400 800℃，时间200 1000 s，隧穿氧化层厚度2 10 nm。~ ~ ~
[0053] 在一些具体的实施案例中，所述本征多晶硅层的沉积条件为：SiH4流量300~2000 sccm，反应温度500 700℃，时间2 4 h，工作气压100 500 mTorr，本征多晶硅层厚度100~ ~ ~ ~300 nm。
[0054] 在一些具体的实施案例中，所述掩膜层通过PECVD方式形成，条件为：反应气体为N2O、SiH4，反应温度400~500℃，N2O的流量为9000~11000 sccm，SiH4的流量为1000~5000 sccm，功率为3000 20000 W，沉积时间为100 3000 s，掩膜层厚度为30 300 nm。~ ~ ~
[0055] 在一些更为优选的实施案例中，所述掩膜层也可通过紫外氧化激光处理形成：先在氧浓度20 40%，紫外激光波长300 400 nm条件下生成掩膜层雏形；再在氧浓度50 90%，紫~ ~ ~外激光波长200 300 nm条件下形成更致密的掩膜层。
~
[0056] 进一步优选，S2中，所述紫外氧化激光处理的条件具体为：先在O2流量10~100 sccm，环境氧浓度20 40%，紫外激光波长300 400 nm，功率10 500 W，处理时间1 30 s条件~ ~ ~ ~下生成掩膜层雏形；再在O2流量100~500 sccm，环境氧浓度50~90%，紫外激光波长200~300 nm，功率2 50 W，处理时间1 30 s条件下，形成更致密的掩膜层；所述掩膜层的厚度为30~ ~ ~
300 nm。
[0057] S3、激光一次图形化开槽去除硼扩散设计区域的掩膜层。对预先设计的硼扩散区域进行开槽，去除该区域的掩膜层后，在后续硼扩散过程中硼原子可扩散至该区域的本征多晶硅层。
[0058] 在一些具体的实施案例中，采用皮秒激光进行一次图形化开槽，条件为：激光波长400 600 nm，频率500 700 KHz，打标速度40000 50000 mm/s，功率10 50 W，处理时间1 5 ~ ~ ~ ~ ~s。
[0059] S4、碱清洗去除开槽区残余掩膜层以使该区域本征多晶硅层充分暴露，如图3所示。
[0060] 在一些具体的实施案例中，将硅片放入碱溶液中清洗，温度为75 85℃，实验过程~中通过调控不同清洗时间等参数，对应搭配椭偏仪测试清洗后掩膜层厚度，可精确去除开槽区域的掩膜层，不至于底部本征多晶硅层在碱清洗过程中被过多去除。
[0061] S5、硼扩散，使硼扩散设计区域的本征多晶硅层3的内层、表层分别转为硼扩散层5和BSG层6。在上述硼扩散过程中，S3未开槽区域由于掩膜层4的保护，可有效阻挡硼原子进入到本征多晶硅层3，而只将硼扩散区域暴露的本征多晶硅层3的内层、表层分别转化为硼扩散层5、BSG层6，如图4所示。
[0062] 在一些具体的实施案例中，所述硼扩散的条件为：温度800～950℃，扩散时间5～50 min，BCl3流量50~500 sccm，O2流量500~2000 sccm；氧化推进温度900～1050℃，O2流量
5000 30000 sccm，推进时间30～80 min。所述BSG层的厚度为30～70 nm。
~
[0063] S6、保留隔离区设计区域的掩膜层，激光二次图形化开槽去除磷扩散设计区域的掩膜层。对预先设计的磷扩散区域进行开槽，去除该区域的掩膜层后，在后续磷扩散过程中磷原子可扩散至该区域的本征多晶硅层，使其转变为磷扩散层。而保留隔离区设计区域的掩膜层，目的是为后续形成凸出于硅片背面的抛光隔离区结构做铺垫，此外，S5硼扩散形成的BSG层也可有效阻挡磷扩散过程中磷原子进入底部硼扩散层中。
[0064] 在一些具体的实施案例中，采用皮秒激光进行二次图形化开槽，条件为：激光波长400 600 nm，频率500 700 KHz，打标速度40000 50000 mm/s，功率10 50 W，处理时间1 5 ~ ~ ~ ~ ~s。
[0065] S7、碱清洗去除S6开槽区残余掩膜层4以使该区域本征多晶硅层3充分暴露。而硼扩散层区域、隔离区设计区域底部的沉积层由于表面分别有BSG层6、掩膜层4保护，可避免被碱腐蚀破坏，如图5所示。
[0066] S8、磷扩散，使磷扩散设计区域的本征多晶硅层3的内层、表层分别转为磷扩散层7、PSG层8。在上述磷扩散过程中，由于硼扩散层5、隔离区的本征多晶硅层3表面分别受BSG层6、掩膜层4保护，因此磷原子无法扩散进入，而只将磷扩散设计区域暴露的本征多晶硅层
3的内层、表层分别转化为磷扩散层7、PSG层8，如图6所示。
[0067] 在一些具体的实施案例中，所述磷扩散的条件为：温度750～850℃，扩散时间5～30 min，POCl3由氮气携带其流量在500~1200 sccm，O2流量500~1000 sccm；氧化推进温度
850～950℃，O2流量1000~10000 sccm，推进时间20～60 min。所述PSG层的厚度为30～70 nm。
[0068] S9、去除硅片正面及侧面绕镀层。
[0069] 在一些具体的实施案例中，将硅片采用链式机（酸腐蚀）去除硅片正面及侧面绕镀的硼扩散层和磷扩散层等绕镀层。
[0070] S10、湿法清洗及正面制绒，硅片正面形成金字塔绒面9，酸洗去除残留掩膜层4、PSG层8和BSG层6，形成凸出于硅片背面的抛光隔离区，如图7所示。
[0071] 在上述S10过程中，由于硅片正面已去完绕镀层无氧化区域存在，在制绒过程中可形成有效陷光绒面（即金字塔绒面）；而对于硅片背面全区域分别存在PSG层/掩膜层/BSG层，由此可阻挡碱的腐蚀不被破坏。在清洗制绒后，通过酸洗去除硅片背面残留的掩膜层、PSG层和BSG层，形成具有交叉接触结构的硼扩散层与磷扩散层，以及凸出于硅片背面的抛光隔离区。该抛光隔离区即为位于硼扩散层与磷扩散层之间的未被转型的本征多晶硅层，起到绝缘作用，且该隔离区表面为抛光平面，与常规金字塔绒面的隔离区相比，可增加入射光在硅基体内的反射，提升电池Isc；同时，由于初始隔离区被掩膜层保护住，后续不受湿法腐蚀破坏，可使隔离区与硼/磷扩散层高度差较小，有利于硅基底内部载流子横向传输，提升FF。
[0072] 在一些具体的实施案例中，将去完绕镀的硅片放入碱制绒槽中进行湿法清洗及制绒一体化处理，其中温度维持在75 85℃，时间为6 12 min。~ ~
[0073] S11、双面镀膜：双面镀膜后在硅片正/背面生成钝化减反层10。
[0074] S12、丝网印刷、烧结形成电极层11、光注入，得到TBC太阳能电池，如图8所示具体实施例和对比例。
[0075] 实施例1一种具有抛光隔离区结构的TBC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅片双面抛光：选用金刚线切割后的N型单晶硅片1，厚度150 μm，尺寸为182.2 mm×186.7 mm。将硅片放入碱抛槽，温度维持在75℃，时间为6 min，进行双面抛光，抛光厚度为4 μm，减薄量在0.42 g，如图1所示。
[0076] S2、在硅片背面依次形成隧穿氧化层2（采用LPCVD方式）、本征多晶硅层3（采用LPCVD方式）、掩膜层4（采用PECVD方式），如图2所示。其中：隧穿氧化层的沉积条件为：O2流量40000 sccm，反应温度600℃，时间600 s，隧穿氧化层厚度约3 nm。
[0077] 本征多晶硅层的沉积条件为：SiH4流量920 sccm，反应温度550℃，时间3.3 h，工作气压300 mTorr，本征多晶硅层厚度约290 nm。
[0078] 掩膜层的PECVD沉积条件为：反应气体为N2O、SiH4，反应温度440℃，N2O的流量为9500 sccm，SiH4的流量为2700 sccm，功率为7000 W，沉积时间为650 s，掩膜层厚度约为52 nm。
[0079] S3、激光一次图形化开槽去除硼扩散层设计区域的掩膜层，条件为：激光波长532 nm，频率600 KHz，打标速度45000 mm/s，功率25 W，处理时间2.7 s。
[0080] S4、碱清洗去除开槽区残余掩膜层4以使该区域本征多晶硅层3充分暴露，如图3所示。具体步骤为：将硅片放入碱溶液中清洗，温度为75℃，实验过程中通过调控不同清洗时间等参数，对应搭配椭偏仪测试清洗后掩膜层厚度，可精确去除开槽区域的掩膜层，不至于底部本征多晶硅层在碱清洗过程中被过多去除。
[0081] S5、硼扩散，使暴露的本征多晶硅层的内层、表层分别转化为硼扩散层和BSG层。硼扩散的条件为：温度850℃，扩散时间10 min，BCl3流量200 sccm，O2流量1200 sccm；氧化推进温度950℃，O2流量7000 sccm，推进时间30 min。所述BSG层的厚度约为45 nm。在上述硼扩散过程中，S3未开槽区域由于掩膜层4的保护，可有效阻挡硼原子进入到本征多晶硅层
3，而只将暴露的本征多晶硅层3的内层、表层分别转化为硼扩散层5、BSG层6，如图4所示。
[0082] S6、保留隔离区设计区域的掩膜层，激光二次图形化开槽去除磷扩散设计区域的掩膜层，条件为：激光波长532 nm，频率600 KHz，打标速度45000 mm/s，功率25 W，处理时间2.7 s。
[0083] S7、碱清洗去除S6开槽区残余掩膜层4以使该区域本征多晶硅层3充分暴露。而硼扩散层区域、隔离区设计区域底部的沉积层由于表面分别有BSG层6、掩膜层4保护，可避免被碱腐蚀破坏，如图5所示。具体步骤为：将硅片放入碱溶液中清洗，温度75℃，实验过程中通过调控不同清洗时间等参数，对应搭配椭偏仪测试清洗后掩膜层厚度，可精确去除开槽区域的掩膜层，不至于底部本征多晶硅层在碱清洗过程中被过多去除。
[0084] S8、磷扩散，使磷扩散设计区域的本征多晶硅层3的内层、表层分别转为磷扩散层7、PSG层8。磷扩散的条件为：温度790℃，扩散时间20 min，POCl3由氮气携带其流量在1100 sccm，O2流量700 sccm；氧化推进温度890℃，O2流量3000 sccm，推进时间40 min。所述PSG层的厚度约为42 nm。在上述磷扩散过程中，由于硼扩散层5、隔离区的本征多晶硅层3表面分别受BSG层6、掩膜层4保护，因此磷原子无法扩散进入，而只将磷扩散设计区域暴露的本征多晶硅层3的内层、表层分别转化为磷扩散层7、PSG层8，如图6所示。
[0085] S9、去除硅片正面及侧面绕镀层：将硅片采用链式机（酸腐蚀）去除硅片正面及侧面绕镀的硼扩散层和磷扩散层等绕镀层。
[0086] S10、湿法清洗及正面制绒，硅片在碱性下进行湿法清洗及正面制绒处理，温度维持在82℃，时间为7 min。硅片正面形成金字塔绒面9，酸洗去除残留掩膜层4、PSG层8和BSG层6，形成凸出于硅片背面的抛光隔离区，如图7所示。
[0087] 在上述S10过程中，由于硅片正面已去完绕镀层无氧化区域存在，在制绒过程中可形成有效陷光绒面（即金字塔绒面9）；而对于硅片背面全区域分别存在PSG层/掩膜层/BSG层，由此可阻挡碱的腐蚀不被破坏。在清洗制绒后，通过酸洗去除硅片背面残留的掩膜层、PSG层和BSG层，形成具有交叉接触结构的硼扩散层与磷扩散层，以及凸出于硅片背面的抛光隔离区。该抛光隔离区即为位于硼扩散层与磷扩散层之间的未被转型的本征多晶硅层，起到绝缘作用，且该隔离区表面为抛光平面，与常规表面为金字塔绒面的隔离区相比，可增加入射光在硅基体内的反射，提升电池Isc；同时，由于初始隔离区被掩膜层保护住，后续不受湿法腐蚀破坏，可使隔离区与硼/磷扩散层高度差较小，有利于硅基底内部载流子横向传输，提升FF。
[0088] S11、双面镀膜：双面镀膜后在硅片正/背面生成钝化减反层10。具体包括：采用原子层沉积ALD方式先在处理后的硅片正面和背面沉积AlOx薄膜，其由Al(CH3)3与水汽反应生成，厚度为8 nm，工艺温度控制在250℃。随后采用管式PECVD设备在硅片正反两面沉积SiNx膜，正面SiNx薄膜的厚度约为82 nm，折射率为2.1；背面SiNx薄膜的厚度约为90 nm，折射率为2.0；管式腔内反应气体为SiH4、NH3，工作压力为1600 mTorr，功率为12000 W，温度为440℃，SiH4气体流速为980 sccm，NH3气体流速为8000 sccm，硅氮比1:5，沉积时间为10 min。
[0089] S12、将镀膜后的硅片经过丝网印刷在背面形成金属接触，之后在770℃烧结形成Ag‑Si欧姆接触（电极层11），最后经过光注入修复得到TBC太阳能电池，如图8所示。
[0090] 实施例2实施例2与实施例1的区别在于：S2中掩膜层通过一步式紫外激光氧化处理形成：
先在O2流量50 sccm，环境氧浓度26%（体积浓度），紫外激光波长355 nm，功率12 W，处理时间10 s条件下生成厚度约52 nm掩膜层。
[0091] 实施例3实施例3与实施例1的区别在于：S2中掩膜层通过两步式紫外激光氧化处理形成：
先在O2流量50 sccm，环境氧浓度26%（体积浓度），紫外激光波长355 nm，功率12 W，处理时间10 s条件下生成厚度约52 nm掩膜层雏形；
再在O2流量200 sccm，环境氧浓度60%（体积浓度），紫外激光波长266 nm，功率3 W，处理时间18 s条件下，形成更致密的掩膜层。
[0092] 对比例1对比例1与实施例1相比，区别在于在S6中，隔离区的掩膜层同磷扩散设计区域的掩膜层一同通过激光二次图形化开槽去除，最终获得的TBC太阳能电池的隔离区表面具有金字塔绒面结构，如图9所示。
[0093] 对比例1的制备方法具体包括：S1‑S5同实施例1。
[0094] S6、激光二次图形化开槽去除磷扩散设计区域和隔离区设计区域的掩膜层，条件为：激光波长532 nm，频率600 KHz，打标速度45000 mm/s，功率25 W，处理时间2.7 s。
[0095] S7‑S8同实施例1。
[0096] S9、激光三次图形化开槽去除硼扩散层与磷扩散层交界处（即隔离区）的BSG层、PSG层，并打松其底部各沉积层。条件为：激光波长为532 nm、频率为600 KHz、打标速度45000 mm/s，功率为50 W，处理时间为3 s。
[0097] S10同实施例1。
[0098] S11、将去完绕镀的硅片放入碱制绒槽中进行背面激光开槽区域湿法清洗及制绒一体化处理，温度维持在82℃，时间为7 min，减重0.36 g，进行清洗制绒。由于硅片正面已去完绕镀层无氧化区域存在，在制绒过程中可形成有效陷光绒面（即金字塔绒面）；而硅片背面隔离区区域，碱溶液可有效腐蚀底部沉积层，从而使此区域硅片背面暴露，并在制绒过程中形成金字塔绒面。随后制绒槽体后续自带酸清洗槽可进一步去除硅片残留的PSG层和BSG层，如图9所示。
[0099] S12‑S13同实施例1。
[0100] 对比例2（采用两次本征多晶硅层沉积工艺）S1、选用金刚线切割后的N型单晶硅片，厚度为150 μm，尺寸为182.2 mm×186.7 mm。将切割后的硅片放入碱抛槽，温度维持在75℃，时间为6 min进行双面抛光，抛光厚度为
4 μm，减薄量在0.42 g。
[0101] S2、随后在抛光后的硅片背表面采用LPCVD方式先生长隧穿氧化层，O2的气体流量为40000 sccm，温度为600℃，时间为600 s，所生长隧穿氧化层厚度约3 nm；之后在隧穿氧化层基础上再次生长本征多晶硅层，其中SiH4的气体流量为920 sccm，温度为550℃，时间为3.3 h，工作气压为300 mTorr，本征多晶硅层厚度约为290 nm。
[0102] S3、之后采用高温硼扩的方法使本征多晶硅层的内层和表层分别转变为硼扩散层和BSG层，硼扩散温度850℃，扩散时间为10 min，BCl3气体流量为200 sccm，O2气体流量为1200 sccm，氧化推进温度950℃，O2流量为7000 sccm，推进时间为30 min，BSG层厚度约为
45 nm。
[0103] S4、利用皮秒激光进行一次图形化开槽BSG层，所用激光波长为532 nm、频率为600 KHZ、打标速度45000 mm/s，功率为50 W，处理时间为3 s。
[0104] S5、将激光图形化开槽后的硅片放入碱溶液中清洗，温度为75℃，时间360 s，腐蚀深度为1.7 μm。
[0105] S6、之后在硅片背表面采用LPCVD方式二次生长隧穿氧化层，O2的气体流量为30000 sccm，温度为600℃，时间为450 s，所生长隧穿氧化层厚度约2.5 nm；之后在隧穿氧化层基础上再次生长本征多晶硅层，其中SiH4的气体流量为920 sccm，温度为550℃，时间为1.5 h，工作气压为300 mTorr，本征多晶硅层厚度约为180 nm。
[0106] S7、采用磷扩的方法使本征多晶硅层的内层和表层分别转变为磷扩散层和PSG层，磷扩散温度790℃，扩散时间为15 min，POCl3由氮气携带其流速在1000 sccm，O2流速在650 sccm，氧化推进温度890℃，O2流量为3000 sccm，推进时间为20 min，PSG层厚度约为39 nm。
[0107] S8、随后利用皮秒激光进行二次图形化开槽PSG层，使硼扩散层底部对应PSG层以及p区与n区交界区域处PSG层打松，激光波长为532 nm、频率为600 KHz、打标速度45000 mm/s，功率为25 W，处理时间为2.7 s。
[0108] S9、将上述硅片采用链式机去除硅片正面及侧面绕镀的硼扩散层和磷扩散层。
[0109] S10、将去完绕镀的硅片放入碱制绒槽中进行背面激光开槽区域湿法清洗及制绒一体化处理，温度维持在82℃，时间为7 min，减重0.36 g，进行清洗制绒。由于硅片正面已去完绕镀层无氧化区域存在，在制绒过程中可形成有效陷光绒面；而背面激光图形化处理区域，碱溶液可有效腐蚀底部沉积层，可形成隔离绝缘结构。随后制绒槽体后续自带酸清洗槽可进一步去除硅片残留的PSG层和BSG层。
[0110] S11、采用ALD沉积方式在处理后的硅片正/背面沉积AlOx薄膜，其由Al(CH3)3与水汽反应生成，厚度为8 nm，工艺温度控制在250℃。随后采用管式PECVD设备正反两面沉积SiNx膜，正面SiNx薄膜的厚度约为82 nm，折射率为2.1；背面SiNx薄膜的厚度约为90 nm，折射率为2.0；管式腔内反应气体为SiH4、NH3，工作压力为1600 mTorr，功率为12000 W，温度为440℃，SiH4气体流速为980 sccm，NH3气体流速为8000 sccm，硅氮比1:5，沉积时间为10 min。
[0111] S12、将镀膜后的片子经过丝网印刷在背面形成金属接触，之后在770℃烧结形成Ag‑Si欧姆接触，最后经过光注入修复得到最终TBC成品电池。
[0112] 性能对比表1：不同电池电性能数据
[0113] 由表1数据可知：（1）由于实施例1‑3制得的TBC太阳能电池均具有抛光隔离区结构，与对比例1最终获得的TBC太阳能电池的隔离区表面具有金字塔绒面结构相比，可增加入射光在硅基体内的反射，从而提升电池Isc；同时，由于初始隔离区被掩膜层保护住，后续不受湿法腐蚀破坏，可使隔离区与硼/磷扩散层高度差较小，有利于硅基底内部载流子横向传输，提升FF。
[0114] （2）由于实施例1‑3均采用了一步沉积本征多晶硅层工艺，而对比例2采用常规的二次沉积本征多晶硅层工艺，其电池的poly‑Si寄生吸收较低，因为具有较高的短路电流密度（Jsc）。
[0115] （3）实施例1‑3之间的区别在于掩膜层的制备方法不同。具体地：实施例1采用较为传统的PECVD工艺，实施例2采用一步式紫外激光氧化工艺，实施例3采用两步式差异化紫外激光氧化工艺。结果显示，采用PECVD工艺制备掩膜层最终所得产品的性能不如紫外激光氧化工艺。同时，实施例2采用一步式紫外激光氧化工艺所形成的氧化阻挡层往往致密度不够理想，容易增加后续硼扩散和磷扩散过程中硼原子和磷原子内扩到底部本征多晶硅层中的风险，从而引起导致电池性能下降或漏电。而实施例3采用两步式差异化紫外激光氧化工艺，可使氧化阻挡层在几乎不增加厚度的情况下质地更加致密，因此可更加有效阻挡后续硼和磷原子内扩，从而提升电池性能。
[0116] 本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0117] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
