技术领域
[0001] 本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种钝化接触结构及其制备方法、太阳能电池和用电装置。
相关背景技术
[0002] 随着全球能源体系正向低碳化转型，可再生能源规模化利用与常规能源的清洁低碳化将是基本趋势，加快发展可再生能源已成为全球能源转型的主流方向，光伏发电是其中的关键领域。太阳能电池主要是一个大面积的半导体光电二极管，是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的电子元器件，能利用光电材料吸收光能后发生光电效应，将光能转换为电能，因此太阳能发电又称为光伏发电。
[0003] 隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)是一种用于晶硅太阳能电池的钝化结构，其由一层超薄的氧化硅和一层重掺杂的多晶硅组成，主要用于电池背表面的钝化，可以实现优异的表面钝化和载流子的选择性收集，用其制备的晶硅太阳能电池的转换效率已经超过了25.7％。但这与理论极限效率相比，还有很大的提升空间。晶硅内部的杂质和缺陷以及电池前表面的金属‑半导体接触复合损失已经是制约电池效率继续提升的主要因素。TOPCon因为其独特的结构，存在着吸除杂质的可能性，以及在其多晶硅层掺入一些元素可以改变其光学性能，因此，其不仅仅被应用在TOPCon电池中，还被应用到全背电极接触电池(IBC电池)。或出于容纳更多杂质的掺杂量，或为丝网印刷提供更大的印刷窗口，掺杂的多晶硅层的厚度，往往在150至200nm，但在该厚度下，多晶硅层又会造成长波的大量吸收，这又会减弱电池的短流响应。
具体实施方式
[0028] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0029] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
[0030] 本申请中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本申请实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本申请的范围之外。
[0031] 当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
[0032] 在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件例如层、膜或基板被指为在另一膜层“上”时，其能直接在其他膜层上或亦可存在中间膜层。进一步说，当层被指为在另一层“下”时，其可直接在下方，亦可存在一或多个中间层。亦可以理解的是，当层被指为在两层“之间”时，其可为两层之间的唯一层，或亦可存在一或多个中间层。
[0033] 在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，意图在于覆盖不排他的包含，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。
[0034] 除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
[0035] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0036] 本申请提供一种如图1所示的钝化接触结构10的制备方法，钝化接触结构10包括依次层叠的绒面衬底100、第一隧穿氧化层110以及掺杂多晶硅层120，包括以下步骤：
[0037] 提供预制结构，预制结构包括：衬底101、在衬底101的一侧表面之上依次层叠设置的第一隧穿氧化层110、第一掺杂多晶硅材料层121和第一介质层130，以及在衬底101的另一侧表面之上依次层叠设置的第二隧穿氧化层140、第二掺杂多晶硅材料层150和第二介质层160，第一掺杂多晶硅材料层121的厚度为120nm～200nm，去除预制结构中的第二介质层160，制备基础结构；
[0038] 将基础结构依次置于第一制绒液中进行第一次制绒处理，置于氢氟酸溶液中进行修饰处理以及置于第二制绒液中进行第二次制绒处理，制备钝化接触结构10，钝化接触结构10包括依次层叠的绒面衬底100、第一隧穿氧化层110以及掺杂多晶硅层120
[0039] 其中，第一次制绒处理中处理时间为40s～420s，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1％～5.5％的一元强碱、0.3％～2.5％的添加剂以及92％～98.7％的溶剂；
[0040] 修饰处理中处理时间为5s～220s；
[0041] 第二次制绒处理中处理时间为40s～220s，第二制绒液的组成以质量百分比计包括0.5％～5％的一元强碱、1％～3.5％的添加剂以及91.5％～98.5％的溶剂。
[0042] 可以理解地，第一隧穿氧化层110以及第一掺杂多晶硅材料层121可以但不限于使用低压化学气相沉积(LPCVD)方法制备，进一步地，预制结构中的第二隧穿氧化层140以及第二掺杂多晶硅材料层150是由于制备的时候使用单插的方式在分别形成第一隧穿氧化层110以及第一掺杂多晶硅材料层121时同时形成的，而第一介质层130由于形成第一掺杂多晶硅材料层121的过程中以双插的形式进行掺杂处理时形成新的材料层，第二介质层160是形成第一介质层130时由于绕镀产生的。
[0043] 在一个具体示例中，第一介质层130的厚度为30nm～40nm，具体地，第一介质层130的厚度可以但不限于是30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm或40nm。
[0044] 进一步地，第一隧穿氧化层110的材料以及第二隧穿氧化层140的材料包括氧化硅。
[0045] 在一个具体示例中，掺杂处理的方法选自低压化学气相沉积或等离子体增强化学的气相沉积法。
[0046] 具体地，掺杂处理的步骤包括：在氧气和含有掺杂元素的气体源的氛围中在温度为760℃～1120℃下对第一多晶硅材料进行扩散，进一步地，掺杂元素可以但不限于是磷或硼，可以理解地，含有掺杂元素的气体源可以但不限于是三氯氧磷(POCl3)或氯化硼(BCl3)。即第一介质层1300以及第二介质层160为磷硅玻璃层或是硼硅玻璃层。
[0047] 可以理解地，衬底101的导电类型与掺杂多晶硅层120的导电类型可以相同或相反。
[0048] 在一个具体示例中，第一次制绒处理以及第二次制绒处理的条件各自独立地包括：处理温度为70℃～90℃。
[0049] 进一步地，第一次制绒处理的条件包括：将基础结构置于第一制绒液中进行第一次制绒处理，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％～5％的一元强碱、0.5％～2％的添加剂以及93％～98％的溶剂，第一次制绒处理的时间为50s～400s，第一次制绒处理的温度为75℃～85℃。
[0050] 具体地，第一次制绒处理的时间可以但不限于是50s、90s、130s、170s、200s、220s、240s、260s、280s、300s、320s、340s、360s、380s或400s，第一次制绒处理的温度可以但不限于是75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃。
[0051] 在一个具体示例中，修饰处理的条件还包括：氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为8％～22％。
[0052] 可以理解地，将基础结构经第一次制绒处理后，置于氢氟酸溶液中进行修饰处理10s～200s，其中氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为10％～20％，氢氟酸具体为氢氟酸的水溶液。
[0053] 具体地，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数可以但不限于是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，修饰处理的时间可以但不限于是10s、20s、
30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s或200s。
[0054] 更进一步地，第二次制绒处理的条件包括：将基础结构以及经第一次制绒处理以及修饰处理后，第二制绒液的组成以质量百分比计包括1％～4.5％的一元强碱、1.5％～3％的添加剂以及93％～98％的溶剂，第二次制绒处理的时间为50s～200s，第二次制绒处理的温度为75℃～85℃。
[0055] 具体地，第二次制绒处理的时间可以但不限于是50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s或200s，第二次制绒处理的温度可以但不限于是75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃。
[0056] 在一个具体示例中，一元强碱可以但不限于包括氢氧化钾以及氢氧化钠中的一种或多种。
[0057] 进一步地，溶剂可以但不限于包括水，可以理解地，这里的水指的是去离子水。
[0058] 在一个具体示例中，添加剂包括制绒添加剂以及抛光添加剂中的一种或多种。
[0059] 具体地，制绒添加剂包括表面活性剂、绒面催化剂、绒面缓蚀剂、表面消泡剂以及水，抛光添加剂包括表面活性剂、抛光催化剂和抛光保护剂。
[0060] 在一个具体示例中，去除第二介质层160的方法包括：链式刻蚀，具体地，通过链式刻蚀机，不需要清洗的一面利用水膜保护，需要清洗的一面与HF接触进行刻蚀，水膜保护面可以规避HF的腐蚀。
[0061] 进一步地，本申请还提供一种钝化接触结构10，按照上述的制备方法制得的。
[0062] 在一个具体示例中，掺杂多晶硅层120的厚度为70nm～130nm，具体地，掺杂多晶硅层120的厚度可以但不限于是70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm或130nm。
[0063] 进一步地，第一隧穿氧化层110的厚度为1.2nm～2nm，具体地，第一隧穿氧化层110的厚度可以但不限于是1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm或2nm。
[0064] 上述钝化接触结构10对于基础结构在进行掺杂处理时在掺杂多晶硅材料层上形成的介质层，去除一侧介质层后，通过对衬底101正背面进行制绒和抛光修饰处理，制备得到在合适范围内厚度的掺杂多晶硅层120，且钝化接触结构10双面均具有绒面结构，该钝化接触结构10在保留掺杂多晶层具有的钝化优点的同时，降低长波段光的吸收从而提升短路电流，还进一步地平衡因绒面设计导致的光线折射损失。
[0065] 可以理解地，图2～图4为钝化接触结构10的制备方法中出现的三种情况，但最终均可以制备出如图1所示的钝化接触结构10。
[0066] 本申请还提供一种太阳能电池，包括如上述的钝化接触结构10。可使用上述钝化接触结构10的太阳能电池可以但限于包括全背电极接触电池(IBC电池)以及隧穿氧化层钝化接触电池(TOPCon电池)。
[0067] 本申请还提供一种用电装置，包括如上述的太阳能电池作为电源。
[0068] 进一步地，提供一种用电装置，包括上述太阳能电池作为电源，可以理解地，上述用电装置可以但不限于包括变压器、电抗器、电容器、组合电器、断路器、互感器、避雷器、耦合电容器、输电线路、电力电缆、接地装置、发电机、调相机、电动机、封闭母线以及晶闸管。
[0069] 以下提供具体的实施例对本申请的钝化接触结构及其制备方法作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。添加剂购于拓邦牌号为EP12V88。
[0070] 实施例1
[0071] 本实施例提供一种钝化接触结构，其制备步骤包括：提供预制结构，预制结构包括：衬底、在衬底的一侧表面之上依次层叠设置的第一隧穿氧化层、第一掺杂多晶硅材料层和第一介质层，以及在衬底的另一侧表面之上依次层叠设置的第二隧穿氧化层、第二掺杂多晶硅材料层和第二介质层，第一掺杂多晶硅材料层的厚度为200nm，第一隧穿氧化层的厚度为1.5nm，第一介质层的厚度为30nm，通过链式刻蚀的方法去除第二介质层，制备基础结构；
[0072] 将基础结构依次置于第一制绒液中进行第一次制绒处理，第一次制绒处理中处理时间为400s，处理温度为85℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括5％的氢氧化钠、0.5％的添加剂以及余下的去离子水；
[0073] 进一步地，置于氢氟酸溶液中进行修饰处理，修饰处理时间为200s，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为20％；
[0074] 最后，置于第二制绒液中进行第二次制绒处理，第二次制绒处理中处理时间为200s，处理温度为85℃，第二制绒液的组成以质量百分比计包括4.5％的氢氧化钠、1.5％的添加剂以及余下的去离子水，制备钝化接触结构，钝化接触结构包括依次层叠的衬底、第一隧穿氧化层以及掺杂多晶硅层。
[0075] 实施例2
[0076] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，第二次制绒处理的条件不同，本实施例的第二次制绒处理的条件包括：第二次制绒处理中处理时间为50s，处理温度为75℃，第二制绒液的组成以质量百分比计包括1％的氢氧化钠、3％的添加剂以及余下的去离子水。
[0077] 实施例3
[0078] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，修饰处理的条件不同，本实施例的修饰处理的条件包括：修饰处理时间为10s，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为10％。
[0079] 实施例4
[0080] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，修饰处理的条件以及第二次制绒处理的条件不同，本实施例的修饰处理的条件包括：修饰处理时间为10s，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为10％，
[0081] 本实施例的第二次制绒处理的条件包括：第二次制绒处理中处理时间为50s，处理温度为75℃，第二制绒液的组成以质量百分比计包括1％的氢氧化钠、3％的添加剂以及余下的去离子水。
[0082] 实施例5
[0083] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，第一次制绒处理的条件不同，本实施例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为200s，处理温度为75℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％的氢氧化钠、2％的添加剂以及余下的去离子水。
[0084] 实施例6
[0085] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例2的区别在于，第一次制绒处理的条件不同，本实施例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为50s，处理温度为75℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％的氢氧化钠、2％的添加剂以及余下的去离子水。
[0086] 实施例7
[0087] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例3的区别在于，第一次制绒处理的条件不同，本实施例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为50s，处理温度为75℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％的氢氧化钠、2％的添加剂以及余下的去离子水。
[0088] 实施例8
[0089] 本实施例制备钝化接触结构的方法与实施例4的区别在于，第一次制绒处理的条件不同，本实施例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为50s，处理温度为75℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％的氢氧化钠、2％的添加剂以及余下的去离子水。
[0090] 对比例1
[0091] 本对比例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，仅进行以下处理第一次制绒处理的条件以及修饰处理的条件不同，本对比例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为500s，处理温度为85℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括5％的氢氧化钠、0.5％的添加剂以及余下的去离子水，
[0092] 本对比例的修饰处理的条件包括：修饰处理时间为200s，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为20％。
[0093] 对比例2
[0094] 本对比例制备钝化接触结构的方法与实施例2的区别在于，仅进行以下处理第一次制绒处理的条件以及修饰处理的条件不同，本对比例的第一次制绒处理的条件包括：处理时间为500s，处理温度为75℃，第一制绒液的组成以质量百分比计包括1.5％的氢氧化钠、2％的添加剂以及余下的去离子水，
[0095] 本对比例的修饰处理的条件包括：修饰处理时间为200s，氢氟酸溶液中氢氟酸的质量百分数为20％。
[0096] 对比例3
[0097] 本对比例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，本对比例中第一次制绒处理为实施例1中第二次制绒：时间为200s，处理温度为85℃，制绒液的组成以质量百分比计包括4.5％的氢氧化钠、1.5％的添加剂以及余下的去离子水；本对比例中第二次制绒处理为实施例1中第一次制绒：时间为400s，处理温度为85℃，制绒液的组成以质量百分比计包括5％的氢氧化钠、0.5％的添加剂以及余下的去离子水。
[0098] 对比例4
[0099] 本对比例制备钝化接触结构的方法与实施例1的区别在于，本对比例中第二次制绒时间为400s，处理温度为90℃，制绒液的组成以质量百分比计包括6％的氢氧化钠、1％的添加剂以及余下的去离子水。
[0100] 检测方式以及检测结果
[0101] 对具有上述各实施例以及对比例钝化接触结构的太阳能电池，如图5所示，该太阳能电池的结构包括：硅基衬底200、在硅基衬底200的背面上依次形成氧化硅隧穿氧化层210、N型多晶硅层220、第一氧化铝层230、第一氮化硅层240、第一电极250以及第二电极
260，在硅基衬底200的正面上依次形成第二氧化铝层231以及第二氮化硅层241，经过3次批量实验后，检测各硅片最终产品电池片的效率(Eta)，短路电流(Isc)，开路电压(Uoc)和填充因子(FF)。具体测试结果数据如下表所示。
[0102]
[0103]
[0104] 对比表一，从实施例一到实施例八，相较于对比例，效率Eta提升了0.1％～1.51％，主要提升来自于Isc，而Uoc，在实施例与对比例中并没有明显差别。虽然在实施例中，因为二次制绒的原因，导致背面存在一定量的光线损失，但是TOPCon钝化接触结构的减薄所带来的正向增益仍然可以弥补该损失。其中实施例一相较与对比例Eta提升0.39％，不排除钝化膜层均匀性更加一致的影响。
[0105] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0106] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对申请专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
