CN115663036A - 一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构和快速退火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，包括氧化层和掺杂晶硅层。所述氧化层的厚度为0.8‑1.2nm，所述掺杂晶硅层的厚度为30‑120nm。本发明制作的N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构氧化层薄，隧穿接触电阻低，载流子传输速率高。开压相较厚氧化层可以提升2mV。本发明采用的方法退火时间短，降低能耗，工艺时间缩短15分钟以上。

Description

一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构和快速退火的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构和快速退火的方法。

背景技术

晶硅太阳能电池，如TOPCON、HJT、钙钛矿等，是当今太阳电池研发的焦点。TOPCON电池由于与PERC技术的兼容性高等特点，受到业内更多人士的关注。TOPCON电池是在原有PERC电池的基础上，在电池背面形成氧化硅层和多晶硅钝化层。制造工艺复杂，其中多晶硅钝化层现有最佳的制备方案是：使用PVD在400℃以下掺杂的非晶硅层，然后在850℃左右进行退火处理，形成多晶硅。由于TOPCon电池多晶硅钝化层的存在使得TOPCon电池背面结构需要进行高温处理，高温处理的过程会使氧化硅和硅接触的截面形成针孔，针孔的出现会降低氧化硅的钝化性能，针孔的密度和高温退火时的峰值温度有关，真空密度的稳定性和退火时长有关。通常使用两次高温工艺，阻碍了工艺技术的推广。因为高温工艺不仅能耗高，产能低，还有对电池的功能层产生负面影响。

目前应用中的技术为了控制高温退火时隧穿氧化层针孔密度过大通常使用厚氧化层(1.4-1.8nm)，由于退火炉管的温度不均衡，长时间退火(1200-2400秒)来保证大规模量产中隧穿氧化层的均一性。但是过厚的氧化层会导致隧穿电阻增大，长时间的的退火维持了隧穿氧化层针孔的均一性但会导致其密度上升。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构和快速退火的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，包括氧化层1和掺杂晶硅层2所述氧化层1的厚度为0.8-1.2nm，所述掺杂晶硅层2的厚度为30-120nm。

上述技术方案所述掺杂晶硅层使用PVD沉积，采用混合磷烷气体作为掺杂源，使用纯度2N以上的硅靶材作为溅射源，工艺温度为150-300℃，掺杂晶硅的功率选择为2000～40000W，所述掺杂源中其余为氩气，磷烷气体总和和氩气总和的比值在0.01-0.1，所述掺杂晶硅层的表面硼掺杂浓度为1E+20～3E+20Concentration/cm³。

所述氧化层使用板式PECVD制备，使用的工艺气体为氧气、氧气、氮气中的一种，工艺气体压强为0.3-1Pa，射频功率密度在0.002-0.01W/cm²。

一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，包括如下步骤：

上述技术方案所述升温过程逐级爬坡，

上述技术方案所述降温过程逐级下坡。

上述技术方案所述起始温度和所述峰值温度间，温度逐级提升，所述逐级爬坡的温度节点依次为：750℃、780℃、810℃、830℃、850℃。

上述技术方案所述峰值温度和所述终末温度间，温度逐级下降，所述逐级爬坡的温度节点依次为：850℃、830℃、810℃、770℃、750℃。

上述技术方案每个温度节点均设置恒温时间，所述恒温时间为炉管内升温速度最慢的温区达到温度节点的时间。

上述技术方案所述退火时硅片表面峰值温度为830-855℃，峰值温度持续时间为0-300秒钟。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明制作的N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构氧化层薄，隧穿接触电阻低，载流子传输速率高。开压相较后氧化层可以提升2mV。

(2)本发明采用的方法退火时间短，降低能耗，工艺时间缩短15分钟以上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明快速退火方法中的温度变化示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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1

见图1和图2，本发明提供一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，包括氧化层1和掺杂晶硅层2所述氧化层1的厚度为0.8-1.2nm，所述掺杂晶硅层2的厚度为30-120nm。

所述掺杂晶硅层使用PVD沉积，采用混合磷烷气体作为掺杂源，使用纯度2N以上的硅靶材作为溅射源，工艺温度为150-300℃，掺杂晶硅的功率选择为2000～40000W，所述掺杂源中其余为氩气，磷烷气体总和和氩气总和的比值在0.01-0.1，所述掺杂晶硅层2的表面硼掺杂浓度为1E+20～3E+20Concentration/cm³。

所述氧化层1使用板式PECVD制备，使用的工艺气体为氧气、氧气、氮气中的一种，工艺气体压强为0.3-1Pa，射频功率密度在0.002-0.01W/cm²。

实施例2

一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，包括如下步骤：

所述升温过程逐级爬坡，

所述降温过程逐级下坡。

所述起始温度和所述峰值温度间，温度逐级提升，所述逐级爬坡的温度节点依次为：750℃、780℃、810℃、830℃、850℃。

所述峰值温度和所述终末温度间，温度逐级下降，所述逐级爬坡的温度节点依次为：850℃、830℃、810℃、770℃、750℃。

每个温度节点均设置恒温时间，所述恒温时间为炉管内升温速度最慢的温区达到温度节点的时间。

所述退火时硅片表面峰值温度为830-855℃，峰值温度持续时间为0-300秒钟。

整个工艺时间缩短15分钟以上，制得的硅片开压相较后氧化层可以提升2mV。

实施案例对比：

1.峰值温度相等时退火的时间对比

工艺步骤/用时

升温1

升温2

升温3

升温4

恒温

降温1

降温2

降温3

降温4

实施例

300秒

300秒

300秒

300秒

300秒

300秒

300秒

300秒

300秒

对比实施例

600秒

600秒

N/A

N/A

1200秒

1200秒

N/A

N/A

N/A

实施例总时长相对降低15分钟

2.工艺效果对比

2.1电池性能数据

工艺	Eta_％	Uoc_V	Isc_A	FF_％	Rs	Rsh
							实施例	25.03	0.721	18.446	82.764	0.0017	746
对比实施例	24.891	0.7187	18.444	82.631	0.0017	648

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，其特征在于：包括氧化层(1)和掺杂晶硅层(2)，所述氧化层(1)的厚度为0.8-1.2nm，所述掺杂晶硅层(2)的厚度为30-120nm。

2.根据权利要求1所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，其特征在于：所述掺杂晶硅层(2)使用PVD沉积，采用混合磷烷气体作为掺杂源，使用纯度2N以上的硅靶材作为溅射源，工艺温度为150-300℃，掺杂晶硅的功率选择为2000～40000W，所述掺杂源中其余为氩气，磷烷气体总和和氩气总和的比值在0.01-0.1，所述掺杂晶硅层(2)的表面硼掺杂浓度为1E+20～3E+20Concentration/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构，其特征在于：所述氧化层(1)使用板式PECVD制备，使用的工艺气体为氧气、氧气、氮气中的一种，工艺气体压强为0.3-1Pa，射频功率密度在0.002-0.01W/cm²。

4.如权利要求1所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述升温过程逐级爬坡，

所述降温过程逐级下坡。

5.根据权利要求4所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，其特征在于：所述起始温度和所述峰值温度间，温度逐级提升，所述逐级爬坡的温度节点依次为：750℃、780℃、810℃、830℃、850℃。

6.根据权利要求4所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，其特征在于：所述峰值温度和所述终末温度间，温度逐级下降，所述逐级爬坡的温度节点依次为：850℃、830℃、810℃、770℃、750℃。

7.根据权利要求5或6任一所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，其特征在于：每个温度节点均设置恒温时间，所述恒温时间为炉管内升温速度最慢的温区达到温度节点的时间。

8.根据权利要求4所述的一种N型TOPCon电池超薄隧穿钝化结构的快速退火的方法，其特征在于：所述退火时硅片表面峰值温度为830-870℃，峰值温度持续时间为0-300秒钟。

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