一种以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池及其制作方法与流程

本发明属于背接触电池，具体涉及一种以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池及其制作方法。

背景技术：

1、现有的背接触电池中采用的硅片一般为单晶硅片，单晶硅片的成本相对较高，在电池的制作过程中，若采用高成本的衬底硅片不利于产品的市场竞争力。

2、而铸锭硅片由于采用铸造的方式进行硅片制备，其成本较低，但是，在同一硅片表面上既存在单晶区域，也存在多晶区域，铸锭硅片内部一般存在着位错、小角度晶界、缺陷密度大等缺点，一般硅片需要先进行酸洗、扩散吸杂和前处理、双面抛光等步骤之后，才能达到单晶硅片一样的质量，才能继续在铸锭硅片上按常规的异质结工艺沉积各半导体膜层进行制作，才能制备出高效的异质结太阳能电池。

3、而铸锭单晶硅片在背接触电池中的应用还鲜有报道。铸锭单晶硅片内部一般存在着位错、小角度晶界等缺陷，钝化效果差，且现有的金字塔绒面，绒面过于尖锐，容易导致硅片隐裂，导致制程中破片率增加。

4、需要说明的是，本发明的该部分内容仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然构成现有技术或公知技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的铸锭单晶硅片的背接触电池钝化效果差、破片率高的缺陷，提供一种以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池及其制作方法，其能够达到吸杂、钝化较好的效果，提高电池转换效率；同时有利于减少铸锭单晶硅片因自身缺陷而导致的破片率过高的问题，增加制程稳定性；且用铸锭单晶硅片取代原有的单晶硅片，可以大幅降低硅料成本。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池的制作方法，包括如下步骤：

3、s1、提供双面抛光的铸造单晶硅片；

4、s2、在铸造单晶硅片背面依次形成第一半导体层和掩膜牺牲层，所述第一半导体层包含第一隧穿氧化层与第一掺杂多晶硅层；形成第一半导体层和掩膜牺牲层的过程包括：采用管式多晶硅沉积炉依次沉积第一隧穿氧化层与第一掺杂非晶硅层和掩膜牺牲层，然后对正面和背面进行等离子磷处理，在正面和背面的掩膜牺牲层外表面分别形成磷硅反应层，同时第一掺杂非晶硅层形成第一掺杂多晶硅层；之后进行高温掺氧退火；

5、其中，等离子磷处理的条件包括：在等离子的辉光下，通入含磷烷和氢气的混合气体，混合气体流量为2000-5000sccm，磷烷与氢气的体积流量比为1：3-6，压力为200-500pa；

6、高温掺氧退火的条件包括：退火温度为850-950℃，通入氧气且氧气流量为5000-15000sccm；

7、s3、在背面的第一半导体层及其对应掩膜牺牲层上进行一次刻蚀开口，形成第二半导体开口区；

8、s4、然后进行制绒清洗，制绒清洗过程中同步去除磷硅反应层，同时在铸锭单晶硅片正面及第二半导体开口区上形成金字塔绒面，并经过最后清洗去除铸锭单晶硅片背面第二半导体开口区外的掩膜牺牲层；其中控制金字塔绒面中金字塔任一方向上的尺寸均在200-500nm；

9、s5、在s4所得背面沉积第二半导体层。

10、在本发明的一些优选实施方式中，s2中，所述等离子磷处理的条件还包括：电源功率为8-20kw，处理时间为300-1000s。

11、在本发明的一些优选实施方式中，高温掺氧退火的条件还包括：气压为30000-80000pa，高温掺氧退火的时间为30min-90min。

12、在本发明的一些优选实施方式中，s2中，沉积第一隧穿氧化层与第一掺杂非晶硅层和掩膜牺牲层的沉积温度分别在400-500℃。

13、在本发明的一些优选实施方式中，沉积第一隧穿氧化层的条件包括：笑气的流量为8000-12000sccm，压力为100-200pa，电源功率为3-20kw，时间为20-100s。

14、在本发明的一些优选实施方式中，沉积第一掺杂非晶硅层的条件包括：硅烷的流量为1000-3000sccm，氢气携带掺杂源的流量为1000-2500sccm，氢气的流量为7000-9000sccm，压力为200-500pa，电源功率为5-20kw，时间为800-1300s。

15、在本发明的一些优选实施方式中，沉积掩膜牺牲层的条件包括：硅烷的流量为1000-2000sccm，笑气的流量为2000-5000sccm，氮气的流量为2000-5000sccm，压力为200-300pa，电源功率为3-20kw，时间为300-800s。

16、在本发明的一些优选实施方式中，第一隧穿氧化层的厚度为1-2nm，第一掺杂多晶硅层的厚度为70-120nm、有效掺杂浓度为1×1020cm-3-9×1021cm-3。

17、在本发明的一些优选实施方式中，掩膜牺牲层的厚度为40-90nm。

18、在本发明的一些优选实施方式中，s4中，控制金字塔绒面中金字塔的高度在200-500nm，和/或，控制制绒清洗中采用的制绒液对铸锭单晶硅片的刻蚀速率在0.008g/min-0.025g/min。

19、在本发明的一些优选实施方式中，s4中通过调节制绒清洗的制绒条件以及刻蚀速率来控制金字塔绒面的尺寸，其中制绒条件包括：采用的制绒液是碱、制绒添加剂与水的混合液，其中碱的质量百分含量为0.5%-4%，制绒添加剂的质量百分含量为0.5%-1%，制绒时间为5-45min，制绒温度为65℃-80℃。

20、在本发明的一些优选实施方式中，第二半导体层包含第二隧穿氧化层与第二掺杂多晶硅层，或者，第二半导体层包含本征硅层与第二掺杂硅层。

21、在本发明的一些优选实施方式中，所述以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池的制作方法还包括：

22、s6、在铸锭单晶硅片正面形成钝化层和减反层；

23、s7、在铸锭单晶硅片背面的部分第二半导体层上进行二次刻蚀开口，形成与第二半导体开口区间隔排列的第一半导体开口区；

24、s8、在s7所得背面沉积导电膜层；

25、s9、在位于第一半导体开口区与第二半导体开口区之间的部分导电膜层上进行三次刻蚀开口，形成隔离槽；

26、s10、在第一半导体开口区与第二半导体开口区所在区域的对应导电膜层外表面分别形成金属电极。

27、在本发明的一些优选实施方式中，钝化层包含依次形成的氧化硅层和三氧化二铝层的组合，氧化硅层的厚度为1-2nm，三氧化二铝层的厚度为3-4nm。

28、在本发明的一些优选实施方式中，减反层包含依次形成的氮化硅和氧化硅，氮化硅的厚度为50-100nm，氧化硅的厚度为80-150nm。

29、第二方面，本发明提供一种以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池，其通过第一方面所述的以铸锭单晶硅片为衬底的背接触电池的制作方法制得。

30、有益效果：

31、本发明通过上述技术方案，尤其是以铸锭单晶硅片为衬底，无需对铸锭单晶硅片进行前处理，而是在形成第一掺杂多晶硅层的过程中引入等离子磷处理替代常规磷扩散，使得在等离子的辉光下，磷烷会分解为磷和氢离子对铸锭单晶硅片的正面、背面进行处理，无需特意增加工艺步骤，且大幅减少了化学品溶液污染问题，再配合高温掺氧退火，经过等离子磷处理的磷硅反应层进一步与氧结合，在磷、氧离子和高温的作用下，其促进了铸锭单晶硅片中的金属离子的吸附、溶解与析出，有利于后续制绒清洗去除铸锭单晶硅片中的金属杂质，提高铸锭单晶硅片表面的钝化水平，从而达到吸杂、钝化较好的效果，提高电池转换效率；同时配合控制制绒形成适宜小尺寸金字塔的制绒工艺，金字塔尺寸缩小至现有工艺金字塔的1/5-3/10，让金字塔绒面更圆滑，有利于减少铸锭单晶硅片因自身缺陷而导致的破片率过高的问题，增加制程稳定性；且用铸锭单晶硅片取代原有的单晶硅片，可以大幅降低硅料成本。

32、其中，等离子磷处理中通入适宜高浓度的含磷烷和氢气的混合气体配合适宜流量、适宜低的压力，利于气体中的磷原子快速且更多的扩散入铸锭单晶硅片中，最大化与金属杂质结合；高温掺氧退火中参与适宜高的氧气流量，利于体硅中的磷化硅所捕获的金属杂质更多的与氧气结合，便于后续进一步被溶液去除。