一种双面TOPCOn电池的退火工艺的制作方法

本发明涉及太阳能电池制造，尤其涉及一种双面topcon电池的退火工艺。

背景技术：

1、多晶硅钝化接触在硅太阳能电池中的应用达到提高了太阳能电池在大规模生产中的效率。topcon电池即隧穿氧化层钝化接触电池，双面隧穿钝化层即在硅片正面和背面都制备该钝化层。隧穿钝化层用于电池背面时，能提供优异的背表面钝化和载流子收集能力，大幅提升了器件的整体性能。但隧穿钝化层中的多晶硅层具有严重的寄生吸收效应，用于硅片正面时会吸收一定波长的太阳光，降低短路电流。据相关研究表明，正面多晶硅厚度每增加10nm，电流损失就会增加0.5ma/cm2，这严重制约着高性能双面topcon电池的发展。

2、目前，双面topcon电池的制备流程为：制绒-抛光-沉积遂穿氧化层-沉积多晶硅层-正面硼扩散-背面磷扩散-退火-沉积氧化铝和氮化硅-印刷烧结。为了减少双面topcon电池结构正面的寄生吸收，目前在正面沉积多晶硅工序后通常采用等离子体刻蚀或掩膜+湿刻的方式实现正面多晶硅层的局部减薄(非金属化区域的减薄)。但是，过薄的多晶硅层无法提供钝化效果，且刻蚀后的硅片表面缺陷增加，增加了载流子在表面发生复合的几率，使电池效率降低。因此，有必要提供一种可有效减少双面topcon电池正面寄生吸收的方法，以提高电池效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中降低双面topcon电池正面的寄生吸收的方法，无法保证良好的钝化效果，且还会导致硅片表面缺陷增加等问题，本发明提供一种双面topcon电池的退火工艺。本发明通过将双面沉积多晶硅的硅片先进行退火结晶，然后于湿氧气氛中进行二次退火，在多晶硅层中掺入o元素，调节其光学带隙，增加硅片的长波段光学响应，同时，利用水蒸气中氢钝化多晶硅的缺陷，降低载流子复合的几率，从而有利于电池效率的提升。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、一种双面topcon电池的退火工艺，包括以下步骤：

4、步骤a，将双面沉积多晶硅层的硅片于惰性气氛下，在600℃～1000℃进行第一次退火，得预退火硅片；

5、步骤b，将所述预退火硅片于氧气和水蒸气的混合气氛下，于200℃～400℃进行第二次退火，得退火硅片。

6、相对于现有技术，本发明提供的双面topcon电池的退火工艺，首先将双面沉积多晶硅层的硅片进行预退火，使多晶硅重结晶提升晶化率，但是，预退火后多晶硅层内依然含有较多的非晶相，因此，其内部依然具有高密度的缺陷，为了进一步减少这些缺陷，本发明创造性地增加了第二次中温退火工序，将预退火后的硅片在湿氧气氛下进行退火，在多晶硅层掺入o和h，其中，o对硅片的导电性影响较小，且掺入o可对硅片的光学带隙进行调节，增加硅片的长波段光学响应；h掺入多晶硅层，可抵消源自多晶硅层的非晶态的非辐射缺陷和悬挂键，减少多晶硅中的缺陷数量，降低了载流子在多晶硅中的复合几率；同时，p在掺入氧后的多晶硅中的扩散难度增加，有利于抑制p向硅衬底中的扩散，从而进一步保证了钝化效果。

7、本发明提供的双面topcon电池的退火工艺，通过对退火工艺进行改进，不但提高了电池的长波段光学响应，还有效降低了载流子在多晶硅中的复合，显著提高了双面topcon电池的短路电流和电池效率，除此之外，还可省去传统制备双面topcon电池的正面减薄工序，有效降低了双面topcon电池制备工艺的难度，具有较高的推广应用价值。

8、进一步地，步骤a中，所述第一次退火的时间为5min～20min。

9、优选的退火温度和退火时间，可提高多晶硅层的晶化率，降低多晶硅层中的缺陷。

10、进一步地，步骤b中，所述氧气和水蒸气的体积比0.5:1～50:1。

11、进一步地，步骤b中，所述氧气和水蒸气的载气为惰性气体，携带气的体积含量为90％～95％，气体总流量为200sccm～600sccm。

12、进一步地，步骤b中，所述第二次退火的时间为5min～20min。

13、优选的二次退火工艺，可有效提高电池的长波段响应，并提高钝化效果，从而有利于提升电池效率。

14、需要说明的是，上述水蒸气的水源采用电阻率超过18mω·cm(25℃)的超纯水，氧气采用工业中5n纯度以上的高纯氧气。

15、需要说明的是，本发明中惰性气氛可由本领域常见的惰性气体提供，惰性气体可选用本领域常规的高纯氮气、高纯氩气等均可。

16、第二方面，本发明提供了一种双面topcon电池的制备方法，包括权上述任一项所述的双面topcon电池的退火工艺。

17、具体地，所述双面topcon电池的制备方法，具体包括如下步骤：

18、s1，将硅片双面制绒抛光后，对硅片背面进行抛光；

19、s2，采用pecvd法在硅片正背面依次生长隧穿氧化层；

20、s3，采用pecvd法在硅片背面制备b掺杂多晶硅层，正面制备p掺杂多晶硅层；

21、s4，采用上述任一项所述的退火工艺对硅片进行退火；

22、s5，在硅片正背面依次生长氧化铝层和氮化硅层，印刷烧结，得双面topcon电池。

23、示例性的，s1中，硅片选用电阻率0.5ω·cm～5ω·cm，厚度为110μm～140μm的单晶cz硅片。

24、需要说明的是，在对硅片进行制绒之前，采用koh和h2o2的混合水溶液对硅片表面进行清洗，为制绒提供洁净的表面。制绒工序采用koh去离子水的混合溶液进行制绒，制备得到的金字塔绒面的尺寸为1μm～2μm。本发明对制绒液和制绒条件无特殊限定，采用本领域现有技术进行制绒均可。

25、进一步地，s2中，所述隧穿氧化层的厚度为1.2nm～2.0nm。

26、示例性的，以笑气(n2o)为氧化气体，气体流量50sccm～200sccm，温度200℃～300℃，采用pecvd法于硅片正背面沉积隧穿氧化层，沉积时间为30s～150s。

27、进一步地，s3中，所述b掺杂多晶硅层的厚度为100nm～300nm，其电阻率为0.5ω·cm～3ω·cm；所述p掺杂多晶硅层的厚度为10nm～50nm，其电阻率为1ω·cm～3ω·cm。

28、示例性的，采用pecvd法制备b掺杂多晶硅层，沉积温度为150℃～250℃，压力1torr～2torr，功率5w～20w，沉积时间为10min～30min，反应气体为3sccm～10sccm sih4、2sccm～5sccm b2h6、50sccm～100sccm h2。

29、示例性的，采用pecvd法制备p掺杂多晶硅层，沉积温度为250℃～350℃，压力1torr～2torr，功率5w～20w，沉积时间为1min～5min，反应气体为3sccm～10sccm sih4、1sccm～3sccm ph3、50sccm～100sccm h2。

30、本发明采用常规的pecvd法沉积隧穿氧化层和多晶硅层，对具体工艺参数无特殊要求，按照本领域常规的生成隧穿氧化层和多晶硅层的现有工艺制备即可。

31、进一步地，s5中，所述氧化铝层的厚度为3nm～15nm。

32、优选的氧化铝厚度可对硅片表面实现有效钝化。

33、示例性的，以三甲基铝和水作为前驱体，采用板式ald或管式ald设备制备氧化铝层。本发明对制备氧化铝层的具体工艺没有特殊要求，按照本领域现有的制备氧化铝层的工艺进行制备即可。

34、进一步地，s5中，所述氮化硅层的厚度为30nm～80nm。

35、优选的氮化硅膜的厚度，可减少光反射，同时，还能起到有效保护多晶硅钝化层的作用。

36、示例性的，以nh3和sih4为前驱体，采用板式pecvd或管式pecvd设备于硅片正背面制备氮化硅膜。

37、本发明对制备氮化硅层的具体工艺没有特殊要求，按照本领域现有的制备氮化硅层的工艺步骤进行制备即可。

38、示例性的，所述印刷烧结的具体步骤为：将银浆、银(铝)浆用丝网印刷机分别印在硅片的背面和正面，细栅宽度15μm-35μm，高度7μm-15μm，然后放入电池烧结炉中，于400℃-900℃烧结0.5min-5min。

39、本发明还提供一种双面topcon电池，由上述任一项所述的双面topcon电池的制备方法制备得到。

40、本发明提供的双面topcon电池的新工艺，可有效提高topcon电池的电池效率和生产效率，并省去了传统工艺的对多晶硅层进行减薄的工序，降低了双面topcon电池的工艺难度，操作易实现，适合工业化生产应用，具有广阔的应用前景。