一种横纵向复合多结TBC太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种横纵向复合多结tbc太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、 ibc电池即交叉指式背接触太阳能电池，它是一种结构技术，可以兼容各种界面钝化技术，以此形成tbc、hbc、hpbc等太阳能电池。其最大的特点是金属电池接触都置于电池背面，正面无金属电极的遮挡，因此具有更高的短路电流 jsc，同时背面可以允许较宽的金属栅线来降低串联电阻 rs从而提高填充因子 ff，因此bc类电池往往具有更高的转换效率。此外，ibc电池组件封装更加方便灵活，从常规的“z”字形焊接更改为全背面“一”字形焊接，避免了常规的复杂封装流程，并且可有效提升组件抗隐裂能力。作为topcon+技术，tbc太阳能电池结合了topcon电池优异的隧穿氧化硅/掺杂非晶硅界面钝化技术，具有更高转换效率潜力，有望成为下一代量产电池。

2、当前制备tbc太阳能电池一般需通过高温沉积p+/n+-poly-si层搭配对应激光开槽和湿法等工艺步骤，以此形成背面交叉指式单结接触电池。如图8所示，目前，常规的tbc太阳能电池普遍为单结（p-n结）电池，其理论极限仅为~29.43%。专利cn118136703a公开了一种tbc背接触结构晶体硅太阳能电池及其制备方法，该电池包括n型硅基底、第一隧穿氧化层、p型多晶硅层、第二隧穿氧化层、n型多晶硅层、正面钝化膜、背面钝化膜和电极组件；n型硅基底的背面分布有第一、第二沉积区，第一沉积区与n型硅基底的侧边缘具有第一间隙，第一、第二沉积区间具有第二间隙；第一隧穿氧化层、p型多晶硅层依次沉积在第一沉积区；第二隧穿氧化层覆盖第二沉积区和部分p型多晶硅层；n型多晶硅层设置在第二隧穿氧化层上；正面、背面钝化膜分别设置在n型硅基底的正面和背面；电极组件包括第一电极、第二电极和第三电极。

3、为了突破单结电池的极限效率，目前通常采用叠层电池方案。常见主流叠层电池结构为钙钛矿电池+晶硅太阳能电池所形成双结（p-n结）结构，但当前该类叠层电池存在较多亟待解决问题；一方面钙钛矿电池为离子晶体类电池，其在长期户外工作稳定性远不如原子晶体类晶硅电池，导致该叠层电池可靠性较差；另一方面该电池制备流程相当复杂，且技术难度高，所需制备成本也较昂贵，导致难以大面积运用。

4、综上，为了突破单结（p-n结）tbc太阳能电池的极限效率，同时降低制备成本及技术难度，亟需不断开发出新型结构的tbc太阳能电池。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种横纵向复合多结tbc太阳能电池及其制备方法。本发明的tbc太阳能电池具有横纵向复合多结结构（p-n结），有利于进一步提升电池的电池转换效率，并同时降低电池制备成本及技术难度。

2、本发明的具体技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种横纵向复合多结tbc太阳能电池，包括n型硅片，n型硅片的正面依次设有金字塔绒面和钝化层。所述n型硅片的背面设有呈交叉指状分布的沉积区a和沉积区b；所述沉积区a和所述沉积区b的间隙处为隔离区，所述隔离区表面依次设有金字塔绒面和钝化层。

4、所述沉积区a表面依次设有硼扩散层a，磷扩散层a，隧穿氧化层a，磷扩散层b，钝化层和电极层。

5、位于所述沉积区b底部的n型硅片表层为硼扩散层b，所述沉积区b表面依次设有隧穿氧化层b，硼扩散层c，钝化层和电极层。

6、如图1所示，本发明上述的tbc太阳能电池具有横纵向复合多结结构（p-n结）。其中，第一个p-n结a呈横向结构，由硼扩散层b（p型区域）与其左右两侧的n型硅片构成（n型硅片基底为n型区域）；第二个p-n结b呈纵向结构，由硼扩散层a和位于其底部的n型硅片构成；第三个p-n结c呈纵向结构，由硼扩散层a和磷扩散层a（n型区域）构成。首先相较于常规单一纵向单结电池（perc、topcon、hjt等），本发明上述横纵向复合多结tbc太阳能电池在硅基底本身就可以形成叠层结构，可获取更高的 voc数值，进一步提升电池转换效率；其次相较于常规钙钛矿+晶硅叠层电池（制备步骤＞20步），该电池制备步骤更加的简洁（＜16步），制备成本更低，并且叠层结构全部由原子晶体构成，其在长期老化性（光衰、湿热、紫外等）环境中更加的稳定。

7、 作为优选，所述硼扩散层a的厚度为200~1300 nm；所述硼扩散层b的厚度为100~500 nm；所述硼扩散层c的厚度为100~300 nm；所述磷扩散层a的厚度为50~400 nm；所述磷扩散层b的厚度为100~300 nm。

8、第二方面，本发明提供了一种上述横纵向复合多结tbc太阳能电池的制备方法，包括：

9、s1、n型硅片双面抛光。

10、 s2、硼扩散，在n型硅片背面生成硼原子浓度为1e+18~1e+19 cm-3的硼扩散层a和bsg层a。

11、在经过第一次硼扩散后，可在n型硅片背面依次生成硼扩散层a和bsg层a。

12、 s3、去除bsg层a。

13、可通过采用链式机等方式去除硼扩后背表面bsg层a，为后续沉积步骤作铺垫。

14、 s4、在硼扩散层a表面依次沉积隧穿氧化层a、本征多晶硅层a。

15、该步骤的目的是形成本征多晶硅层a，为后续转化为磷扩散层b提供条件。

16、 s5、磷扩散，使硼扩散层a的表层，本征多晶硅层a的内层、表层分别转变为磷扩散层a（磷原子浓度为5e+18~2e+20 cm-3）、磷扩散层b（磷原子浓度＞1e+20 cm-3）和psg层。

17、在磷扩散过程中，通过控制磷扩散表面磷原子浓度大于第一次硼扩散表面硼原子浓度，使得磷原子能够穿过隧穿氧化层a，使硼扩散层a的表层部分由p型区域（即硼扩散区域）转变为n型区域（即磷扩散区域），而在硼扩散层a的深层部分内仍保持为p型掺杂区域。同时，磷扩散后本征多晶硅层a的内层也转变为磷扩散层b。

18、 s6、通过激光图形化处理去除n型硅片背面沉积区b和隔离区的psg层。

19、 s7、碱清洗去除沉积区b和隔离区的沉积层（包括硼扩散层a、磷扩散层a、隧穿氧化层a和磷扩散层b）。

20、当激光去除沉积区b和隔离区的psg层后，此区域原先psg层底部的各沉积区可在碱清洗过程中被去除，从而使得硅片背面得到暴露，为后续沉积提供条件。而沉积区a处由于psg的保护，其底部沉积区得以保留。

21、 s8、于沉积区a、沉积区b和隔离区表面依次沉积隧穿氧化层b、本征多晶硅层b。

22、该步骤的目的是形成本征多晶硅层b，为后续转化为硼扩散层c提供条件。

23、 s9、硼扩散，使沉积区b和隔离区底部的n型硅片表层，本征多晶硅层b的内层、表层分别转变为硼扩散层b（硼原子浓度为1e+19~2e+19 cm-3）、硼扩散层c（硼原子浓度为1e+19~1e+20 cm-3）和bsg层b。

24、在本次的硼扩散过程中，可通过控制硼原子表面浓度，使硼原子得以穿过沉积区b和隔离区的隧穿氧化层b进入到n型硅片底部，使其表层由n型硅转变为p型硅，即成为硼扩散层b。而沉积区a表面由于中间psg层的存在，可有效阻挡硼原子进入到psg层的底部区域。同时，本征多晶硅层b的内层、表层在本次硼扩散后分别转变为硼扩散层c和bsg层b。

25、 s10、通过激光图形化处理去除沉积区a和隔离区的bsg层b。

26、 s11、去除n型硅片正面及侧面的绕镀层。

27、 s12、清洗制绒。

28、在该过程中，由于硅片正面已无绕镀层存在，在碱溶液作用下可形成有效陷光绒面（即金字塔绒面）；而硅片背面的沉积区a区域，由于失去bsg层b的保护，碱溶液可有效腐蚀去除直至psg层的沉积层，即n型硅片背面沉积区a表面psg层之后形成的各沉积层被碱洗去除（沉积区a中由于psg层的阻隔，可避免psg之前的沉积层被进一步腐蚀），同时在沉积区a和沉积区b的衔接处（隔离区）也经碱腐蚀后各沉积层被去除，从而形成间隙（间隙处无沉积层，即n型硅片背面处于暴露状态），在此基础上，经碱溶液进一步腐蚀后在该间隙处形成金字塔绒面。此外，由于沉积区b仍存在bsg层b，可在清洗制绒过程中保护沉积区b各部分不被破坏。最终，通过酸洗去除硅片背面的psg层（即使沉积区a处的硼扩散层b暴露）以及沉积区b最外层的bsg层b。

29、 s13、双面镀膜。

30、 s14、丝网印刷、烧结、光注入，得到成品电池。

31、作为优选，s1中，所述n型硅片为金刚线切割后的n型单晶硅片。

32、 作为优选，s2中，所述硼扩散的条件为：硼扩散温度900～950℃，扩散时间10～50min，bcl3气体流量50~500 sccm，o2气体流量500~2000 sccm；氧化推进温度1000～1050℃，o2气体流量为3000~50000 sccm，推进时间30～80 min，所得bsg层a厚度为30～70 nm。

33、 作为优选，s4中，沉积隧穿氧化层a的条件为：o2的气体流量10000~80000 sccm，温度400~800℃，时间200~1000 s，所得隧穿氧化层a厚度为1~10 nm。

34、 作为优选，s4中，沉积本征多晶硅层a的条件为：sih4的气体流量300~2000 sccm，温度500~700℃，时间2~4 h，工作气压100~500 mtorr，所得本征多晶硅层a厚度为100~300nm。

35、 作为优选，s5中，所述磷扩散的条件为：磷扩散温度750～850℃，扩散时间5～30min，pocl3由氮气携带其流速在500~2500 sccm，o2流量500~3000 sccm；之后氧化推进，温度850~950℃，推进时间5～60 min，o2流量1000~10000 sccm；所得psg层厚度为30～70 nm。

36、 作为进一步的优选，s5中，所述磷扩散的条件为：磷扩散温度750～850℃，扩散时间5～30 min，pocl3由氮气携带其流速在500~2500 sccm，o2流量500~3000 sccm；之后氧化推进，同步再次通入pocl3由氮气携带其流速在1000~5000 sccm，通入时间2~10 min；氧化推进温度850~950℃，推进时间5~20 min，o2流量5000~20000 sccm；所得psg层厚度为30～70 nm。

37、在上述工艺中，采用“高表面掺杂浓度+短氧化推进时间”方式，可使psg层中含有较高浓度的磷源，其优点在于在后续二次硼扩散高温过程中：一方面可使磷原子再次穿过隧穿氧化层a，形成扩散效果更佳的磷扩散层a；另一方面也可使磷扩散层b中的磷原子浓度保持在一个稳定数值，不至于大的降低。

38、 作为优选，s6中，所述激光图形化处理的条件为：激光波长400~600 nm，频率为500~700 khz，打标速度为40000~50000 mm/s，功率为10~50 w，处理时间1~5 s。

39、 作为优选， s8中，沉积隧穿氧化层b的条件为：o2的气体流量10000~80000 sccm，温度400~800℃，时间200~1000 s，所得隧穿氧化层b厚度为1~10 nm。

40、 作为优选，s8中，沉积本征多晶硅层b的条件为：sih4的气体流量300~2000 sccm，温度500~700℃，时间2~4 h，工作气压100~500 mtorr，所得本征多晶硅层b厚度为100~300nm。

41、 作为优选，s9中，所述硼扩散的条件为：硼扩散温度800～950℃，扩散时间5～50min，bcl3气体流量50~500 sccm，o2气体流量500~2000 sccm；氧化推进温度900～1050℃，o2流量为5000~30000 sccm，推进时间30～80 min，所得bsg层b厚度为30～70 nm。

42、 作为优选，s10中，所述激光图形化处理的条件为：激光波长400~600 nm，频率为500~700 khz，打标速度为40000~50000 mm/s，功率为10~50 w，处理时间1~5 s。

43、与现有技术对比，本发明的有益效果是：

44、（1）本发明的tbc太阳能电池具有横纵向复合多结结构（p-n结），可获取更高的 voc数值，有利于进一步提升电池转换效率。

45、 （2）本发明通过一系列巧妙的工艺步骤设计，成功获得了具有横纵向复合多结结构的tbc太阳能电池，并同时可降低电池制备成本及技术难度。

46、 （3）本发明通过分别严格控制磷扩散、第二次硼扩散的工艺，使得磷原子、硼原子分别能够穿过隧穿氧化层，并分别时硼扩散层a表层以及n型硅片表层转化为磷扩散层a和硼扩散层b，从而成功构建获得横纵向复合多结结构。