阅读说明：本技术 一种遂穿氧化钝化电池的制备方法 (Preparation method of tunneling oxidation passivation battery ) 是由 袁宁一 王芹芹 丁建宁 程广贵 王书博 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于太阳能光伏行业领域,尤其涉及一种遂穿氧化钝化电池的制备方法。背面采用抛光面的结构可有效的提升光利用率,采用一步沉积多晶硅磷掺杂及生长厚氧化掩膜层,减少了工艺步骤；然后进行绕镀整面去除,加大了工艺窗口,规避了目前常用的工艺流程是先正面硼扩散再背面多晶硅掺杂的弊端——绕镀去除的难度,然而即使去除干净,必然也会造成一定的印记,影响外观良率。同时本发明方法引入退火与硼掺杂二合一的方式,不仅简化了流程,同时无外观不良,工艺流程短,能耗少,有效的提高了生产良率和质量等特点。(The invention belongs to the field of solar photovoltaic industry, and particularly relates to a preparation method of a tunneling oxidation passivation battery. The back surface adopts a polished surface structure, so that the light utilization rate can be effectively improved, and the process steps are reduced by adopting one-step deposition of polysilicon phosphorus doping and thick oxidation mask layer growth; and then, the whole surface of the winding plating is removed, so that the process window is enlarged, the defect that the conventional process flow is that the front boron is diffused firstly and then the back polysilicon is doped, namely the difficulty of winding plating removal is overcome, and even if the process flow is completely removed, certain marks are inevitably caused, so that the appearance yield is influenced. Meanwhile, the method introduces a mode of combining annealing and boron doping, thereby simplifying the process, having no bad appearance, having short process flow and less energy consumption, effectively improving the production yield and quality and the like.)

一种遂穿氧化钝化电池的制备方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏行业领域，尤其涉及一种新型遂穿氧化钝化电池的制备方法。

背景技术

追求高效电池是光伏行业内的发展趋势，兼具到成本及工艺的方案，目前主流产品仍是PERC(钝化发射极背表面全扩散)电池，但其效率已然是瓶颈，进而引入了新型的电池结构，遂穿氧化钝化接触电池。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。然而此技术在量产中存在一定的缺陷即绕镀，绕镀清洗不净，不仅影响了外观而且直接影响了电池片的效率。

常规的工艺流程采用先正面硼扩散再分步进行背面本征多晶硅及磷掺杂退火，一定程度上增加了绕镀的难度，降低成品外观良率，且成本较高，工艺窗口较窄；对于为保护正面的硼掺杂分步进行的掩膜层工艺，额外增加了一道工序流程，增加了人工及设备成本，且增加了工序流程的繁琐程度。对于常规的绕镀清洗工艺流程为保护背面的多晶硅层，需进行分步的方式，先进行单面清洗方式去除正面的磷硅玻璃，而后进行绕扩多晶硅的清洗去除，再后进行RCA清洗，在一定程度上增加了工艺的流程复杂性，同时增加了人工及设备成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术工艺流程长，绕镀清洗有外观不良的技术问题，提供一种新型的遂穿氧化钝化电池的制备工艺，背面采用抛光面的结构一步沉积多晶硅磷掺杂及生长厚氧化掩膜层，简化了工艺流程，降低了人工及设备成本，改善了掺杂的均匀性，同时由于较厚的氧化层，在后续的退火工艺中，受热较均匀，有效提升掺杂后的均匀性。然后进行绕镀整面去除，采用退火与硼掺杂二合一的方式，缩短了工艺流程，降低设备成本的投入，无绕镀外观不良，有效的提高了生产良率和质量等特点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种新型遂穿氧化钝化电池的制备方法，所述制备方法具体操作如下：

(1)抛光—采用槽式/链式KOH/NaOH&抛光添加剂的方式，进行抛光处理；

抛光处理过程中：KOH/NaOH:抛光添加剂：H₂O＝1:2:15-2:1:15(体积比)，温度控制在70-85℃，抛光时间5-8min，减薄重量0.4-0.8g，反射率控制在35-40％；

其中，抛光添加剂按照质量份数其组成如下：1-5份苯甲酸钠、3-9份界面活性剂(由氢氧化钠和烷基酚聚氧乙烯醚按照1:1-1:3的质量比组成)、5-17份棕榈酸、1-4份聚乙二醇，1-6份烷基多糖苷及60-85份去离子水。

(2)掺杂多晶硅—于LPCVD管式炉子内进行遂穿氧化及掺杂多晶硅沉积(在管式LPCVD(低压气相化学沉积)形成N+层，并同时在表面生长厚氧化层，起到掩膜的作用，防止高温硼掺杂进入。

于LPCVD管式炉内进行遂穿氧化，其沉积温度维持在550-650℃，O₂(氧气)1-3L，时间10-30min，厚度1-2nm；

掺杂多晶硅沉积---首先在管式LPCVD(低压气相化学沉积)炉内进行本征多晶硅沉积，沉积温度550-650℃，SiH₄(硅烷)流量400-700sccm，时间2-10min；再通SiH₄ 400-700sccm，1-5％质量浓度(相对于N₂)的PH₃ 40-100sccm，时间30-60min，掺杂多晶硅厚度100-200nm，形成N+层，同时在表面生长厚氧化层，通大氧10-30L，时间30-60min，在表面沉积一层厚度约40-100nm的厚氧化层，起到掩膜的作用，主要是后续制绒时保护掺杂面不被破坏，以及防止硼掺杂进入。

(3)绕镀去除及制绒——利用水膜保护，采用HF/HNO₃药液低温刻蚀或者碱洗链式清洗，将绕扩至反面的掺杂多晶硅去除，采用链式的方案，在一定程度上保护了掺杂面不受破坏。采用链式碱制绒方式形成较小的双绒面结构，此方案使用了对氧化层腐蚀较小的快速制绒添加剂；此添加剂可进行快速制绒，反应时间仅1-3min，且含有羧酸盐对氧化层有保护作用，解决了常用制绒添加剂反应时间较长4-8min，无法在短时间内形成良好的绒面结构，且对氧化层有破坏作用的问题。

快速制绒添加剂按照质量份数其组成如下：3-8份乳酸钠、10-15份界面活性剂(由氢氧化钠和聚醚改性聚硅氧烷消泡剂按照1:1-1:3的质量比组成)、1-2份聚乙烯吡咯烷酮，0.1-2份羧酸盐，75-85份去离子水。

采用酸刻蚀的方式是水上漂HF/HNO₃药液低温刻蚀，温度控制在15-18℃，HF/HNO₃/H₂O体积比控制在1:8:13—1:15:15，时间约0.5-2min；不同于常规刻蚀液此为富HNO₃体系，主要是为了保护磷掺杂多晶结不被破坏。或者采用水膜保护水上漂的方式用3-7％质量浓度的KOH，温度60-80℃，时间0.5-1min快速去除绕扩的掺杂多晶硅且不损坏磷掺杂多晶硅面。

制绒是于链式机台里，先进行预清洗2min，HCL:H₂O₂＝1:3-1:1(体积比)，温度维持在70-85℃；而后于KOH:快速制绒添加剂＝6:1-10:1(体积比)，温度维持在75-85℃，时间约1-3min进行快速制绒。减薄量控制在0.2-0.4g。

(4)硼扩散——首先进行高温退火形成晶化度较高的N+层，之后再采用气相BCl₃/液相BBr₃或者旋涂的方式，形成了P+层；

首先于炉管内，在800-900℃N₂ 1-3L时间30-60min进行高温退火形成晶化度较高的N+层，之后再采用气相BCl₃:O₂＝1：1-1：3(体积比)/液相BBr₃:O₂＝2:1-1:3(体积比)或者旋涂(耗重0.4-0.7mg)的方式，形成了P+层。

(5)RCA清洗——利用1-5％质量浓度的HF进行BSG(硼硅玻璃)及PSG(磷硅玻璃)的去除，之后进行标准RCA(标准化学清洗)清洗，获取更加洁净的表面；

其中，利用1-5％质量浓度的HF进行BSG及PSG的去除，之后进行标准RCA清洗(HCL:H₂O₂＝1:3-1:1(体积比)，70-85℃，5-10min；NH₃H₂O:H₂O₂＝1:3-1:1(体积比)，70-85℃，5-10min。)，最后采用2-7％质量浓度的HF进行脱水处理，获取较洁净的表面。

(6)钝化—采用ALD的方式在硼掺杂面生长氧化铝，起到很好的固定负电荷化学钝化，正面氧化铝厚度控制在2-10nm，以及利用PECVD的方式生长正背面氮化硅起到表面场钝化的效果。厚度控制在75-90nm，折射率1.8-2.2；

(7)丝印——利用丝网印刷的方式进行栅线电极的印刷，并将电池片进行链式烧结炉退火。

退火温度700-800℃，时间约0.5-1min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、先磷掺杂多晶硅后硼掺杂，完全无外观不良，大大提升了生产良率；

2、磷掺杂多晶硅工艺中集成了厚氧化工艺，节省了制作掩膜的机台；进而节约了成本，同时由于较厚的氧化层，在后续的退火工艺中，受热较均匀，有效提升掺杂后的均匀性。

3、硼掺杂工艺集成磷掺杂多晶硅的退火工艺，也即省去一道退火炉，进而简化了流程节约了成本；且先进行高温处理，将磷掺杂的微晶硅结构尽快转为多晶硅并生成PSG保护层，防止硼元素进入到磷掺杂多晶硅中，同时由于硼掺杂工艺的高温特性，可提升多晶硅磷掺杂的吸杂效果，进而提升钝化性能。

4、绕镀去除及制绒工艺集成在一台机里，减少额外的设备投入，节约了成本，简化了流程。此工艺窗口宽，适合于大批量的量产。

附图说明

图1为常规的遂穿氧化钝化电池的工艺流程示意图；

图2为本发明遂穿氧化钝化电池的工艺流程示意图；

图3为对比例1磷掺杂及掩膜层分开工艺流程示意图；

图4为对比例2退火及硼掺杂分开工艺流程示意图；

图5为常规流程和本发明流程外观改善对比示意。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围并不限于所述内容。

实施例1

一种新型的遂穿氧化钝化电池的制备工艺步骤如下：

(1)抛光—以N型硅片为衬底，采用槽式机KOH:抛光添加剂:H₂O＝2:1:15(体积比)(抛光添加剂按照质量份数其组成如下：4份苯甲酸钠、7份界面活性剂(氢氧化钠：烷基酚聚氧乙烯醚＝1:2(质量比))、11份棕榈酸、3份聚乙二醇，2份烷基多糖苷及73份去离子水)，温度控制在75℃，抛光时间6min，减薄重量0.7g，反射率控制在38％；

(2)掺杂多晶硅—于LPCVD炉管内，氧化硅沉积温度维持在610℃，O₂(氧气)2L，时间20min，厚度1.4nm；之后进行本征多晶硅沉积，沉积温度620℃，SiH₄(硅烷)流量500sccm，时间2.5min；再通SiH₄ 400sccm，3％质量浓度的PH₃ 60sccm，时间38min，掺杂多晶硅厚度150nm，而后再通大氧25L，时间40min，在表面沉积一层厚氧化层厚度约80nm起到掩膜的作用主要是后续制绒时保护掺杂面不被破坏，以及防止硼掺杂进入；

(3)绕镀去除及制绒——利用水膜保护，用链式HF/HNO₃药液低温刻蚀酸刻蚀的方式，刻蚀液HF/HNO₃/H₂O体积比控制在1:10:13，温度控制在16℃，时间约0.75min；此为富HNO₃体系，主要是为了保护磷掺杂多晶结不被破坏。于链式机台里，先进行预清洗，HCL:H₂O₂＝1：1(体积比)，温度维持在75℃，时间4min；而后于KOH:快速制绒添加剂＝9:1(体积比)(快速制绒添加剂按照质量份数其组成如下：6份乳酸钠、11份界面活性剂(氢氧化钠：聚醚改性聚硅氧烷消泡剂＝1:1.5(质量比))、2份聚乙烯吡咯烷酮，1份羧酸盐，80份去离子水。)，温度维持在75℃，时间约3min进行快速制绒。减薄量控制在0.35g；

(4)硼扩散——于低压扩散炉内，于850℃、N₂ 2L时间30min进行高温退火，之后再采用气相BCl₃：O₂＝1:2(体积比)，时间约30min，最后再进行950℃，时间1h高温沉积，形成了P+层；

(5)RCA清洗——利用5％浓度的HF时间6min进行BSG及PSG的去除，之后进行RCA1#(NH₃.H₂O:H₂O₂＝1:1(体积比)，80℃5min)以及RCA2#(HCl:H₂O₂＝1:1(体积比)，80℃5min)清洗，最后于2％浓度的HF进行脱水处理，获取较洁净的表面。

(6)钝化—采用ALD的方式获取厚度5nm的氧化铝，起到固定负电荷的硼掺杂面的化学钝化，以及利用PECVD的方式获取正背面膜厚85nm，折射率2.0的氮化硅，可起到较优表面场钝化的效果。

(7)丝印——印刷硼掺杂面采用烧穿型银铝浆浆料，磷掺杂多晶硅面为非烧穿型银浆浆料。最终经过峰值温度750℃40S快速烧结工艺完成电池片的制作。

制得的电池片性能参数见表1.

实施例2

(1)抛光—以N型硅片为衬底，采用NaOH:抛光添加剂：H₂O＝3:2:15(体积比)链式抛光(抛光添加剂按照质量份数其组成如下：5份苯甲酸钠、5份界面活性剂(氢氧化钠：烷基酚聚氧乙烯醚＝1:1.5(质量比))、7份棕榈酸、3份聚乙二醇，5份烷基多糖苷及75份去离子水)，温度控制在80℃，抛光时间3min，减薄重量0.4g，反射率控制在39％；

(2)掺杂多晶硅—于LPCVD炉管内，氧化硅沉积温度维持在620℃，O₂(氧气)1.5L，时间15min，厚度1.6nm；之后进行本征多晶硅沉积，沉积温度610℃，SiH₄(硅烷)流量550sccm，时间2min；再通SiH₄ 450sccm，5％质量浓度的PH₃40sccm，时间40min，掺杂多晶硅厚度180nm，而后再通大氧20L，时间50min，在表面沉积一层厚氧化层厚度约90nm起到掩膜的作用主要是后续制绒时保护掺杂面不被破坏，以及防止硼掺杂进入；

(3)绕镀去除及制绒——于链式机台，利用水膜保护，将绕镀面采用5％质量浓度的KOH，温度70℃，时间45s快速去除绕扩至反面的磷掺杂多晶硅；利用水膜保护，对需硼掺杂的那面进行3％质量浓度HF的预处理，而后在KOH:快速制绒添加剂＝7:1(体积比)(快速制绒添加剂按照质量份数其组成如下：7份乳酸钠、10份界面活性剂(氢氧化钠：聚醚改性聚硅氧烷消泡剂＝1:2(质量比))、1份聚乙烯吡咯烷酮，1份羧酸盐，81份去离子水)，温度85℃，时间约2min进行快速制绒。减薄量控制在0.3g；

(4)硼扩散——采用旋涂的方式在制绒面上旋涂0.6mg的硼源(80％丙二醇单甲醚，5％硼酸，15％水)，而后进行进行高温退火960℃N₂ 3L时间90min，形成了P+层；

(5)RCA清洗—于槽式机里，利用3％质量浓度的HF将BSG及PSG去除，之后进行RCA1#(NH₃.H₂O:H₂O₂＝1:2(体积比)，70℃6min)以及RCA2#(HCL:H₂O₂＝1:2(体积比)，70℃6min)清洗，最后于2％质量浓度的HF进行脱水处理，获取较洁净的表面。

(6)钝化—采用ALD的方式获取厚度7nm的氧化铝，以及利用PECVD的方式获取正背面膜厚87nm，折射率1.9的氮化硅，可起到较优表面场钝化的效果

(7)丝印——印刷硼掺杂面采用烧穿型银铝浆浆料，磷掺杂多晶硅面为非烧穿型银浆浆料。最终经过峰值温度780℃35S快速烧结工艺完成电池片的制作。

对比例1

其他条件同实施例1，仅将磷掺杂多晶硅及其掩膜层分步进行。

掺杂多晶硅—于LPCVD炉管内，氧化硅沉积温度维持在610℃，O₂(氧气)2L，时间20min，厚度1.4nm；之后进行本征多晶硅沉积，沉积温度620℃，SiH₄(硅烷)流量500sccm，时间2.5min；再通SiH₄ 400sccm，3％质量浓度的PH₃60sccm，时间38min，掺杂多晶硅厚度150nm；

掩膜氧化层--于低压扩散炉管内，温度650℃下通大氧25L，时间40min，在表面沉积一层厚氧化层厚度约80nm起到掩膜的作用主要是后续制绒时保护掺杂面不被破坏，以及放止硼掺杂进入。

对比例2

其他条件同实施例1，仅将退火与硼掺杂分步进行。

高温退火——于低压扩散炉内，温度850℃下通氮气(N₂)2L，时间90min进行高温退火；

硼扩散——于低压扩散炉内，在850℃通气相BCl₃：O₂＝1:2(体积比)，时间约30min，最后再进行950℃，时间1h高温沉积，形成了P+层。

表1