发明内容

本发明的目的在于提供一种钝化接触电池及其制备方法和应用，其中氧化层采用化学氧化和热氧化叠加处理生长氧化层，便于快速均匀的形成氧化层，同时具有一定的清洗效果；该钝化接触电池的制备方法制备得到的钝化接触电池具有较好的光转化效率和良率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种钝化接触电池的制备方法，所述钝化接触电池的制备方法包括氧化层的形成方法，所述氧化层的形成方法包括：先进行化学氧化，而后进行热氧化，形成所述氧化层。

在本发明中，所述化学氧化用溶剂包括双氧水和浓硫酸的水溶液、双氧水和氨水的水溶液或双氧水和盐酸的水溶液中的任意一种或至少两种的组合。

在本发明中，所述化学氧化包括：先在双氧水和浓硫酸的水溶液中进行第一步化学氧化，其次在双氧水和氨水的水溶液中进行第二步化学氧化，而后在双氧水和盐酸的水溶液中进行第三步化学氧化。

在本发明中，所述双氧水和浓硫酸的水溶液中双氧水的浓度为1-10wt％，(例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等)，浓硫酸的浓度为50-80wt％，(例如50wt％、52wt％、55wt％、57wt％、60wt％、62wt％、65wt％、67wt％、70wt％、72wt％、75wt％、77wt％、80wt％等)。当双氧水和浓硫酸的水溶液中双氧水和/或浓硫酸的浓度不在该范围之内，则形成的氧化层会偏厚或偏薄。

在本发明中，所述第一步化学氧化的温度为70-110℃，(例如70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃等)，时间为5-15min，(例如5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min等)。

在本发明中，所述双氧水和氨水的水溶液中双氧水的浓度为1-10wt％，(例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等)，氨水的浓度为1-10wt％，(例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等)。当双氧水和氨水的水溶液中双氧水和/或氨水的浓度不在该范围之内，则形成的氧化层会偏厚或偏薄，或者基片表面会被刻蚀。

在本发明中，所述第二步化学氧化的温度为60-80℃，(例如60℃、62℃、65℃、67℃、70℃、72℃、75℃、77℃、80℃等)，时间为5-15min，(例如5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min等)。

在本发明中，所述双氧水和盐酸的水溶液中双氧水的浓度为1-10wt％，(例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等)，盐酸的浓度为1-10wt％，(例如1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％等)。当双氧水和氨水的水溶液中双氧水和/或盐酸的浓度不在该范围之内，则形成的氧化层会偏厚或偏薄。

在本发明中，所述第三步化学氧化的温度为60-80℃，(例如60℃、62℃、65℃、67℃、70℃、72℃、75℃、77℃、80℃等)，时间为5-15min(例如5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min等)。

在本发明中，所述热氧化的时间为2-20min，例如2min、5min、7min、10min、12min、15min、17min、20min等。

在本发明中，所述热氧化的温度为500-600℃，例如500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃等。

在本发明中，所述钝化接触电池的制备方法包括如下步骤：

(1)将N型基底层的正面进行掺杂，得到正面包括有发射极层的N型基底层；

(2)将步骤(1)得到的正面包括有发射极层的N型基底层的背面先进行化学氧化，而后进行热氧化，形成氧化层，得到背面带有氧化层的N型基底层，而后在背面带有氧化层的N型基底层的背面形成多晶硅掺杂层，得到背面带有氧化硅层和多晶硅掺杂层的N型基底层；

(3)将步骤(2)得到的背面带有氧化硅层和多晶硅掺杂层的N型基底层的正面依次形成氧化钝化层和减反层，背面形成保护层，得到带有钝化结构的N型基底层；

(4)将步骤(3)得到的带有钝化结构的N型基底层的正面以及背面分别形成正面电极层和背面电极层，得到所述钝化接触电池。

本发明中钝化接触电极的制备方法简单，易于实现，有较高的工业应用前景。

在本发明中，N型基底是指在硅中掺杂第V主族的元素，示例性地包括掺磷的单晶硅片或掺磷的类单晶硅片；如后文中有出现N型基底层，指代的意义均与此处相同。

在本发明中，所述步骤(1)还包括将N型基底层的正面进行掺杂之前进行制绒处理。

在本发明中，通过在N型硅片层表面制绒形成金字塔结构，可以使入射光在硅表面的多次反射和折射，提高了电池的短路电压和转换效率。

在本发明中，步骤(1)所述掺杂的方式包括硼扩散。

在本发明中，所述硼扩散包括通源沉积、推进处理以及氧化处理。

在本发明中，所述通源沉积的温度为850-950℃，例如850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃等。

在本发明中，所述通源沉积的时间为30-50min，例如30min、32min、35min、37min、40min、42min、45min、47min、50min等。

在本发明中，所述通源沉积用硼源为三溴化硼。

在本发明中，所述通源沉积是在通入流量为100-1000sccm(例如100sccm、200sccm、300sccm、400sccm、500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm、1000sccm等)的三溴化硼中进行的。

在本发明中，所述推进处理的温度为1000-1100℃，例如1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃等。

在本发明中，所述推进处理的时间为40-80min，例如40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min等。

在本发明中，所述推进处理是在流量为10-20slm(例如10slm、11slm、12slm、13slm、14slm、15slm、16slm、17slm、18slm、19slm、20slm等)的氮气中进行的。

在本发明中，所述氧化处理的温度为1000-1100℃，例如1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃等。

在本发明中，所述氧化处理的时间为60-100min，例如60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min等。

在本发明中，所述氧化处理是在通入流量为10-20slm(例如10slm、11slm、12slm、13slm、14slm、15slm、16slm、17slm、18slm、19slm、20slm等)的氧气的条件下进行的。

在本发明中，步骤(1)所述掺杂的方式为硼扩散，所述硼扩散后的N型基底层的正面、背面以及侧面均依次层叠有发射极层和硼硅玻璃层。

在本发明中，层叠指的是终局的位置状态，不代表形成过程。

在本发明中，步骤(1)所述掺杂的方式为硼扩散，所述步骤(1)还包括将硼扩散后的N型基底层进行刻蚀处理除去背面以及侧面依次层叠的发射极层和硼硅玻璃层。

本发明中通过硼扩散的方式在N型基底层正面形成发射极层和硼硅玻璃层，在后续进行多晶硅掺杂层时，可以有效的防止磷扩散进正面的发射极层，无需进行掩膜处理，大大节省了工艺成本和时间，且在后续除去磷硅玻璃层和绕镀的多晶硅时，也可以同时除去硼硅玻璃层，不影响最终钝化接触电池的使用。

在本发明中，所述刻蚀处理包括酸刻蚀处理和/或碱刻蚀处理，优选碱刻蚀处理。

在本发明中，所述酸刻蚀处理用溶液为氢氟酸。

在本发明中，所述酸刻蚀处理用溶液的浓度为2-10％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。

在本发明中，所述碱刻蚀处理用溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。

在本发明中，所述碱刻蚀处理用溶液的浓度为10-30％，例如10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％等。

在本发明中，所述刻蚀处理的深度为2-10μm，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm等。

在本发明中，步骤(1)所述正面包括有发射极层的N型基底层中发射极层的方阻为60-150Ω，例如60Ω、70Ω、80Ω、90Ω、100Ω、110Ω、120Ω、130Ω、140Ω、150Ω等。在本发明中，步骤(2)所述多晶硅掺杂层是先通过低压化学气相沉积法沉积多晶硅，而后进行掺杂形成的。

在本发明中，所述低压化学气相沉积法的压力为50-500mTorr，例如50mTorr、100mTorr、120mTorr、150mTorr、180mTorr、200mTorr、220mTorr、250mTorr、270mTorr、300mTorr、350mTorr、400mTorr、450mTorr、500mTorr等。

在本发明中，所述掺杂的方式为磷扩散。

在本发明中，所述磷扩散包括第一次通源沉积、推进处理以及第二次通源沉积。

在本发明中，所述第一次通源沉积的温度为700-800℃，例如700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃等。

在本发明中，所述第一次通源沉积的时间为20-40min，例如20min、22min、25min、27min、30min、32min、35min、37min、40min等。

在本发明中，所述第一次通源沉积用磷源为三氯氧磷。

在本发明中，所述第一次通源沉积是在通入流量为100-1000sccm(例如100sccm、200sccm、300sccm、400sccm、500sccm、600sccm、700sccm、800sccm、900sccm、1000sccm等)的三氯氧磷中进行的；

在本发明中，所述推进处理的温度为800-1000℃，例如800℃、820℃、850℃、870℃、900℃、920℃、950℃、970℃、1000℃等。

在本发明中，所述推进处理的时间为30-50min，例如30min、32min、35min、37min、40min、42min、45min、47min、50min等。

在本发明中，所述推进处理是在通入流量为500-5000sccm(例如500sccm、1000sccm、1500sccm、2000sccm、2500sccm、3000sccm、3500sccm、4000sccm、4500sccm、5000sccm等)的氮气中进行的；

在本发明中，所述第二次通源沉积的温度为700-800℃，例如700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃等。

在本发明中，所述第二次通源沉积的时间为3-8min，例如3min、4min、5min、6min、7min、8min等。

在本发明中，所述第二次通源沉积用磷源为三氯氧磷。

在本发明中，所述第二次通源沉积是在通入流量为50-500sccm(例如50sccm、100sccm、150sccm、200sccm、250sccm、300sccm、350sccm、400sccm、450sccm、500sccm等)的三氯氧磷中进行的。

在本发明中，步骤(2)所述多晶硅掺杂层的方阻为20-200Ω，例如20Ω、50Ω、70Ω、100Ω、120Ω、150Ω、170Ω、200Ω等。

在本发明中，步骤(2)所述形成多晶硅掺杂层时，多晶硅掺杂层的表面还层叠有磷硅玻璃层，且背面带有氧化层的N型基底层的正面还包括绕镀有多晶硅以及绕扩有磷硅玻璃层。

在本发明中，所述步骤(2)还包括将形成多晶硅掺杂层后得到的带有掺杂层的N型基底层进行后处理。

在本发明中，所述后处理包括依次去除带有掺杂层的N型基底层正面绕扩的磷硅玻璃层、绕镀的多晶硅、硼硅玻璃层以及带有掺杂层的N型基底层背面的磷硅玻璃层。

在本发明中，所述后处理的方式包括：首先用第一次酸刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面绕扩的磷硅玻璃层，其次用碱刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面绕镀的多晶硅，最后用第二次酸刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面的硼硅玻璃层以及背面的磷硅玻璃层。

在本发明中，所述第一次酸刻蚀法用溶液为氢氟酸。

在本发明中，所述第一次酸刻蚀法用溶液的浓度为2-10％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等。

在本发明中，所述碱刻蚀法用溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。

在本发明中，所述碱刻蚀法用溶液的浓度为10-30％，例如10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％等。

在本发明中，所述第二次酸刻蚀法用溶液为氢氟酸。

在本发明中，所述第二次酸刻蚀法用溶液的浓度为5-20％，例如5％、7％、10％、12％、15％、17％、20％等。

在本发明中，步骤(3)所述氧化钝化层的形成方式为原子层沉积法。

在本发明中，步骤(3)所述减反层的形成方式为原子层沉积法或等离子体化学气相沉积法。

在本发明中，步骤(3)所述保护层的形成方式为等离子体化学气相沉积法。

在本发明中，步骤(4)所述正面电极层和背面电极层的形成方式均包括将带有钝化结构的N型基底层先进行丝网印刷，而后进行烧结。

本发明中采用丝网印刷以及烧结的方式形成正面电极层和背面电极层，无需进行开槽处理，因为电极用材料为银浆或银铝浆，可以烧穿保护层、氧化钝化层和减反层，从而与发射极层和多晶硅掺杂层连接。

在本发明中，所述丝网印刷的浆料宽度为20-50μm，(例如20μm、22μm、25μm、27μm、30μm、32μm、35μm、37μm、40μm、42μm、45μm、47μm、50μm等)，高度为10-25μm，(例如10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、22μm、25μm等)。

在本发明中，所述烧结的温度为700-850℃，例如700℃、720℃、750℃、770℃、800℃、820℃、850℃等。

在本发明中，所述烧结的时间为10-100s，例如10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s等。

作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将N型基底层预先进行制绒，而后将制绒后的N型基底层进行在硼源为三溴化硼情况下进行硼扩散，得到正面、背面以及侧面均依次层叠有发射极层和硼硅玻璃层的N型基底层；

(2)将步骤(1)得到的正面、背面以及侧面均依次层叠有发射极层和硼硅玻璃层的N型基底层进行刻蚀处理除去背面以及侧面依次层叠的发射极层和硼硅玻璃层，得到正面包括有发射极层和硼硅玻璃层的N型基底层，其中发射极层的方阻为60-150Ω；

(3)将步骤(2)得到的得到正面包括有发射极层和硼硅玻璃层的N型基底层的背面首先分三步依次进行化学氧化：第一步，在双氧水和浓硫酸的水溶液中(双氧水的浓度为1-10wt％，浓硫酸的浓度为50-80wt％)在温度为70-110℃条件下进行化学氧化5-15min；第二步，在双氧水和氨水的水溶液中(双氧水的浓度为1-10wt％，氨水的浓度为1-10wt％)在温度为60-80℃条件下进行化学氧化5-15min；第三步，在双氧水和盐酸的水溶液中(双氧水的浓度为1-10wt％，盐酸的浓度为1-10wt％)在温度为60-80℃条件下进行化学氧化5-15min；其次在500-600℃进行热氧化2-20min，生长形成氧化层，得到背面带有氧化层的N型基底层，而后在氧化层表面在压力为50-500mTorr的条件下通过化学气相沉积法沉积多晶硅，并在磷源为三氯氧磷条件下进行磷扩散，得到带有掺杂层的N型基底层；

(4)将步骤(3)得到的带有掺杂层的N型基底层通过第一次酸刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面的磷硅玻璃层，其次用碱刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面绕镀的多晶硅，最后用第二次酸刻蚀法除去带有掺杂层的N型基底层正面的硼硅玻璃层以及背面的磷硅玻璃层，得到背面带有氧化硅层和多晶硅掺杂层的N型基底层，其中多晶硅掺杂层的方阻为20-200Ω；

(5)将步骤(4)得到的处理后的背面带有氧化硅层和N型多晶硅层的N型基底层的正面先通过原子层沉积法形成氧化钝化层，而后通过原子层沉积法或等离子体化学气相沉积法形成减反层，背面通过等离子体化学气相沉积法形成保护层，得到带有钝化结构的N型基底层；

(6)将步骤(5)得到的带有钝化结构的N型基底层先通过丝网印刷，而后在700-850℃烧结10-100s，形成正面电极层和背面电极层，得到所述钝化接触电池。

本发明的目的之四在于提供一种钝化接触电池，所述钝化接触电池是通过目的之三所述的制备方法制备得到的。

所述钝化接触电池包括：

N型基底层；

依次设置在N型基底层正面的发射极层、氧化钝化层、减反层以及正面电极层，所述正面电极层依次贯穿减反层和氧化钝化层，与发射极层连接；

以及依次设置在N型基底层背面的氧化层、多晶硅掺杂层、保护层以及背面电极层，所述背面电极层贯穿保护层，与多晶硅掺杂层连接。

本发明的钝化接触电池具有体少子寿命高、衰减少以及光转化效率高的优点；其中，通过在N型基底层反面设置氧化层和多晶硅掺杂层，利用氧化层和多晶硅掺杂层与保护层形成钝化接触，在保证良好表面接触的作用下，具有很低的接触电阻，能够在保证开路电压的前提下保持填充因子的优势。此外，该电池结构还同时适用于单面和双面的光伏组件。

在本发明中，需要理解的是，术语“正面”、“反面”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，所述N型基底层的厚度为120-180μm，例如180μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm、150μm、155μm、160μm、165μm、170μm、175μm、180μm等。

在本发明中，所述发射极层为P+发射极层。

在本发明中，所述发射极层的厚度为0.2-2μm，例如0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm等。当发射极层的厚度高于2μm，则会导致电子-空穴对收集效率偏低，降低电池的短路电流；当发射极层的厚度低于0.2μm，则存在正面金属电极穿透PN结，造成填充因子下降的风险。

在本发明中，所述氧化钝化层为氧化铝钝化层。

在本发明中，所述氧化钝化层的厚度为2-20nm，例如2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm等。当氧化钝化层的厚度高于20nm，则会影响背面电极的接触；当氧化钝化层的厚度低于2nm，则存在热稳定性差，影响钝化效果的风险。

在本发明中，所述减反层为氮化硅减反层。

在本发明中，所述减反层的厚度为50-200nm，例如50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm等。

在本发明中，所述减反层的折射率为1.9-2.2％，例如1.9％、2.0％、2.1％、2.2％等。若减反层的折射率过高或过低，则会影响钝化接触电池的短路电流，从而影响钝化接触电池的光转化效率。

在本发明中，所述正面电极层为金属电极层。

在本发明中，所述正面电极层为银铝合金电极层。

在本发明中，所述正面电极层的厚度为10-30μm，例如10μm、12μm、15μm、17μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm等。

在本发明中，所述氧化层为氧化硅层。

在本发明中，所述氧化层的厚度为1-3nm，例如1nm、1.2nm、1.5nm、1.7nm、2nm、2.2nm、2.5nm、2.7nm、3nm等。当氧化层的厚度高于3nm，则无法形成与背面电极良好的接触；当氧化层的厚度低于1nm，则钝化效果会受到影响。

在本发明中，所述多晶硅掺杂层的厚度为50-300nm，例如50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、170nm、200nm、220nm、250nm、270nm、300nm等。当多晶硅掺杂层的厚度高于300nm，则该层对长波光谱的寄生吸收会导致电池的长波响应过低；当多晶硅掺杂层的厚度低于50nm，则会影响背面电极烧结。

在本发明中，所述保护层为氮化硅层。

在本发明中，所述保护层的厚度为50-200nm，例如50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、170nm、200nm。

在本发明中，所述背面电极层为金属电极层。

在本发明中，所述背面电极层为银电极层。

在本发明中，所述背面电极层的厚度为5-20μm，例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm等。

本发明的目的之五在于提供一种如目的之一所述的钝化接触电池作为能源电池在太阳能交流发电装置中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明钝化接触的制备方法中氧化层采用化学氧化和热氧化叠加处理生长氧化层，便于快速均匀的形成氧化层，同时具有一定的清洗效果；该钝化接触电池的制备方法得到的钝化接触电池具有较好的光转化效率和良率，光转化效率高达23.27％。