CN110838536A - 具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括N型晶体硅基体，其前表面包含浅掺杂的n+表面场和钝化减反射薄膜，背表面包含P型发射极区域、N型背表面场区域、以及凹槽结构；P型发射极区域位于凹槽结构之中，N型背表面场区域位于凹槽结构之上；N型背表面场区域从内到外依次包括隧穿SiO_X层、n+poly层、氧化层、n+poly层、隧穿SiO_X层、以及p+poly层；SiO_X层与n+poly层形成c‑Si/SiO_X/n+poly隧道结，氧化层与n+poly层形成n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧穿SiO_X层与p+poly层形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结；P型发射极区域从内到外依次包括隧穿SiOx层和p+poly层，SiO_X层与p+poly层形成c‑Si/SiO_X/p+poly隧道结；P型发射极区域设有P型金属电极，N型背表面场区域设有N型金属电极。

Description

具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在晶体硅太阳能电池中，电池的效率损失可以分为电学损失和光学损失两个方面，电学损失重要组成部分为金属-半导体接触引起的复合损失和电阻损失，而光学损失的重要组成部分为受光面金属栅线的遮挡。

目前商业化的晶体硅太阳能电池中，如p型全铝背场电池、p型PERC电池或者n型PERT电池，受光面金属遮挡面积为～5％左右；在保证接触电阻率较低的情况下，p-PERC电池前表面的n+发射与金属接触区域的暗饱和电流密度(J0,metal)为800～1000fA/cm²；对于n型电池，复合损失更高，p+发射极与金属接触区域的暗饱和电流密度(J0,metal)为1000～2000fA/cm²。为了进一步提高晶体硅太阳能电池的效率，降低以下三方面的损失显得尤为重要：1)受光面金属遮挡引起的光学损失，2)金属-半导体接触的复合损失，3)金属-半导体接触的电阻损失。

研究发现，隧穿氧化层钝化金属接触结构具有显著的电学性能，可同时获得低接触电阻率和低表面复合，此结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂的多晶硅层组成。由于掺杂多晶硅层对光的吸收属于‘寄生性’吸收，即对光生电流没有贡献，隧穿氧化层钝化金属接触结构多用于电池的背面。2017年，德国Fraunhofer太阳能系统研究所的Feldmann等将隧穿氧化层钝化金属接触结构的太阳能电池的转换效率提升至25.8％，电池前表面的栅线导致了～0.2％的效率损失。2018年，德国ISFH太阳能研究所将隧穿氧化层钝化金属接触结构引入背接触(IBC)电池，电池前表面没有金属电极遮挡，取得26.1％的转换效率。

常规的晶体硅背接触(IBC)电池：1)需要多步掩膜工艺；2)需要精确控制背面发射极区域和背场区域的间隔防止漏电；3)需要精准对位的金属化技术，将P区电极与N区电极隔离开；上述原因导致IBC电池的大规模产业化面临诸多挑战，如：工序较多、工艺复杂、产能较低、成本较高等。将隧穿氧化层钝化金属接触结构引入IBC电池，制备发射极和背表面场(BSF)均为钝化接触结构的IBC电池(POLO-IBC)无疑进一步加剧了工艺的难度。德国ISFH太阳能研究所26.1％效率的POLO-IBC电池，采用光刻胶掩膜技术来完成背面发射极与BSF区域的掺杂，发射极与BSF中间的本征区域同样采用光刻胶掩膜实现，防止电池漏电。电池的金属化方式为物理气相沉积法(PVD)，先通过激光开膜的方式局域去除发射极与BSF上方的钝化膜，热蒸发10μm厚度的金属铝作为电极，然后沉积一层SiO_X作为掩膜，再次激光开膜去除特定区域的金属铝电极，将P区与N区上方的金属电极隔离开来，最终完成电池的金属化。

此外，晶体硅太阳能电池产业化中最常用的金属化方法是丝网印刷加烧结，与PVD等温和的金属化方式不同，丝网印刷加烧结工艺会使金属穿透隧穿氧化层/掺杂多晶硅，直接与硅衬底接触，导致金属区域下的复合激增，接触变差。对于银铝浆料，金属穿透氧化层/掺杂多晶硅的现象会更加严重。

光刻胶掩膜及PVD沉积金属电极的方式等工艺属于实验室技术，不适合企业大规模量产，为了提高太阳能电池的转换效率，将IBC结构优异的光学特性与钝化接触结构优异的电学特性结合起来，制备掩膜工艺次数少、电池漏电低、适合大规模量产的钝化接触IBC电池具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池。

本发明的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池，其技术方案为：包括以下步骤：

(1)、在N型晶体硅基体的背表面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积本征多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；在本征多晶硅层上沉积氧化层，在氧化层上沉积本征多晶硅层，形成i-poly/Oxide/i-poly隧道结；

(2)、在前表面n+掺杂区域沉积掩膜，对所述本征多晶硅层进行磷掺杂，高温激活或者推进磷原子，以使所述本征多晶硅层转变为磷掺杂的多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，同时在外层磷掺杂的多晶硅层上形成含磷氧化硅层；

(3)、去除N型晶体硅基体背面的局部含磷氧化硅层、c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结；

(4)、将N型晶体硅基体放入碱溶液中进行各向同性刻蚀，在刻蚀过程中，N型晶体硅基体上被含磷氧化硅层覆盖的区域未被刻蚀，未被含磷氧化硅层覆盖的区域被碱性溶液刻蚀成内陷的凹槽结构；

(5)、将N型晶体硅基体放入酸溶液中，去除N型晶体硅基体前表面n+掺杂区域的掩膜和背表面的含磷氧化硅层；

(6)、在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积原位硼掺杂的多晶硅层，以在N型晶体硅基体的背面上未设置有凹槽结构的区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结，在所述凹槽结构的底部形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；并进行退火处理，以使原位硼掺杂的多晶硅层转变为掺硼多晶硅层。

本发明提供的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法，还包括如下附属技术方案：

其中，在步骤(1)之前，该方法还包括：

(1)’、选择N型晶体硅基体，对N型晶体硅基体的表面进行清洗，并制作绒面；

(2)’、在N型晶体硅基体的制绒面上进行磷扩散，形成双面n+掺杂区域；

(3)’、刻蚀N型晶体硅基体的背表面，并进行抛光处理，以去除N型晶体硅基体的背表面n+掺杂区域。

其中，该方法还包括：

(7)、在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体背面沉积钝化膜，在N型晶体硅基体正面沉积减反膜；

(8)、N型晶体硅基体背面的N型背面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线。

其中，所述凹槽结构为弧形凹槽结构，其最大宽度为0.9～1.8mm，深度为3～10μm。

其中，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及c-Si/SiO_X/p+poly隧道结中的SiO_X为隧穿氧化层，其厚度为0.5-3.5nm，生长方式为热氧化、HNO₃氧化、O₃氧化、或原子层沉积法；

所述n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的Oxide为氧化物层，其厚度为2.0-15nm，生长方式为PECVD、或原子层沉积法。

其中，所述氧化物层包括氧化硅、氧化铝、或二氧化钛。

其中，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的n+poly均为磷掺杂的多晶硅层，其厚度为50-300nm，其通过沉积方式或掺杂方式形成；其中，

沉积方式包括低压化学沉积本征混有微晶硅相的多晶硅层，沉积温度为550-650℃；

掺杂方式包括离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃；

若掺杂方式为离子注入磷原子或常压化学气相沉积磷硅玻璃，在进行掺杂工艺完成后，需进行退火处理，退火温度为800～950℃，退火时间为5～60min；退火后，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结的整体方阻值为30～200Ω/sq。

其中，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中：所述p+poly为硼掺杂的多晶硅层，其沉积方式为物理气相沉积原位掺杂硼原子的多晶硅，并进行高温退火处理，退火的温度为800～950℃，退火时间为5～60min，退火后的方阻值为30～200Ω/sq。

其中，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中，所述n+poly的掺杂浓度为2～6E+20cm^-3,p+poly的掺杂浓度范围为1～4E+20cm^-3。

本发明还公开了一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，

所述N型晶体硅基体的前表面包含浅掺杂的n+表面场和钝化减反射薄膜；

所述N型晶体硅基体的背表面包含P型发射极区域、N型背表面场区域、以及凹槽结构；所述P型发射极区域位于所述凹槽结构之中，所述N型背表面场区域位于所述凹槽结构之上；

所述N型背表面场区域从内到外依次包括隧穿SiO_X层、n+poly层、氧化层、n+poly层、隧穿SiO_X层、以及p+poly层；其中，

SiO_X层与n+poly层在N型背表面场区域形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结，氧化层与n+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧穿SiO_X层与p+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域从内到外依次包括隧穿SiOx层和p+poly层；所述SiO_X层与p+poly层在P型发射极区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域设置有P型金属电极，所述N型背表面场区域设置有N型金属电极。

其中，所述P型发射极区域的宽度为0.9～1.8mm，N型背表面场区域的宽度为0.6～1.4mm；

其中，所述N型晶体硅基体的前表面和后表面均设置有叠层介质膜；其中，

所述N型晶体硅基体的前表面设置有SiO₂/SiN_X叠层钝化减反射薄膜，SiO₂层的厚度为3～15nm，SiN_X层的厚度为60～80nm；

所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、或Al₂O₃中任意两种的叠层钝化减反射薄膜；或所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、以及Al₂O₃叠层钝化减反射薄膜。

本发明的实施包括以下技术效果：

背接触电池的栅线全部位于电池的背面，前表面无金属遮挡，可以显著降低光学损失；隧穿氧化层钝化金属接触结构，同时具备低接触电阻率和低表面复合的特点，可以显著降低复合损失和电阻损失。因此，将背接触电池结构与隧穿氧化层钝化金属接触结构相结合可以显著提高电池的转换效率。然而，文献报道的背接触结构的钝化金属接触电池具有诸多的技术难点：1)制备工艺(如光刻技术、热蒸发电极技术)属于实验室技术，适用于小尺寸电池——4cm²，难以在全尺寸硅片上实现大规模批量化生产；2)需要多步掩膜工艺；3)需要精确控制背面发射极和背场的间隔防止漏电；4)需要精准对位的金属化技术。

本发明创造性地将多种隧道结结构和弧形凹槽结构引入背接触电池，可有效解决上述技术难点：1.利用背接触结构，实现前表面无栅线遮挡，显著降低光学损失；2.利用多种隧道结结构，获得极低的表面复合速率和接触电阻率，显著减低电学中的复合损失和接触损失，从而获得更高的转换效率，同时可以降低掩膜次数；3.采用弧形凹槽结构，不仅可以实现“自掩膜”，还可以实现发射极与BSF的“自对准”，便于丝网印刷的精准对位，显著减少工艺步骤、降低掩膜次数及工艺的难度，为钝化金属接触结构在背接触电池中的运用提供了新的实现途径，适合大规模量产。

附图说明

图1为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤一后的电池结构截面示意图。

图2为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤二后的电池结构截面示意图。

图3为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤三后的电池结构截面示意图。

图4为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤四后的电池结构截面示意图。

图5为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤五后的电池结构截面示意图。

图6为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤六后的电池结构截面示意图。

图7为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤七后的电池结构截面示意图。

图8为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤八后的电池结构截面示意图。

图9为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤九后的电池结构截面示意图。

图10为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤十后的电池结构截面示意图。

图11为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤十一后的电池结构截面示意图。

图12为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤十二后的电池结构截面示意图。

图13为本发明实施例的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法步骤十三后的电池结构截面示意图，即一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的结构图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

具体实施例仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到保护。

本发明提供的一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在N型晶体硅基体的背表面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积本征多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；在本征多晶硅层上沉积氧化层，在氧化层上沉积本征多晶硅层，形成i-poly/Oxide/i-poly隧道结；

(2)、先在前表面n+掺杂区域沉积掩膜；然后对所述本征多晶硅层进行磷掺杂，高温激活或者推进磷原子，以使所述本征多晶硅层转变为磷掺杂的多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，同时在外层磷掺杂的多晶硅层上形成含磷氧化硅层；

(3)、去除N型晶体硅基体背面的局部含磷氧化硅层、c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结；

(4)、将N型晶体硅基体放入碱溶液中进行各向同性刻蚀，在刻蚀过程中，N型晶体硅基体上被含磷氧化硅层覆盖的区域未被刻蚀，未被含磷氧化硅层覆盖的区域被碱性溶液刻蚀成内陷的凹槽结构；

(5)、将N型晶体硅基体放入酸溶液中，去除N型晶体硅基体前表面n+掺杂区域的掩膜和背表面的含磷氧化硅层；

(6)、在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积原位硼掺杂的多晶硅层，以在N型晶体硅基体的背面上未设置有凹槽结构的区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结，在所述凹槽结构的底部形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；并进行退火处理，以使原位硼掺杂的多晶硅层转变为掺硼多晶硅层。

优选地，该方法还包括：

(1)’、选择N型晶体硅基体，对N型晶体硅基体的表面进行清洗，并制作绒面；

(2)’、在N型晶体硅基体的制绒面上进行磷扩散，形成双面n+掺杂区域；

(3)’、刻蚀N型晶体硅基体的背表面，并进行抛光处理，以去除N型晶体硅基体的背表面n+掺杂区域。

优选地，该方法还包括：

(7)、在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体背面沉积钝化膜，在N型晶体硅基体正面沉积减反膜；

(8)、N型晶体硅基体背面的N型背面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线。

其中，所述凹槽结构为弧形凹槽结构，其最大宽度为0.9～1.8mm，深度为3～10μm。

优选地，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及c-Si/SiO_X/p+poly隧道结中的SiO_X为隧穿氧化层，其厚度为0.5-3.5nm，生长方式为热氧化、HNO₃氧化、O₃氧化、或原子层沉积法；

所述n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的Oxide为氧化物层，其厚度为2.0-15nm，生长方式为PECVD、或原子层沉积法。

其中，所述氧化物层包括氧化硅、氧化铝、或二氧化钛。

优选地，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的n+poly均为磷掺杂的多晶硅层，其厚度为50-300nm，其通过沉积方式或掺杂方式形成；其中，

沉积方式包括低压化学沉积本征混有微晶硅相的多晶硅层，沉积温度为550-650℃；

掺杂方式包括离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃；

若掺杂方式为离子注入磷原子或常压化学气相沉积磷硅玻璃，在进行掺杂工艺完成后，需进行退火处理，退火温度为800～950℃，退火时间为5～60min；退火后，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结的整体方阻值为30～200Ω/sq。

优选地，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中：

所述p+poly为硼掺杂的多晶硅层，其沉积方式为物理气相沉积原位掺杂硼原子的多晶硅，并进行高温退火处理，退火的温度为800～950℃，退火时间为5～60min，退火后的方阻值为30～200Ω/sq。

优选地，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中，

所述n+poly的掺杂浓度为2～6E+20cm^-3，p+poly的掺杂浓度范围为1～4E+20cm^-3。

本发明还公开了一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，

所述N型晶体硅基体的前表面包含浅掺杂的n+表面场和钝化减反射薄膜；

所述N型晶体硅基体的背表面包含P型发射极区域、N型背表面场区域、以及凹槽结构；所述P型发射极区域位于所述凹槽结构之中，所述N型背表面场区域位于所述凹槽结构之上；

所述N型背表面场区域从内到外依次包括隧穿SiO_X层、n+poly层、氧化层、n+poly层、隧穿SiO_X层、以及p+poly层；其中，

SiO_X层与n+poly层在N型背表面场区域形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结，氧化层与n+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧穿SiO_X层与p+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域从内到外依次包括隧穿SiOx层和p+poly层；所述SiO_X层与p+poly层在P型发射极区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域设置有P型金属电极，所述N型背表面场区域设置有N型金属电极。

其中，所述P型发射极区域的宽度为0.1～10mm，N型背表面场区域的宽度为0.1～10mm；优选地，所述P型发射极区域的宽度为0.9～1.8mm，N型背表面场区域的宽度为0.6～1.4mm；

优选地，所述N型晶体硅基体的前表面和后表面均设置有叠层介质膜；其中，

所述N型晶体硅基体的前表面设置有SiO₂/SiN_X叠层钝化减反射薄膜，SiO₂层的厚度为3～15nm，SiN_X层的厚度为60～80nm；

所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、或Al₂O₃中任意两种的叠层钝化减反射薄膜；或所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、以及Al₂O₃叠层钝化减反射薄膜。

本发明针对现有的IBC结构的钝化接触电池存在技术门槛高(光刻技术)、掩膜次数多、不兼容产业化烧结工艺等方面的不足，提供一种具有多种隧道结结构的钝化金属接触太阳能电池及制备方法，本发明创造性的使用多种隧道结结构和弧形凹槽结构。其中，多种隧道结结构能够：1)调控磷原子在单晶硅衬底中的掺杂分布，获得更低的表面复合速率；2)避免在烧结过程中，金属电极穿透掺杂多晶硅层直接接触硅衬底，极大地降低金属接触复合，3)显著降低掩膜的次数，电池背面结构的制备可以通过“自掩膜”实现，背面不需要额外的掩膜工艺。

弧形凹槽结构能够：1)使背接触电池中的磷掺杂多晶硅层与硼掺杂的多晶硅层在空间上隔离开来，实现发射极与BSF的“自对准”，显著降低电池漏电；2)丝网印刷时，弧形凹槽引起的高度差会在对位相机成像时显现出明暗不同的衬度，便于印刷机的精准对位。

多种隧道结中的第一种隧道结c-Si/SiO_X/n+poly或c-Si/SiO_X/p+poly的作用是钝化n型晶体硅衬底的接触界面，获得极低的表面复合速率，SiO_X/n+poly在接触区域可以获得低于5fA/cm²的J0值，SiO_X/p+poly在接触区域可以获得低于10fA/cm²的J0值，可显著降低表面的复合损失。

多种隧道结中的第二种隧道结n+poly/Oxide/n+poly的作用是调控磷原子的掺杂分布。

需要说明的是，本发明中n+poly需要经历两次退火过程：一次是为了激活n+poly中磷原子并完全晶化为多晶硅，第二次是为了激活p+poly中硼原子并使p+poly完全晶化。因此，两次退火过程使得通过n+poly/Oxide/n+poly结构调控磷原子在n+poly和n型晶体硅衬底中的掺杂分布，以取得很低的表面复合速率和很低的接触电阻率显得尤为重要。

本发明中的氧化层材料，如氧化硅、氧化钛、氧化铝等具有下述两方面的特性：1)对于掺杂原子(如磷原子)具有更加低的扩散系数和2)对于金属浆料更加难烧穿。通过采用不同厚度、不同种类的氧化层材料将掺杂多晶硅层分隔开来，当掺杂原子从多晶硅层表面向内扩散的时，合适厚度的氧化层(如氧化硅、氧化钛、氧化铝等)会将大部分掺杂原子阻挡在外层的n+poly中，防止掺杂原子过多的进入内层(靠近n-Si侧)n+poly和n型晶体硅衬底中，使硅基体中掺杂原子的带尾较浅。

多种隧道结中的第三种隧道结n+poly/SiO_X/p+poly的作用是传输载流子，相当于导线。

本发明中，为了降低掩膜的次数，减少工艺步骤，在物理气相沉积p+poly时，不需要在n+poly上增加额外的掩膜。因此，会导致n+poly上方也会沉积和发射极相同的材料，即：SiO_X/p+poly。在二次退火的过程中，中间的SiO_X会阻挡p+poly中的硼原子扩散进入n+poly，使得掺杂在n+poly与p+poly接触界面的转变变得很“尖锐”。重掺杂的n+poly与p+poly均为简并半导体，p+poly中的费米能级在价带以下，n+poly中的费米能级在导带以上，p+poly的价带中有很多未被电子占据的空的“状态”，n+poly中导带的电子可以直接隧穿至p+poly的空穴，实现载流子的传输，作用相当于导线。

下面将以具体的实施例对发明的具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池制备方法进行详细地说明。

实施例1

(1)分别对N型晶体硅基体1的前表面和背表面清洗，去除损伤层并制绒，如图1所示；其中，N型硅衬底电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。

(2)对制绒后的N型晶体硅基体1进行双面磷扩散，形成双面n+掺杂区域2，如图2所示；其中磷源采用三氯氧磷，扩散的温度为800～1000℃，磷扩散之后n+掺杂区域的方块电阻值为150～400Ω/sq。

(3)刻蚀N型晶体硅基体1的背表面并抛光，如图3所示；采用加热的TMAH或者NaOH溶液，将背面n+掺杂区域2去除并抛光，硅片的减重为0.1～0.5g。

(4)在硅片抛光面上用热氧化的方法生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度为1.1nm，然后在低压化学气相沉积设备中沉积50nm的本征多晶硅层41(含有微晶硅相)，形成第一个c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；接着使用原子层沉积的方式沉积5nm的二氧化钛层5，然后再次使用低压化学气相沉积设备沉积150nm的本征多晶硅层42(含有微晶硅相)，形成第二个i-poly/Oxide/i-poly，如图4所示；其中本征多晶硅41和42的沉积温度为550～650℃。

(5)在前表面n+掺杂区域2上面，采用PECVD沉积一层SiO_X掩膜6，如图5所示，厚度200nm。

(6)采用离子注入的方式对本征多晶硅层进行掺杂，如图6所示；离子注入机的磷源为磷烷，注入的剂量为6.0E+15cm^-2，注入磷原子之后对硅片进行高温激活，退火的温度为875℃，退火的过程中通入氧气，退火时间为60min，含微晶硅相的本征多晶硅层41和42会全部转变为磷掺杂的多晶硅层71和72，71和72的掺杂浓度峰值为4E+20cm^-3，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧道结整体的方阻值为30～200Ω/sq。高温过程中由于通入氧气，退火结束后在表面形成一层含磷氧化硅层8，厚度为40nm。

(7)采用激光波长为532nm的皮秒激光器，局域去除含磷氧化硅层、多晶硅层71和72、二氧化钛层5和二氧化硅层3至N型硅基体1，激光能量密度设置为1J·cm^-2，如图7所示；激光的开膜方式为等间距阵列开膜，激光开膜的宽度为1.2mm，激光间距为1.6mm。

(8)将硅片浸入高选择性反应比(Si:含磷氧化硅层>100:1)的碱液进行各向同性刻蚀，被含磷氧化硅层覆盖的区域得到保护，被激光去除含磷氧化硅层的区域被碱液刻蚀掉，形成向内凹陷的弧形凹槽结构9，如图8所示；弧形凹槽结构9的深度为4μm，向内凹陷的弧形侧壁的直径为4μm。

(9)采用HF溶液去除前表面n+掺杂区域的掩膜6和背面含磷氧化硅层8，如图9所示，HF溶液的体积分数比为5～20％。

(10)在硅片的背表面生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度范围为1.7nm，然后，采用物理气相沉积法沉积原位硼掺杂的多晶硅层10，厚度为200nm，在没有激光开膜的区域形成第三种隧道结n+poly/SiO_X/p+poly，在弧形凹槽结构9底部区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结，钝化金属接触，如图10所示。

(11)将硅片退火处理，如图11所示；退火的温度为915℃，退火时间为5min，在退火过程中，原位硼掺杂的多晶硅层10中硼原子可以被完全激活变成掺硼多晶硅层11，退火后的方阻值为90Ω/sq，掺硼多晶硅层11的掺杂浓度峰值为2E+20cm^-3,掺杂原子在掺磷多晶硅层72与掺硼多晶硅层11接触界面处的转变非常尖锐。

(12)在背表面沉积三层SiO₂/Al₂O₃/SiN_X膜12用于表面钝化，如图12所示，其中底层SiO₂层厚度为1nm，中间Al₂O₃厚度3nm，顶层SiN_X层厚度为65nm，折射率为2.2；然后在前表面沉积SiO₂/SiN_X叠层膜13用于减反射和钝化，其中SiO₂层厚度为5nm，SiN_X层厚度为60nm，折射率为2.05。

(13)通过丝网印刷和烧结的方式，在电池背面的N型背表面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线14和15，如图13所示；金属栅线14的宽度为150μm，根数为98，金属栅线15的宽度为90μm，根数为98，高度为10μm。

实施例2

(1)分别对N型晶体硅基体1的前表面和背表面清洗，去除损伤层并制绒，如图1所示；其中，N型硅衬底电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。

(2)对制绒后的N型晶体硅基体1进行双面磷扩散，形成双面n+掺杂区域2，如图2所示；其中磷源采用三氯氧磷，扩散的温度为800～1000℃，磷扩散之后n+掺杂区域的方块电阻值为150～400Ω/sq。

(3)刻蚀N型晶体硅基体1的背表面并抛光，如图3所示；采用加热的TMAH或者NaOH溶液，将背面n+掺杂区域2去除并抛光，硅片的减重为0.1～0.5g。

(4)在硅片抛光面上用热氧化的方法生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度为1.7nm，然后在低压化学气相沉积设备中沉积50nm的本征多晶硅层41(含有微晶硅相)，形成第一个c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；接着使用PECVD技术沉积5nm的氧化铝层5，然后再次使用低压化学气相沉积设备沉积150nm的本征多晶硅层42(含有微晶硅相)，形成第二个i-poly/Oxide/i-poly，如图4所示；其中本征多晶硅41和42的沉积温度为550～650℃。

(5)在前表面n+掺杂区域2上面，采用PECVD沉积一层SiO_X掩膜6，如图5所示，厚度～200nm。

(6)采用离子注入的方式对本征多晶硅层进行掺杂，如图6所示；离子注入机的磷源为磷烷，注入的剂量为6.0E+15cm^-2，注入磷原子之后对硅片进行高温激活，退火的温度为875℃，退火的过程中通入氧气，退火时间为60min，含微晶硅相的本征多晶硅层41和42会全部转变为磷掺杂的多晶硅层71和72，71和72的掺杂浓度峰值为4E+20cm^-3，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧道结整体的方阻值为30～200Ω/sq。高温过程中由于通入氧气，退火结束后在表面形成一层含磷氧化硅层8，厚度为40nm。

(7)采用激光波长为532nm的皮秒激光器，局域去除含磷氧化硅层8、多晶硅层71和72、氧化铝层5和二氧化硅层3至N型硅基体1，激光能量密度设置为1J·cm^-2，如图7所示；激光的开膜方式为等间距阵列开膜，激光开膜的宽度为1.2mm，激光间距为1.6mm。

(8)将硅片浸入高选择性反应比(Si:含磷氧化硅层>100:1)的碱液进行各向同性刻蚀，被含磷氧化硅层覆盖的区域得到保护，被激光去除含磷氧化硅层的区域被碱液刻蚀掉，形成向内凹陷的弧形凹槽结构9，如图8所示；弧形凹槽结构9的深度为4μm,向内凹陷的弧形侧壁的直径为4μm。

(9)采用HF溶液去除前表面n+掺杂区域的掩膜6和背面含磷氧化硅层8，如图9所示，HF溶液的体积分数比为8～16％。

(10)在硅片的背表面生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度为1.7nm，然后，采用物理气相沉积法沉积原位硼掺杂的多晶硅层10，厚度为200nm，在没有激光开膜的区域形成第三种隧道结n+poly/SiO_X/p+poly，在弧形凹槽结构9底部区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结，钝化金属接触，如图10所示。

(11)将硅片退火处理，如图11所示；退火的温度为915℃，退火时间为5min，在退火过程中，原位硼掺杂的多晶硅层10中硼原子可以被完全激活变成掺硼多晶硅层11，退火后的方阻值为90Ω/sq，掺硼多晶硅层11的掺杂浓度峰值为2E+20cm^-3,掺杂原子在掺磷多晶硅层72与掺硼多晶硅层11接触界面处的转变非常尖锐。

(12)在背表面沉积三层SiO₂/Al₂O₃膜12用于表面钝化，如图12所示，其中底层SiO₂层厚度为5nm，中间Al₂O₃厚度60nm，，折射率为2.2；然后在前表面沉积SiO₂/SiN_X叠层膜13用于减反射和钝化，其中SiO₂层厚度为10nm，SiN_X层厚度为80nm，折射率为2.05。

(13)通过丝网印刷和烧结的方式，在电池背面的N型背表面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线14和15，如图13所示；金属栅线14的宽度为150μm，根数为98，金属栅线15的宽度为90μm，根数为98，高度为30μm。

实施例3

(1)分别对N型晶体硅基体1的前表面和背表面清洗，去除损伤层并制绒，如图1所示；其中，N型硅衬底电阻率为0.3～10Ω·cm,厚度为90～300μm。

(2)对制绒后的N型晶体硅基体1进行双面磷扩散，形成双面n+掺杂区域2，如图2所示；其中磷源采用三氯氧磷，扩散的温度为800～1000℃，磷扩散之后n+掺杂区域的方块电阻值为150～400Ω/sq。

(3)刻蚀N型晶体硅基体1的背表面并抛光，如图3所示；采用加热的TMAH或者NaOH溶液，将背面n+掺杂区域2去除并抛光，硅片的减重为0.1～0.5g。

(4)在硅片抛光面上用热氧化的方法生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度范围为1.4nm，然后在低压化学气相沉积设备中沉积50nm的本征多晶硅层41(含有微晶硅相)，形成第一个c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；接着使用原子层沉积的方式沉积5nm的氧化铝层5，然后再次使用低压化学气相沉积设备沉积150nm的本征多晶硅层42(含有微晶硅相)，形成第二个i-poly/Oxide/i-poly，如图4所示；其中本征多晶硅41和42的沉积温度为550～650℃。

(5)在前表面n+掺杂区域2上面，采用PECVD沉积一层SiO_X掩膜6，如图5所示，厚度200nm。

(6)采用离子注入的方式对本征多晶硅层进行掺杂，如图6所示；离子注入机的磷源为磷烷，注入的剂量为6.0E+15cm^-2，注入磷原子之后对硅片进行高温激活，退火的温度为875℃，退火的过程中通入氧气，退火时间为60min，含微晶硅相的本征多晶硅层41和42会全部转变为磷掺杂的多晶硅层71和72，71和72的掺杂浓度峰值为4E+20cm^-3，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧道结整体的方阻值为30～200Ω/sq。高温过程中由于通入氧气，退火结束后在表面形成一层含磷氧化硅层8，厚度为40nm。

(7)采用激光波长为532nm的皮秒激光器，局域去除含磷氧化硅层、多晶硅层71和72、氧化铝5和二氧化硅层3至N型硅基体1，激光能量密度设置为1J·cm^-2，如图7所示；激光的开膜方式为等间距阵列开膜，激光开膜的宽度为1.2mm，激光间距为1.6mm。

(8)将硅片浸入高选择性反应比(Si:含磷氧化硅层>100:1)的碱液进行各向同性刻蚀，被含磷氧化硅层覆盖的区域得到保护，被激光去除含磷氧化硅层的区域被碱液刻蚀掉，形成向内凹陷的弧形凹槽结构9，如图8所示；弧形凹槽结构9的深度为4μm,向内凹陷的弧形侧壁的直径为4μm。

(9)采用HF溶液去除前表面n+掺杂区域的掩膜6和背面含磷氧化硅层8，如图9所示，HF溶液的体积分数比为15％。

(10)在硅片的背表面生长一层超薄的隧穿二氧化硅层3，厚度范围为1.7nm，然后，采用物理气相沉积法沉积原位硼掺杂的多晶硅层10，厚度为200nm，在没有激光开膜的区域形成第三种隧道结n+poly/SiO_X/p+poly，在弧形凹槽结构9底部区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结，钝化金属接触，如图10所示。

(11)将硅片退火处理，如图11所示；退火的温度为915℃，退火时间为5min，在退火过程中，原位硼掺杂的多晶硅层10中硼原子可以被完全激活变成掺硼多晶硅层11，退火后的方阻值为90Ω/sq，掺硼多晶硅层11的掺杂浓度峰值为2E+20cm^-3,掺杂原子在掺磷多晶硅层72与掺硼多晶硅层11接触界面处的转变非常尖锐。

(12)在背表面沉积两层Al₂O₃/SiN_X膜12用于表面钝化，如图12所示，其中底层Al₂O₃厚度6nm，顶层SiN_X层厚度为45nm，折射率为2.2；然后在前表面沉积SiO₂/SiN_X叠层膜13用于减反射和钝化，其中SiO₂层厚度为8nm，SiN_X层厚度为70nm，折射率为2.05。

(13)通过丝网印刷和烧结的方式，在电池背面的N型背表面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线14和15，如图13所示；金属栅线14的宽度为150μm，根数为98，金属栅线15的宽度为90μm，根数为98，高度为20μm。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (13)

1.一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、在N型晶体硅基体的背表面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积本征多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/i-poly隧道结；在本征多晶硅层上沉积氧化层，在氧化层上沉积本征多晶硅层，形成i-poly/Oxide/i-poly隧道结；

(2)、在前表面n+掺杂区域沉积掩膜后，对所述本征多晶硅层进行磷掺杂，高温激活或者推进磷原子，以使所述本征多晶硅层转变为磷掺杂的多晶硅层，形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结和n+poly/Oxide/n+poly隧道结，同时在外层磷掺杂的多晶硅层上形成含磷氧化硅层；

(3)、去除N型晶体硅基体背面的局部含磷氧化硅层、c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结；

(4)、将N型晶体硅基体放入碱溶液中进行各向同性刻蚀，在刻蚀过程中，N型晶体硅基体上被含磷氧化硅层覆盖的区域未被刻蚀，未被含磷氧化硅层覆盖的区域被碱性溶液刻蚀成内陷的凹槽结构；

(5)、将N型晶体硅基体放入酸溶液中，去除N型晶体硅基体前表面n+掺杂区域的掩膜和背表面的含磷氧化硅层；

(6)、在N型晶体硅基体背面生长隧穿氧化层，并在隧穿氧化层上沉积原位硼掺杂的多晶硅层，以在N型晶体硅基体的背面上未设置有凹槽结构的区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结，在所述凹槽结构的底部形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；并进行退火处理，以使原位硼掺杂的多晶硅层转变为掺硼多晶硅层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)之前，所述方法还包括：

(1)’、选择N型晶体硅基体，对N型晶体硅基体的表面进行清洗，并制作绒面；

(2)’、在N型晶体硅基体的制绒面上进行磷扩散，形成双面n+掺杂区域；

(3)’、刻蚀N型晶体硅基体的背表面，并进行抛光处理，以去除N型晶体硅基体的背表面n+掺杂区域。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

(7)、在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体背面沉积钝化膜，在N型晶体硅基体正面沉积减反膜；

(8)、N型晶体硅基体背面的N型背面场区域和P型发射极区域上形成具有叉指结构的金属栅线。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽结构为弧形凹槽结构，其最大宽度为0.9～1.8mm，深度为3～10μm。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及c-Si/SiO_X/p+poly隧道结中的SiO_X为隧穿氧化层，其厚度为0.5-3.5nm，生长方式为热氧化、HNO₃氧化、O₃氧化、或原子层沉积法；

所述n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的Oxide为氧化物层，其厚度为2.0-15nm，生长方式为PECVD、或原子层沉积法。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化物层包括氧化硅、氧化铝、或二氧化钛。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结中的n+poly均为磷掺杂的多晶硅层，其厚度为50-300nm，通过沉积方式或掺杂方式形成；其中，

沉积方式包括低压化学沉积本征混有微晶硅相的多晶硅层，沉积温度为550-650℃；

掺杂方式包括离子注入磷原子、磷扩散、或常压化学气相沉积磷硅玻璃。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，掺杂方式为离子注入磷原子或常压化学气相沉积磷硅玻璃，在进行掺杂工艺完成后，需进行退火处理，退火温度为800～950℃，退火时间为5～60min；退火后，所述c-Si/SiO_X/n+poly隧道结、以及n+poly/Oxide/n+poly隧道结的整体方阻值为30～200Ω/sq。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中：所述p+poly为硼掺杂的多晶硅层，其沉积方式为物理气相沉积原位掺杂硼原子的多晶硅，并进行高温退火处理，退火的温度为800～950℃，退火时间为5～60min，退火后的方阻值为30～200Ω/sq。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述n+poly/SiO_X/p+poly隧道结中，所述n+poly的掺杂浓度为2～6E+20cm^-3，p+poly的掺杂浓度范围为1～4E+20cm^-3。

11.一种具有多种隧道结结构的背接触太阳能电池，包括N型晶体硅基体，其特征在于：

所述N型晶体硅基体的前表面包含浅掺杂的n+表面场和钝化减反射薄膜；

所述N型晶体硅基体的背表面包含P型发射极区域、N型背表面场区域、以及凹槽结构；所述P型发射极区域位于所述凹槽结构之中，所述N型背表面场区域位于所述凹槽结构之上；

所述N型背表面场区域从内到外依次包括隧穿SiO_X层、n+poly层、氧化层、n+poly层、隧穿SiO_X层、以及p+poly层；其中，

所述SiO_X层与n+poly层在N型背表面场区域形成c-Si/SiO_X/n+poly隧道结，氧化层与n+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/Oxide/n+poly隧道结，隧穿SiO_X层与p+poly层在N型背表面场区域形成n+poly/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域从内到外依次包括隧穿SiOx层和p+poly层；所述SiO_X层与p+poly层在P型发射极区域形成c-Si/SiO_X/p+poly隧道结；

所述P型发射极区域设置有P型金属电极，所述N型背表面场区域设置有N型金属电极。

12.根据权利要求11所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述P型发射极区域的宽度为0.9～1.8mm，N型背表面场区域的宽度为0.6～1.4mm。

13.根据权利要求11所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述N型晶体硅基体的前表面和后表面均设置有叠层介质膜；其中，

所述N型晶体硅基体的前表面设置有SiO₂/SiN_X叠层钝化减反射薄膜，SiO₂层的厚度为3～15nm，SiN_X层的厚度为60～80nm；

所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、或Al₂O₃中任意两种的叠层钝化减反射薄膜；或所述N型晶体硅基体的背表面设置有SiO_X、SiN_X、以及Al₂O₃三种的叠层钝化减反射薄膜。

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