一种背结p型电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，更具体地说，涉及一种背结p型电池及其制备方法。

背景技术：

1、在光伏产业持续追求更高转换效率与更低度电成本的驱动下，具备更高理论效率上限的电池结构逐渐成为研发重点。其中，背结电池通过将pn结设置在电池背面，形成了独特的结构优势：一方面，相较于传统正结电池，由于发射极转移至背面，正面无需进行重掺杂以形成pn结，不仅显著降低了正面金属接触区域的复合，还使正面能够设计为更细、更疏的金属栅线，从而有效减少遮光损失，为提升短路电流（isc）及填充因子（ff）创造了有利条件。另一方面，相较于栅线与结均位于背面的全背接触电池，背面结topcon电池（tbj）在结构上保留了正面主栅线，显著简化了背面电极图形及其工艺对准难度，降低了互联成本及背面漏电风险，在效率潜力与量产可行性之间实现了较优平衡。因此，将主流的隧穿氧化层钝化接触技术与背结结构相结合形成的tbj电池，被认为是下一代高效且具备量产潜力的重要技术方向。

2、然而，尽管n型tbj（n-tbj）在理论上具有显著优势，其产业化进程仍相对滞后。目前光伏产业已逐步向以n型硅片为基础的技术平台转型，但成熟且具备商业化价值的n-tbj解决方案仍未形成。其主要障碍在于，现有量产工艺难以在n型衬底上同时兼顾正面优异的光学性能与钝化性能，以及背面高效且低复合的p-n结结构，具体表现为以下两个方面的关键矛盾：

3、其一，在正面结构方面，tbj电池要求正面具备高性能钝化能力的同时兼顾高透光性，但现有技术方案均存在明显不足：

4、（1）若采用磷掺杂多晶硅作为钝化接触层，虽然能够提供优异的钝化效果，但多晶硅层本身存在较强的寄生吸收。为满足正面金属栅线的接触可靠性及焊接强度要求，该层厚度通常难以进一步降低，从而导致较大的光学损失，进而影响短路电流（isc）；

5、（2）若为降低吸收而采用常规磷扩散形成前表面场，其表面钝化性能（通常以j0值表征）明显劣于topcon结构，进而导致开路电压（voc）下降。

6、其二，在背面结构方面，高效n-tbj电池要求背面的p-n结具备极低的复合电流，但现有p型接触技术仍存在一定局限：

7、（1）传统硼扩散发射极在金属接触区域的复合较为严重，其接触复合参数（j0e）通常在5～7 fa/cm2以上，已成为限制开路电压进一步提升的重要因素；

8、（2）采用硼掺杂多晶硅的p型topcon结构虽可将j0降低至4～6 fa/cm2，但仍未达到更低极限，同时在薄膜质量控制、掺杂均匀性等方面仍存在工艺挑战，从而制约电池效率的进一步提升。

9、然而，上述技术路线均建立在n型硅片基础上，其核心难点在于需要在电池背面构建兼具低复合损失和低接触电阻的p型接触结构。现有硼扩散发射极及硼掺杂多晶硅钝化接触结构虽然能够实现载流子选择性传输，但其接触复合电流仍相对较高，且在掺杂均匀性、薄膜质量控制及工艺稳定性方面存在较大挑战，从而限制了n型tbj电池效率的进一步提升。

10、发明人研究发现，上述问题并非来源于背结结构本身，而主要来源于n型衬底条件下必须构建高性能p型接触这一工艺要求。若采用掺镓p型硅片作为衬底，则可利用产业化成熟度较高的n型topcon结构在背面形成pn结及电子选择性接触，从而避免构建高性能p型topcon接触所带来的工艺复杂性。同时，由于正面无需设置多晶硅钝化接触层，可进一步降低寄生吸收损失。因此，如何构建一种基于p型硅片的背结电池结构，在保留背结电池结构优势的同时兼顾工艺成熟度及光学性能，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的如下技术问题：在背结电池结构中，尤其是在p型tbj电池中，正面难以同时兼顾低复合损失与高光学性能，现有方案中要么采用高掺杂结构导致复合增加，要么采用多晶硅钝化接触结构导致寄生吸收增加，从而限制了开路电压与短路电流的进一步提升。

2、本发明实施例还提出了一种背结p型电池的制备方法。

3、本发明所采取的技术方案是：提供一种背结p型电池，包括p型硅基体，所述p型硅基体为掺镓p型硅片，所述p型硅基体的背面设置有pn结结构，所述pn结结构包括依次设置于硅基体上的隧穿氧化层及掺磷多晶硅层；

4、所述p型硅基体的正面设置有分区发射极结构，所述分区发射极结构包括：

5、多个p++掺杂区，设置于相邻p++掺杂区之间的低掺杂区域，所述低掺杂区域为p+掺杂区或本征区i；

6、其中：

7、所述p++掺杂区的激活浓度高于1×1019cm-3；

8、所述p+掺杂区的激活浓度低于2×1018cm-3。

9、优选地，所述p++掺杂区在正面中的面积占比为不超过40%，进一步优选为10%～30%。通过控制p++掺杂区的面积占比，使其主要分布于电极接触区域，从而在保证良好欧姆接触的同时，避免电极落在低掺杂区域或本征区上，有利于提高制程良率；同时，降低高掺杂区域比例，可显著减少表面复合损失。

10、本发明并非对现有n-tbj结构进行局部改进，而是通过采用掺镓p型硅片作为基底，将传统n-tbj中难以实现的背面p型topcon接触转化为成熟度更高的n型topcon接触，从根本上规避了高性能p型接触构建难题。通过上述技术方案，在电池正面构建由p++掺杂区与p+掺杂区或本征区组成的分区发射极结构，使电极接触区域采用高掺杂结构以降低接触电阻，而非接触区域采用低掺杂或本征结构以降低载流子复合，从而实现接触性能与复合抑制的协同优化；同时，由于正面未引入多晶硅钝化接触层，可有效避免多晶硅寄生吸收，提高入射光利用率，进而提升短路电流；进一步结合背面隧穿氧化层及掺磷多晶硅构成的高效钝化接触结构，可降低界面复合电流，提高开路电压及填充因子。

11、此外，本发明采用p型背结结构，相较于传统正结topcon电池，其整体工艺流程与现有n型电池及topcon产线具有较高兼容性，可充分利用现有扩散、pecvd、丝网印刷等成熟设备，降低产业化导入成本。进一步地，相较于全背接触（bc）电池，本发明保留正面主栅结构，无需形成复杂的背面交叉电极图形及高精度对位工艺，不仅降低了制造难度和工艺成本，而且减少了背面漏电风险，提高了量产良率。此外，由于背面电极数量减少且金属图形相对简化，可有效降低银浆消耗量，具有更好的成本优势；同时背结结构有利于提高弱光条件下的载流子收集能力。

12、根据本发明的一个实施例，所述正面中p++掺杂区的面积占比≤40%，优选为10%～30%。通过控制该面积比例，使高掺杂区域主要分布于电极接触区域，在保证接触性能的同时降低复合损失，并避免电极落于低掺杂区域或本征区，从而提高电池良率及一致性。

13、根据本发明的一个实施例，所述i区通过图案化工艺结合刻蚀工艺形成，所述图案化工艺包括聚合物掩膜图案化或激光图案化。通过图案化方式可实现掺杂区域的精准划分，使p++区与低复合区域之间形成明确界面，从而提高分区结构的可控性和重复性，进一步提升器件性能稳定性。

14、根据本发明的一个实施例，所述正面由内至外依次设置有siox层、alox层及sinx层构成的复合钝化结构。通过多层钝化膜的协同作用，可有效降低界面态密度并提供固定电荷，从而降低表面复合速率，提高少子寿命，进一步提升开路电压。

15、根据本发明的一个实施例，所述背面由内至外依次设置有siox层、alox层及sinx层，或依次设置有siox层、含碳氮多晶硅层、alox层及sinx层。通过优化背面钝化结构，可进一步降低隧穿接触界面复合，并改善界面稳定性，从而提升电池整体性能及可靠性。

16、根据本发明的一个实施例，提供一种制备所述背结p型电池的方法，包括如下步骤：

17、s1、提供p型掺镓硅片；

18、s2、对硅片进行清洗及制绒处理；

19、s3、在硅片正面进行硼源预沉积并进行初步扩散形成硼硅玻璃层；

20、s4、对所述硼硅玻璃层进行图案化处理以形成保留区与去除区；

21、s5、去除所述去除区的硼硅玻璃层；

22、s6、进行高温扩散，使保留区形成p++掺杂区，去除区形成p+掺杂区或i区；

23、s7、在硅片背面形成隧穿氧化层及掺磷多晶硅层；

24、s8、进行钝化结构沉积、电极制备及后处理工艺。

25、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s4中，所述图案化处理包括采用聚合物掩膜结合刻蚀工艺或采用激光图案化结合湿法刻蚀工艺。通过不同图案化方式的选择，可在结构精度与工艺成本之间进行灵活调节，从而满足不同生产需求。

26、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s7中，所述掺磷多晶硅层通过lpcvd沉积后掺杂形成，或通过pecvd沉积后经退火形成。通过选择不同沉积工艺路线，可兼顾薄膜质量与设备适配性，提高工艺灵活性。

27、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s6中，所述i区通过富硝酸刻蚀形成，刻蚀时间为1～5 min，和/或通过二次制绒形成，所述二次制绒时间为20～1200 s。通过富硝酸刻蚀的各向同性腐蚀特性或二次制绒处理，可实现对表面形貌及刻蚀深度的有效控制，从而优化光学性能并降低复合损失。

28、根据本发明的一个实施例，在电池制备完成后，通过激光对硅片进行裂片处理，使其分割为多个子电池单元。优选地，电池设置有沿预定裂片路径延伸的无pn结裂片区，所述无pn结裂片区内不设置所述pn结结构，通过激光对无pn结裂片区的硅片进行裂片处理，可实现电池小片化，从而降低串联电阻，提高组件输出功率，并有利于提升组件可靠性。