TOPCon電池是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸的太陽能電池技術(shù)，其電池結(jié)構(gòu)為N型硅襯底電池，背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合，為N-PERT電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升提供了更大的空間。TOPCon電池且擁有低衰減、高雙面率、低溫度系數(shù)等優(yōu)點。1.? PERC電池結(jié)構(gòu) & N型TOPCon電池結(jié)構(gòu)2. PERC技術(shù) & N型TOPCon技術(shù)工藝流程
3. N型TOPCon電池工藝及設(shè)備硅片切割后其邊緣有損傷，硅的晶格結(jié)構(gòu)被破壞、表面復(fù)合嚴(yán)重，清洗制絨主要目的在于去除表面損傷并形成表面金字塔陷光結(jié)構(gòu)、增加光線吸收，并提升少子壽命。主要作用是制備 PN 結(jié)，由于硼在硅中的固溶度低，因此需要高溫和更長的時間進(jìn)行擴(kuò)散。同時，擴(kuò)散源的選擇對生產(chǎn)過程也會有影響，氯化物腐蝕性較強(qiáng)，溴化物黏性大，清洗過程繁瑣、增加運維費用。硼擴(kuò)散通常在較高的溫度下完成-超出1000℃，并且和磷擴(kuò)散所需的102分鐘的循環(huán)周期相比，硼擴(kuò)散的循環(huán)時間為150min在爐管內(nèi)反應(yīng)生成的氣態(tài)HCl和H2O會在N2的攜帶下在爐管內(nèi)均勻分布，H2O還會與BBr3和O2反應(yīng)生成B2O3反應(yīng)生成氣態(tài)的HBO2，HBO2在高溫下也會發(fā)生分解，生成B2O3，可以實現(xiàn)B2O3在太陽能電池片表面上的均勻分布；另一方面，H2O還會與爐管內(nèi)沉積的B2O3發(fā)生反應(yīng)，這樣即避免了B2O3在擴(kuò)散爐管壁的沉積，延長了石英器件的使用壽命，同時增加有效的硼源；HCl還可以與太陽能電池片表面及爐管內(nèi)的金屬雜質(zhì)反應(yīng)，生成氣態(tài)的金屬氯化物，隨尾氣排出，可以避免金屬雜質(zhì)在高溫過程中擴(kuò)散入太陽能電池片內(nèi)部。作用：形成重?fù)诫s區(qū)，提高光電轉(zhuǎn)換效率。PERC SE是摻磷，而TOPCON SE是摻硼，由于硼和磷的分離系數(shù)，磷更容易從二氧化硅向硅中擴(kuò)散，而硼更容易從硅從二氧化硅中擴(kuò)散，需要更大的能量才能推進(jìn)摻雜，而激光能量過大又易造成硅片損傷，因此將硼摻雜進(jìn)硅的難度更高。相比于傳統(tǒng)的硼擴(kuò)散，TOPCon電池疊加SE技術(shù)理論上可以實現(xiàn)效率提升0.5%，而在實際量產(chǎn)中可以實現(xiàn)效率提升0.2~0.4%。發(fā)射極摻雜對太陽電池轉(zhuǎn)換效率影響較大，高濃度摻雜降低硅片與電極的接觸電阻，進(jìn)而減小電池的串聯(lián)電阻，但會導(dǎo)致載流子復(fù)合變大、降低少子壽命降低，影響電池的開路電壓和短路電流，而低濃度摻雜則相反。TOPCon SE工藝擁有多種技術(shù)路線，根據(jù)進(jìn)入擴(kuò)散爐的次數(shù)，可以分為一次硼擴(kuò)和二次硼擴(kuò)。其中，根據(jù)激光使用方式的不同，二次硼擴(kuò)又可以分為兩類不同的方法。具體來看：這是二次硼擴(kuò)的常規(guī)方法，在這種方法中，激光的主要作用是進(jìn)行開槽，去除金屬化圖形區(qū)域的P+摻雜層和掩膜層，露出N型晶體硅正表面。根據(jù)環(huán)晟光伏發(fā)明專利書，這種方法的工序步驟可以分為5步驟：①一次硼擴(kuò)散；②激光開槽；③清洗去除激光損傷；④二次硼擴(kuò)散形成開槽處P++層；⑤二次清洗去除BSG和背面拋光。可以利用推進(jìn)工藝形成的高表面濃度的P++層作為激光摻雜硼源，經(jīng)過激光摻雜和氧化工藝，形成硼選擇性發(fā)射極。工序包括5步驟：①在硼擴(kuò)散中，推進(jìn)形成高硼表面濃度的P++層；②對柵線區(qū)域進(jìn)行激光摻雜推進(jìn)；③清洗去除表面硼硅玻璃（BSG）；④放回擴(kuò)散爐進(jìn)行氧化形成選擇性發(fā)射極；⑤清洗。一次硼擴(kuò)僅需三步工序：①硼擴(kuò)散；②硼漿印刷（不必需）；③激光摻雜；④清洗。一次激光摻雜工序簡單，但難點在于難以形成較好的摻雜曲線。PERC SE是摻磷，而TOPCON SE是摻硼，由于硼和磷的分離系數(shù)，磷更容易從二氧化硅向硅中擴(kuò)散，采用皮秒激光一次摻雜即能夠在低溫、短時間內(nèi)摻雜足夠的磷原；而硼更容易從硅從二氧化硅中擴(kuò)散，傳統(tǒng)的皮秒激光摻雜方式只能形成較淺的摻雜，往往需要更大的能量才能推進(jìn)摻雜，而激光能量過大又易造成硅片損傷，因此將硼摻雜進(jìn)硅的難度更高，一次摻雜往往容易導(dǎo)致重擴(kuò)區(qū)結(jié)深、表面濃度與輕擴(kuò)區(qū)差異不明顯，復(fù)合速率仍高。刻蝕的主要作用為去除 BSG 和背結(jié)。擴(kuò)散過程會在硅片表面及周邊均形成擴(kuò)散層，周邊擴(kuò)散層容易形成短路，表面擴(kuò)散層影響后續(xù)鈍化，因此需要去除。目前刻蝕主要采用濕法，先在鏈?zhǔn)皆O(shè)備中去除背面與周邊擴(kuò)散層，之后處理正面。背面沉積 1-2nm 隧穿氧化層，之后沉積 60-100nm 多晶硅層形成鈍化結(jié)構(gòu)。TOPCon 鈍化層制備方式較多，主要分為 LPCVD、PECVD、PVD 路線等，目前以 LPCVD 為主，PECVD 具備較強(qiáng)潛力。在電池背面制備減反射鈍化膜層增加對光的吸收，同時，在 SiNx 薄膜形成過程中產(chǎn)生的氫原子對硅片具有鈍化作用。在硅片正面沉積一層氧化鋁膜層，與其他膜層共同形成正面鈍化作用。正面減反膜與背面作用基本相同，此外，正面沉積的氧化鋁薄膜非常薄，容易在后續(xù)電池組件的制作中被破壞，正面 SiNx 對氧化鋁也具有保護(hù)作用。9. 絲網(wǎng)印刷-激光轉(zhuǎn)印通過高溫?zé)Y(jié)形成良好的歐姆接觸。對不同轉(zhuǎn)換效率的電池片進(jìn)行分檔。
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