一种背接触电池及其制备方法和电池组件与流程

本发明属于背接触电池，具体涉及一种背接触电池及其制备方法和电池组件。

背景技术：

1、目前，背接触电池结构一般包括硅片，在所述硅片的背面设置的第一半导体层和第二半导体层；以及分别设置在第一半导体层和第二半导体层外表面的导电膜层和金属栅线；及在硅片正面上依次设置的钝化层和任选的减反层。其工艺流程一般为：s101、硅片双面抛光；s102、硅片背面镀第一掩膜层保护；s103、硅片制绒清洗，在第一掩膜层的对面形成绒面，之后去除第一掩膜层，形成单面制绒、单面抛光结构的硅片；s104、硅片背面依次镀第一半导体层及第二掩膜层；s105、在硅片背面蚀刻开口，去除第二掩膜层及部分第一半导体层，形成第一开口区；s106、硅片清洗，去除第一开口区内的第一半导体层；s107、硅片正面依次形成非晶层及减反层，背面形成第二半导体层；s108、硅片背面蚀刻开口，形成与第一开口区交替排列的第二开口区；s109、硅片清洗，去除第二开口区内的第二掩膜层；s110、硅片背面沉积导电膜层；s111、通过蚀刻的方式，在第一开口区与第二开口区之间形成绝缘槽；s112、在硅片第一开口区与第二开口区上形成金属电极（即细栅），之后再形成垂直于金属电极的主栅。

2、然而，现有技术的背接触电池结构，需要在硅片背面沉积导电膜层，导电膜层目前一般采用透明导电膜ito（氧化铟锡）或tco（导电氧化物）；并通过蚀刻的方式，在第一开口区与第二开口区之间形成绝缘槽及在硅片第一开口区与第二开口区上形成金属栅线电极，金属栅线电极一般采用低温银浆形成银栅线。因此，存在使用昂贵的透明导电膜层和低温银浆，使电池成本居高不下的问题。

3、此外，现有的背接触电池还需在第一开口区与第二开口区之间去除导电膜层形成绝缘槽；背面第三刻蚀激光开槽都是在透明导电膜层或透明导电膜层和p型（或透明n型）的非晶硅钝化层上进行选择性开槽，因为材料透光，激光不能被共振吸收，导致激光开槽难度很大；而采用湿法蚀刻方式，工艺较复杂，对电池片的影响也较大；进一步加大背接触电池规模量产的难度。

4、需要说明的是，本发明的该部分内容仅提供与本发明有关的背景技术，而并不必然构成现有技术或公知技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的背接触电池中在保证优良电池转换效率的同时，需要使用昂贵的透明导电膜层和低温银浆，使电池成本居高不下的缺陷，提供一种背接触电池及其制备方法和电池组件。本发明制程更简单，同时无需使用到昂贵的低温银浆和透明导电膜层，大幅度降低电池的生产成本，同时保证了优异的电池转换效率。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种背接触电池，包括具有正面和背面的硅片，设置在背面且沿硅片的y轴方向交替排布的第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层包括第一掺杂硅晶层，所述第二半导体层包括第二掺杂硅晶层，且所述第二半导体层的端部延伸至相邻的第一半导体层端部的外表面上以形成过渡区域，所述背接触电池还包括沿z轴方向向外设置的含金属硅化物的硅合金层，所述硅合金层设置在所述第二半导体层的外表面并延伸至相邻的第一掺杂硅晶层的外表面，且在与过渡区域对应的部分硅合金层上开设有绝缘槽；其中，所述硅合金层的方块电阻为5-70。

3、在本发明的一些优选实施方式中，所述金属硅化物中所含的金属元素包括镍、铝、铂、钴、钛、钨中的至少一种。

4、在本发明的一些优选实施方式中，所述金属硅化物包括硅化镍、硅化铝、硅化铂中的至少一种。

5、在本发明的一些优选实施方式中，所述硅合金层的厚度为2-30nm。

6、在本发明的一些优选实施方式中，所述硅合金层还含掺杂元素，掺杂元素包括硼或磷。

7、在本发明的一些更优选实施方式中，所述硅合金层与第一掺杂硅晶层、第二掺杂硅晶层的面掺杂指数之比为1：1-250：3-800、优选1：1-250：3-500，其中，面掺杂指数为相应掺杂硅层的有效掺杂浓度与该掺杂硅层厚度的比值。

8、本发明中，面掺杂指数的单位为cm-3/nm。也即，相应掺杂硅晶层的有效掺杂浓度的单位以cm-3计，厚度以nm计。

9、在本发明的一些优选实施方式中，所述硅合金层的有效掺杂浓度为1e17 cm-3-1e18 cm-3。

10、在本发明的一些优选实施方式中，所述第一掺杂硅晶层的厚度为50-300nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-4e20 cm-3。

11、在本发明的一些优选实施方式中，所述第二掺杂硅晶层的厚度为10-50nm、有效掺杂浓度为1e19 cm-3-4e20 cm-3。

12、在本发明的一些优选实施方式中，所述第一半导体层还包括设置在硅片背面上的第一钝化层，第一钝化层的至少部分位于所述硅片背面和所述第一掺杂硅晶层之间。

13、进一步优选地，所述第二半导体层还包括设置在硅片背面上的第二钝化层，第二钝化层位于所述硅片背面和所述第二掺杂硅晶层之间；所述第二钝化层包括本征非晶硅层或第二隧穿氧化层。

14、更优选地，所述本征非晶硅层的厚度为5-15nm，所述第二隧穿氧化层的厚度为1.5-2.5nm。

15、在本发明的一些优选实施方式中，所述硅片背面全覆盖的设置所述第一钝化层，所述第一掺杂硅晶层和第二掺杂硅晶层均位于所述第一钝化层的远离硅片背面的一侧，第二掺杂硅晶层及其覆盖的部分第一钝化层形成第二半导体层，所述第一掺杂硅晶层、第二掺杂硅晶层均为掺杂多晶层。

16、在本发明的一些优选实施方式中，所述第一钝化层包括第一隧穿氧化层，所述第一掺杂硅晶层为第一掺杂多晶层。

17、进一步优选地，所述硅合金层与所述第一隧穿氧化层的厚度之比为1：1：0.05-1.25。

18、优选地，所述第一隧穿氧化层的厚度为1.5-2.5nm。

19、在本发明的一些优选实施方式中，在过渡区域内，所述第二半导体层的延伸端在厚度方向上与第一半导体层之间直接接触或设置掩膜层。

20、在本发明的一些优选实施方式中，所述绝缘槽的宽度为0.03-0.15mm。

21、在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池不设置主栅和细栅。

22、在本发明的一些优选实施方式中，所述背接触电池还包括在所述硅片正面向外设置的正面钝化层。

23、进一步的，所述正面钝化层为本征非晶硅、本征非晶外叠加掺杂非晶硅、本征非晶外叠加掺杂微晶硅、隧穿氧化硅、隧穿氧化硅外叠加掺杂多晶硅中的任一种。

24、第二方面，本发明提供一种背接触电池的制备方法，包括以下步骤：

25、s1、在硅片的背面形成第一半导体层，并在第一半导体层上沿硅片y轴方向间隔开设第一开口区；之后在背面形成第二半导体层，并在所述第二半导体的覆盖在第一半导体外表面的部分上开设第二开口区；其中，所述第一半导体层包括第一掺杂硅晶层，所述第二半导体层包括第二掺杂硅晶层；

26、s2、在s1所得背面上形成金属薄膜层；

27、s3、之后在绝氧环境下热处理，使金属薄膜层中的金属与相接触的对应掺杂硅晶层中的硅反应生成硅合金层，控制硅合金层的方块电阻为5-70；

28、s4、在所述硅合金层的位于第一开口区和第二开口区之间的部分上进行第三刻蚀，形成绝缘槽。

29、在本发明的一些优选实施方式中，所述金属薄膜层厚度为5-20nm。

30、在本发明的一些优选实施方式中，所述金属薄膜层为镍金属膜层、铝金属膜层、铂金属膜层、钴金属膜层、钛金属膜层、钨金属膜层、含镍合金金属膜、含铝合金金属膜、含铂合金金属膜、含钴合金金属膜层、含钛合金金属膜、含钨合金金属膜中的至少一种。

31、在本发明的一些优选实施方式中，s2中所述金属薄膜层通过磁控溅射或蒸镀的方式镀膜获得。

32、进一步优选地，所述磁控溅射的条件包括：真空度为5×10-3pa- 5×10-1pa，溅射功率为2-5kw，溅射时间为30-90s。

33、进一步优选地，所述蒸镀的条件包括：真空度为5×10-3pa- 5×10-1pa，蒸镀加热功率为5-10kw，蒸镀时间为30-120s。

34、在本发明的一些优选实施方式中，s3中所述在绝氧环境下热处理的过程包括：在绝氧环境下，在300-350℃条件下采用激光照射，进行快速光热处理5-60s；或者，在绝氧环境下，在100-220℃条件下退火处理5-30min。

35、在本发明的一些优选实施方式中，s4所述第三刻蚀采用激光技术，采用的激光为脉冲宽度为皮秒级的激光。

36、在本发明的一些优选实施方式中，s1的过程具体包括：

37、s101、提供硅片；

38、s102、在所述硅片的背面依次形成第一半导体层、掩膜层，第一半导体层包括在背面依次形成的第一钝化层和第一掺杂硅晶层；

39、s103、在s102所得背面预设区域内的第一半导体层及掩膜层进行第一刻蚀，形成间隔分布的第一开口区；

40、s104、之后去除剩余的所有掩膜层；

41、s105、之后在s104所得背面上形成第二半导体层，所述第二半导体层包括在背面上依次形成的第二钝化层和第二掺杂硅晶层；

42、s106、然后在s105所得背面保留有第一半导体层的区域进行第二刻蚀，以裸露第一半导体层，形成与第一开口区间隔排列的第二开口区。

43、在本发明的另外一些优选实施方式中，s1的过程具体包括：

44、s11、提供硅片；

45、s12、在所述硅片的背面依次形成第一半导体层、掩膜层，第一半导体层包括在背面依次形成的第一钝化层和第一掺杂硅晶层；

46、s13、在s12所得背面预设区域内的第一掺杂硅晶层及掩膜层进行第一刻蚀，形成间隔分布的第一开口区；

47、s14、之后去除剩余的所有掩膜层；

48、s15、之后在s14所得背面上形成第二掺杂硅晶层，第二掺杂硅晶层及其覆盖的部分第一钝化层形成第二半导体层；

49、s16、然后在s15所得背面保留有第一半导体层的区域进行第二刻蚀，以裸露部分第一半导体层，形成与第一开口区间隔排列的第二开口区。

50、第三方面，本发明提供一种背接触电池，其通过第二方面所述的背接触电池的制备方法制得。

51、第四方面，本发明提供一种电池组件，其包括第一方面所述的背接触电池，或者包括第三方面所述的背接触电池，以及在背接触电池中的不同导电区对应的硅合金层表面直接设置的焊带。

52、有益效果：

53、本发明通过上述技术方案，尤其是采用特定导电率的含金属硅化物的硅合金层，作为电极引出方式，替代常规背接触电池的透明导电膜层结合银金属细栅线的电极引出方式，制程更简单，同时无需使用到昂贵的低温银浆和透明导电膜层（如ito），大幅度降低电池的生产成本，同时保证了优异的电池转换效率。其中，硅合金层既能实现硅与金属之间良好的欧姆接触，又具有适宜高的导电率（即低方块电阻），所以其可以直接替代现有技术的背接触电池中的透明导电膜和银细栅以及主栅。

54、本发明的硅合金层具有高导电率（即低方块电阻），可以直接作为电极引出线，无需额外设置细栅和主栅，而是能够直接导出电流，制程短，同时无需使用到昂贵的低温银浆和透明导电膜层，大幅度降低电池的生产成本，同时保证了优异的电池转换效率。

55、在本发明的制备方法中，在第一半导体层和第二半导体层的硅表面沉积金属薄膜层，两者经热处理后，硅和金属发生反应得到金属硅化物，能形成高导电率的硅合金层，可以形成良好的电流通道，很好的让硅片内部的电子和空穴跑到电池表面并传导到外部电路中。两者结合能形成良好欧姆接触的硅合金层的原因在于，以金属镍为例进行说明，至少体现在如下几方面：

56、1. 相容性：硅和镍的晶格结构比较相似，具有相近的晶格参数和晶体结构，这使得它们在形成sini2合金相时具有较好的相容性。相容性意味着在晶体结构上具有相似的排列方式，有利于原子间的相互作用和扩散。

57、2. 化学亲和力：硅和镍之间存在一定的化学亲和力。镍金属在硅表面吸附时能够与硅形成较强的化学键，形成si-ni键，这有助于形成稳定的sini2合金相。这种化学亲和力有助于提高涨落边界扩散速率，促进硅和镍之间的相互作用。

58、3. 导电率：sini2合金相具有较高的导电率，由于sini2合金相具有较高的导电率，使得电流能够有效地在金属与半导体之间传导，从而形成良好的欧姆接触。

59、且金属硅化物可以大幅减少硅与金属直接的接触电阻（在硅与金属之间形成优异的欧姆接触），而金属硅化物形成需要一定的温度，例如wsix，tisix，cosix，ptsix，nisix，其中x 为满足化合价平衡的自然数，他们的形成温度是依次降低的，其中硅化镍（nisix）所需的形成温度最低，尤其是单晶nisi2相的晶格对称性和晶硅常数都与单晶硅接近，所以，nisi2相的形成需要的驱动力最少，即所需温度最低，甚至当金属镍镀在单晶硅表面，加热到150℃就可以形成。本发明的制备方法中可以根据各半导体层的钝化结构的温度特点选择合适金属硅化物的硅合金层，如硅化镍、硅化铝、硅化铂的形成温度较低可以适用于含本征非晶硅钝化的异质结结构以及联合钝化结构的低温工艺，w、ti和co与硅形成硅合金的所需要的温度相对较高，可以适用于隧穿氧化层钝化的topcon电池结构。本发明可以在太阳能电池和半导体芯片生产中获得广泛应用。

60、在本发明进一步优选方案中，尤其是针对联合钝化的背接触电池，背面第三刻蚀采用激光开槽更容易，进一步简化了工艺流程。