CN102064237A - 一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法 - Google Patents

一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法 Download PDF

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夏正月
李晓强
陶龙忠
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Abstract

本发明公开了一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：（1）选取硅片进行清洗，以及抛光或制绒；（2）将步骤（1）所得硅片采用ALD或者PECVD方法生长Al2O3，折射率1.5-1.7，厚度10-80nm；（3）将步骤（2）所得硅片采用PECVD或者PVD方法生长SiNx，折射率1.9-2.2，厚度30-150nm；（4）将步骤（3）所得样品在温度200-600℃下，在N2或者氢气氩气混合物气氛中退火1-30分钟，得到双层钝化介质膜。本发明钝化方法可以将硅片表面复合速度降低到10cm/s以下，且可以很好的应用于晶体硅太阳电池的表面钝化，得到高的转化效率。

Description

一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法
技术领域
本发明涉及光伏应用领域，具体涉及一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法。
背景技术
目前为止，光伏市场主要充斥着两种产品，一种是晶体硅太阳电池，另一种则是薄膜太阳电池。一直以来晶体硅太阳电池占据主流地位，并且未来几年甚至几十年晶体硅太阳电池依然是主流。为了增加晶体硅太阳电池成本竞争优势，必须提高电池的转换效率或者降低硅片的厚度。无论高效电池还是降低硅片厚度都受到表面复合速率（SRV）的影响。随着硅片厚度的减薄，高效电池前后表面的钝化，及背表面内反射称为制约电池转换效率的主要因素。
传统的铝背场电池由于背表面复合速度较高，难以得到高的转化效率。因而，目前高效薄片晶体硅太阳电池的一个发展方向是钝化发射结背面局域背场点接触晶体硅太阳电池。此电池前表面需要介质薄膜既具有良好的减反射效果无光吸收，又要求优异的表面钝化效果；背表面介质薄膜需要优异表面钝化兼备增强内背反射效果。然而目前能满足以上要求且能商业化的钝化技术还比较少。
Al2O3表面具有负束缚电荷，且与硅的界面处会自然产生1-2nm高质量的SiOx钝化层。因而Al2O3既能化学钝化界面态又具有良好的电场钝化效果。如果配合目前成熟的SiNx钝化膜组成双层钝化膜结构，就能满足高效电池对表面复合速度以及陷光的要求。
发明内容
本发明的目的是针对以上提到现有技术钝化以后表面复合速度较高，难以得到高效电池的问题，本发明提出了一种采用PECVD（等离子增强化学气相沉积）、ALD（原子层沉积）及PDV（物理气相沉积）方法生长的Al2O3和SiNx叠层的双层钝化方法，该方法可以有效地降低表面复合，兼可以得到较低的前表面反射以及较好的陷光效果，利于制造高效太阳电池。 
本发明采用的技术方案是：一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取硅片进行清洗，以及抛光或制绒；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD或者PECVD方法生长Al2O3，折射率1.5-1.7，厚度10-80 nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD或者PVD方法生长SiNx，折射率1.9-2.2，厚度30-150nm（如附图所示）；
（4）将步骤（3）所得样品在温度200-600℃下，在N2或者氢气氩气混合物气氛中退火1-30分钟，得到双层钝化介质膜。
作为优选，所述步骤（1）中采用NaOH或HF或HCL溶液进行清洗，最好采用1% HF溶液进行清洗。
作为优选，所述步骤（1）中采用20% NaOH溶液进行抛光或采用2.5%NaOH溶液进行制绒。
作为优选，所述步骤（2）中所述折射率为1.6，厚度为30 nm。
作为优选，所述步骤（3）中所述折射率为2.05，厚度为100nm。
作为优选，所述步骤（3）中所述温度为400℃，所述退火时间为10分钟。
本发明提出双层钝化技术，核心钝化介质膜为Al2O3，其中SiNx介质膜可用PECVD生长的SiOx膜代替，SiOx膜的折射率为1.5-1.8，厚度为40-200nm。
有益效果：本发明提出的用于高效晶体硅太阳电池的双层钝化方法，具有介质膜生长方法简单，易于产业化，且成本低廉，生长前表面清洗要求不高，钝化效果优异，兼备良好的减反射性能，同时增强内背反射等优点。
附图说明
附图为本发明的双层钝化介质膜示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例1
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取P型FZ单晶硅片(1W·cm)10pcs，采用1% HF溶液进行清洗，采用20% NaOH溶液进行抛光；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD方法生长Al2O3，折射率1.6，厚度30nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD方法生长SiNx，折射率2.05，厚度100nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度400℃下，在N2气氛中退火10分钟，得到双层钝化介质膜。
实施效果：
由实施例1所述方法制造的双层钝化介质膜钝化效果极佳，表面复合速度达3cm/s，远远优于目前产业化SiNx钝化。且具有极佳的内背反射效果，长波内反射率达99%。
实施例2
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取N型FZ单晶硅片10pcs(1W·cm)，采用1% HF溶液进行清洗，采用2.5%NaOH溶液进行制绒，并采用BBr3扩散，方块电阻为50W/sq；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD方法生长Al2O3，折射率1.65，厚度15nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD方法生长SiNx，折射率2.05，厚度70nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度400℃下，在N2气氛中退火10分钟，得到双层钝化介质膜。
实施效果：
由实施例2所述方法制造的双层钝化介质膜具有优异的钝化效果，表面复合速度达15cm/s，远远优于目前产业化SiNx钝化。且具有极佳的减反射效果，300-1200nm内加权反射率低于1.5%。
实施例3
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取P型FZ单晶硅片(1W·cm)10pcs，采用1% HF溶液进行清洗，采用20% NaOH溶液进行抛光；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用PECVD方法生长Al2O3，折射率1.6，厚度15nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PVD方法生长SiNx，折射率2.15，厚度80nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度450℃下，在N2气氛中退火6分钟，得到双层钝化介质膜。
实施效果：
由实施例3所述方法制造的双层钝化介质膜钝化效果优秀，表面复合速度达5cm/s，远远优于目前产业化SiNx钝化。且具有极佳的内背反射效果，长波内反射率达97.5%。
实施例4
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取P型CZ单晶硅片10pcs(1.5W·cm)，采用1% HF溶液去除表面PSG，采用在线式前表面制绒，背面抛光，采用POCl3背靠背单面扩散，只扩散前表面，方块电阻为55W/sq，采用等离子法刻蚀去除硅片周边的N层；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD方法双面生长Al2O3，折射率1.6，厚度30nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD方法前表面生长SiNx，折射率2.05，厚度50nm，背表面生长SiNx，折射率2.0，厚度100nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度420℃下，在N2气氛中退火15分钟，得到双层钝化介质膜，将所得硅片背面采用激光在双层钝化膜Al2O3/ SiNx上开孔，孔径150mm，间距0.8mm，采用丝网印刷的方法制作背面铝浆，正面银栅线，烧结形成钝化发射结背面局域背场点接触高效电池。
实施效果：
由实施例4所述方法制造的双层钝化介质膜在n+表面及P型表面钝化效果优异。且具有极佳的减反射效果，300-1200nm内电池加权反射率低于8%，背表面内发射效果极佳，达99%。电池转换效率平均值达19.2%，最高转换效率超过19.5%。
实施例5
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取P型FZ单晶硅片(1W·cm)10pcs，采用NaOH溶液进行清洗，采用20% NaOH溶液进行抛光；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD方法生长Al2O3，折射率1.5，厚度10nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD方法生长SiNx，折射率1.9，厚度30nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度200℃下，在N2气氛中退火1分钟，得到双层钝化介质膜。
实施例6
一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，该方法包括以下步骤：
（1）选取N型FZ单晶硅片10pcs(1W·cm)，采用HCL溶液进行清洗，采用2.5%NaOH溶液进行制绒；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用PECVD方法生长Al2O3，折射率1.7，厚度80nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PVD方法生长SiNx，折射率2.2，厚度150nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度600℃下，在氢气氩气混合物气氛中退火30分钟，得到双层钝化介质膜。

Claims (8)

1.一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）选取硅片进行清洗，以及抛光或制绒；
（2） 将步骤（1）所得硅片采用ALD或者PECVD方法生长Al2O3，折射率1.5-1.7，厚度10-80 nm；
（3） 将步骤（2）所得硅片采用PECVD或者PVD方法生长SiNx，折射率1.9-2.2，厚度30-150nm；
（4）将步骤（3）所得样品在温度200-600℃下，在N2或者氢气氩气混合物气氛中退火1-30分钟，得到双层钝化介质膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用NaOH或HF或HCL溶液进行清洗。
3.根据权利要求2所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用1% HF溶液进行清洗。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用20% NaOH溶液进行抛光。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（1）中采用2.5%NaOH溶液进行制绒。
6.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（2）中所述折射率为1.6，厚度为30 nm。
7.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述折射率为2.05，厚度为100nm。
8.根据权利要求1所述的一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述温度为400℃，所述退火时间为10分钟。
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