CN102945890A - 一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，通过在晶体硅基体正面形成叠层复合膜的方式，实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格，具体步骤是：选取经过前处理的晶体硅基体，先采用管式PECVD工艺先在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2，接着在第一介质膜SiO2上沉积SiNx膜形成SiO2/SiNx叠层复合膜，晶体硅基体再经后续常规工序，获得电位诱发衰减合格的晶体硅电池。本发明通过在原有SiNx工艺基础上增加SiO2镀膜工艺，提高了硅片表面的钝化效果，同时优化了光路，提升了电池片品质，实现了电池组件PID合格，并且本发明工艺简单，与现有产线兼容性好，工业化可行性强，适合大规模推广使用。

Description

一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺。
背景技术
随着国际光伏市场形式的变化，客户对电池片的品质要求越来越高，为了满足客户的需求，提高公司产品的竞争力，对电池片PID（PID，Potential Induced Degradation，电位诱发衰减）测试要求的工艺条件进行了优化。
在太阳能电池制造行业中，沉积具有钝化性能的减反射膜起到了举足轻重的作用。目前使用最多的是沉积SiNx，常规的主要研究方向是通过提高SiNx膜的折射率，来提高SiNx膜的介电性能，进而降低组件的PID衰减幅度，组件的PID可以控制在5%以内。但是当SiNx折射率增加时，消光效应增强，会造成电池的短路电流和效率有一定程度下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，该工艺通过SiO2/SiNx叠层复合膜的设计，在实现光路的优化的同时，还可以利用SiO2的钝化性能提高电池表面的钝化效果，提升电池片品质，提高电池片的转化效率，并实现组件的PID Free。
根据IEC 61215、 IEC 61730-2和IEC 60068-2-78标准，组件在-1000V DC +85℃+RH85%的条件下连续处理48h和96h后，组件的电致发光测试图像无发黑失效现象，且功率损失≤5%的认定合格，称为PID Free。
本发明的上述技术问题是通过如下技术方案来是实现的：一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，通过在晶体硅基体正面形成叠层复合膜的方式，实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格，具体步骤是：选取经过前处理的晶体硅基体，先采用管式PECVD工艺先在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2，接着在第一介质膜SiO2上沉积SiNx膜形成SiO2/SiNx叠层复合膜，晶体硅基体再经后续常规工序，获得电位诱发衰减合格的晶体硅电池。
本发明所述第一介质膜SO2的膜厚优选控制在5nm~35nm。
本发明叠层复合膜的总膜厚优选控制在60nm～90nm，折射率控制为2.00～2.20。
本发明优选采用管式PECVD工艺优选在SiH4和N2O气氛中反应，从而在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2。
本发明在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2后，接着优选在SiH4和NH3气氛中反应，从而在第一介质膜SiO2上沉积SiNx膜形成SiO2/SiNx叠层复合膜。
本发明晶体硅基体的前处理优选包括去除损伤层、制绒、清洗、扩散、刻蚀去除周边PN结、去除磷硅玻璃和去除硼硅玻璃中的一种或几种。
本发明所述后续常规工序优选包括印刷晶体硅基体背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极和烧结工序。
本发明所述晶体硅基体优选为单晶硅或多晶硅。
本发明具有如下优点：本发明通过在原有SiNx工艺基础上增加SiO2镀膜工艺，采用管式PECVD 先在晶体硅基体上沉积了一层SiO2，接着在第一介质膜SiO2上沉积形成SiO2/SiNx叠层复合膜，使SiO2与SiNx进行匹配设计，在实现光路的优化的同时，还可以利用SiO2的钝化性能提高电池表面的钝化效果。提高电池片的转化效率，并实现组件的PID Free；并且本发明工艺简单，与现有产线兼容性好，工业化可行性强，适合大规模推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1中所用工艺的组件PID测试图像。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，含以下步骤：
A、选取电阻率在0.1~6 Ω·cm的轻掺杂的p型单晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备，在重量百分含量为0.5~5%的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75~90℃的条件下进行表面织构化形成减反射绒面结构；
B、对硅片表面进行清洗，采用化学溶液进行清洗，化学溶液为氢氟酸、盐酸或含有其他添加剂的一种或多种混合水溶液，清洗时间为0.5~10min，温度为20~30℃；
C、将硅片置于800~1000℃的炉管中进行P（磷）扩散，在硅片表面形成n型扩散层，扩散后硅片方块电阻为60~90 Ω/sq；
D、将扩散后的硅片置于刻蚀机中，采用等离子刻蚀方法去除周边PN结；
E、将硅片至于清洗槽中去除磷硅玻璃；
F、采用等离子增强化学气相沉积法使SiH4和N2O反应在硅片正面（n型面）上先沉积一层SiO2膜，SiO2膜的厚度在5nm~35nm之间，然后再通过SiH4和NH3反应沉积SiNx膜，叠层复合膜的总厚度控制在60nm~90nm之间，折射率控制在2.00~2.20之间；
G、背面电极印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷金属背电极，所采用的金属为银铝（Ag/Al）合金；
H、Al背场印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷Al背场；
I、正面电极印刷：在硅片磷扩散面上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极所采用的金属为银（Ag）；
J、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为400~900℃，经烧结后金属银穿过SiO2/SiNx钝化减反膜与发射极形成欧姆接触。
表1  PID Free工艺与正常工艺的电性能对比
Figure 544048DEST_PATH_IMAGE001
从表1中可以看出，在其它相同的电池生产工艺条件下，PID Free工艺对电池的效率进一步提升，短路电流和开路电池提升都很明显，电池效率能提高约0.07%。
表2  PID Free工艺的组件PID测试结果
Figure 523506DEST_PATH_IMAGE002
本发明的PID Free工艺只在PECVD镀膜过程中将工艺稍作改变，不用调整电池生产的其他环节，与现有产线的兼容性好。在其他相同的电池生产工艺条件下，PID Free工艺对电池的效率进一步提升，短路电流和开路电池提升都很明显，效率能提高约0.07%，从图1中可以看出，组件在通过-1000V DC +85℃+RH85%的PID处理后测试，连续处理48h和96h后，组件的EL（电致发光测试）图像表现正常，没有明显变黑失效情况；各项电池性能参数衰退幅度均在3%以下，完全满足现在5%的标准要求。
实施例2
本实施例提供的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，含以下步骤：
A、选取电阻率在0.1~6 Ω·cm的轻掺杂的n型单晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备，在重量百分含量为0.5~5%的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75~90℃的条件下进行表面织构化形成减反射绒面结构； 
B、对硅片表面进行清洗，采用化学溶液进行清洗，化学溶液为氢氟酸、盐酸或添加有其他添加剂的氢氟酸、盐酸一种或多种混合水溶液，清洗时间为0.5~10min，温度为20~30℃； 
C、将硅片置于920~1300℃的炉管中，在正面进行B（硼）扩散形成p型扩散层，扩散后硅片方块电阻为60~90Ω/sq，在硅片背面进行P（磷）扩散形成n+层，扩散后方块电阻为40~90Ω/sq；
D、将扩散后的硅片置于刻蚀机中，采用等离子刻蚀方法去除周边PN结；
E、将硅片zhiyu清洗槽中去除硼硅玻璃和磷硅玻璃；
F、采用等离子增强化学气相沉积法使SiH4和N2O反应在硅片正面（P型面）上先沉积一层SiO2膜，SiO2膜的厚度为35nm, 然后再通过SiH4和NH3反应沉积SiNx膜，叠层复合膜的总厚度控制在70nm，折射率控制在2.10；
G、采用等离子增强化学气相沉积法通过SiH4和NH3反应在硅片背面（n型面）沉积SiNx膜，膜厚度控制在70nm，折射率控制在2.10；
H、背面电极印刷：在硅片背面（n型面）采用丝网印刷方法印刷金属背电极，采用的为银铝（Ag/Al）金属电子浆料；
I、正面电极印刷：在硅片磷扩散面上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极所采用的金属为银（Ag）；
J、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为400~900℃，经烧结后金属银穿过SiO2/SiNx钝化减反膜与发射极形成欧姆接触。
实施例3
本实施例提供的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，含以下步骤：
A、选取电阻率在0.1~6 Ω·cm的轻掺杂的P型多晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备，在体积百分含量为12~18%的氢氟酸和45~60%的硝酸溶液中，在温度为8~12℃的条件下进行表面织构化形成减反射绒面结构；
 B、对硅片表面进行清洗，采用化学溶液进行清洗，化学溶液为氢氧化钠溶液、氢氟酸及盐酸的混合酸液，清洗时间为0.5~10min，温度为20~30℃； 
C、将硅片置于800~1000℃的炉管中进行P（磷）扩散，在硅片表面形成n型扩散层，扩散后硅片方块电阻为60~90 Ω/sq；
D、将扩散后的硅片置于刻蚀机中，采用等离子刻蚀方法去除周边PN结；
E、将硅片至于清洗槽中去除磷硅玻璃；
F、采用等离子增强化学气相沉积法使SiH4和N2O反应在硅片正面（n型面）上先沉积一层SiO2膜，SiO2膜的厚度为15nm，然后再通过SiH4和NH3反应沉积SiNx膜，叠层复合膜的总厚度控制在80nm，折射率控制在2.05；
G、背面电极印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷金属背电极，采用的为银铝（Ag/Al）金属电子浆料；
H、Al背场印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷Al背场；
I、正面电极印刷：在硅片磷扩散面上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极所采用的金属为银（Ag）；
J、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为400~900℃，经烧结后金属银穿过SiO2/SiNx钝化减反膜与发射极形成欧姆接触。
实施例4
本实施例提供的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，含以下步骤：
A、选取电阻率在0.1~6 Ω·cm的轻掺杂的n型多晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备，在体积百分含量为12~18%的氢氟酸和45~60%的硝酸溶液中，在温度为8~12℃的条件下进行表面织构化形成减反射绒面结构；
 B、对硅片表面进行清洗，采用化学溶液进行清洗，化学溶液为氢氧化钠溶液、氢氟酸及盐酸的混合酸液，清洗时间为0.5~10min，温度为20~30℃； 
C、将硅片置于920~1300℃的炉管中，在正面进行B（硼）扩散形成p型扩散层，扩散后硅片方块电阻为60~90Ω/sq，在硅片背面进行P（磷）扩散形成n+层，扩散后方块电阻为40~90Ω/sq；
D、将扩散后的硅片置于刻蚀机中，采用等离子刻蚀方法去除周边PN结；
E、将硅片至于清洗槽中去除硼硅玻璃和磷硅玻璃；
F、采用等离子增强化学气相沉积法使SiH4和N2O反应在硅片正面（p型面）上先沉积一层SiO2膜，SiO2膜的厚度为20nm，然后再通过SiH4和NH3反应沉积SiNx膜，叠层复合膜的总厚度控制在80nm，折射率控制在2.05；
G、背面电极印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷金属背电极，采用的为银铝（Ag/Al）金属电子浆料；
H、Al背场印刷：在硅片背面（P型面）采用丝网印刷方法印刷Al背场；
I、正面电极印刷：在硅片磷扩散面上采用丝网印刷方法印刷正面金属电极所采用的金属为银（Ag）；
J、高温快速烧结：将印刷完的硅片置于烧结炉中烧结，优化烧结温度为400~900℃，经烧结后金属银穿过SiO2/SiNx钝化减反膜与发射极形成欧姆接触。
 
以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：通过在晶体硅基体正面形成叠层复合膜的方式，实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格，具体步骤是：选取经过前处理的晶体硅基体，先采用管式PECVD工艺先在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2，接着在第一介质膜SiO2上沉积SiNx膜形成SiO2/SiNx叠层复合膜，晶体硅基体再经后续常规工序，获得电位诱发衰减合格的晶体硅电池。
2.根据权利要求1所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：第一介质膜SO2的膜厚控制在5nm~35nm。
3.根据权利要求1所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：叠层复合膜的总膜厚控制在60nm～90nm，折射率控制为2.00～2.20。
4.根据权利要求1所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：采用管式PECVD工艺在SiH4和N2O气氛中反应，从而在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2。
5.根据权利要求1或3所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：在晶体硅基体正面沉积形成第一介质膜SiO2后，接着在SiH4和NH3气氛中反应，从而在第一介质膜SiO2上沉积SiNx膜形成SiO2/SiNx叠层复合膜。
6.根据权利要求1或2所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：晶体硅基体的前处理包括去除损伤层、制绒、清洗、扩散、刻蚀去除周边PN结、去除磷硅玻璃和去除硼硅玻璃中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：所述后续常规工序包括印刷晶体硅基体背面电极、印刷铝背场、印刷正面电极和烧结工序。
8.根据权利要求1所述的实现晶体硅电池组件电位诱发衰减合格的工艺，其特征是：所述晶体硅基体为单晶硅或多晶硅。
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