CN104681670A - 太阳能电池表面钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池表面钝化方法，通过对电池的N型面采用T-SiO2/SiNx叠层膜进行钝化，使N型面具有很好的钝化性能，并可利用SiNx的场效应钝化和化学钝化作用进一步提高N型面的钝化效果；并且，通过对电池的P型面采用T-SiO2/P-SiO2/SiNx叠层膜进行钝化，在T-SiO2很好的钝化性能基础上，再通过增加的P-SiO2，可利用SiNx的化学钝化作用进一步提高P型面的钝化效果，并可有效消除SiNx固定正电荷场效应对P型面的负面影响。本发明方法中的热氧化可以采用传统晶硅电池生产线的扩散炉进行，不需要增加新设备，适合规模化高效生产。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，更具体地，涉及一种太阳能电池的表面钝化方法。
背景技术
高效太阳能电池发展的重要方向是采用双面钝化结构，例如P型基片PERC(passivated emitter and rear side cell)电池和N型基片PERT(passivated emitter and rear total diffused)电池等。由于硅片表面态的存在，使得表面的复合速率比较高，影响了少数载流子(少子)寿命。而钝化层通过化学钝化和场效应钝化作用，可以降低硅片表面的复合速率。其中，化学钝化可通过饱和硅片表面的悬挂键，降低各种缺陷态密度，减少表面复合中心来降低复合速率；场效应钝化可通过钝化膜中固定电荷在界面处形成静电场作用，减少表面受电场排斥的载流子浓度，从而降低复合速率。
目前用作太阳能电池钝化膜的材料主要有SiO2、SiNx、Al2O3。其中，Al2O3的表面固定负电荷浓度为1012～1013cm-2，可依靠化学钝化和场效应钝化作用进行表面钝化，适合钝化P型层。可是，Al2O3钝化膜一般采用ALD(atomiclayer deposition，原子层沉积)的方法沉积，需要在传统太阳能电池生产线的基础上增加ALD设备，增加新的设备会增加企业的负担。且目前太阳能电池产能过剩，很多企业都有设备闲置现象，采用现有产线设备完成电池的双面钝化更能提高设备的利用率。所以，目前Al2O3的应用具有其限制性。
SiNx的表面固定正电荷浓度为1011～1012cm-2，也可依靠化学钝化和场效应钝化作用进行表面钝化，适合钝化N型硅表面。SiNx具有碱离子阻挡能力强、耐磨、减反射效果好、薄膜沉积速度快的优点，但稳定性一般，在紫外线照射下，Si-H键、N-H键会断开，导致H的逸失，造成其表面钝化效果的降低。
SiO2的表面固定正电荷浓度为1010cm-2，可通过热氧化和PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)的方法制备，适合钝化P型层和N型层。为了区分这两种方法制备的SiO2，将热氧化制备的SiO2钝化层称为T-SiO2，将PECVD制备的SiO2钝化层称为P-SiO2，SiO2为采用这两种方法制备薄膜的统称。T-SiO2钝化性能好，采用产线的扩散炉即可双面同时氧化，但要经过高温(≥900℃)氧化过程。高温过程会降低硅片的少子寿命，不利于电池性能，故在晶硅电池的钝化中很少采用。低温热氧化(＜900℃)薄膜因沉积速度较慢，1～3nm厚的T-SiO2就可起到很好的钝化作用，但在与SiNx叠层使用时，对P型面的钝化具有限制性，因为过薄的T-SiO2对SiNx的场效应影响很小，SiNx固定正电荷形成的电场不利于P型面的钝化。P-SiO2薄膜沉积速度快，但钝化性能一般。总体上讲，SiO2表面钝化性能比较稳定，但碱离子阻挡能力较差。
对于电池的双面钝化，SiO2/SiNx叠层膜比单层膜钝化更加具有优势，原因在于其同时具备了SiO2较好的钝化稳定性和SiNx较好的碱离子阻挡能力、耐磨、减反射效果。
现有T-SiO2/SiNx叠层膜的工艺流程一般是：
1)双面热氧化沉积T-SiO2，厚度为1～3nm；
2)N型面PECVD沉积SiNx,厚度为40～200nm；
3)P型面PECVD沉积SiNx,厚度为40～200nm。
其中2)、3)步的先后顺序可以改变。
现有P-SiO2/SiNx叠层膜的工艺流程一般是：
a)N型面PECVD沉积P-SiO2，厚度为1～3nm；
b)N型面PECVD沉积SiNx，厚度为40～200nm；
c)P型面PECVD沉积P-SiO2，厚度为5～10nm；
d)P型面PECVD沉积SiNx，厚度为40～200nm。
其工艺顺序也可为c)、d)、a)、b)。
在上述T-SiO2/SiNx叠层膜的形成工艺中，低温(＜900℃)热氧化工艺目前使用得较多，由于T-SiO2成膜速度较慢，T-SiO2/SiNx叠层膜的T-SiO2厚度一般为1～3nm，因此受SiNx固定正电荷电场的影响，T-SiO2/SiNx叠层膜对于P型面的钝化效果一般。而在P-SiO2/SiNx叠层膜的形成工艺中，由于PECVD沉积P-SiO2时的成膜速度快，钝化N型面时P-SiO2厚度可以为1～3nm，可利用SiNx的场效应钝化；钝化P型面时P-SiO2厚度可以为5～10nm，可消除SiNx场效应的负面影响，但由于P-SiO2薄膜本身的钝化性能一般，因而限制了电池效率的提高。
因此，采用上述工艺得到的T-SiO2/SiNx和P-SiO2/SiNx叠层膜，在使用上都存在一定的局限性，不利于规模化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的太阳能电池表面钝化方法，通过优化现有的钝化工艺流程，可以进一步提高钝化效果，并消除SiNx固定正电荷场效应对P型面的负面影响。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
太阳能电池表面钝化方法，包括：
步骤S01：提供一太阳能电池晶体硅衬底，在所述衬底的上、下表面分别形成N+层、P+层；
步骤S02：在所述衬底的N型面、P型面采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜(即T-SiO2)；
步骤S03：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜(即P-SiO2)；
步骤S04：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜；
步骤S05：在所述衬底的N型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜。
优选地，步骤S02中，采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜时的沉积温度为750～900℃。
优选地，步骤S02中，采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜时的沉积厚度为1～3nm。
优选地，步骤S03中，采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜时的沉积温度为380～500℃。
优选地，步骤S03中，采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜时的沉积厚度为2～10nm。
优选地，步骤S04和步骤S05中，采用PECVD法沉积SiNx薄膜时的沉积温度为380～500℃。
优选地，步骤S04和步骤S05中，采用PECVD法沉积SiNx薄膜时的沉积厚度为40～200nm。
优选地，在所述衬底的上表面通过进行磷扩散形成N+层，其方块电阻为20～120Ω。
优选地，在所述衬底的下表面通过进行硼扩散形成P+层，其方块电阻为20～120Ω。
优选地，所述衬底为P型或N型硅衬底。
从上述技术方案可以看出，本发明通过对电池的N型面采用T-SiO2/SiNx叠层膜、P型面采用T-SiO2/P-SiO2/SiNx叠层膜进行钝化，并通过控制T-SiO2的氧化温度为750～900℃、厚度为1～3nm，使氧化过程对电池体寿命的影响较小，不仅对N型面具有很好的钝化性能，而且还可以利用SiNx的场效应钝化和化学钝化作用进一步提高N型面的钝化效果；同时，T-SiO2对于P型面已具有很好的钝化性能，再通过增加P-SiO2，且将其厚度控制为2～10nm，可以利用SiNx的化学钝化作用进一步提高P型面的钝化效果，并可有效消除SiNx固定正电荷场效应对P型面的负面影响；热氧化可以采用传统晶硅电池生产线的扩散炉进行，不需要增加新设备，适合规模化高效生产。
附图说明
图1是本发明太阳能电池表面钝化方法的流程图；
图2是本发明一实施例中根据图1的钝化方法所形成的双面钝化膜结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明太阳能电池表面钝化方法的流程图；同时，请参阅图2，图2是本发明一实施例中根据图1的钝化方法所形成的双面钝化膜结构示意图。如图1所示，本发明的太阳能电池表面钝化方法，包括以下步骤：
如框001所示，步骤S01：提供一太阳能电池晶体硅衬底，在所述衬底的上、下表面分别形成N+层、P+层。
请参阅图2，本发明的太阳能电池表面钝化方法，可适用于对P型或N型硅衬底的上、下表面进行双面钝化。在本实施例中，以P型硅衬底为例，在所述P型硅衬底4的上表面，通过进行磷扩散形成N+层3；可选地，其方块电阻为20～120Ω。并且，在所述P型硅衬底4的下表面，通过进行硼扩散形成P+层5；可选地，其方块电阻为20～120Ω。
如框002所示，步骤S02：在所述衬底的N型面、P型面采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜。
请继续参阅图2。在本实施例中，在所述P型硅衬底4的N型面、P型面采用双面热氧化法沉积T-SiO2钝化膜2、6(即第一SiO2薄膜)。作为本发明一优选实施例，采用双面热氧化法沉积T-SiO2薄膜2、6时，可将沉积温度控制在750～900℃，并将T-SiO2薄膜2、6的沉积厚度控制在1～3nm。考虑到高温(≥900℃)氧化过程会降低硅片的少子寿命，不利于电池性能；因此，本发明采用低温热氧化(750～900℃)工艺，利用T-SiO2薄膜沉积速度较慢的特性，在所述P型硅衬底的N型面、P型面同时形成1～3nm厚的T-SiO2薄膜2、6，就可起到很好的钝化作用。T-SiO2薄膜对N型面和P型面都具有很好的钝化性能，并且，热氧化可以采用传统晶硅电池生产线的扩散炉进行，不需要增加新设备。
如框003所示，步骤S03：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜。
请继续参阅图2。在本实施例中，在所述P型硅衬底4的P型面采用PECVD法继续沉积一层P-SiO2钝化膜7(即第二SiO2薄膜)。作为本发明一优选实施例，采用PECVD法沉积P-SiO2薄膜7时，可将沉积温度控制在380～500℃，并将P-SiO2薄膜7的沉积厚度控制在2～10nm。现有技术中，在P型面沉积的T-SiO2薄膜，厚度为1～3nm就可起到很好的钝化作用，但在与SiNx叠层使用时，对P型面的钝化具有限制性，因为过薄的T-SiO2对SiNx的场效应影响很小，SiNx固定正电荷形成的电场不利于P型面的钝化。因此，本发明对现有工艺进行优化，在P型面采用PECVD法增加沉积一层P-SiO2薄膜7，通过将P-SiO2薄膜7的沉积厚度控制在2～10nm，可以利用后续SiNx的化学钝化作用进一步提高钝化效果，并可有效消除SiNx固定正电荷场效应对P型面的负面影响。虽然P-SiO2薄膜7沉积速度快，本身的钝化性能一般，但T-SiO2薄膜6具有良好的钝化作用，所以不会限制电池效率的提高。
如框004所示，步骤S04：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜。
请继续参阅图2。在本实施例中，在P型面的P-SiO2薄膜7上采用PECVD法继续沉积一层SiNx薄膜8。作为本发明一优选实施例，在P型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜8时，可将沉积温度控制在380～500℃，并将SiNx薄膜8的沉积厚度控制在40～200nm。这样，即在所述P型硅衬底4的P型面形成T-SiO2/P-SiO2/SiNx叠层钝化膜6、7、8。T-SiO2薄膜6的氧化温度为750～900℃，厚度1～3nm，氧化过程对电池体寿命的影响较小，对P型面具有很好的钝化性能；P-SiO2薄膜7的厚度为2～10nm，可以利用SiNx薄膜8的化学钝化作用进一步提高钝化效果，并消除SiNx场效应对P型面的负面影响。因此，该叠层钝化膜6、7、8同时具备了热氧化SiO2好的钝化稳定性和SiNx好的碱离子阻挡能力、耐磨及减反射效果。
如框005所示，步骤S05：在所述衬底的N型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜。
请继续参阅图2。在本实施例中，在N型面的T-SiO2薄膜2上采用PECVD法再继续沉积一层SiNx薄膜1。作为本发明一优选实施例，在N型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜1时，可将沉积温度控制在380～500℃，并将SiNx薄膜1的沉积厚度控制在40～200nm。这样，即在所述P型硅衬底的N型面形成T-SiO2/SiNx叠层钝化膜2、1。T-SiO2薄膜2的氧化温度为750～900℃，厚度1～3nm，氧化过程对电池体寿命的影响较小，对N型面具有很好的钝化性能；同时，可以利用SiNx薄膜1的场效应钝化和化学钝化作用，进一步提高钝化效果。因此，该叠层钝化膜2、1同样具备良好的钝化稳定性、碱离子阻挡能力、耐磨及减反射效果。
综上所述，本发明通过对电池的N型面采用T-SiO2/SiNx叠层膜、P型面采用T-SiO2/P-SiO2/SiNx叠层膜进行钝化，并通过控制T-SiO2的氧化温度为750～900℃、厚度为1～3nm，使氧化过程对电池体寿命的影响较小，不仅对N型面具有很好的钝化性能，而且还可以利用SiNx的场效应钝化和化学钝化作用进一步提高N型面的钝化效果；同时，T-SiO2对于P型面已具有很好的钝化性能，再通过增加P-SiO2，且将其厚度控制为2～10nm，可以利用SiNx的化学钝化作用进一步提高P型面的钝化效果，并可有效消除SiNx固定正电荷场效应对P型面的负面影响；热氧化可以采用传统晶硅电池生产线的扩散炉进行，不需要增加新设备，适合规模化高效生产。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，包括：
步骤S01：提供一太阳能电池晶体硅衬底，在所述衬底的上、下表面分别形成N+层、P+层；
步骤S02：在所述衬底的N型面、P型面采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜；
步骤S03：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜；
步骤S04：在所述衬底的P型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜；
步骤S05：在所述衬底的N型面采用PECVD法沉积SiNx薄膜。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S02中，采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜时的沉积温度为750～900℃。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S02中，采用双面热氧化法沉积第一SiO2薄膜时的沉积厚度为1～3nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S03中，采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜时的沉积温度为380～500℃。
5.根据权利要求1或4所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S03中，采用PECVD法沉积第二SiO2薄膜时的沉积厚度为2～10nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S04和步骤S05中，采用PECVD法沉积SiNx薄膜时的沉积温度为380～500℃。
7.根据权利要求1或6所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，步骤S04和步骤S05中，采用PECVD法沉积SiNx薄膜时的沉积厚度为40～200nm。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，在所述衬底的上表面通过进行磷扩散形成N+层，其方块电阻为20～120Ω。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，在所述衬底的下表面通过进行硼扩散形成P+层，其方块电阻为20～120Ω。
10.根据权利要求1、8或9所述的太阳能电池表面钝化方法，其特征在于，所述衬底为P型或N型硅衬底。
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| CN201510104738.7A Pending CN104681670A (zh) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 太阳能电池表面钝化方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109841687A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-06-04 | 乐金显示有限公司 | 薄膜晶体管及其制造方法和包括该薄膜晶体管的显示设备 |
| CN110061101A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-07-26 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种新型高效电池背钝化工艺 |
| CN112582484A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-30 | 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制作方法 |
| CN114420770A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-04-29 | 浙江晶科能源有限公司 | 太阳能电池及其光伏组件 |
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| CN101447532A (zh) * | 2008-12-22 | 2009-06-03 | 上海晶澳太阳能光伏科技有限公司 | 一种双面钝化晶体硅太阳电池的制备方法 |
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-
2015
- 2015-03-10 CN CN201510104738.7A patent/CN104681670A/zh active Pending
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