CN105810779B - 一种perc太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化叠层膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结；其中，所述背面沉积钝化叠层膜包括如下步骤：(1)采用原子层沉积方法在硅片电池背面沉积Al2O3薄膜；(2)将步骤(1)的电池放入管式炉中进行预退火，然后在其上沉积SiO2薄膜，然后在上述SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜。本发明将退火步骤和SiO2、SiNx薄膜沉积集成在同一根管子中进行，从而省去了Al2O3钝化膜单独退火步骤和退火管，节省了工艺时间，降低了生产成本，适合于产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种PERC太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。
随着科技的发展，出现了局部接触背钝化（PERC）太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜(5~100纳米)覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。但是，氧化铝或者氧化硅不导电，因此需要对该薄膜局部开口，以便于铝金属与硅片背表面接触，收集电流。另外，铝金属(通常是铝浆)，在高温烧结过程中，会破坏氧化铝或者氧化硅的钝化作用，因此通常要在氧化铝或者氧化硅薄膜上再覆盖氮化硅薄膜，起到保护作用。现有的PERC太阳能电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到太阳能电池。其中，在背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜2步又称为背面沉积钝化叠层膜，现有技术中，形成背面钝化叠层膜的方法主要有2种：1）采用原子层沉积（Atomic layer deposition，简称ALD)方法沉积Al2O3薄膜，然后在管式炉中退火，形成具有钝化效果的Al2O3薄膜，最后采用PECVD方法在其上沉积SiNx薄膜，获得背面钝化；2）采用PECVD方法依次沉积Al2O3薄膜和SiNx薄膜，获得背面钝化。
然而，上述两种方法都存在其明显的缺点，方法1）是工艺步骤较多，而且Al2O3薄膜退火时间长，影响了电池生产产能，不适合量产。而方法2）虽然减少了工艺步骤和时间，但是采用PECVD方法生长Al2O3薄膜和SiNx薄膜时，其钝化效果差，影响了电池效率。
因此，开发一种PERC太阳能电池的制备方法，以寻求更好的钝化效果，同时减少工艺步骤和时间，提高电池效率，并且适用于目前晶体硅电池的产业化生产，显然具有积极的现实意义。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种PERC太阳能电池的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化叠层膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结；
其中，所述背面沉积钝化叠层膜包括如下步骤：
(1) 采用原子层沉积方法在硅片电池背面沉积Al2O3薄膜；
(2) 将步骤(1)的电池放入管式炉中进行预退火，退火温度为400~600℃，退火时间为5~20 min；然后在其上沉积SiO2薄膜，沉积温度为400~600℃，沉积时间为5~10min，SiO2薄膜的厚度为5~10nm；
然后在上述SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其薄膜厚度为70~170nm；沉积时间为5~30min；
在沉积SiO2薄膜和SiNx薄膜的同时完成退火工艺。
上文中，所述步骤(2)是在管式炉中直接沉积SiO2薄膜和SiNx薄膜。
所述预退火、沉积SiO2、SiNx薄膜过程可视为总退火时间，在此过程中SiO2吸收Al2O3中释放的氢气，避免了高温烧结过程中氢气冲破SiNx薄膜，形成气泡。SiO2薄膜沉积的厚度与Al2O3薄膜的预退火时间相关：当预退火时间减小时，SiO2薄膜沉积时间增加，即膜厚增加；当去除预退火时，SiO2薄膜沉积时间增加到最大，即膜厚最厚。
上述技术方案中，所述步骤(1)中Al2O3薄膜的厚度为5~20nm，沉积温度为200~300℃。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其沉积温度为400~600℃。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，采用SiH4和N2O气体沉积SiO2薄膜；采用SiH4和NH3气体沉积SiNx薄膜。
优选的，采用P型硅片，其电阻率范围为0.5~4 ohm•cm。
与之相应的另一种技术方案，一种PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化叠层膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结；
其中，所述背面沉积钝化叠层膜包括如下步骤：
(1) 采用原子层沉积方法在硅片电池背面沉积Al2O3薄膜；
(2) 将步骤(1)的电池放入管式炉中，直接在Al2O3薄膜上沉积SiO2薄膜，沉积时间10~30min，沉积温度为400~600℃，SiO2薄膜的厚度为10~30nm；然后在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，在沉积SiO2薄膜与SiNx薄膜的同时完成了Al2O3薄膜的退火。
上文中，所述步骤(2)是在管式炉中直接沉积SiO2薄膜和SiNx薄膜。
所述直接沉积SiO2和SiNx薄膜过程可视为总退火时间，在此过程中SiO2吸收Al2O3中释放的氢气，避免了高温烧结过程中氢气冲破SiNx薄膜，形成气泡。
上述技术方案中，所述步骤(1)中Al2O3薄膜的厚度为5~20nm，沉积温度为200~300℃。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其沉积温度为400~600℃，沉积时间为5~30min，其薄膜厚度为70~170nm。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，采用SiH4和N2O气体沉积SiO2薄膜；采用SiH4和NH3气体沉积SiNx薄膜。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明开发了一种新的PERC太阳能电池的制备方法，先在电池背面采用ALD方法沉积Al2O3钝化膜，然后在管式炉中集成Al2O3钝化膜退火和SiO2、SiNx薄膜沉积工艺，即将退火步骤和SiO2、SiNx薄膜沉积集成在同一根管子中进行，从而省去了Al2O3钝化膜单独退火步骤和退火管，节省了工艺时间，降低了生产成本，适合于产业化生产；
2、本发明在Al2O3和SiNx薄膜中间沉积SiO2薄膜，可以吸收Al2O3薄膜退火时释放出的氢气，避免了高温烧结氢气冲破SiNx薄膜而出现的气泡问题，从而获得了高质量的钝化薄膜，大大减少了背面载流子复合，最终获得0.05%-0.1%的效率提升；
3、本发明在管式炉的选择方面没有限制，可以采用国产的管式炉，价格便宜，可达到同样的钝化效果，这样大大降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
首先，提供用于制备太阳能电池的第一导电类型的电池衬底；具体地，衬底为P型硅，电阻率范围为0.5~4 ohm•cm。电池衬底的正面被太阳光照射，电池衬底背面不被太阳光照射。
第一步，在电池衬底的正面形成金字塔绒面结构；该绒面可以通过碱液腐蚀形成，绒面尺寸为1~5微米；
第二步，对电池衬底的正面进行杂质掺杂；具体地，对P型硅掺杂B或Ga杂质，采用高温扩散或者离子注入方法形成PN结；
第三步，对电池衬底背面进行抛光和清洗正面PSG；一般采用碱或酸抛光的方法形成背面抛光面，反射率范围：25%~40%；然后采用HF和HCl清洗正面PSG；
第四步，背面沉积Al2O3薄膜；采用ALD沉积方法，薄膜厚度为5~20nm，沉积温度为250℃；
第五步，管式炉中集成Al2O3薄膜退火和SiO2、SiNx薄膜沉积工艺，具体如下：
首先将Al2O3钝化膜硅片放入管式炉中进行预退火，退火温度为500℃，退火时间为5~20min；然后在其上沉积SiO2薄膜，沉积温度为500℃，沉积时间为5~10min；
然后在上述SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其薄膜厚度为70~170nm；沉积时间为5~30min，沉积温度为500℃；
第六步，正面沉积SiNx减反射膜。通常采用PECVD方法生长；
第七步，背面开口形成接触；采用激光，腐蚀浆料等开口；
第八步，正、背面电极印刷及烧结；即可得到背面集成钝化的PERC太阳能电池。
实施例二：
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
首先，提供用于制备太阳能电池的第一导电类型的电池衬底；具体地，衬底为P型硅，电阻率范围为0.5~4 ohm•cm。电池衬底的正面被太阳光照射，电池衬底背面不被太阳光照射。
第一步，在电池衬底的正面形成金字塔绒面结构；该绒面可以通过碱液腐蚀形成，绒面尺寸为1~5微米；
第二步，对电池衬底的正面进行杂质掺杂；具体地，对P型硅掺杂B或Ga杂质，采用高温扩散或者离子注入方法形成PN结；
第三步，对电池衬底背面进行抛光和清洗正面PSG；一般采用碱或酸抛光的方法形成背面抛光面，反射率范围：25%~40%；然后采用HF和HCl清洗正面PSG；
第四步，背面沉积Al2O3薄膜；采用ALD沉积方法，薄膜厚度为5~20nm，沉积温度为200℃；
第五步，将Al2O3钝化膜硅片放入管式炉中，直接沉积SiO2薄膜，沉积温度为450℃，沉积时间为5~30min；然后在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜（沉积温度为450℃，沉积时间为5~10min，薄膜厚度为70~170nm），在沉积SiO2薄膜与SiNx薄膜的同时完成了Al2O3薄膜的退火；
第六步，正面沉积SiNx减反射膜。通常采用PECVD方法生长；
第七步，背面开口形成接触；采用激光，腐蚀浆料等开口；
第八步，正、背面电极印刷及烧结；即可得到背面集成钝化的PERC太阳能电池。
Claims (9)
1.一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化叠层膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结；
其中，所述背面沉积钝化叠层膜包括如下步骤：
(1) 采用原子层沉积方法在硅片背面沉积Al2O3薄膜；
(2) 将步骤(1)的硅片放入管式炉中进行预退火，退火温度为400~600℃，退火时间为5~20 min；然后在其上沉积SiO2薄膜，沉积温度为400~600℃，沉积时间为5~10min，SiO2薄膜的厚度为5~10nm；
然后在上述SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其薄膜厚度为70~170nm；沉积时间为5~30min；
在沉积SiO2薄膜和SiNx薄膜的同时完成退火工艺。
2.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中Al2O3薄膜的厚度为5~20nm，沉积温度为200~300℃。
3.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其沉积温度为400~600℃。
4.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用SiH4和N2O气体沉积SiO2薄膜；采用SiH4和NH3气体沉积SiNx薄膜。
5.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：采用P型硅片，其电阻率范围为0.5~4 ohm•cm。
6.一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化叠层膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结；
其中，所述背面沉积钝化叠层膜包括如下步骤：
(1) 采用原子层沉积方法在硅片背面沉积Al2O3薄膜；
(2) 将步骤(1)的硅片放入管式炉中，直接在Al2O3薄膜上沉积SiO2薄膜，沉积时间10~30min，沉积温度为400~600℃，SiO2薄膜的厚度为10~30nm；然后在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，在沉积SiO2薄膜与SiNx薄膜的同时完成了Al2O3薄膜的退火。
7.根据权利要求6所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中Al2O3薄膜的厚度为5~20nm，沉积温度为200~300℃。
8.根据权利要求6所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在SiO2薄膜上沉积SiNx薄膜，其沉积温度为400~600℃，沉积时间为5~30min，其薄膜厚度为70~170nm。
9.根据权利要求6所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用SiH4和N2O气体沉积SiO2薄膜；采用SiH4和NH3气体沉积SiNx薄膜。
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