CN106486568A - 一种perc电池的退火处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PERC电池的退火处理工艺，包括以下步骤：在硅片背面制备三氧化二铝薄膜，对硅片进行退火处理。本发明中通过对PERC电池中的三氧化二铝薄膜进行退火处理，降低了界面复合，提高了硅片的少子寿命，克服了现有PERC电池制备工艺中对三氧化二铝钝化效果造成的不利影响；同时将经过退火处理后的硅片制成PERC电池，光电转化效率的平均值达到了21.0％，相比常规制备工艺(无退火处理)，增加了0.2％，取得了较好的电学性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及一种PERC电池的退火处理工艺。
背景技术
PERC电池是一种新型的高效太阳能电池，其背面制备有一层三氧化二铝薄膜。PERC电池中利用三氧化二铝的场效应对硅片表面进行钝化，能够提高硅片的少子寿命。
现有的PERC电池制备工艺中通常是利用高温烧结过程来激活三氧化二铝的场效应，此过程存在两个缺陷：(1)时间太短，处于500℃以上的时间只有20-30秒，而高温时间太短，无法有效激活三氧化二铝的场效应，即烧结时间过短，三氧化二铝中的负电荷密度过低，场效应的强度不够，无法保证三氧化二铝薄膜充分发挥有效的钝化效果。(2)峰值温度过高，峰值温度达到了800℃，而过高峰值温度，容易导致反型，即峰值温度过高，会造成硅中的正电荷过多，正电荷本身会成为电子的复合中心，致使少子寿命下降。另外，由于需要兼顾铝浆、正银的烧结效果，烧结过程的温度曲线的调整空间较小。由此可见，现有的制备工艺中无法使三氧化铝薄膜的钝化作用发挥到最佳状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种钝化效果好、光电转化效率高的PERC电池的退火处理工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种PERC电池的退火处理工艺，包括以下步骤：在硅片背面制备三氧化二铝薄膜，对硅片进行退火处理。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述退火处理的温度为500℃～700℃。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述退火处理的压力为100mbar～300mbar。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述退火处理的时间为10min～30min。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述退火处理在保护气下进行。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述保护气为氮气。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述三氧化二铝薄膜的厚度为10nm～30nm。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述三氧化二铝薄膜采用PECVD法制备得到；所述PECVD法的工艺参数为：以三甲基铝、笑气作为反应物，高频电源功率为2000W～5000W，三甲基铝流量为300mg/min～800mg/min，笑气流量为1000sccm～2500sccm，氩气流量为400sccm～800sccm，反应温度为300℃～500℃。
上述的退火处理工艺中，优选的，在制备三氧化二铝薄膜后还包括在所述三氧化二铝薄膜上制备氮化硅薄膜；所述氮化硅薄膜的厚度为80nm～150nm。
上述的退火处理工艺中，优选的，所述氮化硅薄膜采用PECVD法制备得到；所述PECVD法的工艺参数为：高频电源功率为2000W～5000W，氨气流量为2000sccm～4000sccm，硅烷流量为1000sccm～2000sccm，反应温度为300℃～500℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明提供了一种PERC电池的退火处理工艺，包括以下步骤：在硅片背面制备三氧化二铝薄膜，对硅片进行退火处理。本发明的退火过程中，硅片中的硅会从三氧化二铝中夺取氧原子，从而在硅片/三氧化二铝的界面处形成一层氧化硅薄膜。由于氧原子被夺走，原本属于氧原子的孤对电子被留在了三氧化二铝中，这就使得三氧化二铝显现出负电性，界面处就形成了一个电场，该电场会排斥电子，使电子远离界面，从而降低界面复合，达到提升少子寿命的效果，充分保证了三氧化二铝的钝化效果。本发明中的退火处理工艺在钝化工艺后进行，主要是将三氧化二铝钝化效果的激活过程独立出来，即在烧结处理之前进行退火处理工艺，通过在三氧化二铝与硅片之间已经形成了一层二氧化硅薄膜，提前激活了三氧化二铝的场效应，将由于烧结过程中时间短、峰值温度高而造成的对三氧化二铝钝化效果的不良影响降低到最低。由此可见，本发明中通过对PERC电池中的三氧化二铝薄膜进行退火处理，降低了界面复合，提高了硅片的少子寿命，克服了现有PERC电池制备工艺中对三氧化二铝钝化效果造成的不利影响。
2、本发明的PERC电池的退火处理工艺，在三氧化二铝薄膜上还制备了氮化硅薄膜，并将氮化硅薄膜与三氧化二铝薄膜一起进行退火处理，通过退火处理，加强了氮化硅薄膜的致密性，可以在氮化硅薄膜较薄的前提下，保证氮化硅薄膜对三氧化二铝薄膜的保护作用，同时较薄的氮化硅薄膜有利于激光开膜，使激光可以在较低的功率下将薄膜清除干净，一方面避免了薄膜清除不彻底而导致的背面铝浆与硅片之间的接触不良，另一方面也避免了激光功率过高而对硅片造成损伤。
3、本发明中覆盖在三氧化二铝上的氮化硅薄膜是通过PECVD的方式制备，氨气分子和硅烷分子在等离子体的作用下被打碎成为活性原子团，活性原子团随机组成新的分子，其中有一类分子为氨基硅烷，氨基硅烷分子吸附在硅片表面，并在温度的作用下与相邻氨基硅烷分子中的N-H键和Si-H键发生反应，形成Si-N键，将相邻分子连接在一起，不断外延，形成一Si-N键为骨架的薄膜结构。由于PECVD的反应温度为400-450度，氮化硅薄膜中还存在有大量未反应的的Si-H、N-H键，退火处理可以促使残余的Si-H、N-H键发生反应，加强薄膜的交连结构，使薄膜结构更加紧密。然而退火温度过高、时间过长会影响到硅片正面的PN结，此时通过控制退火压力保证了退火效果的均匀性，且在低压下进行退火有利于Si-H、N-H键反应生成的H原子的逃逸，也有利于促进Si-H、N-H键之间发生的反应。
4、本发明中，将经过退火处理后的硅片制成PERC电池，光电转化效率的平均值达到了21.0％，相比常规制备工艺(无退火处理)，增加了0.2％，取得了较好的电学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中PERC电池的制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1中PERC电池的结构示意图。
图3为PERC电池的传统制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的PERC电池的退火处理工艺，包括以下步骤：
(1)对硅片进行制绒、扩散、刻清处理。刻清是太阳能电池制造过程中的一道工序的名称，也被称为“边缘隔离”、“二次清洗”。
(2)硅片经步骤(1)的处理后，采用PECVD法在硅片背面制备三氧化二铝薄膜，其厚度为25nm。所采用的PECVD法的工艺参数为：以三甲基铝、笑气作为反应物，高频电源功率为4000W，三甲基铝流量为800mg/min，笑气流量为2500sccm，氩气流量为600sccm，反应温度为400℃。
(3)采用PECVD法在步骤(2)制备的三氧化二铝薄膜上制备氮化硅薄膜，其厚度为120nm，得到制备有三氧化二铝薄膜/氮化硅薄膜的硅片。PECVD法的工艺参数为：高频电源功率为4000W，氨气流量为3500sccm，硅烷流量为1200sccm，反应温度为400℃。
(4)将步骤(3)中制备有三氧化二铝薄膜/氮化硅薄膜的硅片放入扩散炉中，并通入20000sccm的氮气作为保护气体，于温度为600℃、压力为200mbar下退火20min。
将完成退火处理后的硅片进行后续PECVD、激光开槽、丝印烧结等工序，制备工艺流程如图1所示，制备得到PERC电池。图2为本发明制得的PERC电池的结构示意图。
采用传统工艺制备PERC电池，制备工艺流程如图3所示。
将本发明工艺制备的PERC电池和传统工艺制备PERC电池的光电转化效率进行对比，其结果如表1所示。
表1不同工艺制得的PERC电池的光电转化效率
由表1可知，本发明工艺制得的PERC电池具有更好的光电转化效率，光电转化效率的平均值高达21.0％，较传统常规工艺提高了0.2％。
为了确认退火过程对少子寿命的影响，分别将传统工艺中、本发明工艺中经过PECVD工序后的硅片直接进行烧结(跳过激光开槽和印刷工序)，然后对硅片的少子寿命进行测试，测试结果如表2所示。
表2经不同处理工艺后硅片的少子寿命测试结果
| 平均少子寿命 | 测试硅片数量(片) | |
| 未经退火处理 | 94.8μs | 10 |
| 退火处理 | 152.9μs | 10 |
由表2可知，经本发明退火处理后，硅片的少子寿命明显提高，高达152.9μs，较未经退火处理的硅片，少子寿命提高了58.1μs。
由此可见，本发明中通过对PERC电池中的三氧化二铝薄膜进行退火处理，降低了界面复合，提高了硅片的少子寿命，同时将经过退火处理后的硅片制成PERC电池，光电转化效率的平均值达到了21.0％，相比常规制备工艺(无退火处理)，增加了0.2％，取得了较好的电学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PERC电池的退火处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：在硅片背面制备三氧化二铝薄膜，对硅片进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的退火处理工艺，其特征在于，所述退火处理的温度为500℃～700℃。
3.根据权利要求1所述的退火处理工艺，其特征在于，所述退火处理的压力为100mbar～300mbar。
4.根据权利要求1所述的退火处理工艺，其特征在于，所述退火处理的时间为10min～30min。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的退火处理工艺，其特征在于，所述退火处理在保护气下进行。
6.根据权利要求5所述的退火处理工艺，其特征在于，所述保护气为氮气。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的退火处理工艺，其特征在于，所述三氧化二铝薄膜的厚度为10nm～30nm。
8.根据权利要求7所述的退火处理工艺，其特征在于，所述三氧化二铝薄膜采用PECVD法制备得到；所述PECVD法的工艺参数为：以三甲基铝、笑气作为反应物，高频电源功率为2000W～5000W，三甲基铝流量为300mg/min～800mg/min，笑气流量为1000sccm～2500sccm，氩气流量为400sccm～800sccm，反应温度为300℃～500℃。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的退火处理工艺，其特征在于，在制备三氧化二铝薄膜后还包括在所述三氧化二铝薄膜上制备氮化硅薄膜；所述氮化硅薄膜的厚度为80nm～150nm。
10.根据权利要求9所述的退火处理工艺，其特征在于，所述氮化硅薄膜采用PECVD法制备得到；所述PECVD法的工艺参数为：高频电源功率为2000W～5000W，氨气流量为2000sccm～4000sccm，硅烷流量为1000sccm～2000sccm，反应温度为300℃～500℃。
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