CN106653871B - 一种perc太阳能电池结构及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PERC太阳能电池结构及其制备工艺。它包括电池片本体，所述电池片本体的正面依次沉积/生长有SiO2层、减反层和AlOx层，所述电池片本体的背面依次沉积有AlOx层和SiNx层；在PERC电池常规制备工艺的基础上，增加了表面氧化掺杂工艺；同时，对PERC电池工艺的调整；还采用了独特的表面钝化层沉积工艺。本发明的有益效果是：通过氧化过程中的有效掺杂，提高电池表面的杂质浓度，改善电池的FF，弥补由于背面局部接触导致的FF恶化；同时，通过对PERC电池工艺的调整，解决掺杂工艺导致的边缘漏电问题，从而简化工艺过程；不仅提高了电池的转换效率，而且为PERC电池后续的光致恢复工艺提供了更好的氢化效果，从而实现抗LID。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池制造相关技术领域，尤其是指一种PERC太阳能电池结构及其制备工艺。
背景技术
PERC电池采用背面钝化技术有效降低表面复合速率，达到提高转换效率的目的。随着降低光伏发电成本的需要和市场对高效组件的需求日益强烈，PERC电池量产化的浪潮正式到来。在PERC电池的量产推进中，除了需要解决包括污染和隐裂等质量问题外，另外两个急需克服的关键问题分别是由于背面局部接触导致的低FF(填充因子)和由于背面钝化质量提升导致的LID(光致衰减)增加。
从目前的发展状况来看，FF的解决更多的依赖于浆料和激光工艺的进步，而伴随局部掺杂，如激光掺杂技术的逐渐成熟，未来采用PERL结构解决FF问题将成为有效手段。
过高的LID则是PERC电池实现真正产业化，迈向实用的最大难题。除了在硅片端采用掺镓硅片解决LID问题，在电池端采用载流子注入对电池进行光致恢复处理的量产解决方案也逐渐成熟。
因此，随着PERC电池产业化进程的不断推进，如何有效提高电池转换效率(提高电池FF)和降低电池LID(提升光致恢复效果)是PERC电池进一步发展和延长其生命周期的迫切需要。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种提高电池转换效率且降低电池LID的PERC太阳能电池结构及其制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种PERC太阳能电池结构，包括电池片本体，所述电池片本体的正面依次沉积/生长有正SiO2层、减反层和正AlOx层，所述电池片本体的背面依次沉积有背AlOx层和SiNx层。
本发明，在减反层的基础上，内层增加了一层具有一定磷掺杂浓度的SiO2薄膜，使其在提供表面钝化的同时，有效降低串联电阻，提高FF；而外层增加了AlOx层，在实现更好减反效果的同时，提升体钝化质量，不仅提高了电池转换效率，而且有利于后续的光致恢复(LIR)工艺，抑制光致衰减(LID)的发生。此外，该电池结构在基本不增加电池工艺复杂的前提下，同时实现转换效率和抗LID性能的改善。
作为优选，所述减反层的结构为SiNx/SiNy/SiOxNy与SiNx/SiOxNy/SiOx中的其中一种。其中：SiNx/SiNy/SiOxNy结构为在常规SiNx/SiNy减反结构的基础上，外层增加了SiOxNy层，在实现更好减反效果的同时，提升体钝化质量，不仅提高了电池效率，而且有利于后续的光致恢复(LIR)工艺，抑制光致衰减(LID)的发生，其中，SiOxNy薄膜在SiNx/SiNy沉积的同时进行；而SiNx/SiOxNy/SiOx结构也是同时完成沉积的。
作为优选，所述电池片本体的背面与背AlOx层之间还沉积/生长有背SiO2层。在电池片本体的背面增加了内层SiO2层，能够有效改善背面污染和划伤问题，SiO2层的生长与正面的SiO2氧化层同时完成。该电池结构在基本不增加电池工艺复杂的前提下，同时实现转换效率和抗LID性能的改善。
本发明还提供了一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，具体包括如下步骤：
(1)硅片在碱性或者酸性溶液中制绒后，清洗，烘干，绒面尺寸控制在5um以内；
(2)扩散炉中进行高温磷扩散，扩散方阻在60-120Ω/□之间，表面浓度在1019-1022atom/cm3之间，结深控制在200-800nm之间，进行湿法刻蚀和清洗；
(3)扩散炉中进行氧化掺杂，氧化温度在600-900℃之间，时间在10-60min，同时进行掺杂，控制表面浓度，掺入杂质类型与发射结相同，掺杂温度在600-900℃之间，时间为60-300s之间，掺杂后表面浓度控制在1020-1022atom/cm3之间，结深控制在300-900nm之间；
(4)正面镀膜：通过PECVD沉积减反层，并控制折射率和膜厚；
(5)背面刻蚀和清洗，去除氧化掺杂过程中引入的边结/背结，同时清洗背面；
(6)双面同时沉积AlOx层，折射率1.6-1.65，膜厚3-30nm；
(7)退火，背面SiNx层沉积，折射率1.9-2.4，膜厚80-200nm；
(8)激光开窗，制备背面局部接触图案；
(9)丝网印刷及高温烧结。
其中，本发明中的氧化掺杂工艺，在氧化过程中，同时进行杂质掺杂，掺杂杂质导电类型与发射结相同，从而有效提高电池表面的杂质浓度，降低接触电阻，改善由于PERC电池背面局部接触导致的FF下降问题；此外在正面镀膜后，增加背面刻蚀清洗步骤，在保证背表面洁净度的同时，去除氧化掺杂过程中引入的边结/背结；进行双面AlOx的沉积，满足背表面钝化，而且，AlOx薄膜的引入也一定程度上防止体硅内氢的外泄，达到更好的体钝化效果，不仅提高电池转换效率，也为后续的LIR工艺提供更丰富的氢源，有效达到抗LID效果；同时，通过对PERC电池工艺的调整，解决掺杂工艺导致的边缘漏电问题，从而简化工艺过程；与常规PERC电池工艺相比，本发明所提供的PERC电池工艺在基本不增加工艺复杂度的同时，达到了提高电池效率和抗LID的双重效果。
作为优选，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiNy层和SiOxNy层，其中：控制的折射率依次为2.0-2.3、1.8-2.0和1.7-1.9，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。在电池片本体的正面形成了从SiNx层、SiNy层、SiOxNy层和AlOx层折射率依次递减的减反层结构，达到更好的光学效果。
作为另一种优选，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiOxNy层和SiOx层，其中：控制的折射率依次为1.9-2.2、1.6-1.9和1.4-1.6，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。在电池片本体的正面形成了从SiNx层、SiOxNy层、SiOx层和AlOx层折射率依次递减的减反层结构，达到更好的光学效果。
本发明还提供了另外一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，具体包括如下步骤：
(1)硅片在碱性或者酸性溶液中制绒后，清洗，烘干，绒面尺寸控制在5um以内；
(2)扩散炉中进行高温磷扩散，扩散方阻在60-120Ω/□之间，表面浓度在1019-1022atom/cm3之间，结深控制在200-800nm之间，进行湿法刻蚀和清洗；
(3)扩散炉中进行氧化掺杂，氧化温度在600-900℃之间，时间在10-60min，同时进行掺杂，控制表面浓度，掺入杂质类型与发射结相同，掺杂温度在600-900℃之间，时间为60-300s之间，掺杂后表面浓度控制在1020-1022atom/cm3之间，结深控制在300-900nm之间；
(4)正面镀膜：通过PECVD沉积减反层，并控制折射率和膜厚；
(5)采用等离子体或者激光方式进行刻边；
(6)双面同时沉积AlOx层，折射率1.6-1.65，膜厚3-30nm；
(7)退火，背面SiNx层沉积，折射率1.9-2.4，膜厚80-200nm；
(8)激光开窗，制备背面局部接触图案；
(9)丝网印刷及高温烧结。
其中，本发明中的氧化掺杂工艺，在氧化过程中，同时进行杂质掺杂，掺杂杂质导电类型与发射结相同，从而有效提高电池表面的杂质浓度，降低接触电阻，改善由于PERC电池背面局部接触导致的FF下降问题；此外进行双面氧化掺杂工艺，以保障背面洁净度和防止划伤，并采用等离子体或者激光工艺刻蚀边结；进行双面AlOx的沉积，满足背表面钝化，而且，AlOx薄膜的引入也一定程度上防止体硅内氢的外泄，达到更好的体钝化效果，不仅提高电池转换效率，也为后续的LIR工艺提供更丰富的氢源，有效达到抗LID效果；与常规PERC电池工艺相比，本发明所提供的PERC电池工艺在基本不增加工艺复杂度的同时，达到了提高电池效率和抗LID的双重效果。
作为优选，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiNy层和SiOxNy层，其中：控制的折射率依次为2.0-2.3、1.8-2.0和1.7-1.9，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。在电池片本体的正面形成了从SiNx层、SiNy层、SiOxNy层和AlOx层折射率依次递减的减反层结构，达到更好的光学效果。
作为另一种优选，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiOxNy层和SiOx层，其中：控制的折射率依次为1.9-2.2、1.6-1.9和1.4-1.6，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。在电池片本体的正面形成了从SiNx层、SiOxNy层、SiOx层和AlOx层折射率依次递减的减反层结构，达到更好的光学效果。
作为另一种优选，在步骤(4)之后，直接进入到步骤(6)，并在步骤(9)之后，增加一个工艺，具体为：采用等离子体或者激光方式进行刻边。本发明所提供的PERC电池工艺也可以在丝网印刷及高温烧结之后，采用等离子体或者激光工艺刻蚀边结。
本发明的有益效果是：通过氧化过程中的有效掺杂，提高电池表面的杂质浓度，改善电池的FF，弥补由于背面局部接触导致的FF恶化；同时，通过对PERC电池工艺的调整，解决掺杂工艺导致的边缘漏电问题，从而简化工艺过程；不仅提高了电池的转换效率，而且为PERC电池后续的光致恢复工艺提供了更好的氢化效果，从而实现抗LID。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的另一种结构示意图。
图中：1.正AlOx层，2.减反层，3.正SiO2层，4.电池片本体，5.背AlOx层，6.SiNx层，7.背SiO2层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所述的实施例中，一种PERC太阳能电池结构，包括电池片本体4，电池片本体4的正面依次沉积/生长有正SiO2层3、减反层2和正AlOx层1，电池片本体4的背面依次沉积有背AlOx层5和SiNx层6。减反层2的结构为SiNx/SiNy/SiOxNy与SiNx/SiOxNy/SiOx中的其中一种。
如图2所述的实施例中，一种PERC太阳能电池结构，包括电池片本体4，电池片本体4的正面依次沉积/生长有正SiO2层3、减反层2和正AlOx层1，电池片本体4的背面依次沉积有背AlOx层5和SiNx层6。减反层2的结构为SiNx/SiNy/SiOxNy与SiNx/SiOxNy/SiOx中的其中一种。电池片本体4的背面与背AlOx层5之间还沉积/生长有背SiO2层7。
实施例1：
1、硅片在碱性(NaOH或者KOH)或者酸性溶液(HF+HNO3)中制绒后，清洗，甩干，绒面尺寸在5um以内；
2、扩散炉中进行高温磷扩散，扩散方阻为80Ω/□，表面浓度6*1020atom/cm3，结深300nm，形成pn结后，进行湿法刻蚀去背结和PSG；
3、高温炉中进行氧化，温度750℃，氧化时间15min，氧化后，表面浓度1.5*1020atom/cm3，结深400nm；管内温度为750℃，通入POCl3，进行氧化层杂质掺杂，时间为300s，掺杂后，表面浓度5*1020atom/cm3；
4、进行正面减反层沉积，采用PECVD(通入SiH4、NH3和N2O)在发射区上沉积SiNx/SiNy/SiOxNy叠层结构，SiNx折射率为2.3，膜厚为5nm，SiNy折射率为1.9，膜厚为20nm，SiOxNy折射率为1.7，膜厚为50nm；
5、背面刻蚀清洗，移除背结，清洗背面；
6、双面沉积AlOx薄膜，折射率为1.65，膜厚10nm；
7、退火，背面沉积SiNx薄膜，折射率2.00，膜厚120nm；
8、激光开窗，制备背面实线、线段或者点状局部接触；
9、背银、背铝和正银丝网印刷及烧结后，进行测试分选。
实施例2：
实施例1中，第2步，扩散方阻为100Ω/□，表面浓度3*1020atom/cm3，结深200nm，形成pn结后，进行湿法刻蚀去背结和PSG；第3步，高温炉中进行氧化，温度750℃，氧化时间15min，氧化后，表面浓度9*1019atom/cm3，结深300nm；管内温度升至800℃，通入POCl3，进行氧化层杂质掺杂，时间为300s，掺杂后，表面浓度5*1020atom/cm3；其他工艺与实施例1相同。
实施例3：
实施例1中，第4步，采用PECVD(通入SiH4、NH3和N2O)在发射区上沉积SiNx/SiOxNy/SiOx叠层结构，SiNx折射率为2.2，膜厚为5nm，SiOxNy折射率为1.9，膜厚为30nm，SiOx折射率为1.6，膜厚为40nm；其他工艺与实施例1相同。
实施例4：
实施例1中，第6步，双面沉积AlOx薄膜，折射率为1.65，膜厚5nm；其他工艺与实施例1相同。
实施例5：
实施例1中，第7步，退火，背面沉积SiNx薄膜，折射率2.00，膜厚160nm；其他工艺与实施例1相同。
实施例6：
实施例1中，第5步，采用等离子体或者激光技术进行边缘刻蚀；其他工艺与实施例1相同。
实施例7：
实施例6中，省略第5步等离子体或者激光边缘刻边工艺，并将其移至最后一步实施；其他工艺与实施例6相同。
对比例：
1、硅片在碱性(NaOH或者KOH)或者酸性溶液(HF+HNO3)中制绒后，清洗，甩干，绒面尺寸在5um以内；
2、扩散炉中进行高温磷扩散，扩散方阻为80Ω/□，表面浓度6*1020atom/cm3，结深300nm，形成pn结后，进行湿法刻蚀去背结和PSG；
3、背面沉积AlOx薄膜，折射率为1.65，膜厚10nm；
4、退火，背面沉积SiNx薄膜，折射率2.00，膜厚120nm；
5、进行正面减反层沉积，采用PECVD(通入SiH4、NH3和N2O)在发射区上沉积SiNx/SiNy/SiOxNy叠层结构，SiNx折射率为2.3，膜厚为5nm，SiNy折射率为1.9，膜厚为20nm，SiOxNy折射率为1.7，膜厚为50nm；
6、激光开窗，制备背面实线、线段或者点状局部接触；
7、背银、背铝和正银丝网印刷及烧结后，进行测试分选。
实施例1-7和对比例具体测试结果如表1所示，其中Voc为电池开路电压，Isc为电池短路电流，FF为电池填充因子，Eff为电池转换效率。
表1实施例1-7以及对比例的电性能
| Voc(mV) | Isc(A) | FF(％) | Eff(％) | |
| 对比例 | 650.12 | 9.72 | 79.65 | 20.60 |
| 实施例1 | 655.82 | 9.78 | 79.23 | 20.80 |
| 实施例2 | 656.52 | 9.79 | 79.26 | 20.85 |
| 实施例3 | 655.30 | 9.81 | 79.24 | 20.85 |
| 实施例4 | 655.52 | 9.79 | 79.25 | 20.82 |
| 实施例5 | 656.26 | 9.80 | 79.24 | 20.86 |
| 实施例6 | 656.62 | 9.78 | 79.21 | 20.82 |
| 实施例7 | 656.45 | 9.79 | 79.22 | 20.84 |
Claims (7)
1.一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，其特征是， 所述PERC太阳能电池结构的制备工艺包括如下步骤：
(1)硅片在碱性或者酸性溶液中制绒后，清洗，烘干，绒面尺寸控制在5um以内；
(2)扩散炉中进行高温磷扩散，扩散方阻在60-120Ω/口之间，表面浓度在1019-1022atom/cm3之间，结深控制在200-800nm之间，进行湿法刻蚀和清洗；
(3)扩散炉中进行氧化掺杂，氧化温度在600-900℃之间，时间在10-60min，同时通入POCl3进行掺杂，控制表面浓度，掺入杂质类型与发射结相同，掺杂温度在600-900℃之间，时间为60-300s之间，掺杂后表面浓度控制在1020-1022atom/cm3之间，结深控制在300-900nm之间；
(4)正面镀膜：通过PECVD沉积减反层，并控制折射率和膜厚；
(5)背面刻蚀和清洗，去除氧化掺杂过程中引入的边结/背结，同时清洗背面；
(6)双面同时沉积AlOx层，折射率1.6-1.65，膜厚3-30nm；
(7)退火，背面SiNx层沉积，折射率1.9-2.4，膜厚80-200nm；
(8)激光开窗，制备背面局部接触图案；
(9)丝网印刷及高温烧结。
2.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，其特征是，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiNy层和SiOxNy层，其中：控制的折射率依次为2.0-2.3、1.8-2.0和1.7-1.9，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，其特征是，在步骤(1)中，所述的硅片为单晶电池片或者多晶电池片；在步骤(4)中，通过PECVD依次沉积SiNx层、SiOxNy层和SiOx层，其中：控制的折射率依次为1.9-2.2、1.6-1.9和1.4-1.6，控制的膜厚依次为5-20nm、20-40nm和30-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，其特征是，
步骤(5)中采用等离子体或者激光方式进行刻边。
5.根据权利要求4所述的一种PERC太阳能电池结构的制备工艺，其特征是，在步骤(4)之后，直接进入到步骤(6)，并在步骤(9)之后，增加一个工艺，具体为：采用等离子体或者激光方式进行刻边。
6.一种如权利要求1所述的工艺制备的PERC太阳能电池结构，其特征是，包括电池片本体，所述电池片本体(4)的正面依次沉积/生长有正SiO2层(3)、减反层(2)和正AlOx层(1)，所述电池片本体(4)的背面依次沉积有背AlOx层(5)和SiNx层(6)。
7.根据权利要求6所述的PERC太阳能电池结构，其特征是，所述减反层(2)的结构为SiNx/SiNy/SiOxNy与SiNx/SiOxNy/SiOx中的其中一种；所述电池片本体(4)的背面与背AlOx层(5)之间还沉积/生长有背SiO2层(7)。
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