CN107749429B - 一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，由以下步骤组成：第一步：沉积富氧层薄膜；第二步：沉积AlOx纳米薄膜；第三步：沉积SiNx薄膜保护层；第四步：高温退火；通过改进的工艺，降低了单晶PERC电池背表面界面态的复合速率，提升了电池背表面的钝化效果，实现了在单晶PERC电池上效率提升0.2‑0.3%，相对常规的AlOx纳米薄膜的沉积，只增加了沉积前的表面富氧薄膜的沉积和沉积后的高温退火处理，该方法工艺简单，效率提升明显，同时能应运于生产线大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺。
背景技术
高效晶体硅太阳电池新技术层出不穷，以单晶硅背钝化电池-简称（PERC）最具代表性，因其相比传统单晶电池，效率大幅度提升（1%-1.5%），同时与目前常规单晶太阳能电池生产线设备兼容性高，设备增加成本低，工艺流程相对其他高效电池简单化。2016年底，全球范围内部署15GW的PERC产能。单晶硅背钝化太阳能电池已经逐步取代市场，太阳能制造产业的电池产品技术正急速转型。可以预见，未来几年，PERC升级将主导光伏太阳能电池技术投资。各大光伏巨头纷纷致力于研发自己的PERC电池新技术，大面积PERC电池屡创新高。而PERC电池核心技术在于电池背表面采用AlOx薄膜进行钝化。
探索研究PERC电池背面钝化AlOx薄膜沉积工艺，进一步降低其电池背表面复合速率，提升其AlOx薄膜的钝化性能，可以采用：
（1）调整膜层结构，引入其他介质层，降低硅基体与膜层之间的界面态复合速率；
（2）调整沉积AlOx薄膜的工艺参数，达到增加薄膜内负电荷数，从而增强AlOx薄膜的场钝化效果；
本发明采用第一种方案提升AlOx薄膜对单晶硅太阳能电池背表面的钝化性能。
发明内容
本发明的目的在于改进一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，通过AlOx薄膜沉积工艺参数的调整，在不引入其他气体的条件下，在硅基体与膜层之间生长出介质层薄膜，并且大幅度降低了硅基体与膜层之间的界面态复合速率，提升单晶PERC电池效率在0.1%-0.2%。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，包含以下步骤：（1）沉积富氧层薄膜；（2）沉积AlOx纳米薄膜；（3）沉积SiNx薄膜保护层；（4）高温退火；（1）沉积富氧层薄膜的具体步骤：采用MEYER BURGER生产的PECVD设备，在AlOx沉积工艺腔体中，将第一组微波源设置功率在2000-2800W，沉积温度设定在300-350℃，工艺压力设定为1.0-1.8mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行富氧层薄膜的沉积，控制所述混合气体氩气流量为400-1000sccm，笑气流量为500-1000sccm，TMA流量为0-600sccm；
（2）沉积AlOx纳米薄膜的具体步骤：在AlOx沉积工艺腔体中，将第二组微波源设置功率在2000-2800W，沉积温度设定在300-350℃，工艺压力设定为1.0-1.8mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行AlOx薄膜的沉积，控制所述混合气体氩气流量为400-1000sccm，笑气流量为400-1000sccm，TMA流量为200-800sccm；
（3）沉积SiNx薄膜保护层的具体步骤：在SiNx沉积工艺腔体中，第一组到第六组微波源设置功率在2800-4000W，沉积温度设定在400-450℃，工艺压力设定为1.4-2.4mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通氨气和硅烷混合气体，进行氮化硅薄膜的沉积，控制每一组微波源对应的沉积气体流量为：氨气流量为800-2000sccm，硅烷流量为400-1000sccm；
（4）高温退火：将沉积完硅片放置在退火炉中，进行高温退火处理，温度控制在550-850℃，时间控制在10-25min，压力0.1MPa。在热处理过程中，持续通氮气，其中氮气流量控制8-15L/min范围内。
有益效果：
本发明的优势在于，通过AlOx薄膜沉积工艺参数的调整，在不引入其他气体的条件下，在硅基体与膜层之间生长出介质层薄膜，并且大幅度降低了硅基体与膜层之间的界面态复合速率，提升单晶PERC电池效率在0.2%-0.3%。
本发明不同于其他化学方法，热学法，通过额外材料等物质沉积引入介质层，并且工艺流程简单，工艺设计原理独特。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1：
一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，具体步骤如下：
（1）沉积富氧层薄膜的具体步骤：采用MEYER BURGER生产的 PECVD设备，在AlOx沉积工艺腔体中，第一组微波源设置功率在2200W，沉积温度设定在350℃，工艺压力设定为1.2mbar，传输速度设定为230cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行富氧层薄膜的沉积。混合气体氩气流量为800sccm，笑气流量为1000sccm，TMA流量为500sccm；
（2）沉积AlOx纳米薄膜的具体步骤：在AlOx沉积工艺腔体中，第二组微波源设置功率在2400W，沉积温度设定在350℃，工艺压力设定为1.2 mbar，传输速度设定为230cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行AlOx薄膜的沉积。混合气体氩气流量为800sccm，笑气流量为750sccm，TMA流量为600sccm；
（3）沉积SiNx薄膜保护层的具体步骤：在SiNx沉积工艺腔体中，第一组到第六组微波源设置功率在3500W，沉积温度设定在450℃，工艺压力设定为1.8mbar，传输速度设定为240cm/min，同时向工艺腔体通氨气和硅烷混合气体，进行氮化硅薄膜的沉积。每一组微波源对应的沉积气体流量为：氨气流量为1800sccm，硅烷流量为450sccm；
（4）高温退火：将沉积完硅片放置在退火炉中，进行高温退火处理。根据权利要求1所述，其特征是：步骤（4）中温度控制在600℃，时间控制在15min，压力0.1MPa。在热处理过程中，持续通氮气，其中氮气流量控制12L/min。
沉积后的AlOx在20nm，折射率在1.6-1.7，沉积的SiNx在120nm，折射率在2.08。
实施例2：
一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，具体步骤如下：
（1）沉积富氧层薄膜的具体步骤：采用MEYER BURGER生产的 PECVD设备，在AlOx沉积工艺腔体中，第一组微波源设置功率在2200W，沉积温度设定在300℃，工艺压力设定为1.2mbar，传输速度设定为230cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行富氧层薄膜的沉积。混合气体氩气流量为800sccm，笑气流量为900sccm，TMA流量为300sccm；
（2）沉积AlOx纳米薄膜的具体步骤：在AlOx沉积工艺腔体中，第二组微波源设置功率在2400W，沉积温度设定在300℃，工艺压力设定为1.2 mbar，传输速度设定为230cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行AlOx薄膜的沉积。混合气体氩气流量为800sccm，笑气流量为850sccm，TMA流量为600sccm；
（3）沉积SiNx薄膜保护层的具体步骤：在SiNx沉积工艺腔体中，第一组到第六组微波源设置功率在3500W，沉积温度设定在450℃，工艺压力设定为1.8mbar，传输速度设定为240cm/min，同时向工艺腔体通氨气和硅烷混合气体，进行氮化硅薄膜的沉积。每一组微波源对应的沉积气体流量为：氨气流量为1600sccm，硅烷流量为550sccm；
（4）高温退火：将沉积完硅片放置在退火炉中，进行高温退火处理。根据权利要求1所述，其特征是：步骤（4）中温度控制在800℃，时间控制在10min，压力0.1MPa。在热处理过程中，持续通氮气，其中氮气流量控制12L/min。
沉积后的AlOx在20nm，折射率在1.6-1.7，沉积的SiNx在120nm，折射率在2.1。
实施例3：
一种常规PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，具体步骤如下：
（1）沉积AlOx纳米薄膜的具体步骤：采用MEYER BURGER生产的 PECVD设备，在AlOx沉积工艺腔体中，第一二组微波源设置功率在2400W，沉积温度设定在350℃，工艺压力设定为1.2 mbar，传输速度设定为230cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行AlOx薄膜的沉积。混合气体氩气流量为800sccm，笑气流量为750sccm，TMA流量为600sccm；
（2）沉积SiNx薄膜保护层的具体步骤：在SiNx沉积工艺腔体中，第一组到第六组微波源设置功率在3500W，沉积温度设定在450℃，工艺压力设定为1.8mbar，传输速度设定为240cm/min，同时向工艺腔体通氨气和硅烷混合气体，进行氮化硅薄膜的沉积。每一组微波源对应的沉积气体流量为：氨气流量为1800sccm，硅烷流量为450sccm；
沉积后的AlOx在20nm，折射率在1.6-1.7，沉积的SiNx在120nm，折射率在2.08。
采用AlOx薄膜背面钝化单晶PERC电池电性能参数如表1所示：
表1
从上表可以看出本发明的一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，电池转换效率有0.2-0.3%提升。
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 (1)
1.一种提升PERC电池背钝化性能的AlOx沉积工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）沉积富氧层薄膜：采用MEYER BURGER生产的 PECVD设备，在AlOx沉积工艺腔体中，将第一组微波源设置功率在2000-2800W，沉积温度设定在300-350℃，工艺压力设定为1.0-1 .8mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行富氧层薄膜的沉积，控制所述混合气体氩气流量为400-1000sccm，笑气流量为500-1000sccm，TMA流量为0-600sccm；
（2）沉积AlOx纳米薄膜：在AlOx沉积工艺腔体中，将第二组微波源设置功率在2000-2800W，沉积温度设定在300-350℃，工艺压力设定为1 .0-1 .8mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通入氩气，笑气，TMA两种或以上的混合气体，进行AlOx薄膜的沉积，控制所述混合气体氩气流量为400-1000sccm，笑气流量为400-1000sccm，TMA流量为200-800sccm；
（3）沉积SiNx薄膜保护层：在SiNx沉积工艺腔体中，第一组到第六组微波源设置功率在2800-4000W，沉积温度设定在400-450℃，工艺压力设定为1 .4-2 .4mbar，传输速度设定为180-260cm/min，同时向工艺腔体通氨气和硅烷混合气体，进行氮化硅薄膜的沉积，控制每一组微波源对应的沉积气体流量为：氨气流量为800-2000sccm，硅烷流量为400-1000sccm；
（4）高温退火：将沉积完硅片放置在退火炉中，进行高温退火处理，温度控制在550-850℃，时间控制在10-25min，压力0 .1MPa，在热处理过程中，持续通氮气，其中氮气流量控制8-15L/min范围内。
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