CN108231917A - 一种perc太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域。本发明公开了一种PERC太阳能电池，其由其包括硅片，硅片的正面沉积/生长有正面减反层，硅片的背面沉积AlOx层和背面钝化层；本发明还公开了一种PERC太阳能电池的制备方法。本发明提出的背面SiNx/SiNy周期性叠层结构，与单一的SiNx层相比，提高了体钝化和背面反射、电池Voc和Isc性能；本发明提出的后清洗工艺，在背面SiNx/SiNy周期性叠层结构沉积后实施，能有效刻蚀正面Al2O3层并不破坏背面叠层结构；在激光开窗后实施，刻蚀正面Al2O3的同时，有效清洗激光开窗造成的残留和杂质，提升局部背场质量和电池转换效率；本发明在进行背面SiNx/SiNy沉积的过程中，正面Al2O3层可以有效的保护发射结。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种PERC太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着量产关键设备和周边辅材的不断发展和成熟，PERC电池进入了一个全新的发展阶段。但在量产的过程中，以氧化铝镀膜设备为核心，不管是以德国梅耶博格和Centrotherm为代表的PECVD技术方案，还是以荷兰SoLayTec和上海理想为代表的在线式(in-line)ALD技术方案，均受制于其设备稼动率和稳定性问题；另外一种代表性的批量式(batch)ALD镀膜设备，则受制于其较为严重的绕镀问题，无法实现量产。随着技术的成熟，以韩国NCD和常州微导为代表，提出了一种双面镀膜方案，在解决了绕镀问题的同时，实现设备稼动率和稳定性的飞跃。
批量式ALD技术方案，由于正面引入了AlOx(Al2O3)层，由此也带来了电池工艺的局限性和正银接触以及可靠性等问题。由于AlOx层的固定负电荷和较低的折射率(低于SiNx、SiOxNy等)，AlOx镀膜必须在正面减反层沉积后进行，而在正面减反层的沉积过程中，背面将受到一定程度的污染，影响背面AlOx的沉积效果，而且在进行背面SiNx沉积时，正面划伤的风险也相对增加；另外，由于正面AlOx的存在，对丝网印刷过程中金属/半导体接触的形成提出了更大的挑战，一定程度上限制了电池正面工艺的优化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种PERC太阳能电池及其制备方法，在提高电池效率的同时，有效解决批量式ALD氧化铝镀膜设备双面沉积工艺带来的技术和质量问题；提高电池制备工艺的灵活性和产品可靠性，并进一步提升电池效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PERC太阳能电池，其包括硅片，硅片的正面沉积/生长有正面减反层，硅片的背面沉积/生长有AlOx层和背面钝化层；正面减反层为SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构；背面钝化层为SiNx/SiNy结构。
作为优选，硅片为P型硅片。
硅片为多晶硅片或单晶硅片。
作为优选，背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的单层或周期性叠层结构。
作为优选，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的单层或周期叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；
e)高温退火，退火温度350～550℃，退火时间5～30min；
f)背面沉积背面钝化层；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在0.01～10wt％之间，清洗时间20～300s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
i)丝网印刷及高温烧结。
作为优选，PERC太阳能电池的制备方法还包括步骤X)激光开窗制备背面接触图案，所述的步骤X)在步骤f或步骤h完成后进行。
作为优选，步骤b中，高温磷扩散处理后，扩散方阻在60～120Ω/□之间，表面浓度为1019～1022atom/cm3，结深控制在200～800nm。
作为优选，步骤d中，沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.6～1.65，膜厚为3～20nm。
作为优选，步骤f中，背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期不小于1。
作为优选，SiNx的折射率和膜厚分别为2.0～2.3和5～30nm，SiNy的折射率和膜厚分别为1.9～2.1和20～50nm，背面钝化层的厚度为80～200nm。
本发明中，PERC太阳能电池背面在沉积Al2O3后，进行SiNx/SiNy叠层结构的周期性沉积，正面则沉积SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构或者上述介电层的叠层结构；本发明提出的后清洗工艺，具体在背面镀膜或者激光开窗后实施，清洗工艺根据AlOx和背面SiNx/SiNy镀膜工艺进行调整。
在背面周期性沉积SiNx/SiNy叠层结构的基础上，增加了后清洗工艺，刻蚀正面Al2O3层(背面沉积Al2O3时形成)，解决正面Al2O3层导致的正面金属/半导体接触问题，并克服了批量式(batch)ALD在制备PERC电池时必须先进行正面减反层沉积的工艺限制，即先进行背面钝化层的沉积，从而保证背表面的洁净度，提升表明钝化质量，同时进一步降低正面划伤的风险。
因此，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的背面SiNx/SiNy周期性叠层结构，与单一的SiNx层相比，进一步提高了体钝化和背面反射，提升电池Voc和Isc性能；
(2)本发明提出的后清洗工艺，可以在背面SiNx/SiNy周期性叠层结构沉积后实施，在不破坏背面叠层结构的前提下，有效刻蚀正面Al2O3层；也可以在激光开窗后实施，在刻蚀正面Al2O3的同时，有效清洗激光开窗造成的残留和杂质，提升局部背场质量和电池转换效率；
(3)本发明在进行背面SiNx/SiNy沉积的过程中，正面Al2O3层可以有效的保护发射结。
附图说明
图1为本发明PERC太阳能电池单层正面减反层和单层背面钝化层的结构示意图；
图2为本发明PERC太阳能电池多层正面减反层和多层背面钝化层的结构示意图；
图中：硅片1、正面减反层2、AlOx层3、背面钝化层4、SiNx层41、SiNy层42、金属Al电极5。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
如图1所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的单层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的单层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在60Ω/□之间，表面浓度为1019atom/cm3，结深控制在200nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.6，膜厚为3nm；
e)高温退火，退火温度350℃，退火时间5min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期为1；SiNx的折射率和膜厚分别为2.0和30nm，SiNy的折射率和膜厚分别为1.9和50nm，背面钝化层的厚度为80nm；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在0.01wt％之间，清洗时间20s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
X)激光开窗制备背面接触图案；
i)丝网印刷及高温烧结。
实施例2
如图2所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的八个周期的叠层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的八个周期的叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在120Ω/□之间，表面浓度为1022atom/cm3，结深控制在800nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.65，膜厚为20nm；
e)高温退火，退火温度550℃，退火时间30min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期数为8；SiNx的折射率和膜厚分别为2.3和5nm，SiNy的折射率和膜厚分别为2.1和20nm，背面钝化层的厚度为200nm；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在10wt％之间，清洗时间300s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
X)激光开窗制备背面接触图案；
i)丝网印刷及高温烧结。
实施例3
如图2所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的3个周期的叠层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的2个周期的叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在80Ω/□之间，表面浓度为8*1020atom/cm3，结深控制在350nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.61，膜厚为10nm；
e)高温退火，退火温度500℃，退火时间10min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期数为3；SiNx的折射率和膜厚分别为2.3和10nm，SiNy的折射率和膜厚分别为2.0和30nm，背面钝化层的厚度为120nm；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在0.1wt％之间，清洗时间200s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
X)激光开窗制备背面接触图案；
i)丝网印刷及高温烧结。
实施例4
如图2所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的4个周期的叠层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的3个周期的叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在90Ω/□之间，表面浓度为5*1020atom/cm3，结深控制在300nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.62，膜厚为15nm；
e)高温退火，退火温度500℃，退火时间20min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期数为4；SiNx的折射率和膜厚分别为2.3和15nm，SiNy的折射率和膜厚分别为2.0和25nm，背面钝化层的厚度为160nm；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在4wt％之间，清洗时间100s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
X)激光开窗制备背面接触图案；
i)丝网印刷及高温烧结。
实施例5
如图2所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的3个周期的叠层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的2个周期的叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在100Ω/□之间，表面浓度为8*1021atom/cm3，结深控制在700nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.63，膜厚为5nm；
e)高温退火，退火温度400℃，退火时间15min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期数为3；SiNx的折射率和膜厚分别为2.2和10nm，SiNy的折射率和膜厚分别为1.9和30nm，背面钝化层的厚度为120nm；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在7wt％之间，清洗时间60s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
X)激光开窗制备背面接触图案；
i)丝网印刷及高温烧结。
实施例6
如图2所示，一种PERC太阳能电池，其包括P型单晶硅片1，硅片的正面沉积/生长有正面减反层2，硅片的背面沉积/生长有AlOx层3和背面钝化层4；背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的3个周期的叠层结构，正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的4个周期的叠层结构。
一种PERC太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；高温磷扩散处理后，扩散方阻在110Ω/□之间，表面浓度为5*1019atom/cm3，结深控制在500nm；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.64，膜厚为5nm；
e)高温退火，退火温度450℃，退火时间5min；
f)背面沉积背面钝化层；背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期数为3；SiNx的折射率和膜厚分别为2..2和15nm，SiNy的折射率和膜厚分别为1.9和35nm，背面钝化层的厚度为150nm；
X)激光开窗制备背面接触图案；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在1wt％，清洗时间150s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
i)丝网印刷及高温烧结。
对比测试：
按下述要求设置对比例1和对比例2，
对比例1
对比例1工艺与实施例3类似，但是工艺流程调整为先进行正面PECVD沉积，再依次进行AlOx和背面PECVD沉积，而且不进行氢氟酸清洗工艺，即保留正面AlOx层；
对比例2
对比例2工艺与实施例3类似，但是背面采用单一折射率SiNx(折射率2.0，膜厚120nm)；按上述实施例1～6和对比例1～2中制得太阳能电池并按现有的常规技术进行组装，再对各组进行电学性能的测试；分别测试Voc(电池开路电压)、Isc(电池短路电流)、FF(电池填充因子)、Eff(电池转化效率)等四个参数。
测试结果：测试结果如表1所示：
表1各实施例与各对比例电学性能测试结果
| Voc(mV) | Isc(A) | FF(％) | Eff(％) | |
| 实施例1 | 665.35 | 9.88 | 79.90 | 21.50 |
| 实施例2 | 666.09 | 9.96 | 79.89 | 21.69 |
| 实施例3 | 666.00 | 9.94 | 79.93 | 21.64 |
| 实施例4 | 665.88 | 9.93 | 79.89 | 21.60 |
| 实施例5 | 665.96 | 9.97 | 79.86 | 21.59 |
| 实施例6 | 665.90 | 9.95 | 79.88 | 21.67 |
| 对比例1 | 664.96 | 9.92 | 79.35 | 21.42 |
| 对比例2 | 665.16 | 9.86 | 79.94 | 21.46 |
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种PERC太阳能电池，其特征在于：
其包括硅片，
所述硅片的正面沉积/生长有正面减反层，所述硅片的背面沉积/生长有AlOx层和背面钝化层；
所述正面减反层为SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构；
所述背面钝化层为SiNx/SiNy结构。
2.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池，其特征在于：
所述的硅片为P型硅片。
3.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池，其特征在于：
所述的背面钝化层为以SiNx/SiNy结构为单元的单层或周期性叠层结构。
4.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池，其特征在于：
所述的正面减反层为以SiNx/SiNy/SiOxNy/SiOx结构为单元的单层或周期叠层结构。
5.一种根据权利要求1所述的PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a)硅片制绒、清洗并烘干，绒面尺寸控制在5μm以内；
b)将制绒后的衬底进行高温磷扩散处理；
c)湿法刻蚀除去磷硅玻璃和背面PN结；
d)通过原子层沉积法双面沉积Al2O3薄膜；
e)高温退火，退火温度350～550℃，退火时间5～30min；
f)背面沉积背面钝化层；
g)氢氟酸清洗，氢氟酸浓度控制在0.01～10wt％之间，清洗时间20～300s；
h)采用PECVD工艺沉积正面减反层；
i)丝网印刷及高温烧结。
6.根据权利要求5所述的一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：
还包括步骤X)激光开窗制备背面接触图案，所述的步骤X)在步骤f或步骤h完成后进行。
7.根据权利要求5所述的一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述步骤b)中，高温磷扩散处理后，扩散方阻在60～120Ω/□之间，表面浓度为1019～1022atom/cm3，结深控制在200～800nm。
8.根据权利要求5所述的一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述步骤d)中，沉积的Al2O3薄膜的折射率为1.6～1.65，膜厚为3～20nm。
9.根据权利要求5所述的一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述步骤f)中，背面钝化层的结构为以SiNx/SiNy结构为单元的周期叠层结构，叠层周期不小于1。
10.根据权利要求9所述的一种PERC太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述SiNx的折射率和膜厚分别为2.0～2.3和5～30nm，所述SiNy的折射率和膜厚分别为1.9～2.1和20～50nm，所述背面钝化层的厚度为80～200nm。
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