CN108630764A - 一种提升perc电池背面转换效率的背面膜层结构以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括电池片；所述第一层氮化硅膜的厚度为15±2nm、折射率为1.44±0.05；所述第二层氮化硅膜的厚度为15±2nm、折射率为1.14±0.05；所述第三层氮化硅膜的厚度为5±2nm、折射率为0.96±0.05；所述第四层氮化硅膜的厚度为60±3nm、折射率为0.9±0.05。一种制备方法，包括以下步骤：S1、电池片前处理；S2、背面制备第一层氮化硅膜；S3、背面制备第二层氮化硅膜；S4、背面制备第三层氮化硅膜；S5、背面制备第四层氮化硅膜。本发明通过优化和改进背面氮化硅镀膜工艺，提升双面PERC电池背面转换效率，提升工业化生产中良率，提高企业效益，而且该工艺完全可以在现有的设备上实现，不需增加任何成本，实用性较强。
Description
技术领域
本发明涉及电池镀膜技术领域，具体为一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构以及制备方法。
背景技术
P型PERC电池目前已经成为市场主流电池技术，未来该行业内各家都在进行PERC电池技术的验证和考察，P型双面PERC电池是基于PERC电池之上，在不增加成本的基础上增加电池综合发电量，从而是该结构电池在后续行业市场发展中引起极大的关注，其中关注点主要在于双面PERC电池的双面率问题，其核心就是背面发电量，背面的转换效率。
目前双面PERC电池的双面率在65-70％之间，双面率相对N型双面电池还有很大差距，为此本专利所设计的背面镀膜新工艺可以明显提升双面PERC电池背面转换效率，能有效缩小与N型双面电池双面率的差距，为双面PERC的未来发展提供参考。
常规的PERC电池背面的氮化硅沉积只是为了保护氧化铝薄膜不被刮伤，且氮化硅厚度在130um左右，膜色呈金黄色，不需要考虑其背面效率。但是双面电池背面氮化硅要求为蓝色色系，要测试背面转换效率。根据大量实验数据得出，氮化硅薄膜厚度大于等于110um以上，其厚度对电池正面效率影响会越来越小，当氮化硅薄膜厚度小于110um时，氮化硅薄膜厚度对电池效率影响显著，电池效率会随着氮化硅膜厚降低而降低。
因此综上所述，一般选择背面氮化硅的厚度为浅蓝色，所以需要对背面氮化硅膜层的层数和厚度进行优化设计，以提升背面转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构以及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括电池片，所述电池片的背面依次沉积有氧化铝膜、第一层氮化硅膜、第二层氮化硅膜、第三层氮化硅膜以及第四层氮化硅膜；
所述第一层氮化硅膜的厚度为15±2nm、折射率为1.44±0.05；
所述第二层氮化硅膜的厚度为15±2nm、折射率为1.14±0.05；
所述第三层氮化硅膜的厚度为5±2nm、折射率为0.96±0.05；
所述第四层氮化硅膜的厚度为60±3nm、折射率为0.9±0.05。
优选的，所述氧化铝膜厚度为5±0.5nm、折射率为1.6±0.05。
一种制备方法，用于制备提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括以下步骤：
S1、电池片前处理：将电池片装入石墨舟中，放入沉积腔室中，调整镀膜温度、射频功率以及占空比，首先在电池片背面上制备氧化铝膜；
S2、背面制备第一层氮化硅膜：在沉积腔室中进行第一层氮化硅膜的沉积，第一层氮化硅膜的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.144，第一层氮化硅膜的沉积时间为130±20s；
S3、背面制备第二层氮化硅膜：在沉积腔室中进行第二层氮化硅膜的沉积，第二层氮化硅膜的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.114，第二层氮化硅膜的沉积时间为170±20s；
S4、背面制备第三层氮化硅膜：在沉积腔室中进行第三层氮化硅膜的沉积，第三层氮化硅膜的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.096，第三层氮化硅膜的沉积时间为50±20s；
S5、背面制备第四层氮化硅膜：在沉积腔室中进行第四层氮化硅膜的沉积，第四层氮化硅膜的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.09，第四层氮化硅膜的沉积时间为660±20s。
优选的，步骤S2中，第一层氮化硅膜的沉积气体使用量为硅烷流量900sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S3中，第二层氮化硅膜的沉积气体使用量为硅烷流量710sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S4中，第三层氮化硅膜的沉积气体使用量为硅烷流量600sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S5中，第四层氮化硅膜的沉积气体使用量为硅烷流量560sccm，氨气流量6250sccm。
优选的，S1中，镀膜温度为450℃-500℃。
优选的，S1中，射频功率为设备极限功率的80±5％。
优选的，S1中，占空比为1：12-1:15。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的背面氮化硅膜层制备方法，通过该方法制备所形成的氮化硅膜层结构，每层氮化硅膜的厚度和折射率均独特设计，可以很好的减少进入电池体内的光损失，增加进入电池体内光的光程，从而提升电池电流最终实现背面转换效率的提升，同时该制备方法所形成的氮化硅膜在提升效率的同时也能提升双面PERC背面镀膜的均匀性，使得所制备的双面PERC背面膜更均匀，外观更好，提升产品良率，提升企业收益，而且该工艺完全可以在现有的设备上实现，不需增加任何成本，实用性较强。
本发明通过优化和改进背面氮化硅镀膜工艺，提升双面PERC电池背面转换效率，提升工业化生产中良率，提高企业效益，非常值得推广。
附图说明
图1为本发明电池片的背面膜层结构示意图；
图2为本发明的制备方法流程示意图。
图中：1电池片、2氧化铝膜、3第一层氮化硅膜、4第二层氮化硅膜、5第三层氮化硅膜、6第四层氮化硅膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括电池片1，如说明书附图1所示，电池片1的背面依次沉积有氧化铝膜2、第一层氮化硅膜3、第二层氮化硅膜4、第三层氮化硅膜5以及第四层氮化硅膜6，氧化铝膜2厚度为5±0.5nm、折射率为1.6±0.05；
第一层氮化硅膜3的厚度为15±2nm、折射率为1.44±0.05；
第二层氮化硅膜4的厚度为15±2nm、折射率为1.14±0.05；
第三层氮化硅膜5的厚度为5±2nm、折射率为0.96±0.05；
第四层氮化硅膜6的厚度为60±3nm、折射率为0.9±0.05。
一种制备方法，用于制备提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括以下步骤：
S1、电池片1前处理：将电池片1装入石墨舟中，放入沉积腔室中，调整镀膜温度、射频功率以及占空比，镀膜温度为500℃，射频功率为设备极限功率的80％，占空比为1：12，首先在电池片1背面上制备氧化铝膜2；
S2、背面制备第一层氮化硅膜3：在沉积腔室中进行第一层氮化硅膜3的沉积，第一层氮化硅膜3的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.144，第一层氮化硅膜3的沉积气体使用量为硅烷流量900sccm，氨气流量6250sccm，第一层氮化硅膜3的沉积时间为130s；
S3、背面制备第二层氮化硅膜4：在沉积腔室中进行第二层氮化硅膜4的沉积，第二层氮化硅膜4的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.114，第二层氮化硅膜4的沉积气体使用量为硅烷流量710sccm，氨气流量6250sccm，第二层氮化硅膜4的沉积时间为170s；
S4、背面制备第三层氮化硅膜5：在沉积腔室中进行第三层氮化硅膜5的沉积，第三层氮化硅膜5的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.096，第三层氮化硅膜5的沉积气体使用量为硅烷流量600sccm，氨气流量6250sccm，第三层氮化硅膜5的沉积时间为50s；
S5、背面制备第四层氮化硅膜6：在沉积腔室中进行第四层氮化硅膜6的沉积，第四层氮化硅膜6的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.09，第四层氮化硅膜6的沉积气体使用量为硅烷流量560sccm，氨气流量6250sccm，第四层氮化硅膜6的沉积时间为660s。
具体制备过程：
本发明通过ALD背钝化之后电池背面会生长一层5nm的致密的氧化铝薄膜，氧化铝薄膜的折射率为n＝1.6，本发明设计的生长氮化硅的特殊气体比例是根据该折射率进行参考优化匹配的，根据氮化硅薄膜的光学性质和化学性质，结合半导体专业软件模拟仿真实现如下技术方案：主要为膜层数、不同膜层厚度和不同膜层折射率的设计，为实现该结构薄膜需调整气体流量比、射频功率、镀膜温度、镀膜时间和占空比(脉冲开关比)。
一、结构参数设计：
1、膜层数：4层。
2、不同氮化硅膜层厚度：第一层15±2nm；第二层15±2nm；第三层5±2nm；第四层60±3nm。
3、不同氮化硅膜层折射率：第一层n1＝1.44±0.05；第二层n2＝1.14±0.05；第三层n3＝0.96±0.05；第四层n4＝0.9±0.05。
二、结构参数控制：
1、气体流量比控制：该控制条件主要通过控制特殊气体(硅烷和氨气)流量比，实现不同膜层不同折射率。其中第一层硅烷流量：900sccm，氨气流量：6250sccm；第二层硅烷流量：710sccm，氨气流量：6250sccm；第三层硅烷流量：600sccm，氨气流量：6250sccm；第四层硅烷流量：560sccm，氨气流量：6250sccm。
2、射频功率控制：一般射频功率控制在设备极限功率的80±5％，也可根据不同设备和不同膜层适情况进行微调，但是不能超过设备阈值。
3、镀膜温度：不同背钝化设备需要不同镀膜温度，需通过对氮化硅膜总厚度的检测进行适当调整，但调整需管内温场保持稳定。
4、镀膜时间：通过控制不同膜层镀膜时间获得不同膜层的厚度，第一层130±20s；第二层170±20s；第三层50±20s；第四层660±20s。
5、占空比：根据所得不同膜层厚度值微调占空比，实现不同膜层厚度都在要求范围之内，一般情况下占空比控制为1:12。
制备过程各项数据记录，如下表1所示：
光电转换效率对比实验：
通过常规光电转换效率测试方法，对常规工艺和本发明的新工艺进行效率测试实验，实验数据如下表2所示：
表2
| 名称 | Uoc(V) | Isc(mA) | FF | Eta(％) |
| 常规 | 0.6703 | 9.774 | 80.23 | 21.51％ |
| 本发明新工艺 | 0.6715 | 9.782 | 80.31 | 21.58％ |
根据上表2实验数据可得，本发明新工艺的光电转换效率相比于常规工艺，得到明显的提升，非常值得推广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，包括电池片(1)，所述电池片(1)的背面依次沉积有氧化铝膜(2)、第一层氮化硅膜(3)、第二层氮化硅膜(4)、第三层氮化硅膜(5)以及第四层氮化硅膜(6)，其特征在于：
所述第一层氮化硅膜(3)的厚度为15±2nm、折射率为1.44±0.05；
所述第二层氮化硅膜(4)的厚度为15±2nm、折射率为1.14±0.05；
所述第三层氮化硅膜(5)的厚度为5±2nm、折射率为0.96±0.05；
所述第四层氮化硅膜(6)的厚度为60±3nm、折射率为0.9±0.05。
2.根据权利要求1所述的一种提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，其特征在于：所述氧化铝膜(2)厚度为5±0.5nm、折射率为1.6±0.05。
3.一种制备方法，用于制备权利要求1所述的提升PERC电池背面转换效率的背面膜层结构，其特征在于，包括以下步骤：
S1、电池片(1)前处理：将电池片(1)装入石墨舟中，放入沉积腔室中，调整镀膜温度、射频功率以及占空比，首先在电池片(1)背面上制备氧化铝膜(2)；
S2、背面制备第一层氮化硅膜(3)：在沉积腔室中进行第一层氮化硅膜(3)的沉积，第一层氮化硅膜(3)的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.144，第一层氮化硅膜(3)的沉积时间为130±20s；
S3、背面制备第二层氮化硅膜(4)：在沉积腔室中进行第二层氮化硅膜(4)的沉积，第二层氮化硅膜(4)的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.114，第二层氮化硅膜(4)的沉积时间为170±20s；
S4、背面制备第三层氮化硅膜(5)：在沉积腔室中进行第三层氮化硅膜(5)的沉积，第三层氮化硅膜(5)的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.096，第三层氮化硅膜(5)的沉积时间为50±20s；
S5、背面制备第四层氮化硅膜(6)：在沉积腔室中进行第四层氮化硅膜(6)的沉积，第四层氮化硅膜(6)的沉积气体流量比为氨气：硅烷＝1：0.09，第四层氮化硅膜(6)的沉积时间为660±20s。
4.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：
步骤S2中，第一层氮化硅膜(3)的沉积气体使用量为硅烷流量900sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S3中，第二层氮化硅膜(4)的沉积气体使用量为硅烷流量710sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S4中，第三层氮化硅膜(5)的沉积气体使用量为硅烷流量600sccm，氨气流量6250sccm；
步骤S5中，第四层氮化硅膜(6)的沉积气体使用量为硅烷流量560sccm，氨气流量6250sccm。
5.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：S1中，镀膜温度为450℃-500℃。
6.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：S1中，射频功率为设备极限功率的80±5％。
7.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：S1中，占空比为1：12-1:15。
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