CN109950363A - 一种perc太阳能电池的背面钝化工艺 - Google Patents

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郭卫
郭岂宏
李波
王莹
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张波
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Abstract

本发明涉及背面钝化领域。一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，将已背面抛光的硅片，两两正面对正面插入载体花篮中，然后将载体花篮送入沉积设备中；在温度300摄氏度条件下，使用流量为500sccm的携带有三甲基铝TMA的氮气通入沉积设备中，同时通入水蒸气，输入到沉积设备中的水蒸气的质量与三甲基铝TMA的质量比为3:1，在硅片背面表面生成一层3‑30nm的AlOx层，x为每个铝原子与x个氧原子键合；将沉积好AlOx层的硅片面作为镀膜面插入PECVD石墨舟，使在镀膜时，电池片发射极面不被镀膜，送入PECVD炉管。

Description

一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺
技术领域
本发明涉及背面钝化领域。
背景技术
随着高效太阳能电池研发的不断推进，优质的表面钝化已成为高转换效率太阳能电池不可或缺的组成部分。表面钝化通过饱和半导体表面处的悬挂键，可降低界面态密度；同时钝化膜的存在避免了杂质在表面层的引入，而形成复合中心，降低了表面活性，以此来降低少数载流子的表面复合速率，提高少子寿命。另外钝化膜中的固定电荷能使半导体表面反型或堆积，形成表面结，阻止少子载流子流向表面，减小了表面复合的损失，从而提高了表面光生载流子的收集率。
目前业界较为通用的背面钝化方式有两种
一是SiOx或AlOx与SiNx的叠层结构。SiOx与SiNx的叠层结构由于表面较高的固定正电荷（>1011cm-2）,因此会在p型硅衬底背面形成反型层导致漏电。实际应用中SiOx与SiNx的叠层结构并不如AlOx与SiNx的叠层结构。
AlOx与SiNx的叠层结构虽然表面有较高的固定负电荷（>1012cm-2），但SiNx会被目前的丝网印刷中的铝浆腐蚀，影响电池片背面的钝化效果。
二是对硅衬底来说，对材料体内缺陷的钝化也是十分重要的，可通过表面钝化的后续热处理工艺来实现。在太阳能电池硅衬底生长SiON与SiNx的叠层膜是采用PECVD法，PECVD法生长的SiON与SiNx的叠层膜存在一些结构缺陷。这些缺陷主要包括以下几种：
（1）N3≡SiH和Si2=NH原子团。这些基团中包含有Si-H键和N-H键，Si-H键和N-H键断裂后可以释放出氢原子，起钝化作用。在薄膜中会形成Si和N的悬挂键。
（2）硅原子和氮原子的悬挂键。硅原子的悬挂键称为K0中心，K0中心是中性的亚稳态，它可以通过俘获空穴或电子转变为带电荷的缺陷中心，即K+和K-中心。氮原子的悬挂键称为N0中心。同样，N0中心是一种中性亚稳态缺陷。可以转变为带电的N+和N-中心。
常规PECVD法制备的SiON与SiNx的叠层膜中，缺陷主要以K0、K+和N-三种形式存在，由于薄膜中的K中心的数量远远多于N中心，从而使薄膜与晶体硅的界面表现为正电性。在P型硅背面出现正电荷层，会形成反转层造成漏电，增加表面复合速率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片的背面钝化方法，使最终得到的太阳能电池具有较高的转化效率。
本发明所采用的技术方案是：一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，按照如下的步骤进行
步骤一、将已背面抛光的硅片，两两正面对正面插入载体花篮中，然后将载体花篮送入沉积设备中； 步骤二、在温度300摄氏度条件下，使用流量为500sccm的携带有三甲基铝TMA的氮气通入沉积设备中，同时通入水蒸气，输入到沉积设备中的水蒸气的质量与三甲基铝TMA的质量比为3:1，在硅片背面表面生成一层3-30nm的AlOx层，x为每个铝原子与x个氧原子键合；
步骤三、将沉积好AlOx层的硅片面作为镀膜面插入PECVD石墨舟，使在镀膜时，电池片发射极面不被镀膜，送入PECVD炉管；
步骤四、在硅片背面依次沉积160-200nm 的SiON薄膜和SiNx薄膜；
步骤五、在5-10slm的氮气气氛下，将PECVD炉管升高到700-750摄氏度，然后保温2分钟，最后以3-6℃/min的速度将PECVD炉管温度降至650-680℃，出舟，自然冷却。
作为一种优选方式：沉积SiON薄膜采用的工艺参数为：以氨气、硅烷、笑气为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为1-5slm，笑气流量为300-1000sccm，射频功率为5700w，时间为800s。
作为一种优选方式：SiNx薄膜采用的工艺参数为：以氨气、硅烷为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为0.5-3slm，射频功率为5700w，时间为800s。
本发明的有益效果是：本发明提供的方法在硅片背面形成AlOx与SiON、SiNx的叠层结构，背面SiON与SiNx的叠层膜热处理工艺。这样既可以保留AlOx膜较高的固定负电荷，又可以通过热处理过程中特定的温度和时间，使太阳能电池背面的SiON与SiNx的叠层膜中的N-H键发生断裂，在后续的扩散过程中H与薄膜内的硅原子的悬挂键发生反应，使薄膜中的K+中心减少，降低背面薄膜的表面电荷，使最终得到的太阳能电池具有较高的转化效率。本发明提供了一种perc太阳能电池的背面钝化工艺方法，在保留AlOx固定的表面负电荷的基础上，AlOx与SiON、SiNx的叠层结构热处理后，通过控制热处理的温度和时间，使薄膜内部较弱的N-H键断裂，较强的Si-H未断裂，这种N-H键断裂后释放出的氢原子，一部分与薄膜中的Si的悬挂键结合，使薄膜中K中心（N3≡Si）的数量减少，使正电荷减少；另一部分钝化了晶体硅表面的悬挂键，使晶体硅表面的复合程度减小，从而提高了少数载流子寿命。运用此项工艺后，电池片相比常规电池片光电转换效率可以提升0.8-1.2%。
具体实施方式
一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，包括以下步骤：
对M2规格单晶硅片依次进行单晶碱制绒、扩散制结、碱抛光切边；
将已背面抛光的硅片，两两正面对正面插入载体中，送入原子层沉积设备中；
通入三甲基铝和水蒸汽，在硅片表面生成一层3-30nm的AlOx层；
将沉积好AlOx层的硅片反插入PECVD石墨舟，使电池片发射极面不被镀膜，送入PECVD炉管；
采用PECVD法在硅片背面依次沉积SiON薄膜和SiNx薄膜，所述PECVD法的工艺参数为：第一层氮氧化硅，以氨气、硅烷、笑气为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为1-5slm，一氧化二氮流量为300-1000sccm，射频功率为5700w；第二层氮化硅，以氨气、硅烷为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为0.5-3slm，射频功率为5700w；所述SiON与SiNx的叠层膜厚度为160-200nm。
对完成背面SiON、SiNx叠层膜的硅片进行热处理工艺；在N2（10slm）的气氛下，进行升温，将炉体温度升至700℃；稳定2min；在N2（25slm）的气氛下，以4℃/min的速度将环境温度降至670℃；出舟，冷却，完成。
将完成热处理后的硅片进行后续激光开槽、丝印烧结，制备得到高效电池。
将本发明工艺制备的PERC高效电池和常规制备的电池的光电转化效率进行对比，其结果如表1和表2所示。
表1不同工艺制得的PERC高效电池的光电转化效率
由表1可知，本发明工艺制得的PERC高效电池具有更好的光电转换效率，较常规工艺提高了0.2%。
表2不同工艺制得的PERC高效电池的对比
本发明的太阳能电池自衬底背表面衬底起依次为AlOx膜、SiON膜、SiNx膜，x为氧原子或者氮原子个数，提供了一种高效电池背面的SiON与SiNx的叠层膜热处理工艺。包括以下步骤：在硅片背面制备SiON与SiNx的叠层膜，然后进行特定温度和时间热处理，通过时间和温度控制，使叠层膜中的N-H键断裂而Si-H键未断裂，降低了SiON膜表面电荷，降低了硅衬底的复合，提高了硅片少子寿命；将热处理后的硅片制成电池片，光电转换效率达到了21.1%，相比常规的电池片，光电转换效率增加了0.2%。

Claims (3)

1.一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，其特征在于：按照如下的步骤进行
步骤一、将已背面抛光的硅片，两两正面对正面插入载体花篮中，然后将载体花篮送入沉积设备中； 步骤二、在温度300摄氏度条件下，使用流量为500sccm的携带有三甲基铝TMA的氮气通入沉积设备中，同时通入水蒸气，输入到沉积设备中的水蒸气的质量与三甲基铝TMA的质量比为3:1，在硅片背面表面生成一层3-30nm的AlOx层，x为每个铝原子与x个氧原子键合；
步骤三、将沉积好AlOx层的硅片面作为镀膜面插入PECVD石墨舟，使在镀膜时，电池片发射极面不被镀膜，送入PECVD炉管；
步骤四、在硅片背面依次沉积160-200nm 的SiON薄膜和SiNx薄膜；
步骤五、在5-10slm的氮气气氛下，将PECVD炉管升高到700-750摄氏度，然后保温2分钟，最后以3-6℃/min的速度将PECVD炉管温度降至650-680℃，出舟，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，其特征在于：沉积SiON薄膜采用的工艺参数为：以氨气、硅烷、笑气为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为1-5slm，笑气流量为300-1000sccm，射频功率为5700w，时间为800s。
3.根据权利要求1所述的一种PERC太阳能电池的背面钝化工艺，其特征在于：SiNx薄膜采用的工艺参数为：以氨气、硅烷为反应物，氨气流量为3-6slm，硅烷流量为0.5-3slm，射频功率为5700w，时间为800s。
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