CN110767757A - 一种高效perc电池背面氧化铝膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，包括：(1)采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；(2)通入NH3引入氢源，进入氧化铝层以及P型硅表层，在P型硅背表面形成高氢介质膜；(3)通入N2O，将未反应的TMA充分反应。相应的，本发明还提供一种由上述方法制得的背面氧化铝膜。本发明通过增强氧化铝膜的场效钝化效果，无需添加新设备，即可降低载流子的复合，提高少子寿命，提高电池光电转化效率，同时，减少TMA耗量，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制造领域，尤其涉及一种高效PERC电池背面氧化铝膜及其制备方法。
背景技术
PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即钝化发射极和背面电池技术，通过在常规太阳能技术基础上，电池背表面进行介质膜钝化，采用金属局域接触，大大降低背表面少子复合速度，同时提升背表面的光反射。得益于背面钝化层的存在，PERC电池将p-n结间的电势差最大化，这使得电子更稳定的流动，降低了电子的复合，从而提升电池效率。同时，PERC电池工艺简单，与常规电池产线兼容性好，易于大规模量产，是新一代主流高效电池的代表。
PERC电池的核心就是在常规电池基础上增加了全覆盖的背面钝化膜，常用背面钝化材料有氧化铝、氧化硅、氮氧化硅等。与氧化硅、氮化硅等相比，氧化铝膜的固定负电荷密度高达1013/cm2，可提供非常好的场效应钝化作用。业界大多采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积镀膜，可在同一设备中完成氧化铝、氮化硅等多层膜的沉积，但其沉积膜质量要比原子层沉积(ALD)略差，且TMA耗量更高。因此，PECVD沉积氧化铝膜工艺仍需持续改进，以提高光电转化效率，降低生产成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高效PERC电池背面氧化铝膜及其制备方法，无需添加新设备，即可降低载流子的复合，提高光电转化效率，同时，减少TMA耗量，降低生产成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，包括：
(1)采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；
(2)通入NH3引入氢源，进入氧化铝层以及P型硅表层，在P型硅背表面形成高氢介质膜；
(3)通入N2O，将未反应的TMA充分反应。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，所述TMA的气体流量为30-200sccm，所述N2O的气体流量为1-10slm。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为50-120s。
作为上述方案的改进，步骤(1)中，所述TMA的气体流量为50-150sccm，所述N2O的气体流量为2-4slm，PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为70-100s。
作为上述方案的改进，步骤(2)中，通入NH3的气体流量为2-10slm，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力700-1000mtorr，反应时间为300-360s。
作为上述方案的改进，步骤(2)中，通入NH3的同时通入N2O，通入N2O的气体流量小于通入NH3的气体流量。
作为上述方案的改进，通入NH3的气体流量为2-5slm，通入N2O的气体流量为1-3slm。
作为上述方案的改进，步骤(3)中，通入N2O的气体流量为2-12slm，反应时间为50-200s；步骤(3)的PECVD沉积的等离子功率和压力与步骤(2)相同。
作为上述方案的改进，步骤(3)中，通入N2O的气体流量为4-7slm，反应时间为100-150s，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力为700-1000mtorr。
相应的，本发明公开一种由上述方法制得的高效PERC电池背面氧化铝膜。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；再通入NH3引入氢源，形成高氢介质膜，退火时，释放H扩散到P型硅表层可与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键；最后通入N2O将未反应的TMA充分反应。整个过程实现光电转化效率提升的同时，TMA耗量降低30％-70％，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法的流程图；
图2是本发明高效PERC电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供的一种高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，用于在P型硅的背面制备氧化铝膜。所述氧化铝膜与P型硅相连，且外层覆盖氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅的一种或多种。
如图1所示，所述高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法包括：
S101、采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；
本发明通过PECVD沉积的方式进行氧化铝的沉积，氧化铝膜的固定负电荷密度高达1013/cm2，可提供优异的场效应钝化作用。
优选的，所述TMA的气体流量为30-200sccm，所述N2O的气体流量为1-10slm。PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为50-120s，形成一层热稳定性高、钝化性能好的氧化铝薄膜，膜厚为3-6nm。
更佳的，所述TMA的气体流量为50-150sccm，所述N2O的气体流量为2-4slm，PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为70-100s。
通过控制腔体中的分压、气体流量和沉积功率，来精确控制膜层厚度，形成均匀的超薄氧化铝膜，同时克服氧化铝生长慢的缺点，缩短镀膜时间，提高生产效率。
S102、通入NH3引入氢源，进入氧化铝层以及P型硅表层，在P型硅背表面形成高氢介质膜。
通入NH3的气体流量为2-10slm，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力700-1000mtorr，反应时间为300-360s，以形成高氢介质氧化铝膜，增强场效应钝化作用。通入NH3的同时通入N2O，通入N2O的气体流量小于通入NH3的气体流量，N2O提供氧源固定以氧化铝膜中的H，阻挡高氢介质膜中的H向外逸出，H向硅层扩散效率更高，从而实现更好的体钝化。
通入NH3的气体流量为2-5slm，通入N2O的气体流量为1-3slm。
当氧化铝薄膜厚度小于10nm时，背表面复合速率随氧化铝厚度的减少而增加。氧化铝原子层沉积过程中利用NH3提供充足的氢原子，形成高氢介质膜，退火时，释放H扩散到P型硅表层与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键，降低载流子复合，提高少子寿命，提高光电转化效率；同时该方法可实现TMA耗量降低30％-70％，降低生产成本。
S103、通入N2O，将未反应的TMA充分反应。
通入N2O的气体流量为2-12slm，反应时间为50-200s；步骤(3)的PECVD沉积的等离子功率和压力与步骤(2)相同。
通入N2O的气体流量为4-7slm，反应时间为100-150s，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力为700-1000mtorr。
相应的，如图2所示，本发明公开一种高效PERC电池，包括P型硅1、氧化铝膜2和其他钝化膜层3，其中，氧化铝膜2采用上述方法制得，氧化铝膜2与P型硅1相连，且外层覆盖其他钝化膜层3。优选的，其他钝化膜层3为氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅的一种或多种，但不限于此。
下面结合实施例1-5进一步阐述本发明
实施例1
(1)采用气体流量为50sccm的TMA与气体流量为2slm的N2O进行PECVD沉积，等离子功率为4000w，压力1500mtorr，进行化学气相沉积70s，在P型硅背表面形成氧化铝层；
(2)通入气体流量为2slm的NH3和1slm的N2O，等离子功率为3000w，压力700mtorr，反应300s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及P型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；
(3)通入气体流量为4slm N2O，等离子功率为3000w，压力700mtorr，反应100s，加氧使得表层吸附以及未反应的TMA充分反应。
实施例2
(1)采用气体流量为80sccm的TMA与气体流量为3slm的N2O进行PECVD沉积，等离子功率为4500w，压力1600mtorr，进行化学气相沉积80s，在P型硅背表面形成氧化铝层；
(2)通入气体流量为3slm的NH3和2slm的N2O，等离子功率为3500w，压力800mtorr，反应320s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及P型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；
(3)通入气体流量为5slm N2O，等离子功率为3500w，压力800mtorr，反应120s，加氧使得表层吸附以及未反应的TMA充分反应。
实施例3
(1)采用气体流量为100sccm的TMA与气体流量为3slm的N2O进行PECVD沉积，等离子功率为5000w，压力1800mtorr，进行化学气相沉积90s，在P型硅背表面形成氧化铝层；
(2)通入气体流量为4slm的NH3和2slm的N2O，等离子功率为4000w，压力900mtorr，反应330s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及P型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；
(3)通入气体流量为6slm N2O，等离子功率为4000w，压力900mtorr，反应130s，加氧使得表层吸附以及未反应的TMA充分反应。
实施例4
(1)采用气体流量为120sccm的TMA与气体流量为4slm的N2O进行PECVD沉积，等离子功率为5500w，压力1900mtorr，进行化学气相沉积90s，在P型硅背表面形成氧化铝层；
(2)通入气体流量为4slm的NH3和1slm的N2O，等离子功率为4500w，压力900mtorr，反应350s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及P型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；
(3)通入气体流量为6slm N2O，等离子功率为4500w，压力900mtorr，反应140s，加氧使得表层吸附以及未反应的TMA充分反应。
实施例5
(1)采用气体流量为150sccm的TMA与气体流量为4slm的N2O进行PECVD沉积，等离子功率为6000w，压力2000mtorr，进行化学气相沉积100s，在P型硅背表面形成氧化铝层；
(2)通入气体流量为5slm的NH3和3slm的N2O，等离子功率为5000w，压力1000mtorr，反应360s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及P型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；
(3)通入气体流量为7slm N2O，等离子功率为5000w，压力1000mtorr，反应150s，加氧使得表层吸附以及未反应的TMA充分反应。
下面对比例1-5是制备与实施例1-5同等厚度的氧化铝膜的现有工艺，具体如下：
对比例1
(1)采用TMA与N2O沉积氧化铝膜，TMA的气体流量为70sccm，N2O的气体流量为1.75slm，等离子功率为2000w，压力800mtorr；
对比例2
(1)采用TMA与N2O沉积氧化铝膜，TMA的气体流量为160sccm，N2O的气体流量为3.52slm，等离子功率为2500w，压力900mtorr；
对比例3
(1)采用TMA与N2O沉积氧化铝膜，TMA的气体流量为230sccm，N2O的气体流量为4.6slm，等离子功率为3000w，压力1000mtorr；
对比例4
(1)采用TMA与N2O沉积氧化铝膜，TMA的气体流量为300sccm，N2O的气体流量为5.4slm，等离子功率为4000w，压力1300mtorr；
对比例5
(1)采用TMA与N2O沉积氧化铝膜，TMA的气体流量为400sccm，N2O的气体流量为6.0slm，等离子功率为5000w，压力1500mtorr。
将实施例1-5和对比例1-5做技术检测，结果如下：
需要说明的是，对比例1形成的氧化铝膜与实施例1形成的氧化铝膜同等厚度，对比例2形成的氧化铝膜与实施例2形成的氧化铝膜同等厚度，对比例3形成的氧化铝膜与实施例3形成的氧化铝膜同等厚度，对比例4形成的氧化铝膜与实施例4形成的氧化铝膜同等厚度，对比例5形成的氧化铝膜与实施例5形成的氧化铝膜同等厚度。
综上所述，本发明采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；再通入NH3引入氢源，形成高氢介质膜，退火时，释放H扩散到P型硅表层可与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键；最后通入N2O将未反应的TMA充分反应。整个过程在保证相同氧化铝膜厚前提下，实现光电转化效率提升的同时，TMA耗量可降低30％-70％，降低生产成本。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，包括：
(1)采用TMA与N2O在硅片背面进行PECVD沉积，形成氧化铝层；
(2)通入NH3引入氢源，进入氧化铝层以及P型硅表层，在P型硅背表面形成高氢介质膜；
(3)通入N2O，将未反应的TMA充分反应。
2.如权利要求1所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述TMA的气体流量为30-200sccm，所述N2O的气体流量为1-10slm。
3.如权利要求1或2所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为50-120s。
4.如权利要求3所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述TMA的气体流量为50-150sccm，所述N2O的气体流量为2-4slm，PECVD沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为70-100s。
5.如权利要求1所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，通入NH3的气体流量为2-10slm，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力700-1000mtorr，反应时间为300-360s。
6.如权利要求1或5所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，通入NH3的同时通入N2O，通入N2O的气体流量小于通入NH3的气体流量。
7.如权利要求6所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，通入NH3的气体流量为2-5slm，通入N2O的气体流量为1-3slm。
8.如权利要求1所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，通入N2O的气体流量为2-12slm，反应时间为50-200s；
步骤(3)的PECVD沉积的等离子功率和压力与步骤(2)相同。
9.如权利要求8所述的高效PERC电池背面氧化铝膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，通入N2O的气体流量为4-7slm，反应时间为100-150s，PECVD沉积的等离子功率为3000-5000w，压力为700-1000mtorr。
10.一种由权利要求1-9任一项的高效PERC电池背面氧化铝膜。
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