CN111969079A - 可改善el弧形黑斑的perc电池的镀膜方法及perc电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法及PERC电池，镀膜方法包括：将PERC半成品插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中；在所述PERC半成品上沉积AlOx薄膜；其中，沉积AlOx薄膜的工艺参数如下：PECVD设备炉管内的温度为260～320℃，压力为1500‑1700mTorr，TMA释放量为75～90％，N2O流量为3.0‑5.0slm，沉积时间为60～80s。本发明通过优化TMA释放量、N2O流量、沉积时间、沉积压力和炉管温度等参数，大大降低了PERC电池制造过程中出现的EL弧形黑斑的比例，提高了产品良率。
Description
技术领域
本发明涉太阳能光伏电池制造技术领域，特别涉及可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法及PERC电池。
背景技术
现有技术中，PERC(Passivated Emitterand Rear Cell，钝化发射极和背面电池技术)电池因其转换效率高、与传统产线兼容性好、设备投资低等优势成为近年来光伏行业的主流技术。但其也存在新的问题。目前行业普遍反馈突出的问题是EL良率，PERC电池由于增加了背钝化工序，导致对杂质、缺陷的敏感度高，容忍度低，这就要求对车间洁净度和制程的要求极高。
EL(电致发光)弧形黑斑就是EL不良类型中的一种，EL黑斑不良会大大降低产品的良率，增加生产成本，影响产品质量和可靠性，也是行业内技术人员一直在研究和解决的难题之一。对于EL弧形黑斑的形成机理，目前没有明确的定论。且EL弧形黑斑的种类较多，对于规则的点状、圆形、或者与制程工装夹具接触地方形状相同的，基本可以追溯到具体的生产工序。但对于形状不规则、不在固定位置的弧形黑斑，现在研究的比较少，也鲜有文献或资料对其有过明确的阐述。
发明内容
本发明的目的是提供可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法及PERC电池，旨在解决现有PERC电池制作方法存在EL弧形黑斑的比例较高的问题。
本发明实施例提供一种可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其包括：
将PERC半成品插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中；
在所述PERC半成品上沉积AlOx薄膜；
其中，沉积AlOx薄膜的工艺参数如下：PECVD设备炉管内的温度为260～320℃，压力为1500-1700mTorr，TMA释放量为75～90％，N2O流量为3.0-5.0slm，沉积时间为60～80s。
优选的，沉积AlOx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为3500～4800Watt，射频占空比为1.5:100～2.5:100。
优选的，还包括：
在所述AlOx薄膜上依次沉积：SiO2或SiONx薄膜、SiNx薄膜、SiNy薄膜。
优选的，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数如下：N2O的流量为3.5～5.0slm，NH3的流量为0～0.5slm，SiH4的流量为100～200sccm，压力为700～1000mTor，温度为420～480℃，沉积时间为210～260s。
优选的，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为8000～1000Watt。
优选的，沉积SiNx薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为90～150s。
优选的，沉积SiNx薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为3.0～6.0slm，射频占空比为4:70～6:70。
优选的，对于SiNy薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为450～650s。
优选的，沉积SiNy薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为6.0～8.0slm，射频占空比为4:60～6:60。
本发明实施例还提供一种PERC电池，其采用如上所述的镀膜方法进行镀膜。
本发明实施例提供了可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法及PERC电池，镀膜方法包括：将PERC半成品插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中；在所述PERC半成品上沉积AlOx薄膜；其中，沉积AlOx薄膜的工艺参数如下：PECVD设备炉管内的温度为260～320℃，压力为1500-1700mTorr，TMA释放量为75～90％，N2O流量为3.0-5.0slm，沉积时间为60～80s。本发明实施例通过优化TMA释放量、N2O流量、沉积时间、沉积压力和炉管温度等参数，大大降低了PERC电池制造过程中出现的EL弧形黑斑的比例，提高了产品良率。
具体实施方式
下面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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本发明实施例提供一种可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其包括：
将PERC半成品插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中；
在所述PERC半成品上沉积AlOx薄膜；
其中，沉积AlOx薄膜的工艺参数如下：PECVD设备炉管内的温度为260～320℃，压力为1500-1700mTorr，TMA释放量为75～90％，N2O流量为3.0-5.0slm，沉积时间为60～80s。
在PERC电池制备过程中，一般使用管式PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学的气相沉积法)方式沉积，由于其采用TMA(三甲基铝)和N2O在等离子体的轰击下反应，不同于ALD(原子层沉积技术)方式的原子沉积，其所得的AlOx薄膜的均匀性和致密性稍差，且由于PECVD方式在沉积AlOx薄膜过程中，N2O被等离子体化，但TMA为气态，其流动性好，易造成沉积不均匀性，导致EL弧形黑斑的产生。通过对不规则弧形黑斑进行量子效率、成分元素分析、少子寿命等一系列测试，初步确认是硅片背面导致。
本发明正是发现上述原因，提供了一种改善PERC电池EL弧形黑斑的方法，并对EL弧形黑斑形成机理进行推测分析，通过优化背钝化相关工艺使EL弧形黑斑不良得到大大的改善，PERC电池良率得到提升。具体为优化TMA释放量、N2O流量、沉积时间、沉积压力和炉管温度参数，从而大大降低EL弧形气流片的EL不良比例。采用本发明实施例的工艺，可以减少PERC背钝化镀膜工艺过程中反应气体气流走向紊乱或电场紊乱，导致局部钝化失效的问题，提升了AlOx薄膜钝化效果，可以大大降低EL弧形黑斑的不良比例。
本发明的主要优化原理是将反应气体TMA释放量调大，N2O流量降低，沉积时间减少。同时，适当降低其沉积压力，使其分子自由程加大，可以提升其气流的稳定性和混合气体的在腔体中的均匀性，
其中所述PECVD设备炉管内的温度是指PECVD设备炉管内五个温区的温度。
所述PERC半成品的制备过程是将P型单晶硅片依次经过制绒、扩散、激光SE、湿法刻蚀和热氧化处理，得到PERC半成品。然后可将所述PERC半成品经自动化插片机插入背钝化石墨舟中，送入PECVD设备依照本发明实施例所述的方法，在硅片背面形成有钝化特性的叠层膜。
在一实施例中，沉积AlOx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为3500～4800Watt，射频占空比为1.5:100～2.5:100。
在本实施例中，除了对上述TMA释放量，N2O流量，沉积时间和沉积压力、炉管温度参数进行优化之外，还对射频功率和射频占空比的参数进行优化，这样配合前面的参数，可以进一步降低EL不良比例。
在一实施例中，所述可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法还包括：
在所述AlOx薄膜上依次沉积：SiO2或SiONx薄膜、SiNx薄膜、SiNy薄膜。
在本实施例中，除了对沉积AlOx薄膜的工艺参数进行优化之外，还结合了高折射率的膜层，从而可以提升PERC电池的转换效率。也就是说，本发明实施例依次沉积了四层薄膜(有钝化特性的叠层膜，即钝化叠层膜)：第一层为AlOx薄膜，第二层为SiO2或SiONx薄膜，第三层为SiNx薄膜，第四层为SiNy薄膜。底层的AlOx薄膜和第二层、第三层、第四层薄膜均在同一设备腔体内完成，只是按照程序和工艺设定进行先后沉积。
在一实施例中，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数如下：N2O的流量为3.5～5.0slm，NH3的流量为0～0.5slm，SiH4的流量为100～200sccm，压力为700～1000mTor，温度为420～480℃，沉积时间为210～260s。
本实施例中对SiO2或SiONx薄膜的工艺参数同样进行了优化，具体是对N2O的流量、NH3的流量、SiH4的流量、沉积压力、沉积时间以及炉管温度等参数进行了优化，采用上述工艺参数可以进一步避免EL弧形黑斑的产生。具体的，沉积SiO2或SiONx薄膜的温度可以是450℃。
在一实施例中，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为8000～1000Watt。
在前述实施例的基础上，本实施例还对沉积SiO2或SiONx薄膜的射频功率进行了优化，配合沉积SiO2或SiONx薄膜的其他工艺参数，可以改进最终产品性能。
在一实施例中，沉积SiNx薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为90～150s。
本实施例中对SiNx薄膜的工艺参数同样进行了优化，具体是对SiH4的流量、沉积压力、沉积时间、炉管温度、射频功率等参数进行了优化，采用上述工艺参数可以进一步避免EL弧形黑斑的产生。
在一实施例中，沉积SiNx薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为3.0～6.0slm，射频占空比为4:70～6:70。
在前述实施例的基础上，本实施例还对沉积SiNx薄膜中的NH3的流量和射频占空比进行了优化，配合沉积SiNx薄膜的其他工艺参数，可以改进最终产品性能。具体的，所述射频占空比可以是5:70，而沉积SiNx薄膜的温度可以是450℃。
在一实施例中，对于SiNy薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为450～650s。
本实施例中对SiNy薄膜的工艺参数同样进行了优化，具体是对SiH4的流量、沉积压力、沉积时间、炉管温度、射频功率等参数进行了优化，采用上述工艺参数可以进一步避免EL弧形黑斑的产生。
在一实施例中，沉积SiNy薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为6.0～8.0slm，射频占空比为4:60～6:60。
在前述实施例的基础上，本实施例还对沉积SiNx薄膜中的NH3的流量和射频占空比进行了优化，配合沉积SiNy薄膜的其他工艺参数，可以改进最终产品性能。具体的，所述射频占空比可以是5:60，而沉积SiNx薄膜的温度可以是450℃。
本发明实施例还提供一种PERC电池，其采用如上所述的镀膜方法进行镀膜。
表1优化前后电性能对比数据
| Output | Uoc(V) | Isc(A) | Rs(mΩ) | Rsh(Ω) | FF(％) | Eta(％) | |
| 正常组 | 1852 | 0.6802 | 9.662 | 1.92 | 482 | 81.46 | 21.93 |
| 优化后 | 1650 | 0.6808 | 9.691 | 1.95 | 351 | 81.32 | 21.96 |
| 差值 | 202 | -0.0006 | -0.0294 | -0.03 | 131 | 0.14 | -0.03 |
其中：Output为硅片实验数量，Uoc为开路电压，Isc为短路电流，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，FF为填充因子，Eta为电池转换效率。正常组表示现有技术，优化后表示采用本发明实施例的方法优化后的效果。
从上述小批量对比数据可知，经优化后，开压小幅度提升，电流增益明显，效率提升0.03％。经优化后，EL弧形黑斑不良比例大大减少，目前控制在0.02％的低概率范围，且电池转换效率有所提升。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，包括：
将PERC半成品插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中；
在所述PERC半成品上沉积AlOx薄膜；
其中，沉积AlOx薄膜的工艺参数如下：PECVD设备炉管内的温度为260～320℃，压力为1500-1700mTorr，TMA释放量为75～90％，N2O流量为3.0-5.0slm，沉积时间为60～80s。
2.根据权利要求1所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积AlOx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为3500～4800Watt，射频占空比为1.5:100～2.5:100。
3.根据权利要求1所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，还包括：
在所述AlOx薄膜上依次沉积：SiO2或SiONx薄膜、SiNx薄膜、SiNy薄膜。
4.根据权利要求3所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数如下：N2O的流量为3.5～5.0slm，NH3的流量为0～0.5slm，SiH4的流量为100～200sccm，压力为700～1000mTor，温度为420～480℃，沉积时间为210～260s。
5.根据权利要求4所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积SiO2或SiONx薄膜的工艺参数还包括：射频功率为8000～1000Watt。
6.根据权利要求3所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积SiNx薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为90～150s。
7.根据权利要求6所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积SiNx薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为3.0～6.0slm，射频占空比为4:70～6:70。
8.根据权利要求3所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，对于SiNy薄膜的工艺参数如下：SiH4的流量为700～1000sccm，压力为1500～1700mTor，温度为420～480℃，射频功率为12000～15600Watt，沉积时间为450～650s。
9.根据权利要求8所述的可改善EL弧形黑斑的PERC电池的镀膜方法，其特征在于，沉积SiNy薄膜的工艺参数还包括：NH3的流量为6.0～8.0slm，射频占空比为4:60～6:60。
10.一种PERC电池，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的镀膜方法进行镀膜。
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