CN112071928A - 一种perc电池片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：(1)清洗、制绒；(2)扩散和激光推进；(3)刻蚀抛光和去磷硅玻璃；(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积；(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜；(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜；(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽；(8)丝网印刷、烧结，制得PERC电池片。本发明PERC电池片的制备方法简单，可以减少硅片晶格缺陷，提升少子寿命，使得硅片背表面的钝化效果更好，进而提升电池片转换效率。
Description
技术领域
本发明属于PERC电池技术领域，更具体的说是涉及一种PERC电池片的制备方法。
背景技术
PERC电池(PassivatedEmitterandRearCell)，是电池的一种结构。PERC电池转换效率高，生产成本低，已成为当前电池片制造行业的主流工艺。该技术的核心是在硅片的背面沉积一层氧化铝薄膜，并用氮化硅膜覆盖，实现硅片的背表面钝化，使长波响应得到提高，进而提升电池片转换效率。
目前，现有技术主要采用原子层沉积(ALD)和等离子增强型化学气相沉积(PECVD)，可以对硅片表面实现较好的钝化，降低硅片表面的少子复合。现有技术一般在200℃左右的温度下沉积氧化铝薄膜，由于反应温度低，反应时间短，膜层的致密性和负电场效果不佳，现有的制备工艺无法使得氧化铝薄膜钝化效果发挥到最佳。
因此，研发一种减少硅片晶格缺陷，提升少子寿命，使得硅片背表面的钝化效果更好，进而提升电池片转换效率的PERC电池片的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种PERC电池片的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，并制绒形成金字塔绒面层；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，并在单晶硅片PN结层表面进行激光推进；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，制得PERC电池片。
进一步，步骤(1)中，上述去除原硅片的切割损失层及金属杂质的重量为0.38-0.58g。
采用上述进一步的有益效果是：保证金字塔绒面的均匀性；
进一步，步骤(2)中，上述PN结层表面方阻为120-160Ω。
采用上述进一步的有益效果是：保证扩散方阻的均匀性；
进一步，步骤(2)中，上述激光推进深度0.05μm，线宽为70-130μm。
采用上述进一步的有益效果是：实现金属化区域高浓度掺杂，光照区域低浓度掺杂；
进一步，步骤(3)中，上述刻蚀减薄量为0.25g-0.35g。
采用上述进一步的有益效果是：去除表面的磷硅玻璃，实现背面抛光去结；
进一步，步骤(4)中，上述Al2O3原子沉积膜厚为5-15nm。
采用上述进一步的有益效果是：Al2O3带负点，实现背面的场钝化效应；
进一步，步骤(5)中，上述正面镀膜具体步骤为：
将背钝化后的单晶硅片放置在管式炉中，通入硅烷和氨气，打开管式炉的脉冲开关进行沉积；硅烷和氨气的体积比为1:3-10，控制管式炉内压力为1200-2500mtorr，上述沉积温度为500-550℃，沉积时间为400-1000s，上述正面镀膜形成氮化硅层的厚度为78-82nm，折射率为1.6-2.6。
采用上述进一步的有益效果是：正面形成氮化硅膜，实现对太阳光的减反射效果；
进一步，步骤(6)中，上述背面镀膜具体步骤为：
1)将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温；
2)通入氨气，同时打开管式炉的脉冲开关进行预沉积；
3)继续通入氨气，同时通入硅烷(SiH4)进行沉积。
上述硅烷为SiH4。
采用上述进一步的有益效果是：本发明将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温，对背面制备的氮化硅膜层进行高温退火处理，有效地激活三氧化二铝的场效应，同时激活氧化铝中的H，去除-CH3和-OH基团，防止印刷后经过烧结高温时背面氮化硅膜中大量的H与氧化铝中的-CH3和-OH结合形成CH4和H20，在高温下聚集逃逸时破坏氧化铝和氮化硅膜层；然后只通入氨气进行预沉积，电离出氨气中的H离子，利用H离子钝化表面悬挂键，提高氮化硅膜层的致密性，进而降低了界面复合，实现良好的钝化效果，提高少子寿命，进而提升转换效率，本发明相比常规的制备工艺，硅片少子寿命提升80.6us，转换效率提升0.1-0.2％。
进一步，步骤1)中，上述氮气通入流量为2000-5000sccm，控制管式炉内压力为1400-2000mtorr。
采用上述进一步的有益效果是：通入氮气作为保护气体，保证炉管内压力、气流稳定；
进一步，步骤1)中，上述保温温度为500-550℃，保温时间为200-600s。
采用上述进一步的有益效果是：保温温度控制为500-550℃，可以对硅片的损伤层、晶格缺陷进行修复，提高硅片质量。
进一步，步骤2)中，上述氨气通入流量为2000-5000sccm，控制管式炉内压力为1000-2000mtorr。
采用上述进一步的有益效果是：通入反应气体，为下一步H钝化作准备；
进一步，步骤2)中，上述预沉积温度为500-550℃，预沉积时间为20-100s。
采用上述进一步的有益效果是：实现H离子钝化工艺；
进一步，步骤3)中，上述通入硅烷和氨气的体积比为1:5-10，控制管式炉内压力为1500-2500mtorr。
采用上述进一步的有益效果是：通入反应气体，为下一步背面镀膜作准备；
进一步，步骤3)中，上述沉积温度为500-550℃，沉积时间为600-1200s。
采用上述进一步的有益效果是：背面沉积氮化硅膜，进一步实现背面的钝化；
进一步，步骤(6)中，上述背面镀膜形成氮化硅层的厚度为75-200nm，折射率为1.9-2.5。
采用上述进一步的有益效果是：通过膜厚，折射率的控制，保证背面膜层的致密性和钝化效果；
进一步，步骤(7)中，上述激光开槽的激光图形虚实比为1:1，栅线根数为120-160根。
采用上述进一步的有益效果是：保证背面开槽位置形成良好的铝硅合金层；
进一步，步骤(8)中，上述印刷过程使用的网版图形副栅线与SE推进层形成的槽方向是平行的，最后印刷形成正电极即相互垂直的主栅电极与细栅电极。
采用上述进一步的有益效果是：印刷栅线，保证电流的高效输出；
进一步，步骤(8)中，上述烧结炉的峰值温度为900-1000℃。
采用上述进一步的有益效果是：实现良好的欧姆接触；
本发明的有益效果是：本发明PERC电池片的制备方法简单，可以减少硅片晶格缺陷，提升少子寿命，使得硅片背表面的钝化效果更好，进而提升电池片转换效率。
具体实施方式
下面将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。
下述实施例1-3中正面镀膜具体步骤为：
将背钝化后的单晶硅片放置在管式炉中，通入硅烷和氨气，打开管式炉的脉冲开关进行沉积；硅烷和氨气的体积比为1:3-10，控制管式炉内压力为1200-2500mtorr，上述沉积温度为500-550℃，沉积时间为400-1000s，上述正面镀膜形成氮化硅层的厚度为78-82nm，折射率为1.6-2.6。
实施例1
一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，制绒形成金字塔绒面层，去除原硅片的切割损失层及金属杂质的重量为0.38g；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，在扩散后的单晶硅片PN结层表面进行激光推进，PN结层表面方阻为120Ω，激光推进深度0.05μm，线宽为70μm；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层，刻蚀减薄量为0.25gg；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜，正面镀膜形成氮化硅层的厚度为78nm，折射率为1.6；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜，背面镀膜形成氮化硅层的厚度为75nm，折射率为1.9，背面镀膜具体步骤为：
1)将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温，氮气通入流量为2000sccm，控制管式炉内压力为1400mtorr，保温温度为500℃，保温时间为200s；
2)通入氨气，同时打开管式炉的脉冲开关进行预沉积，氨气通入流量为2000sccm，控制管式炉内压力为1000mtorr，预沉积温度为500℃，预沉积时间为20s；
3)继续通入氨气，同时通入硅烷进行沉积，通入硅烷和氨气的体积比为1:5，控制管式炉内压力为1500mtorr，沉积温度为500℃，沉积时间为600s；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽，激光开槽的激光图形虚实比为1:1，栅线根数为120根；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，烧结峰值温度为950℃，制得PERC电池片，印刷过程使用的网版图形副栅线与SE推进层形成的槽方向是平行的，最后印刷形成正电极即相互垂直的主栅电极与细栅电极。
实施例2
一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，制绒形成金字塔绒面层，去除原硅片的切割损失层及金属杂质的重量为0.45g；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，在扩散后的单晶硅片PN结层表面进行激光推进，PN结层表面方阻为140Ω，激光推进深度0.05μm，线宽为100μm；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层，刻蚀减薄量为0.30g；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜，正面镀膜形成氮化硅层的厚度为80nm，折射率为2.2；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜，背面镀膜形成氮化硅层的厚度为150nm，折射率为2.1，背面镀膜具体步骤为：
1)将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温，氮气通入流量为4000sccm，控制管式炉内压力为17000mtorr，保温温度为500-550℃，保温时间为400s；
2)通入氨气，同时打开管式炉的脉冲开关进行预沉积，氨气通入流量为4000sccm，控制管式炉内压力为1500mtorr，预沉积温度为520℃，预沉积时间为60s；
3)继续通入氨气，同时通入硅烷进行沉积，通入硅烷和氨气的体积比为1:7，控制管式炉内压力为1900mtorr，沉积温度为520℃，沉积时间为900s；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽，激光开槽的激光图形虚实比为1:1，栅线根数为140根；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，烧结峰值温度为900℃，制得PERC电池片，印刷过程使用的网版图形副栅线与SE推进层形成的槽方向是平行的，最后印刷形成正电极即相互垂直的主栅电极与细栅电极。
实施例3
一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，制绒形成金字塔绒面层，去除原硅片的切割损失层及金属杂质的重量为0.58g；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，在扩散后的单晶硅片PN结层表面进行激光推进，PN结层表面方阻为160Ω，激光推进深度0.05μm，线宽为130μm；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层，刻蚀减薄量为0.35g；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜，正面镀膜形成氮化硅层的厚度为82nm，折射率为2.6；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜，背面镀膜形成氮化硅层的厚度为200nm，折射率为2.5，背面镀膜具体步骤为：
1)将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温，氮气通入流量为5000sccm，控制管式炉内压力为2000mtorr，保温温度为550℃，保温时间为600s；
2)通入氨气，同时打开管式炉的脉冲开关进行预沉积，氨气通入流量为5000sccm，控制管式炉内压力为2000mtorr，预沉积温度为550℃，预沉积时间为100s；
3)继续通入氨气，同时通入硅烷进行沉积，通入硅烷和氨气的体积比为1:10，控制管式炉内压力为2500mtorr，沉积温度为550℃，沉积时间为1200s；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽，激光开槽的激光图形虚实比为1:1，栅线根数为160根；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，烧结峰值温度为1000℃，制得PERC电池片，印刷过程使用的网版图形副栅线与SE推进层形成的槽方向是平行的，最后印刷形成正电极即相互垂直的主栅电极与细栅电极。
对比例1
一种PERC电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，制绒形成金字塔绒面层，去除原硅片的切割损失层及金属杂质的重量为0.58g；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，在扩散后的单晶硅片PN结层表面进行激光推进，PN结层表面方阻为160Ω，激光推进深度0.05μm，线宽为130μm；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层刻蚀减薄量为0.35g；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜，正面镀膜形成氮化硅层的厚度为82nm，折射率为2.6；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜，背面镀膜形成氮化硅层的厚度为200nm，折射率为2.5，背面镀膜具体步骤为：
将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入硅烷进行沉积，通入硅烷和氨气的体积比为1:10，控制管式炉内压力为2500mtorr，沉积温度为550℃，沉积时间为1200s；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽，激光开槽的激光图形虚实比为1:1，栅线根数为160根；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，烧结峰值温度为1000℃，制得PERC电池片，印刷过程使用的网版图形副栅线与SE推进层形成的槽方向是平行的，最后印刷形成正电极即相互垂直的主栅电极与细栅电极。
1.分别取实施例3和对比例1制得的PERC电池片20pcs，测试平均少子寿命；
表1实施例3和对比例1制得的PERC电池片少子寿命对比
| 工艺 | 平均少子寿命 |
| 对比例1 | 98.6us |
| 实施例3 | 179.2us |
| 差值 | 80.6us |
由表1可知，本发明较对比例1硅片少子寿命提升80.6us。
2.分别取实施例3和对比例1制得的PERC电池片制作PERC太阳能电池；
表2实施例3和对比例1制作PERC太阳能电池转换效率对比
| 工艺 | Eta | Uoc | Isc | FF |
| 对比例1 | 22.554 | 0.6851 | 10.237 | 81.031 |
| 实施例3 | 22.707 | 0.6892 | 10.252 | 80.982 |
| 差值 | 0.153 | 0.0040 | 0.015 | -0.049 |
由表2可知，本发明较对比例1硅片少子寿命提升80.6us，转换效率较常规工艺提升0.15％。
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种PERC电池片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗去除原硅片的切割损失层及金属杂质，并制绒形成金字塔绒面层；
(2)将制绒后的单晶硅片置入扩散设备中进行扩散制结，形成PN结层，并在单晶硅片PN结层表面进行激光推进；
(3)将激光推进后的单晶硅片进行刻蚀清洗，去除边缘的磷硅玻璃，并将单晶硅片背面进行抛光，去除背面的PN结层；
(4)对抛光后的单晶硅片背面进行Al2O3原子沉积，形成背钝化；
(5)将背钝化后的单晶硅片进行正面镀膜；
(6)将正面镀膜后的单晶硅片进行背面镀膜；
(7)将背面镀膜后的单晶硅片进行激光开槽；
(8)在激光开槽后的单晶硅片正面印刷银浆，经过高温烧结，制得PERC电池片。
2.根据权利要求1所述一种PERC电池片的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述背面镀膜具体步骤为：
1)将正面镀膜后的单晶硅片放置在管式炉中，通入氮气，对管式炉内进行稳压和保温；
2)通入氨气，同时打开管式炉的脉冲开关进行预沉积；
3)继续通入氨气，同时通入硅烷进行沉积。
3.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤1)中，所述氮气通入流量为2000-5000sccm，控制管式炉内压力为1400-2000mtorr。
4.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤1)中，所述保温温度为500-550℃，保温时间为200-600s。
5.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤2)中，所述氨气通入流量为2000-5000sccm，控制管式炉内压力为1000-2000mtorr。
6.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤2)中，所述预沉积温度为500-550℃，预沉积时间为20-100s。
7.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤3)中，所述通入硅烷和氨气的体积比为1:5-10，控制管式炉内压力为1500-2500mtorr。
8.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤3)中，所述沉积温度为500-550℃，沉积时间为600-1200s。
9.根据权利要求2所述一种适用于PERC电池的背面镀膜方法，其特征在于，步骤(6)中，所述背面镀膜形成氮化硅层的厚度为75-200nm，折射率为1.9-2.5。
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