CN112768552B - 一种双面perc电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种双面PERC电池的制备方法。它包括以下步骤:S1、制绒；S2、低压扩散；S3、se激光；S4、背面酸抛光；S5、双面氧化；S6、背面镀钝化膜；S7、正面镀氮化硅膜；S8、背面激光开膜；S9、印刷背面电极，背面铝栅线，正面银栅线电极，烧结，完成电池制备。采用这种方法制备出来的双面PERC电池抗PID效果较好，且背面发电效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种双面PERC电池的制备方法。
背景技术
PERC(PassivatedEmitterandRearCell)电池，全称为“发射极和背面钝化电池”，是从常规铝背场电池(BSF)结构自然衍生而来。常规BSF电池由于背表面的金属铝膜层中的复合速度无法降至200cm/s以下，致使到达铝背层的红外辐射光只有60-70％能被反射，产生较多光电损失，因此在光电转换效率方面具有先天的局限性；而PERC技术通过在电池背面附上介质钝化层，可以较大程度减少这种光电损失，从而提升光伏电池1％左右的光电转换效率。与需要在晶体层面突破的另一种电池-钙钛矿光伏相比，PERC是电池和组件组装方面的一项创新。
目前双面PERC电池，其正面采用一层SiO2膜达到抗PID的效果，而背面的Al2O3、Si3N4复合膜并不能达到很好的抗PID效果。另外，双面PERC电池基本沿用单面PERC的提效方案，提高背面反射率，达到提高正面电池效率的目的。但是这种方式，造成了双面PERC电池双面率尤其是背面的效率较低，不能真正达到双面PERC电池组件双面高效发电的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种双面PERC电池的制备方法，采用这种方法制备出来的双面PERC电池抗PID效果较好，且背面发电效率较高。
本发明所采用的技术方案是：一种双面PERC电池的制备方法，它包括以下步骤:
S1、制绒；
S2、低压扩散；
S3、se激光；
S4、背面酸抛光；
S5、双面氧化；
S6、背面镀钝化膜；
S7、正面镀氮化硅膜；
S8、背面激光开膜；
S9、印刷背面电极，背面铝栅线，正面银栅线电极，烧结，完成电池制备。
作为优选，所述制绒包括以下步骤：
S11、预清洗；
S12、制绒：将硅片放入制绒槽KOH和添加剂组成的混合溶液中，对硅片表面进行腐蚀形成金字塔型绒面；
S13、后清洗；
S14、酸洗；
S15、烘干。
作为优选，所述制绒包括以下步骤：步骤S12中的添加剂组分的质量百分含量为：KOH或NaOH，0.5％-2％；葡萄糖、果糖、乳糖的一种或几种，0.5％-1％；聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、乙酸钠的一种或几种，0.5％-1.2％；聚丙烯酰胺，0.5％-1％；乳化硅油，0.5％-1％，其余为超纯水。
作为优选，步骤S4采用HF、HNO3、H2SO2混合酸对硅片背面进行抛光。
作为优选，步骤S5的双面氧化是指在氧化退火段，采用单片插片方式，在硅片正面背面各做一层二氧化硅膜。
作为优选，具体的退火工艺包括以下步骤：
S51、第一次氧化退火，温度600-700℃，氧气流量为3000-5000sccm，压力200mpa，时间为400s-500s；
S52、第二次氧化退火，温度600-700℃，氧气流量为3000-5000sccm，压力200mpa，时间为600s-800s；
S53、第三次氧化退火，温度600-650℃，氧气流量为3000-5000sccm，压力200mpa，时间为250s-350s；
S54、第四次氧化退火，温度600-650℃，氧气流量为2000-2500sccm，氮气流量为15000-25000sccm，压力1000mpa，时间为200s-300s。
作为优选，步骤S6形成的膜层结构依次为基底硅片-氧化铝膜-氮氧化硅膜-氮化硅膜，且氮化硅膜分为3层膜，依次为从高折射率膜-中折射率膜-低折射率膜。
作为优选，背膜工艺具体包括以下步骤：
S61、第一层氧化铝膜，射频电源功率3500-4500W，N2O流量为5-8slm，TMA流量60-100，时间为60-120，控制厚度在5-10nm；
S62、第二层氮氧化硅膜，射频电源功率8000-10000W，N2O流量为7-10slm，SiH4流量200-400sccm，时间为200-300s，控制厚度在10-15nm；
S63、第三层复合三层氮化硅膜
S631、第一层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为5-7slm，时间为200-300s，控制厚度在25-35nm，折射率在2.35-2.45；
S632、第二层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为9-12slm，时间为100-200s，控制厚度在15-20nm，折射率在2.25-2.35；
S633、第三层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为11-14slm，时间为100-200s，控制厚度在15-20nm，折射率在2.15-2.25。
采用以上方法与现有技术相比，本方法具有以下优点：
采用一次制绒，匹配相应的制绒添加剂，单面腐蚀量控制在2-2.8um。减薄量低，不容易碎片，适应于硅片薄化。这样制备的绒面，成核率较高，表面形成的正金字塔较小，比表面积较大，反射率低。这样特殊的小绒面结构，有利于后端刻蚀抛光，即使在刻蚀量不高的情况也能形成平整的表面，有利于后端背面钝化。
采用HF、HNO3、H2SO2混合酸对硅片背面进行抛光，去PSG，背面腐蚀量在4.0-4.5um，背面反射率控制在26％-28％。将反射率控制在较低的水平，保留背面部分绒面结构，提高背面效率，提高双面电池双面率。
通过4次连续低压恒温氧化退火后，在硅片正反面形成致密的二氧化硅薄膜，厚度在5-10nm。经过退火后的二氧化硅薄膜，使得硅片界面态降低，固定正电荷升高，对硅片表面进行了良好的化学钝化。叠加后道工序的钝化膜，可以起到良好的抗PID效果。
氧化铝膜在界面处具有较高的固定负电荷密度，表现出显著的场钝化特性和化学钝化特性；氮氧化硅膜，有非常好的热稳定性，优异的钝化效果，较低的表面态；高折射率氮化硅膜，更加致密，可对硅片表面和体内进行良好钝化，同时提升电池的红光响应，并保护氧化铝膜不被破坏。特别是，电池背面二氧化硅膜搭配高折射率氮化硅膜，可以起到双重抗PID效果。
如上所述本申请制备的PERC双面电池，创新性的将一次制绒、低刻蚀量背抛、双面氧化和背面三层复合钝化膜等创新工艺相结合，达到了正面、背面双面抗PID性能；正面效率达到23％；最大的优点是背面效率比较高，双面率达到75％以上，相同效率下，单面组件功率提升3-5W；透明背板或双玻双面组件，整体功率提升8-10W。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
一种双面PERC电池的制备方法，包括以下步骤：
1.制绒
采用一次制绒，水洗之后将硅片放入制绒槽KOH和添加剂混合溶液中，对硅片表面进行选择型腐蚀，最终形成密集的微米级金字塔型绒面。其中，优选添加剂各组分的质量百分含量为，KOH，1％；葡萄糖和乳糖，0.5％；聚丙烯酸钠1.2％；聚丙烯酰胺，0.8％；乳化硅油，1％，其余为超纯水，单面腐蚀量控制在2um。
之前多数的单晶制绒是两次制绒，即先经过粗抛，再进行制绒，单面腐蚀量达到5um，这样做出来的绒面，反射率较高，出绒率偏低，绒面金字塔偏大。碎片率也偏高，不利于硅片薄化趋势。
本发明采用一次制绒，匹配相应的制绒添加剂，单面腐蚀量控制在2-2.8um。减薄量低，不容易碎片，适应于硅片薄化。这样制备的绒面，成核率较高，表面形成的正金字塔较小，比表面积较大，反射率低。这样特殊的小绒面结构，有利于后端刻蚀抛光，即使在刻蚀量不高的情况也能形成平整的表面，有利于后端背面钝化。
2.低压扩散，方阻在170左右。
3.se激光，扩散后在表面打激光形成重掺杂的选择性发射极，打过激光后的方阻在90左右。
4.背面酸抛光，背面腐蚀量在4um，反射率26％。
采用HF、HNO3、H2SO2混合酸对硅片背面进行抛光，去PSG，背面腐蚀量在4um，背面反射率控制在26％。其中，刻蚀液配比，HF：HNO3＝1:3，H2SO2比例在10％。补液，HNO3，30ml/100片；HF，36ml/100片；H2SO4，100ml/1000片。
其中涉及的HNO3浓度为69％，HF浓度为49％，H2SO4浓度为98％。
常规的抛光，背面腐蚀量控制在6um以上，反射率大于40％。常规的抛光刻蚀量较大，不符合硅片薄片化的趋势，易造成碎片率偏高。由于背面反射率很高，背面效率的偏低，电池双面率也偏低。
本案采用HF、HNO3、H2SO2混合酸对硅片背面进行抛光，去PSG，背面腐蚀量在4.0-4.5um，背面反射率控制在26％-28％。将反射率控制在较低的水平，保留背面部分绒面结构，提高背面效率，提高双面电池双面率。
5.双面氧化
具体退火工艺为：
Ⅰ第一次氧化退火，温度700℃，氧气流量为4500sccm，压力200mpa，时间为450s。
Ⅱ第二次氧化退火，温度700℃，氧气流量为4500sccm，压力200mpa，时间为750s。
Ⅲ第三次氧化退火，温度650℃，氧气流量为4500sccm，压力200mpa，时间为300s。
Ⅳ第四次氧化退火，温度650℃，氧气流量为3000sccm，氮气流量为20000sccm，压力1000mpa，时间为200s。
通过4次连续低压恒温氧化退火后，在硅片正反面形成致密的二氧化硅薄膜，厚度在8nm左右，叠加后道工序的钝化膜，可以起到良好的抗PID效果。
常规氧化退火，采用背靠背插片，单面氧化方式，在硅片正面即扩散面做一层二氧化硅膜，这样只能起到正面抗PID效果。
本案，在氧化退火段，采用单片插片方式，双面氧化方式，在硅片正面背面各做一层二氧化硅膜，达到双面抗PID的效果。本案采用这种方式不需要另外增加工艺工序，易于在产线实现。
6.背面镀钝化膜
在硅片背面镀钝化膜，膜层结构依次为(基底硅片-二氧化硅膜)氧化铝膜-氮氧化硅膜-氮化硅膜，其中，氮化硅膜分为3层膜，依次为从高折射率膜-中折射率膜-低折射率膜。
具体对背膜工艺：
Ⅰ第一层氧化铝膜，射频电源功率3800W，N2O流量为6slm，TMA(三甲基铝)流量60，时间为100s，厚度在6nm左右。
Ⅱ第二层氮氧化硅膜，射频电源功率10000W，N2O流量为8slm，SiH4流量300sccm，时间为200-300s，厚度在10nm左右。
Ⅲ第三层复合三层氮化硅膜
a.第一层氮化硅膜，射频电源功率12000W，SiH4流量为2000sccm，NH3流量为6slm，时间为250s，控制厚度在35nm，折射率在2.35左右。
b.第二层氮化硅膜，射频电源功率12000W，SiH4流量为2000sccm，NH3流量为10slm，时间为150s，控制厚度在15nm，折射率在2.25左右。
c.第三层氮化硅膜，射频电源功率12000W，SiH4流量为2000sccm，NH3流量为12slm，时间为180s，控制厚度在20nm，折射率在2.15左右。
常规的背面钝化工艺，采用氧化铝膜叠加氮化硅膜，能够起到较好的钝化效果，但背面的抗PID性能较差。
本案中，在电池背面二氧化硅膜基础上，通过管式PECVD的一次镀膜方式，依次叠加了氧化铝膜-氮氧化硅膜-高折射率氮化硅复合膜，在提高电池背面钝化效果的同时，大幅度提高了背面抗PID性能。
氧化铝膜在界面处具有较高的固定负电荷密度，表现出显著的场钝化特性和化学钝化特性；氮氧化硅膜，有非常好的热稳定性，优异的钝化效果，较低的表面态；高折射率氮化硅膜，富含H，更加致密，可对硅片表面和体内进行良好钝化，同时提升电池的红光响应，并保护氧化铝膜不被破坏。
特别是，电池背面二氧化硅膜搭配高折射率氮化硅膜，可以起到双重抗PID效果。
7.正面镀高折射率氮化硅膜
8.背面激光开膜
9.印刷背面电极，背面铝栅线，正面银栅线电极，烧结，完成电池制备。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (5)
1.一种双面PERC电池的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤:
S1、制绒；
S2、低压扩散；
S3、se激光；
S4、背面酸抛光；采用HF、HNO3、H2SO2混合酸对硅片背面进行抛光，其中，刻蚀液配比为：HF：HNO3=1:3，H2SO2比例在10%；补液，HNO3，30ml/100片；HF，36ml/100片；H2SO4，100ml/1000片；背面腐蚀量在4.0-4.5um，背面反射率控制在26%-28%，保留背面部分绒面结构；
S5、双面氧化；双面氧化是指在氧化退火段，采用单片插片方式，在硅片正面背面各做一层二氧化硅膜，具体的退火工艺包括以下步骤：
S51、第一次氧化退火，温度600-700℃，氧气流量为3000-5000sccm，压力200mpa，时间为400s-500s；
S52、第二次氧化退火，温度600-700℃，氧气流量为3000-5000 sccm，压力200mpa，时间为600s-800s；
S53、第三次氧化退火，温度600-650℃，氧气流量为3000-5000 sccm，压力200mpa，时间为250s-350s；
S54、第四次氧化退火，温度600-650℃，氧气流量为2000-2500 sccm，氮气流量为15000-2500 0sccm，压力1000mpa，时间为200s-300s；
S6、背面镀钝化膜；
S7、正面镀氮化硅膜；
S8、背面激光开膜；
S9、印刷背面电极，背面铝栅线，正面银栅线电极，烧结，完成电池制备。
2.根据权利要求1所述的一种双面PERC电池的制备方法，其特征在于：所述制绒包括以下步骤：
S11、预清洗；
S12、制绒：将硅片放入制绒槽KOH和添加剂组成的混合溶液中，对硅片表面进行腐蚀形成金字塔型绒面；
S13、后清洗；
S14、酸洗；
S15、烘干。
3.根据权利要求2所述的一种双面PERC电池的制备方法，其特征在于：步骤S12中的添加剂组分的质量百分含量为：KOH或NaOH，0.5%-2%；葡萄糖、果糖、乳糖的一种或几种，0.5%-1%；聚丙烯酸钠、木质素磺酸钠、乙酸钠的一种或几种，0.5%-1.2%；聚丙烯酰胺，0.5%-1%；乳化硅油，0.5%-1%，其余为超纯水。
4.根据权利要求1所述的一种双面PERC电池的制备方法，其特征在于：步骤S6形成的膜层结构依次为基底硅片-氧化铝膜-氮氧化硅膜-氮化硅膜，且氮化硅膜分为3层膜，依次为从高折射率膜-中折射率膜-低折射率膜。
5.根据权利要求4所述的一种双面PERC电池的制备方法，其特征在于：背膜工艺具体包括以下步骤：
S61、第一层氧化铝膜，射频电源功率3500-4500W，N2O流量为5-8slm，TMA流量60-100sccm，时间为60-120s，控制厚度在5-10nm；
S62、第二层氮氧化硅膜，射频电源功率8000-10000W，N2O流量为7-10slm，SiH4流量200-400sccm，时间为200-300s，控制厚度在10-15nm；
S63、第三层复合三层氮化硅膜,
S631、第一层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为5-7slm，时间为200-300s，控制厚度在25-35nm，折射率在2.35-2.45；
S632、第二层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为9-12slm，时间为100-200s，控制厚度在15-20nm，折射率在2.25-2.35；
S633、第三层氮化硅膜，射频电源功率11000-13000W，SiH4流量为1500-2500sccm，NH3流量为11-14slm，时间为100-200s，控制厚度在15-20nm，折射率在2.15-2.25。
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