CN112864279A - 一种抗pid效应的双面电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗PID效应的双面电池及其制备方法，属于电池制备技术领域。本发明的抗PID效应的双面电池的制备方法，采用原子层沉积或等离子增强原子层沉积方式在双面电池的背面氧化铝钝化层与背面氮化硅钝化及保护层之间生长一层氧化硅薄膜，从而可以在不影响氧化铝场钝化效果的基础上，有效阻挡碱金属离子进入硅片表面，降低了因碱金属离子引起的极化和腐蚀性的PID失效。同时，在氧化铝和氮化硅界面，还可以有效降低因氮化硅中K+中心引起的极化效应，降低氮化硅层引起的PID失效。

Description

一种抗PID效应的双面电池及其制备方法
技术领域
本发明属于电池制备技术领域，更具体地说，涉及一种抗PID效应的双面电池及其制备 方法。
背景技术
电势诱导衰减(potential induced degradation,PID)是指太阳电池组件在长期受到一定的外 电压下发生功率衰减的现象。这种现象最早在2005年由Sunpower公司发现。相关权威机构 统计，由PID造成的光伏电站发电量衰减最大可达30％以上，已成为光伏电站输出效率衰减 的最主要原因之一，成为组件应用的一个重大问题。
关于PID失效机理，经行业大量研究并公认如下：在电网发电中，众多光伏组件通过串 联方式连接以达到所需电压。在电站设计中为了安全考虑，采用组件边框接地的方式，因此 电池片与玻璃和边框之间形成了较大的电势差。组件在高电压、潮湿以及高温的周围环境长 期工作条件下，水蒸气通过封边硅胶或背板进入组件内部，组件封装材料中的EVA(乙烯— 醋酸乙烯共聚物)水解产生醋酸，醋酸与玻璃表面析出的碱(Na2CO3)反应产生可以自由移 动的碱金属离子，如Na+，在电场作用下Na+移动至电池表面，穿透电池片表面的SiNx钝化 减反层，再迁移到电池结构中，从而破坏了光电转换中起关键作用的半导体PN结的性能， 严重情况下甚至导致组件分层现象。以上因组件封装材料产生的碱金属离子在负偏压下，因 破坏P型电池片正面PN结形成漏电等性能衰减的失效机理业内用PID-S命名，以区别于P 型双面电池背面或N型电池正面因为极化而导致PID的失效(PID-P)。
针对减缓PID-S衰减的问题，目前主要是通过降低或防止碱金属离子迁移进入硅片内部 的方法进行改善：①组件逆变器的类型和接地方式，组件阵列排布的优化，降低或者消除电 池片表面的负偏压；②组件封装材料优化，如通过EVA改性或用POE取代EVA，提升封装 材料的电阻率和降低水汽透过率，从而降低漏电流，降低甚至消除醋酸的产生，减少碱金属 离子的产生和减缓碱金属离子的迁移速率；③电池工艺优化，如在硅片表面通过热氧、臭氧、 PECVD等方式形成一层致密的氧化硅，阻挡碱金属离子进入硅片内部；正面减反膜采用一层 折射率高的氮化硅膜结构，提升氮化硅的导电性能，从而降低碱金属离子在氮化硅和硅表面 的堆积以及迁移进入硅片内部的数量。涉及以上相关措施或技术的研究已有不少专利公开， 如，授权专利CN104538486B提供了一种用笑气在硅片表面生长一层氧化硅提升电池片抗 PID-S性能的方法；授权专利CN104916710B提供了一种三层膜氮化硅膜外层叠加氮氧化硅 复合减反膜提升电池片抗PID-S的方法。
另外一方面，由于双面PERC电池具有仅需对现有的PERC电池及组件生产线进行少量 改动即可进行生产，可以比单面PERC电池组件产品增加5％-25％的系统发电收益等优势， 使得双面PERC电池技术逐步大规模推广应用。随着光伏行业对双面PERC技术研究和应用 的深入，双面PERC电池背面的PID问题逐步凸显。目前在-1500V，85％湿度和85℃标准测试条件下(IEC61215或UL1703标准)，双面电池片正面PID衰减在3％左右，而背面PID衰 减高达5％-10％，甚至更高。
业内对双面电池背面PID失效机理进行了广泛研究，但对于其失效机理尚不完全明确， 可能引起失效的原因有以下几个方面：①氮化硅引起的极化(PID-P)：背面氮化硅膜层中的 K-中心，在电场作用下，K0，K-转换为K+，固有和新增的K+形成的电场削弱氧化铝钝化层 中因负电荷引起的场钝化效果，在氧化铝钝化层区域形成堆积，带正电荷的碱金属离子削弱 氧化铝负电荷的场钝化效果。②碱金属离子引起的极化(PID-P)：同PID-S一样，背面碱金 属离子穿透背面氮化硅膜层，在氧化铝钝化层区域形成堆积，带正电荷的碱金属离子削弱氧 化铝钝化层中因负电荷引起的场钝化效果。③碱金属离子或者水汽引起的腐蚀(PID-C)：背 面碱金属离子穿透背面氮化硅和氧化铝钝化层，在硅片背表面形成聚集，且在电势和氧化铝 层中OH-作用下局部形成电化学腐蚀，生成的氧化硅破坏氧化铝钝化层的钝化及引起表面复 合。水汽引起的表面钝化降低，在氧化铝上未叠加氮化硅层时，对氧化铝钝化层的影响较为 严重。④电极区腐蚀：银、铝电极在高温高湿条件下，受电化学腐蚀产生的金属离子可能对 氧化铝钝化层产生影响。⑤铝浆腐蚀：双面铝浆对背面氮化硅保护层的表面和激光开孔处的 侧向腐蚀可能对背面钝化叠层的长期稳定性产生影响，特别是富硅的氮化硅层。
针对如何减缓双面电池背面PID衰减的问题，目前研究仅处于起步阶段，通常采取的措 施主要是采用双玻外加POE取代ECV的封装方式满足双面PERC电池产品的基本性能，但 随着玻璃价格及产能缺口等问题的凸显，双玻双面组件的性价比受到挑战。另外一种方案为 透明背板叠加POE的方式，这在成本上有一定优势，但透明背板封装方式的可靠性还存在风 险，需要进一步改善和评估。在电池端，由于双面电池对双面率的要求，背面氮化硅膜厚度 一般在80-100nm，这对双面PERC电池可靠性进一步提出了更高的挑战。相关研究正在进行 中，如专利CN110444609A公开了一种在双面电池背面制备氮化硅+碳氮化硅的复合背面结构， 并改善背面PID的方法；专利CN109509796A公开了一种在双面电池背面制备氮化硅+氮氧 化硅的复合背面结构，并改善背面PID的方法；专利CN109638110A、CN110943146A公开 了一种多层氮化硅背面结构，并改善背面PID的方法；专利CN111029436A公开了一种在双 面电池背面制备碳化硅背面结构，并改善LeTID的方法。但上述方法对于双面电池背面PID 衰减现象的改善效果并不理想。
因此，如何有效改善双面电池背面PID等可靠性问题已经成为限制双面PERC产品推广 应用的重要挑战，亟待解决。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服采用现有方法难以有效改善双面电池背面PID衰减现象的不足， 提供了一种抗PID效应的双面电池及其制备方法。本发明通过工艺优化，可以在双面电池背 面制备得到一层厚度精确可控、均匀致密且无针孔、工艺重复性和稳定性好的氧化硅，实现 在不影响氧化铝场钝化效果的基础上，有效降低双面电池的背面PID衰减。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种抗PID效应的双面电池制备方法，采用原子层沉积或等离子增强原子层沉 积方式在双面电池的背面氧化铝钝化层与背面氮化硅钝化及保护层之间生长一层氧化硅薄膜。
更进一步的，所述氧化硅薄膜的厚度为2-50nm。
更进一步的，氧化硅薄膜制备时的硅基前驱体为六氯乙硅烷、双硅烷、双硅烷、三硅烷、 三甲硅烷基胺中的任一种；氧化剂前驱体采用臭氧或氧气。
更进一步的，氧化硅薄膜的具体制备工艺为：
(1)在真空环境下，将气相硅基前驱体和氧化剂前驱体中的任一种前驱体A先通入反 应器腔体，通过化学吸附保持在硅片衬底的表面；
(2)通入氮气或惰性气体进行清除，排除副产物和多余的前驱体；
(3)通入硅基前驱体和氧化剂前驱体中的另外一种前驱体B，与已吸附在硅片衬底上的 前驱体A发生反应生成氧化硅薄膜；
(4)再次通入氮气或惰性气体进行清洗；
(5)如此循环反复不同圈数，逐层生长薄膜。
更进一步的，氧化硅薄膜制备时硅基前驱体脉冲时间为0.1-4s，流量为1-500sccm；氧化 剂脉冲时间为1-10s，流量为1-2000sccm，循环次数为10-500次。
更进一步的，氧化硅薄膜制备过程中控制反应腔内压力为2-50mbar，氮气或惰性气体吹 扫时间为0.5-20s，吹扫流量为100-3000sccm，硅片衬底温度为150-400℃。
更进一步的，具体包括制绒、扩散、激光SE、热氧化、氧化退火、背面沉积氧化铝钝化 膜、背面沉积氧化硅薄膜和正、背面沉积氮化硅薄膜工序，背面沉积氧化铝钝化膜和背面沉 积氧化硅薄膜采用同管或者异管进行。
更进一步的，背面沉积氧化硅薄膜结束后，在硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜， 自内而外第一、二层厚度分别为15-35nm，第三层厚度为35-45nm，折射率由内往外逐步降 低，整体折射率维持在2.06。
本发明的一种抗PID效应的双面电池，包括硅片基体，硅片基体的背面自下而上依次设 有氧化铝钝化层、氧化硅薄膜和氮化硅钝化及保护层，其中氧化硅薄膜采用权利要求1中的 方法制备得到。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种抗PID效应的双面电池制备方法，采用原子层沉积或等离子增强原子 层沉积方式在双面电池的背面氧化铝钝化层与背面氮化硅钝化及保护层之间生长一层氧化硅 薄膜，从而可以在不影响氧化铝场钝化效果的基础上，有效阻挡碱金属离子进入硅片表面， 降低了因碱金属离子引起的极化和腐蚀性的PID失效。同时，在氧化铝和氮化硅界面，还可 以有效降低因氮化硅中K+中心引起的极化效应，降低氮化硅层引起的PID失效。
(2)本发明的一种抗PID效应的双面电池制备方法，通过采用原子层沉积或等离子增强 原子层沉积的原子层成膜方式，能够实现厚度精确可控、均匀致密且无针孔、工艺重复性和 稳定性好的氧化硅层制备，解决了采用干氧热氧化和臭氧氧化工艺存在的厚度无法进行控制 的问题，以及采用PECVD法易对氧化铝钝化层造成破坏，所得氧化硅层较为疏松、易吸附 水汽，从而对PID起到负面效果的问题。
(3)本发明的一种抗PID效应的双面电池制备方法，通过对硅基前驱体的种类进行优化， 从而能够适于进行原子沉积，并有利于保证沉积层的质量；同时，通过对沉积过程中的各工 艺参数，如硅基前驱体与氧化剂的脉冲时间和流量等进行优化设计，从而有利于进一步保证 所得氧化硅层的致密性及厚度和成分均匀性。
(4)本发明的一种抗PID效应的双面电池制备方法，采用ALD或PEALD来制备氧化硅层，只需在现有ALD或PEALD机台和工艺上，额外新增一路硅基前驱体的管路即可，在 制备氧化铝钝化层之后直接制备氧化硅，而无需额外增加制程工序和设备机台。
(5)本发明的一种抗PID效应的双面电池，硅片基体的背面自下而上依次设有氧化铝钝 化层、氧化硅薄膜和氮化硅钝化及保护层，通过氧化铝钝化层、氧化硅薄膜和氮化硅钝化及 保护层的复合作用，从而可以有效改善双面电池背面的PID衰减现象，而氧化硅薄膜的制备 采用ALD或PEALD工艺，从而可以对其厚度进行有效控制，提高氧化硅薄膜的致密度，保 证其应用效果，尤其是提高对水汽的阻挡效果，同时也不会对氧化铝底层无任何损伤。
附图说明
图1为本发明的双面电池的切面示意图；
图中：1、硅片基体；2、正面发射极；2-1、浅掺杂区；2-2、重掺杂区；3、正面氧化层；4、氧化铝钝化层；5、氧化硅薄膜；6、氮化硅钝化及保护层；7、正面氮化硅钝化及减反射 层；8、背面激光开槽；9、背面副栅电极；10、正电极。
具体实施方式
针对目前现有双面电池背面PID问题非常突显，而采用现有工艺难以有效解决的现状， 本发明通过在目前双面PERC电池背面Si/AlOx/SiNx钝化层结构基础上，在AlOx和SiNx之间， 采用原子层沉积(ALD)或等离子增强原子层沉积(PEALD)的方式制备一层2-50nm厚度 精确可控、均匀致密、无针孔的氧化硅介质薄膜，从而可以有效改善双面PERC电池的背面 PID问题。
经检索，目前虽然也有少数研究是通过一层氧化硅膜的制备来改善电池PID现象的。如， 中国专利CN210200741U公开了一种具有三层膜结构的P型PERC电池结构，该电池背面依 次设有钝化层和保护层，所述保护层是由第一氧化硅层、背面氮化硅层与第二氧化硅层组成 的，通过保护层可以阻挡缺陷延展，三层膜互补，降低背表面复合速率，增加背表面钝化效 果和提高钝化效果。但该申请案中并没有给出其具体采用何种方法制备氧化硅膜，而目前现 有太阳能电池中氧化硅膜的制备，主要是通过干氧热氧化、臭氧氧化和PECVD笑气等方式 进行。当采用干氧和臭氧氧化工艺时，膜的厚度无法进行有效和精确控制；当采用PECVD 笑气方式时，则制备所得氧化层将非常疏松，无法有效阻隔碱金属离子达到改善PID的效果； 且笑气等离子体对底层氧化铝的破坏将相对较大，将一定程度上影响氧化铝本身的钝化效果； 另外，因氧化硅易吸附水汽等特性，外层采用氧化硅将对PID将起到负面效果。
基于以上情况，本发明通过采用ALD或PEALD方式在双面电池背面的氧化铝钝化层4 与氮化硅钝化及保护层6之间沉积一层氧化硅膜，从而一方面可以在不影响氧化铝场钝化效 果的基础上(不会对氧化铝层造成破坏)，降低因碱金属离子引起的极化和腐蚀性的PID失效； 另一方面可以有效降低因氮化硅中K+中心引起的极化效应，降低氮化硅层引起的PID失效。 同时，本发明制备所得氧化硅薄膜5的致密性较高，可有效阻挡水蒸汽的穿过。此外，上述 专利CN210200741U中在氮化硅的外部也镀有一层氧化硅膜，本申请的发明人在研究过程中 发现，氮化硅外部的氧化硅膜反而会影响抗PID效果，而采用本发明的技术路线，且仅在氧 化铝钝化膜与氮化硅膜之间沉积一层氧化硅膜，从而可以有效改善双面电池背面的PID衰减 现象，背面PID衰减可以降低0.5％-3％。
具体的，本发明中氧化硅薄膜的制备流程如下：
(1)在真空环境下，将气相硅基前驱体与氧化剂前驱体中的一种前驱体A通入反应器 腔体，通过化学吸附保持在硅片衬底的表面；所述硅基前驱体选用六氯乙硅烷(Si2Cl6，简写HCDS)、双(叔丁氨基)硅烷(SiH2[NHC(CH3)3]2，BTBAS)、双(二乙氨基)硅烷(SiH2[N(CH2CH3)2]2，BDEAS)、三(二甲氨基)硅烷(SiH[N(CH3)2]3，3DMAS)、三甲硅烷基胺 ((SiH3)3N，TSA)中的一种；所述氧化剂采用臭氧(O3)、氧气(O2)中的一种。
(2)通入氮气或惰性气体进行清除，排除副产物和多余的前驱体；
(3)通入硅基前驱体与氧化剂前驱体中的另外一种前驱体B，与已吸附在硅片衬底上的 前驱体A发生反应生成氧化硅薄膜；其中硅片衬底温度为150-400℃，反应腔内压力(真空 度)为2-50mbar；氮气或惰性气体吹扫时间0.5-20s，流量100-3000sccm；硅基前驱体脉冲时 间为0.1-4s，流量1-500sccm；氧化剂脉冲时间1-10s，流量1-2000sccm。循环次数10-500次。
通过对硅基前驱体的种类及具体反应工艺参数进行优化，从而一方面可以满足原子沉积 的需要，保证氧化硅薄膜的沉积生长；另一方面能够有效保证所得氧化硅薄膜的致密性以及 厚度和成分均匀性，从而有利于保证抗PID效果。
(4)再次通入氮气或惰性气体进行清洗；
(5)如此循环反复不同圈(次)数，逐层生长薄膜。
下面以单晶P型硅片为例结合具体实施例对本发明进行进一步描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的背面电池，包括硅片基体1，硅片基体1的正面自下而上依次 设有正面发射极2、正面氧化层3、正面氮化硅钝化及减反射层7及正电极10，其背面自上而下依次设有氧化铝钝化层4、氧化硅薄膜5、氮化硅钝化及保护层6和背面副栅电极9。
本实施例的背面电池的制备方法，具体包括以下工艺步骤：
1、制绒：采用单晶P型硅片基体1，用碱进行正面和背面制绒形成绒面结构。
2、扩散：将制绒后硅片，用三氯氧磷和硅片在高温下进行反应，使正面扩散形成PN发 射结(即正面发射极2)。采用上述扩散工艺进行扩散，扩散后正表面薄层的方块电阻为150 Ω/□之间。
3、激光SE：利用扩散后的磷硅玻璃为磷源，在扩散后硅片的正面且对应正电极栅线的 金属化区域进行激光掺杂，形成重掺杂区2-2，从而在硅片正面实现选择发射极的结构(浅掺 杂区和重掺杂区2-2)。采用上述激光工艺进行激光掺杂，重掺杂区的方块电阻为65Ω/□之间。
4、热氧化：将激光SE后硅片用上述热氧化工艺通氧进行氧化。
5、去PSG：将热氧化后硅片，用HF去除背面及周边PSG。
6、碱抛：将去PSG后的硅片采用上述碱抛工艺进行背面抛光，正面去PSG和表面微刻 蚀。
7、氧化退火：将碱抛后的硅片进行氧化及退火处理，在硅片正、背面同时制备一层氧化 层3。此过程在石英管腔体内进行，硅片衬底温度700℃，通氧流量2000sccm，进行10min 氧化。
8、背面沉积氧化铝钝化膜：在退火后的硅片背面制备氧化铝钝化膜4。将第7步后的硅 片置入原子层沉积腔中，加热硅片衬底温度到190℃，反应腔中抽真空至压力达到20mbar及 以下时，通入流量20sccm的TMA(铝基前驱体)2s；然后用氮气吹扫8s；再通入流量18sccm 的臭氧(氧化剂前驱体)6s，然后再用氮气吹扫8s；以上步骤循环25次，制备3nm左右的 氧化铝钝化膜。
9、背面沉积氧化硅薄膜：在沉积氧化铝钝化膜的同一腔体内，在完成第8步工艺后(衬 底温度190℃，反应腔中压力20mbar以下)用氮气吹扫120s，去除氧化铝反应的残留物。然 后通入流量50sccm的三甲硅烷基胺(硅基前驱体)4s；然后用氮气吹扫8s；再通入流量18sccm 的臭氧(氧化剂前驱体)6s，然后再用氮气吹扫8s；以上步骤循环50次，制备5nm左右的 氧化硅薄膜5。本实施例中氧化硅薄膜5的沉积与氧化铝钝化膜4的沉积采用同管技术路线， 仅需在原有设备上新增加一路通硅基前驱体的管路即可实现。
10、背面沉积氮化硅薄膜：在第9步后的硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜6，沉 积氮化硅之前将腔体温度加热到480℃，维持3min的恒温处理，然后通入硅烷、氨气等离子 体化学气相沉积氮化硅薄膜，该氮化硅膜层总厚度100nm，第一、二层厚度分别30nm，第三 层厚度40nm，折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.06。
11、正沉积氮化硅薄膜：正面制备三层氮化硅钝化及减反射膜7，该膜层总厚度80nm， 折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.14以上。
12、背面激光：在背面制备了钝化膜的硅片上进行激光开孔，形成背面激光开槽8。
13、背电极印刷：在正反面进行了激光开孔后的硅片上丝网印刷制备背电极。
14、背面副栅印刷：在印刷背电极硅片上丝网印刷背面副栅电极9。
15、正电极印刷：在印刷背极后的硅片正面丝网印刷正面电极，即形成正电极10。
16、烧结：将印刷正面电极的硅片进行共烧结，烧结峰值温度为700℃。
17、电注入：将烧结后的电池片进行电注入处理。
18、成品：将产品电池片测试、分选、包装入库。
本实施例制备所得双面PERC电池片，在-1500V，85％湿度和85℃标准测试条件下(IEC61215或UL1703标准)，背面PID衰减可以降低1.0％。
实施例2
本实施例的背面电池，其结构同实施例1，本实施例的背面电池的制备方法，具体包括 以下工艺步骤：
1、制绒：采用单晶P型硅片，用碱进行正面和背面制绒形成绒面结构。
2、扩散：将制绒后硅片，用三氯氧磷和硅片在高温下进行反应，使正面扩散形成PN发 射结2。采用上述扩散工艺进行扩散，扩散后正表面薄层的方块电阻为150Ω/□之间。
3、激光SE：利用扩散后的磷硅玻璃为磷源，在扩散后硅片的正面且对应正电极栅线的 金属化区域进行激光掺杂，形成重掺杂区2-2，从而在硅片正面实现选择发射极的结构。采用 上述激光工艺进行激光掺杂，重掺杂区的方块电阻为65Ω/□之间。
4、热氧化：将激光SE后硅片用上述热氧化工艺通氧进行氧化。
5、去PSG：将热氧化后硅片，用HF去除背面及周边PSG。
6、碱抛：将去PSG后的硅片采用上述碱抛工艺进行背面抛光，正面去PSG和表面微刻 蚀。
7、氧化退火：将碱抛后的硅片进行氧化及退火处理，在硅片正、背面同时制备一层氧化 层3。此过程在石英管腔体内进行，硅片衬底温度700℃，通氧流量2000sccm，进行10min 氧化。
8、背面沉积氧化铝钝化膜：在退火后的硅片背面制备氧化铝钝化膜4。将第7步后的硅 片置入原子层沉积腔中，加热硅片衬底温度到180℃，反应腔中抽真空至压力达到20mbar及 以下时，通入TMA(铝基前驱体)3s；然后用氮气吹扫8s；再通入经过射频对氧气处理后的 等离子体(氧化剂前驱体)3s，氧气流量1000sccm，然后再用氮气吹扫8s；以上步骤循环30 次，制备3nm左右的氧化铝钝化膜，射频13.56MHZ，功率8000W。
9、背面沉积氧化硅保护膜：在沉积氧化铝钝化膜的同一腔体内，在完成第8步工艺后(衬 底温度180℃，反应腔中压力20mbar以下)用氮气吹扫120s，去除氧化铝反应的残留物。然 后通入流量50sccm的六氯乙硅烷(硅基前驱体)4s；然后用氮气吹扫8s；再通入经过射频对 氧气处理后的等离子体(氧化剂前驱体)3s，氧气流量1000sccm，然后再用氮气吹扫8s；以 上步骤循环60次，制备6nm左右的氧化硅保护膜，射频13.56MHZ，功率8000W。
10、背面沉积氮化硅薄膜：在第9步后的硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜6，沉 积氮化硅之前将腔体温度加热到480℃，维持3min的恒温处理，然后通入硅烷、氨气等离子 体化学气相沉积氮化硅薄膜，该氮化硅膜层总厚度100nm，第一、二层厚度分别30nm，第三 层厚度40nm，折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.06。
11、正沉积氮化硅薄膜：正面制备三层氮化硅钝化及减反射膜7，该膜层总厚度80nm， 折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.14以上。
12、背面激光：在背面制备了钝化膜的硅片上进行激光开孔。
13、背电极印刷：在正反面进行了激光开孔后硅片上丝网印刷制备背电极。
14、背面副栅印刷：在印刷背电极硅片上丝网印刷背面副栅电极。
15、正电极印刷：在印刷背极后硅片，在其正面丝网印刷正面电极10.
16、烧结：将印刷正面电极的硅片进行共烧结，烧结峰值温度为750℃。
17、电注入：将烧结后的电池片进行电注入处理。
18、成品：将产品电池片测试、分选、包装入库。
通过以上技术路线制备的双面PERC电池片，在-1500V，85％湿度和85℃标准测试条件 下(IEC61215或UL1703标准)，背面PID衰减可以降低1.5％。
实施例3
本实施例的背面电池，其结构同实施例1，本实施例的背面电池的制备方法，具体包括 以下工艺步骤：
1、制绒：采用单晶P型硅片基体1，用碱进行正面和背面制绒形成绒面结构。
2、扩散：将制绒后硅片，用三氯氧磷和硅片在高温下进行反应，使正面扩散形成PN发 射结(即正面发射极2)。采用上述扩散工艺进行扩散，扩散后正表面薄层的方块电阻为120 Ω/□之间。
3、激光SE：利用扩散后的磷硅玻璃为磷源，在扩散后硅片的正面且对应正电极栅线的 金属化区域进行激光掺杂，形成重掺杂区2-2，从而在硅片正面实现选择发射极的结构(浅掺 杂区和重掺杂区2-2)。采用上述激光工艺进行激光掺杂，重掺杂区的方块电阻为40Ω/□之间。
4、热氧化：将激光SE后硅片用上述热氧化工艺通氧进行氧化。
5、去PSG：将热氧化后硅片，用HF去除背面及周边PSG。
6、碱抛：将去PSG后的硅片采用上述碱抛工艺进行背面抛光，正面去PSG和表面微刻 蚀。
7、氧化退火：将碱抛后的硅片进行氧化及退火处理，在硅片正、背面同时制备一层氧化 层3。此过程在石英管腔体内进行，硅片衬底温度650℃，通氧流量2100sccm，进行8min氧 化。
8、背面沉积氧化铝钝化膜：在退火后的硅片背面制备氧化铝钝化膜4。将第7步后的硅 片置入原子层沉积腔中，加热硅片衬底温度到200℃，反应腔中抽真空至压力达到20mbar及 以下时，通入流量23sccm的TMA(铝基前驱体)2s；然后用氮气吹扫6s；再通入流量18sccm 的臭氧(氧化剂前驱体)5s，然后再用氮气吹扫6s；以上步骤循环32次，制备3.5nm左右的 氧化铝钝化膜。
9、背面沉积氧化硅薄膜：在沉积氧化铝钝化膜的同一腔体内，在完成第8步工艺后(衬 底温度200℃，反应腔中压力20mbar以下)用氮气吹扫120s，去除氧化铝反应的残留物。然 后通入流量100sccm的三(二甲氨基)硅烷(硅基前驱体)3s；然后用氮气吹扫20s；再通入流量25sccm的臭氧(氧化剂前驱体)4s，然后再用氮气吹扫10s；以上步骤循环35次，制备3nm左右的氧化硅薄膜5。
10、背面沉积氮化硅薄膜：在第9步后的硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜6，沉 积氮化硅之前将腔体温度加热到480℃，维持3min的恒温处理，然后通入硅烷、氨气等离子 体化学气相沉积氮化硅薄膜，该氮化硅膜层总厚度100nm，第一、二层厚度分别35nm，第三 层厚度45nm。
11、正沉积氮化硅薄膜：正面制备三层氮化硅钝化及减反射膜7，该膜层总厚度80nm， 折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.14以上。
12、背面激光：在背面制备了钝化膜的硅片上进行激光开孔，形成背面激光开槽8。
13、背电极印刷：在正反面进行了激光开孔后的硅片上丝网印刷制备背电极。
14、背面副栅印刷：在印刷背电极硅片上丝网印刷背面副栅电极9。
15、正电极印刷：在印刷背极后的硅片正面丝网印刷正面电极，即形成正电极10。
16、烧结：将印刷正面电极的硅片进行共烧结，烧结峰值温度为800℃。
17、电注入：将烧结后的电池片进行电注入处理。
18、成品：将产品电池片测试、分选、包装入库。
本实施例制备所得双面PERC电池片，在-1500V，85％湿度和85℃标准测试条件下(IEC61215或UL1703标准)，背面PID衰减可以降低0.7％。
实施例4
本实施例的背面电池，其结构同实施例1，本实施例的背面电池的制备方法，具体包括 以下工艺步骤：
1、制绒：采用单晶P型硅片基体1，用碱进行正面和背面制绒形成绒面结构。
2、扩散：将制绒后硅片，用三氯氧磷和硅片在高温下进行反应，使正面扩散形成PN发 射结(即正面发射极2)。采用上述扩散工艺进行扩散，扩散后正表面薄层的方块电阻为180 Ω/□之间。
3、激光SE：利用扩散后的磷硅玻璃为磷源，在扩散后硅片的正面且对应正电极栅线的 金属化区域进行激光掺杂，形成重掺杂区2-2，从而在硅片正面实现选择发射极的结构(浅掺 杂区和重掺杂区2-2)。采用上述激光工艺进行激光掺杂，重掺杂区的方块电阻为90Ω/□之间。
4、热氧化：将激光SE后硅片用上述热氧化工艺通氧进行氧化。
5、去PSG：将热氧化后硅片，用HF去除背面及周边PSG。
6、碱抛：将去PSG后的硅片采用上述碱抛工艺进行背面抛光，正面去PSG和表面微刻 蚀。
7、氧化退火：将碱抛后的硅片进行氧化及退火处理，在硅片正、背面同时制备一层氧化 层3。此过程在石英管腔体内进行，硅片衬底温度730℃，通氧流量2050sccm，进行12min 氧化。
8、背面沉积氧化铝钝化膜：在退火后的硅片背面制备氧化铝钝化膜4。将第7步后的硅 片置入原子层沉积腔中，加热硅片衬底温度到187℃，反应腔中抽真空至压力达到20mbar及 以下时，通入流量20sccm的TMA(铝基前驱体)2s；然后用氮气吹扫10s；再通入经过射频 对氧气处理后的等离子体(氧化剂前驱体)10s，氧气流量1500sccm，，然后再用氮气吹扫6s； 以上步骤循环28次，制备2.7nm左右的氧化铝钝化膜。
9、背面沉积氧化硅薄膜：在沉积氧化铝钝化膜的同一腔体内，在完成第8步工艺后(衬 底温度150℃，反应腔中压力20mbar以下)用氮气吹扫100s，去除氧化铝反应的残留物。然 后通入流量150sccm的六氯乙硅烷(硅基前驱体)3s；然后用氮气吹扫7s；再通入经过射频 对氧气处理后的等离子体(氧化剂前驱体)6s，氧气流量1500sccm，，然后再用氮气吹扫8s； 以上步骤循环100次，制备10nm左右的氧化硅薄膜5。
10、背面沉积氮化硅薄膜：在第9步后的硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜6，沉 积氮化硅之前将腔体温度加热到480℃，维持3min的恒温处理，然后通入硅烷、氨气等离子 体化学气相沉积氮化硅薄膜，该氮化硅膜层总厚度100nm，第一、二层厚度分别30nm，第三 层厚度40nm，折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.06。
11、正沉积氮化硅薄膜：正面制备三层氮化硅钝化及减反射膜7，该膜层总厚度80nm， 折射率由内往外逐步降低，整体折射率维持在2.14以上。
12、背面激光：在背面制备了钝化膜的硅片上进行激光开孔，形成背面激光开槽8。
13、背电极印刷：在正反面进行了激光开孔后的硅片上丝网印刷制备背电极。
14、背面副栅印刷：在印刷背电极硅片上丝网印刷背面副栅电极9。
15、正电极印刷：在印刷背极后的硅片正面丝网印刷正面电极，即形成正电极10。
16、烧结：将印刷正面电极的硅片进行共烧结，烧结峰值温度为730℃。
17、电注入：将烧结后的电池片进行电注入处理。
18、成品：将产品电池片测试、分选、包装入库。
本实施例制备所得双面PERC电池片，在-1500V，85％湿度和85℃标准测试条件下(IEC61215或UL1703标准)，背面PID衰减可以降低3.0％。

Claims (9)

1.一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于：采用原子层沉积或等离子增强原子层沉积方式在双面电池背面的氧化铝钝化层(4)与氮化硅钝化及保护层(6)之间生长一层氧化硅薄膜(5)。
2.根据权利要求1所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于：所述氧化硅薄膜(5)的厚度为2-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于，氧化硅薄膜(5)制备时的硅基前驱体为六氯乙硅烷、双(叔丁氨基)硅烷、双(二乙氨基)硅烷、三(二甲氨基)硅烷、三甲硅烷基胺中的任一种；氧化剂前驱体采用臭氧或氧气。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于，氧化硅薄膜(5)的具体制备工艺为：
(1)在真空环境下，将气相硅基前驱体和氧化剂前驱体中的任一种前驱体A先通入反应器腔体，通过化学吸附保持在硅片衬底的表面；
(2)通入氮气或惰性气体进行清除，排除副产物和多余的前驱体；
(3)通入硅基前驱体和氧化剂前驱体中的另外一种前驱体B，与已吸附在硅片衬底上的前驱体A发生反应生成氧化硅薄膜；
(4)再次通入氮气或惰性气体进行清洗；
(5)如此循环反复不同圈数，逐层生长薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于：氧化硅薄膜(5)制备时硅基前驱体脉冲时间为0.1-4s，流量为1-500sccm；氧化剂脉冲时间为1-10s，流量为1-2000sccm，循环次数为10-500次。
6.根据权利要求5所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于：氧化硅薄膜(5)制备过程中控制反应腔内压力为2-50mbar，氮气或惰性气体吹扫时间为0.5-20s，吹扫流量为100-3000sccm，硅片衬底温度为150-400℃。
7.根据权利要求6所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于，具体包括制绒、扩散、激光SE、热氧化、氧化退火、背面沉积氧化铝钝化膜、背面沉积氧化硅薄膜和正、背面沉积氮化硅薄膜工序，背面沉积氧化铝钝化膜和背面沉积氧化硅薄膜采用同管或者异管进行。
8.根据权利要求7所述的一种抗PID效应的双面电池制备方法，其特征在于：背面沉积氧化硅薄膜结束后，在硅片背面制备三层氮化硅钝化及保护膜，自内而外第一、二层厚度分别为15-35nm，第三层厚度为35-45nm。
9.一种抗PID效应的双面电池，其特征在于：包括硅片基体(1)，硅片基体(1)的背面自下而上依次设有氧化铝钝化层(4)、氧化硅薄膜(5)和氮化硅钝化及保护层(6)，其中氧化硅薄膜(5)采用权利要求1中的方法制备得到。
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