CN113322451B - 一种perc电池的氧化铝钝化膜及其沉积方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PERC电池的氧化铝钝化膜及其沉积方法和应用。所述沉积方法包括：(1)氧化铝钝化膜沉积前进行预处理，所述预处理包括：升温后通入笑气及三甲基铝，并恒定压力；(2)在微波条件下，继续通入笑气及三甲基铝进行氧化铝钝化膜的沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。本发明通过在沉积氧化铝钝化膜之前，同时通入笑气(一氧化二氮)和三甲基铝(TMA)进行恒压稳定，这样可以保证炉尾有足够多的反应气体，这样可以提高沉积得到的氧化铝钝化膜的均匀性，同时减轻了EL两侧发暗的程度，进而提升了电池的效率。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池的技术领域，涉及一种PERC电池的氧化铝钝化膜及其沉积方法和应用。
背景技术
随着PERC电池大规模量产，背钝化管式二合一路线逐渐成为行业主流，2020至2021年3月量产的大尺寸电池公司，全部选择二合一路线。二合一即PECVD方式沉积AlOx和氮化硅，此种方式沉积的AlOx致密性相对ALD方式有一定劣势，作为钝化效果的补偿，PECVD沉积AlOx膜厚相对会厚8～10nm左右，均匀性差，以整舟40点计算，单管膜厚均匀性15～20％。氧化铝偏厚部分绕镀到正面，与栅线处接触异常，导致EL局部发暗，量产占比4.5％。分析原因：一般镀AlOx前腔体需要有稳定的压力，恒压步会通入定量笑气，但二合一炉管管径太大，恒压完后炉管内笑气过量，镀AlOx时通入TMA并开启射频电源，由于反应时间短，大量TMA已经在炉口炉中反应完成，造成炉尾TMA不足生长的AlOx偏薄，整舟AlOx的膜厚均匀性差，氧化铝厚度和均匀性对PERC电池EL影响极大。
CN111969079A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。该文献中镀AlOx时通入TMA并开启射频电源，由于反应时间短，大量TMA已经在炉口炉中反应完成，造成炉尾TMA不足生长的AlOx偏薄，整舟AlOx的膜厚均匀性差，氧化铝厚度和均匀性对PERC电池EL影响极大。
CN110699674A公开了一种低频PECVD沉积氧化铝的方法，该方法是以三甲基铝为原料，以O2、水蒸气或乙醇蒸气中的其中一种含氧物质为氧化剂，通过低频PECVD法制备得到氧化铝。该文献所提供的技术方案，需要氧化剂与三甲基铝反应，其存在一定程度上的安全隐患。
因此如何提高晶硅太阳能电池中氧化铝钝化膜的均匀性同时还能减轻EL两侧发暗的程度，是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PERC电池的氧化铝钝化膜及其沉积方法和应用。本发明通过在沉积氧化铝钝化膜之前，同时通入笑气(一氧化二氮)和三甲基铝(TMA)进行恒压稳定，这样可以保证炉尾有足够多的反应气体，进一步提高了沉积得到的氧化铝钝化膜的均匀性，同时减轻了EL两侧发暗的程度，进而提升了电池的效率。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法包括：
(1)氧化铝钝化膜沉积前进行预处理，所述预处理包括：升温后通入笑气及三甲基铝，并恒定压力；
(2)在微波条件下，继续通入笑气及三甲基铝进行氧化铝钝化膜的沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
示例性的，本发明所提供的PERC电池的制备方法包括：
制绒-扩散-氧化-去PSG-碱抛-退火-背膜-正膜-背激光-丝网
所述氧化铝钝化膜的沉积方法适用于PECVD制备过程中的背钝化管式二合一路线，其过程位于制备电池的退火和正膜之间。
本发明所提供的沉积方法，要将经过退火的硅片插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中，进行氧化铝钝化膜的沉积。
本发明通过在沉积氧化铝钝化膜之前，同时通入笑气和TMA进行恒压，这样可以保证炉管的炉尾处有足够多的反应气体，然后在微波条件下，使笑气和TMA变成等离子体状态进而反应，在硅片的背面沉积得到氧化铝钝化膜，上述操作一方面可以提高沉积得到的氧化铝钝化膜的均匀性，同时还有效的降低了EL两侧发暗比例，更进一步的，还可以减少制备电池过程中导致的效率损失，同时操作简单，可以量产。
优选地，步骤(1)所述升温的温度为280～380℃，例如280℃、300℃、320℃、340℃、360℃或380℃等。
优选地，步骤(1)所述笑气的通入流量小于8000sccm，例如3000sccm、4000sccm、5000sccm、6000sccm、7000sccm或7900sccm等。
优选地，步骤(1)所述三甲基铝的通入流量小于120g/h，例如119g/h、110g/h、100g/h、90g/h、80g/h、70g/h、60g/h或50g/h等。
优选地，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和小于等于50s，例如10s、20s、30s、40s或50s等。
本发明中，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和过长，会导致低效。
优选地，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和为15～35s，例如15s、20s、25s、30s或35s等。
本发明中，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和在上述范围内，更又有利于避免低效发生。
优选地，步骤(1)所述恒定压力中的压力为800～1500mt，例如800mt、900mt、1000mt、1100mt、1200mt、1300mt、1400mt或1500mt等。
作为优选的技术方案，所述PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法包括：
(1)氧化铝钝化膜沉积前进行预处理，所述预处理包括：将炉管升温至280～380℃，然后将笑气及三甲基铝同步通入，恒定压力800～1500mt，预通入和恒压的时间总和为15～35s，其中，笑气的预通入流量小于8000sccm，三甲基铝的预通入流量小于120g/h；
(2)在微波条件下，继续通入笑气及三甲基铝进行氧化铝钝化膜的沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法制备得到的PERC电池的氧化铝钝化膜。
第三方面，本发明还提供一种PERC电池，，所述PERC电池包括如第二方面所述的PERC电池的氧化铝钝化膜。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在沉积氧化铝钝化膜之前，同时通入笑气(一氧化氮)和三甲基铝(TMA)进行恒压稳定，这样可以保证炉尾有足够多的反应气体，进一步提高了沉积得到的氧化铝钝化膜的均匀性，同时减轻了EL两侧发暗的程度，进而提升了电池的效率，本发明所提供的太阳能电池，其氧化铝钝化膜的膜厚均匀性可达6.7％及以下，且EL两侧发暗比例在0.6％以下，与常规的用笑气恒压的处理方法相比，膜厚均匀性可提升9.3％以上，EL两侧发暗比例可提升4.1％以上，，同时效率还得到了提升，与常规的用笑气恒压的处理方法相比，本发明中电池效率可提升0.04％甚至更多。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在本发明的一个具体实施方式中，沉积氧化铝钝化膜前，要将经过退火的硅片插入背钝化石墨舟中，并送入PECVD设备中，然后再进行沉积。
下述实施例均在所述具体实施方式后进行。
实施例1
本实施例提供一种制备晶硅太阳能电池片过程中，硅片背面的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法如下所示：
(1)抽真空，将炉管升温至350℃，然后将笑气及三甲基铝同步预通入，恒定压力至1300mt，预通入和恒压的时间总和为20s，其中，笑气的预通入流量为5500sccm，三甲基铝的预通入流量为66g/h；
(2)开启微波，继续通入笑气及三甲基铝，进行沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
实施例2
本实施例提供一种制备晶硅太阳能电池片过程中，硅片背面的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法如下所示：
(1)抽真空，将炉管升温至280℃，然后将笑气及三甲基铝同步预通入，恒定压力至800mt，预通入和恒压的时间总和为50s，其中，笑气的预通入流量为4000sccm，三甲基铝的预通入流量为30g/h；
(2)开启微波，继续通入笑气及三甲基铝，进行沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
实施例3
本实施例提供一种制备晶硅太阳能电池片过程中，硅片背面的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法如下所示：
(1)关闭射频电源，抽真空，将炉管升温至340℃，然后将笑气及三甲基铝同步预通入，恒定压力至1500mt，预通入和恒压的时间总和为120s，其中，笑气的预通入流量为7000sccm，三甲基铝的预通入流量为100g/h；
(2)开启微波，继续通入笑气及三甲基铝，进行沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
对比例1
本对比例提供一种制备晶硅太阳能电池片过程中，硅片背面的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法如下所示：
(1)抽真空，将炉管升温至350℃，然后只预通入笑气，恒定压力至1300mt，预通入和恒压的时间总和为20s，其中，笑气的预通入流量为5500sccm；
(2)开启微波，继续通入笑气及三甲基铝，进行沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片；
对比例2
本对比例提供一种制备晶硅太阳能电池片过程中，硅片背面的氧化铝钝化膜的沉积方法，所述沉积方法如下所示：
(1)抽真空，将炉管升温至350℃，然后只预通入笑气，恒定压力至1300mt，预通入时间为120s，其中，笑气的预通入流量为5500sccm；
(2)开启微波，继续通入笑气及三甲基铝，进行沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片；
测试1：
测试实施例1-3与对比例1-2所提供的氧化铝钝化膜在硅片不同位置的膜厚，在实施例1-3与对比例1-2的同一位置选取测试点，进行8组重复实验，得到膜厚的均匀性(每舟斜取8片，每片5点，共40个点，【(Max-Min)/(Max+Min)】*100％)，如表1所示；
同时进行EL两侧发暗的比例(EL两侧发暗数目/测试总数*100％)测试，其结果也如表1所示：
表1
| 膜厚均匀性(％) | EL两侧发暗比例(％) | |
| 实施例1 | 5.2％ | 0.5％ |
| 实施例2 | 4.2％ | 0.6％ |
| 实施例3 | 6.7％ | 0.4％ |
| 对比例1 | 14.5％ | 5.1％ |
| 对比例2 | 16.0％ | 4.5％ |
从实施例1-3的数据结果可知，本发明所提供的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法可以有效提升氧化铝钝化膜的均匀性。
从实施例1与对比例1的数据结果可知，沉积氧化铝钝化膜之前，单纯用笑气恒压，氧化铝钝化膜均匀性偏大9.3％，EL降级比例高4.6％。
测试2：对实施例1-3与对比例1-2所提供的电池进行奇偶分片，在同一路径和同时段下测试电性能，
其结果如表2所示。
表2
从实施例1与实施例3的数据结果可知，预通入和恒压的时间总和过长，效率损失0.10以上。
从实施例1与对比例1的数据结果可知，同时通入笑气和TMA稳定恒压相比单纯用笑气恒压效率会有0.05％的效率提升
从实施例3与对比例2的数据结果可知，同时通入笑气和TMA稳定恒压相比单纯用笑气恒压效率会有0.04％的效率提升。
综上所述，本发明通过在沉积氧化铝钝化膜之前，同时通入笑气和TMA进行恒压，这样可以保证炉管的炉尾处有足够多的反应气体，然后在微波条件下，使笑气和TMA发生等离子体反应，在硅片的背面沉积得到氧化铝钝化膜，上述操作一方面可以提高沉积得到的氧化铝钝化膜的均匀性，同时还有效的降低了EL两侧发暗比例，更进一步的，还可以减少制备电池过程中导致的效率损失，同时操作简单，可以量产，本发明所提供的太阳能电池，其氧化铝钝化膜的膜厚均匀性可达6.7％及以下，且EL两侧发暗比例在0.6％以下，与常规的用笑气恒压的处理方法相比，膜厚均匀性可提升9.3％以上，EL两侧发暗比例可提升4.1％以上，，同时效率还得到了提升，与常规的用笑气恒压的处理方法相比，本发明中电池效率可提升0.04％甚至更多。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，所述沉积方法包括：
(1)氧化铝钝化膜沉积前进行预处理，所述预处理包括：升温后通入笑气及三甲基铝，并恒定压力；
(2)在微波条件下，继续通入笑气及三甲基铝进行氧化铝钝化膜的沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片；
步骤(1)所述预处理的过程中未开启微波。
2.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述升温的温度为280～380℃。
3.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述笑气的通入流量小于8000sccm。
4.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述三甲基铝的通入流量小于120g/h。
5.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和小于等于50s。
6.根据权利要求5所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述通入笑气及三甲基铝和恒定压力的时间总和为15～35s。
7.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，步骤(1)所述恒定压力中的压力为800～1500mt。
8.根据权利要求1所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法，其特征在于，所述沉积方法包括：
(1)氧化铝钝化膜沉积前进行预处理，所述预处理包括：将炉管升温至280～380℃，然后将笑气及三甲基铝同步通入，恒定压力800～1500mt，预通入和恒压的时间总和为15～35s，其中，笑气的预通入流量小于8000sccm，三甲基铝的预通入流量小于120g/h；
(2)在微波条件下，继续通入笑气及三甲基铝进行氧化铝钝化膜的沉积，得到镀有氧化铝钝化膜的硅片。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的PERC电池的氧化铝钝化膜的沉积方法制备得到的PERC电池的氧化铝钝化膜。
10.一种PERC电池，其特征在于，所述PERC电池包括如权利要求9所述的PERC电池的氧化铝钝化膜。
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Denomination of invention: An alumina passivation film for PERC batteries and its deposition method and application Granted publication date: 20220712 Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd. Registration number: Y2024330000516 |