CN113782618A - 单面perc电池及其钝化层的制作方法 - Google Patents

单面perc电池及其钝化层的制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请适用于太阳能电池技术领域，提供了一种单面PERC电池及其钝化层的制作方法。单面PERC电池包括依次层叠的：电池基片、氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜。如此，通过依次层叠于电池基片的氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜，形成单面PERC电池背面的钝化层，可以提高单面PERC电池的背面内反射，提高光电转换效率，并改善PID。

Description

单面PERC电池及其钝化层的制作方法
技术领域
本申请属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种单面PERC电池及其钝化层的制作方法。
背景技术
相关技术中，单面PERC电池的背面技术通常是在P型硅基体上通过等离子体增强化学气相沉积法沉积一层10nm-20nm的AlOx薄膜层，然后在AlOx层外沉积若干层SiNx层。然而如此，单面PERC电池的光电转换效率有待进一步提高，抗潜在电势诱导衰减(PotentialInduced Degradation，PID)有待进一步改善。
基于此，如何实现单面PERC电池的钝化以提高光电转换效率并改善PID，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种单面PERC电池及其钝化层的制作方法，旨在解决如何实现单面PERC电池的钝化以提高光电转换效率并改善PID的问题。
第一方面，本申请提供的单面PERC电池，包括依次层叠的：电池基片、氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜。
可选地，所述氧化铝膜的厚度范围为10nm-20nm。
可选地，所述氮化硅膜的厚度范围为80nm-120nm。
可选地，所述氮氧化硅膜的厚度范围为10nm-30nm。
可选地，所述氧化硅膜的厚度范围为10nm-20nm。
可选地，所述氮化硅膜的折射率范围为2.0-2.3；
和/或，所述氮氧化硅膜的折射率范围为1.8-2.0；
和/或，所述氧化硅膜的折射率范围为1.4-1.6。
可选地，所述氮化硅膜包括氮化硅层，所述氮化硅层的层数范围为2-4层；
和/或，所述氮氧化硅膜包括氮氧化硅层，所述氮氧化硅层的层数范围为1-3层；
和/或，所述氧化硅膜包括氧化硅层，所述氧化硅层的层数范围为1-2层。
第二方面，本申请提供的单面PERC电池的钝化层的制作方法，包括：
在待沉积钝化层的电池基片上沉积氧化铝膜；
在所述氧化铝膜上沉积氮化硅膜；
在所述氮化硅膜上沉积氮氧化硅膜；
在所述氮氧化硅膜上沉积氧化硅膜。
可选地，在待沉积钝化层的电池基片上沉积氧化铝膜，包括：
在镀膜设备中通入TMA和N2O，以形成所述氧化铝膜；
在所述氧化铝膜上沉积氮化硅膜，包括：
按1:(3-15)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4和NH3，以形成所述氮化硅膜；
在所述氮化硅膜上沉积氮氧化硅膜，包括：
按1:(3-10):(10-20)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4、NH3和N2O，以形成所述氮氧化硅膜；
在所述氮氧化硅膜上沉积氧化硅膜，包括：
按1:(10-20)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4和N2O，以形成所述氧化硅膜。
第三方面，本申请提供的单面PERC电池，包括电池基片和设置在电池基片的钝化层，所述钝化层采用上述任一项的方法制作得到。
本申请实施例的单面PERC电池及其钝化层的制作方法，通过依次层叠于电池基片的氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜，形成单面PERC电池背面的钝化层，可以提高单面PERC电池的背面内反射，提高光电转换效率，并改善PID。
附图说明
图1是本申请实施例的单面PERC电池的结构示意图；
图2是本申请实施例的单面PERC电池的钝化层的制作方法的流程示意图；
图3是本申请实施例的单面PERC电池的钝化层的制作方法的流程示意图；
图4是相关技术中的太阳能电池的钝化层的结构示意图。
主要元件符号说明：
单面PERC电池10、电池基片11、氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请参阅图1，本申请实施例的单面PERC电池10，包括依次层叠的：电池基片11、氧化铝(AlOx)膜12、氮化硅(SiNx)膜13、氮氧化硅(SiOxNy)膜14和氧化硅(SiOx)膜15。
本申请实施例的单面PERC电池10，通过依次层叠于电池基片11的氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15，形成单面PERC电池10背面的钝化层，可以提高单面PERC电池10的背面内反射，提高光电转换效率，并改善PID。
可选地，氧化铝膜12的厚度范围为10nm-20nm。例如为10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。如此，能够钝化电池背面缺陷，提高电池的开路电压和短路电流，提高光电转换效率，避免由于厚度过小而导致的钝化效果较差，也可以避免由于厚度过大导致的成本过高、生产时间过长。
优选地，氧化铝膜12的厚度范围为15nm-20nm。例如为15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。如此，使得钝化电池背面缺陷，提高电池的开路电压和短路电流，提高转换效率的效果最好。
可选地，氮化硅膜13的厚度范围为80nm-120nm。例如为80nm、82nm、88nm、90nm、91nm、95nm、97nm、100nm、107nm、110nm、113nm、119nm、120nm。如此，可以减反射，尽可能多地吸收太阳光，从而激发出更多的电子空穴，可以尽可能多传出电子和空穴，形成电流，还可以作为电池背面的保护膜，延长电池的使用寿命。同时，可以避免由于厚度过小导致的减反射效果和传出载流子的效果较差，也可以避免由于厚度过大导致的成本过高、生产时间过长。
优选地，氮化硅膜13的厚度范围为80nm-90nm。例如为80nm、81nm、82nm、83nm、84nm、85nm、86nm、87nm、88nm、89nm、90nm。如此，使得减反射效果和传出载流子的效果最好。
可选地，氮氧化硅膜14的厚度范围为10nm-30nm。例如为10nm、12nm、15nm、17nm、19nm、20nm、21nm、25nm、28nm、29nm、30nm。如此，可以提高电池的内反射，提高转换效率。
优选地，氮氧化硅膜14的厚度范围为22nm-30nm。例如为22nm、23nm、25nm、28nm、29nm、30nm。如此，使得提高电池的内反射和提高转换效率的效果最好。
可选地，氧化硅膜15的厚度范围为10nm-20nm。例如为10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。如此，可以提高电池的内反射，有效阻止载流子在表面处的复合，提高光电转换效率，改善抗PID性能，延长使用寿命。
优选地，氧化硅膜15的厚度范围为15nm-20nm。例如为15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm。如此，使得提高电池的内反射和提高光电转换效率的效果最好。
可选地，氮化硅膜13的折射率范围为2.0-2.3。例如为2.0、2.01、2.08、2.1、2.15、2.2、2.26、2.28、2.29、2.3。可选地，氮氧化硅膜14的折射率范围为1.8-2.0。例如为1.8、1.81、1.85、1.88、1.9、1.92、1.96、1.99、2.0。可选地，氧化硅膜15的折射率范围为1.4-1.6。例如为1.4、1.41、1.45、1.48、1.5、1.52、1.56、1.59、1.6。如此，有利于提高单面PERC电池10的背面内反射，提高光电转换效率，改善PID。
可选地，氮化硅膜13包括氮化硅层，氮化硅层的层数范围为2-4层。例如为2层、3层和4层。可选地，氮氧化硅膜14包括氮氧化硅层，氮氧化硅层的层数范围为1-3层。例如为1层、2层和3层。可选地，氧化硅膜15包括氧化硅层，氧化硅层的层数范围为1-2层。例如为1层、2层。如此，通过调整膜层的数量来使得降低反射率、提高转换效率的效果更好。
请查阅图2，本申请实施例的单面PERC电池10的钝化层的制作方法，包括：
步骤S12：在待沉积钝化层的电池基片11上沉积氧化铝膜12；
步骤S13：在氧化铝膜12上沉积氮化硅膜13；
步骤S14：在氮化硅膜13上沉积氮氧化硅膜14；
步骤S15：在氮氧化硅膜14上沉积氧化硅膜15。
本申请实施例的单面PERC电池10的钝化层的制作方法，通过依次层叠于电池基片11的氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15，形成单面PERC电池10背面的钝化层，可以提高单面PERC电池10的背面内反射，提高光电转换效率，并改善PID。
在本实施例中，在步骤S12前，可对P型单晶硅片进行制绒、硼扩散、SE激光、刻蚀、退火处理，从而制成待沉积钝化层的电池基片11。然后可将待沉积钝化层的电池基片11放入镀膜设备中沉积钝化层。镀膜设备可为Centrotherm/捷佳伟创或其他镀膜设备。在其他实施例中，可对N型硅片或多晶硅片进行前述处理，以制成待沉积钝化层的电池基片11。在此不进行限定。
在本实施例中，可使用体积比为2％的KOH溶液配合制绒添加剂，在温度为80℃和时间为400s的条件下，在硅片正面和背面形成金字塔状绒面。可使用HF和HNO3混合液，将硅片背面进行粗抛光，其中HF体积浓度为10％，HNO3体积浓度为40％。可使用温度为80℃的KOH药液将硅片背面抛光。可使用HF和HCL混合液清洗以中和硅片表面残留的碱液，其中HF的体积浓度为5％，HCL的体积浓度为10％。可使用RCA2#液清洗硅片，去除硅片表面的金属离子。
在本实施例中，镀膜设备可通过等离子体增强化学气相沉积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)在待沉积钝化层的电池基片11上沉积氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15。如此，镀膜时所需的基本温度较低，沉积的速率较快，效率较高，形成的钝化层针孔较少，不易龟裂，质量较好，有利于提高生产效率和电池性能。
在本实施例中，在步骤S15后，可将沉积了氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15的电池基片11从镀膜设备中取出。在步骤S15后，可将沉积了氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15的电池基片11进行正面镀膜、背面激光和丝网印刷，以制成单面PERC电池10。
在本实施例中，可在电池基片11的正面镀氧化硅层。进一步地，可通过热氧化对电池基片11进行退火处理，以形成氧化硅层。如此，可以有效阻止载流子在表面处的复合，提高单面PERC电池10的转换效率，改善单面PERC电池10的抗PID性能，延长使用寿命。
在本实施例中，可在电池基片11的正面镀氮化硅层。如此，可以降低单面PERC电池10对太阳光的反射率，有利于提高单面PERC电池10的光电转换效率。
在本实施例中，可利用激光进行背面开槽，利用银浆料在开槽后的电池基片11进行丝网印刷形成背面电极，利用铝浆料丝网印刷形成背电场，利用银浆料丝网印刷形成正面电极。再烧结印刷后的电池基片11。如此，可以通过背电场减少表面的复合率，钝化背表面，可通过正面电极和背面电极输出电流。
可以理解，在其他的实施例中，可通过利用掩膜沉积金属来制作电极。在此不对制作电极的具体方式进行限定。
另外，可对制成的单面PERC电池10进行电性能测试。如此，可以检测单面PERC电池10的性能，有利于及时发现问题并改进。
请查阅图3，可选地，步骤S12包括：
步骤S121：在镀膜设备中通入TMA和N2O，以形成氧化铝膜12；
步骤S13包括：
步骤S131：按1:(3-15)的比例在镀膜设备中通入SiH4和NH3，以形成氮化硅膜13；
步骤S14包括：
步骤S141：按1:(3-10):(10-20)的比例在镀膜设备中通入SiH4、NH3和N2O，以形成氮氧化硅膜14；
步骤S15包括：
步骤S151：按1:(10-20)的比例在镀膜设备中通入SiH4和N2O，以形成氧化硅膜15。
如此，通过气相沉积形成钝化层，沉积的速率较快，效率较高，形成的钝化层针孔较少，不易龟裂，质量较好，有利于提高生产效率和电池性能。而且，通过
可选地，在步骤S121中，打开射频电源，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积一层氧化铝膜12。TMA的流量范围为60sccm-200sccm。N2O的流量范围为3slm-10slm。镀膜总时间的范围为50s-150s。如此，实现氧化铝膜12的制作。
具体地，TMA的流量例如为60sccm-200sccm。例如为60slm、62slm、68slm、80slm、95slm、100slm、110slm、150slm、188slm、196slm、200slm。
具体地，N2O的流量例如为3slm、3.2slm、3.7slm、4.3slm、4.5slm、5.2slm、6.3slm、7.5slm、8slm、9.6slm、10slm。
具体地，镀膜总时间例如为50s、52s、58s、60s、67s、70s、88s、95s、100s、110s、135s、148s、150s。
可选地，在步骤S131中，打开射频电源，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积2-4层氮化硅层，以形成氮化硅膜13。对于每层氮化硅层，SiH4的流量范围为600sccm-1500sccm，NH3的流量范围为3slm-12slm，镀膜总时间的范围为300s-600s。如此，实现氮化硅膜13的制作。
具体地，SiH4：NH3的比例例如为1:3、1:4、1:5、1:8、1:10、1:11、1:13、1:14、1:15。
具体地，SiH4的流量例如为600sccm、620sccm、720sccm、800sccm、950sccm、1000sccm、1100sccm、1250sccm、1300sccm、1480sccm、1500sccm。
具体地，NH3的流量例如为3slm、3.2slm、3.7slm、4.3slm、4.5slm、5.2slm、6.3slm、7.5slm、8slm、9.6slm、10slm、11.5slm、12slm。
具体地，镀膜总时间例如为300s、320s、358s、390s、400s、430s、470s、500s、520s、545s、580s、600s。
可选地，在步骤S141中，打开射频电源，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积1-3层不同厚度和折射率的氮氧化硅层，以形成氮氧化硅膜14。对于每层氮氧化硅层，SiH4的流量范围为200sccm-600sccm，NH3的流量范围为0.6slm-6slm，N2O的流量范围为2slm-9slm，镀膜总时间的范围为50s-150s。如此，实现氮氧化硅膜14的制作。
具体地，SiH4、NH3和N2O的比例例如为1:3:10、1:3:11、1:3:15、1:3:18、1:3:20、1:4:10、1:5:11、1:6:15、1:8:18、1:10:20。
具体地，SiH4的流量例如为200sccm、220sccm、250sccm、380sccm、400sccm、450sccm、480sccm、500sccm、550sccm、580sccm、600sccm。
具体地，NH3的流量例如为0.6slm、0.7slm、1.0slm、1.5slm、1.8slm、2slm、2.3slm、2.7slm、3.0slm、3.8slm、4.0slm、4.5slm、5.8slm、6slm。
具体地，N2O的流量例如为2slm、2.2slm、3.7slm、4.3slm、4.5slm、5.2slm、6.3slm、7.5slm、8slm、8.8slm、9slm。
具体地，镀膜总时间例如为50s、52s、58s、60s、67s、70s、88s、95s、100s、110s、135s、148s、150s。
可选地，在步骤S151中，打开射频电源，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积1-2层不同厚度的氧化硅层，以形成氧化硅膜15。对于每层氧化硅层，SiH4的流量范围为200sccm-800sccm，N2O的流量范围为3slm-10slm，镀膜总时间的范围为50s-150s。
具体地，SiH4和N2O的比例例如为1:10、1:11、1:13、1:15、1:17、1:18、1:19、1:20。
具体地，SiH4的流量例如为200sccm、220sccm、250sccm、380sccm、400sccm、450sccm、500sccm、560sccm、600sccm、670sccm、700sccm、780sccm、800sccm。
具体地，N2O的流量例如为3slm、3.2slm、3.7slm、4.3slm、4.5slm、5.2slm、6.3slm、7.5slm、8slm、9.6slm、10slm。
具体地，镀膜总时间例如为50s、52s、58s、60s、67s、70s、88s、95s、100s、110s、135s、148s、150s。
可选地，在步骤S121前，方法包括：
将镀膜设备升温至预定温度，预定温度的范围为420℃-480℃；
在镀膜设备中通入反应气体；
在镀膜设备中通入N2O和NH3，并打开射频电源进行预处理，气体流量的范围为2slm-5slm，通入时间的范围为2min-5min；
抽空镀膜设备中通入的N2O和NH3；
在镀膜设备中通入N2O，并打开射频电源进行预处理，气体流量的范围为4slm-10slm，通入时间的范围为1min-3min；
抽空镀膜设备中通入的N2O。
如此，在沉积钝化层之前进行预处理，可以提高沉积钝化层的效果。而且，在通入的气体使用完毕后，先抽空使用完毕的气体，再通入后续需要使用的气体，可以避免先前的气体对后续过程产生影响。
具体地，预定温度例如为420℃、421℃、425℃、432℃、443℃、450℃、456℃、462℃、478℃、480℃。N2O和NH3气体流量例如为2slm、2.1slm、2.5slm、3slm、3.5slm、4.2slm、5slm，通入时间例如为2min、2.1min、2.5min、3min、3.5min、4.2min、5min。N2O气体流量的范围为4slm、4.2slm、5.5slm、6.6slm、7slm、8.2slm、9.6slm、10slm，通入时间例如为1min、1.1min、2min、2.5min、3min。在此不对具体数值进行限定，只要满足上述范围即可。
可选地，方法包括：
在步骤S131前，抽空镀膜设备中通入的TMA和N2O；
在步骤S141前，抽空镀膜设备中通入的SiH4和NH3；
在步骤S151前，抽空镀膜设备中通入的SiH4、NH3和N2O。
如此，在每个步骤通入的气体使用完毕后，先抽空通入的气体，再通入下一步骤的气体，可以避免前步骤的气体对后续步骤产生影响，能够更加准确地形成钝化层。
本申请实施例的单面PERC电池10，包括电池基片11和设置在电池基片11的钝化层，钝化层采用上述任一项的方法制作得到。
本申请实施例的单面PERC电池10，通过依次层叠于电池基片11的氧化铝膜12、氮化硅膜13、氮氧化硅膜14和氧化硅膜15，形成单面PERC电池10背面的钝化层，可以提高单面PERC电池10的背面内反射，提高光电转换效率，并改善PID。
关于该部分的解释和说明可参照前文，为避免冗余，在此不再赘述。
请参阅图4，相关技术中的太阳能电池20包括基片21、氧化铝(AlOx)钝化层22和氮化硅(SixNy)钝化层23。
选取2000片P型单晶硅片，P型单晶硅片掺镓，平均分为两组，即对比组和实验组。对比组的硅片经过制绒、扩散、SE激光、刻蚀、退火、常规背膜、正膜、丝网印刷制备成太阳能电池。实验组的硅片经过制绒、扩散、SE激光、刻蚀和退火后，采用本实施例的单面PERC电池10的钝化层的制作方法钝化背面，然后经过正膜、背面激光、丝网印刷制备成单面PERC电池10。对比组和实验组的太阳能电池的电性能数据如下：
Figure BDA0003208341530000111
对比组和实验组的太阳能电池制成的电池组件的PID测试结果如下：
Figure BDA0003208341530000112
显然，相较于采用常规工艺在基片21沉积氧化铝(AlOx)钝化层22和氮化硅(SixNy)钝化层23的太阳能电池20，采用本实施例的单面PERC电池10的钝化层的制作方法制成的单面PERC电池10，开路电压、短路电流和光电转换效率更高，制作的组件抗PID性能明显更优。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单面PERC电池，其特征在于，包括依次层叠的：电池基片、氧化铝膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜和氧化硅膜。
2.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氧化铝膜的厚度范围为10nm-20nm。
3.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度范围为80nm-120nm。
4.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氮氧化硅膜的厚度范围为10nm-30nm。
5.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氧化硅膜的厚度范围为10nm-20nm。
6.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氮化硅膜的折射率范围为2.0-2.3；
和/或，所述氮氧化硅膜的折射率范围为1.8-2.0；
和/或，所述氧化硅膜的折射率范围为1.4-1.6。
7.根据权利要求1所述的单面PERC电池，其特征在于，所述氮化硅膜包括氮化硅层，所述氮化硅层的层数范围为2-4层；
和/或，所述氮氧化硅膜包括氮氧化硅层，所述氮氧化硅层的层数范围为1-3层；
和/或，所述氧化硅膜包括氧化硅层，所述氧化硅层的层数范围为1-2层。
8.一种单面PERC电池的钝化层的制作方法，其特征在于，包括：
在待沉积钝化层的电池基片上沉积氧化铝膜；
在所述氧化铝膜上沉积氮化硅膜；
在所述氮化硅膜上沉积氮氧化硅膜；
在所述氮氧化硅膜上沉积氧化硅膜。
9.根据权利要求8所述的单面PERC电池的钝化层的制作方法，其特征在于，在待沉积钝化层的电池基片上沉积氧化铝膜，包括：
在镀膜设备中通入TMA和N2O，以形成所述氧化铝膜；
在所述氧化铝膜上沉积氮化硅膜，包括：
按1:(3-15)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4和NH3，以形成所述氮化硅膜；
在所述氮化硅膜上沉积氮氧化硅膜，包括：
按1:(3-10):(10-20)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4、NH3和N2O，以形成所述氮氧化硅膜；
在所述氮氧化硅膜上沉积氧化硅膜，包括：
按1:(10-20)的比例在所述镀膜设备中通入SiH4和N2O，以形成所述氧化硅膜。
10.一种单面PERC电池，其特征在于，包括电池基片和设置在电池基片的钝化层，所述钝化层采用权利要求8或9所述的方法制作得到。
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