CN113930748A - 太阳能电池的制备方法、太阳能电池与光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳能电池的制备方法、太阳能电池与光伏组件，所述制备方法包括采用等离子体对硅片表面进行预处理，所述等离子体包括OH‑基团；镀膜，在完成预处理的硅片表面上依次沉积得到氧化铝膜层与介电膜层。所述制备方法采用等离子体对硅片表面进行预处理，不仅能够将硅片表面的杂质剥离，提升硅片表面洁净度；还使得硅片表面的悬挂键上连接上OH‑基团，作为所述氧化铝膜层沉积的反应前驱体，能够显著提升所述氧化铝膜层的致密性，改善钝化性能，提升太阳能电池及光伏组件的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及光伏制造技术领域，特别涉及一种太阳能电池的制备方法、太阳能电池与光伏组件。
背景技术
相较于其它可再生能源，太阳能发电技术具有诸多突出的优点。其中，晶体硅太阳能电池由于原料成本较低、技术相对成熟，目前仍是国内外市场应用最为广泛的光伏产品。传统晶体硅太阳能电池仅依靠传统工艺水平的改进对电池效率的提升越来越有限，因此，近年来PERC高效电池已成为业界主流，其主要通过对电池背表面进行钝化，以提高电池效率。
氧化铝膜层对于P型硅具有良好的化学钝化及场钝化效果，且适于产业化规模生产，成为目前PERC电池主要采用的背钝化膜层结构。实际生产中，上述氧化铝膜层主要采用PECVD或ALD方法沉积得到，在进行沉积前需要确保硅片表面足够清洁和平整。上述两种方法的工艺原理有所不同，相较而言，ALD方法具有反应温度低、膜层厚度精确可控、TMA(三甲基铝)耗量小等优点。
现有PERC电池制备过程中通常只是在边缘刻蚀后集成了背表面抛光工艺，改善硅片的背表面状态。抛光后的硅片背表面活性较高，较容易吸附外界的杂质粒子，上述杂质粒子势必影响后续氧化铝膜层的钝化性能。除此，如何进一步提高硅片的背钝化效果亦是业内亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种太阳能电池的制备方法、太阳能电池与光伏组件，能够改善钝化效果，提高电池性能，且便于实施。
为实现上述目的，本申请实施例提供一种太阳能电池的制备方法，主要包括：
采用等离子体对硅片表面进行预处理，所述等离子体包括OH-基团；
镀膜，在完成预处理的硅片表面依次沉积氧化铝膜层与介电膜层
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤所采用的反应气体设置为N2O和NH3的混合气体。
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤是采用管式PECVD方法将反应气体电离生成等离子体，以对所述硅片表面进行预处理。
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤中NH3、N2O两者的流量均设置为2000～6000sccm，放电功率为3000W～7000W，温度为400℃～600℃，反应压力为1600～1900mTorr，反应时间为180s～480s。
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤的放电功率为4000W～6000W，温度为400℃～500℃，反应压力为1700～1900mTorr，反应时间为200s～300s。
作为本申请实施例的进一步改进，所述镀膜步骤包括利用ALD方法沉积氧化铝膜层，所述氧化铝膜层的厚度设置为8～15nm。
作为本申请实施例的进一步改进，所述介电膜层包括氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜中的至少一种。
作为本申请实施例的进一步改进，所述氮化硅膜层包括底层氮化硅与顶层氮化硅，所述镀膜步骤包括利用PECVD方法在氧化铝膜层上依次沉积底层氮化硅与顶层氮化硅；
采用SiH4和NH3作为反应气体，所述底层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3两者的流量比大于所述顶层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3的流量比。
作为本申请实施例的进一步改进，所述底层氮化硅的厚度小于顶层氮化硅的厚度。
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤与镀膜步骤在同一工艺腔中进行。
作为本申请实施例的进一步改进，所述预处理步骤是采用等离子体对硅片的背表面进行预处理；所述镀膜步骤是在所述硅片的背表面依次沉积氧化铝膜层与介电膜层。
作为本申请实施例的进一步改进，所述制备方法还包括在预处理步骤前，依次对硅片进行制绒、扩散、边缘刻蚀与清洗，所述清洗步骤包括对所述硅片的背表面进行抛光；
所述镀膜步骤完成后，再依次进行正面镀膜、背面激光开槽、印刷与烧结，得到太阳能电池。
本申请实施例还提供一种采用如前所述的制备方法制得的太阳能电池。
本申请实施例还提供一种光伏组件，包括若干电池串，所述电池串包括如前所述的太阳能电池。
本申请的有益效果是：采用本申请制备方法，在镀膜前对硅片表面进行预处理，所述等离子体不仅能够剥离清除硅片表面可能存有的杂质，提升硅片表面洁净度；所述等离子体中的OH-基团还与硅片表面的悬挂键相连接，作为所述氧化铝膜层沉积的反应前驱体，能够显著提升所述氧化铝膜层的致密性，改善钝化性能，提高太阳能电池与光伏组件的转换效率。
附图说明
图1是本申请太阳能电池的制备方法的主要流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
参图1所示，本申请提供的制备方法包括：
提供硅片，依次对所述硅片进行制绒、扩散、边缘刻蚀与清洗，其中，所述清洗步骤包括对所述硅片的背表面进行抛光；
采用等离子体对硅片的背表面进行预处理，所述等离子体包括OH-基团；
镀膜，在所述硅片的背表面依次沉积得到氧化铝膜层与介电膜层；
再对所述硅片进行正面镀膜、背面激光开槽、印刷与烧结，得到太阳能电池。
所述硅片采用P型硅片，所述制绒是指通过碱溶液或酸溶液在硅片表面刻蚀得到织构化绒面结构，减少光反射；所述扩散是指在所述硅片上制备形成PN结；所述边缘刻蚀是指去除扩散过程中形成的边缘PN结及磷硅玻璃，上述步骤均可根据实际产品需求选用现有的工艺方案。所述清洗步骤包括对所述硅片的背表面进行抛光，再通过去离子水清洗后进行干燥，通常采用集成式设备进行前述边缘刻蚀与清洗制程。
所述预处理步骤采用N2O和NH3的混合气体作为等离子体的反应气体，所述反应气体可采用PECVD方法电离生成相应的等离子体，以对所述硅片的背表面进行预处理。所述反应气体在工艺腔中生成多种带电离子基团NO2+、NH2-、NH2-、OH-等，上述带电离子基团轰击在所述硅片的背表面，使得所述硅片表面残存的杂质脱离，实现表面清洁；并且所述带电离子基团中的OH-基团还会与所述硅片表面的悬挂键相连接。
本实施例中，采用管式PECVD方法对所述硅片的背表面进行预处理，其中，NH3、N2O两者的流量均设置为2000～6000sccm，放电功率为3000W～7000W，温度为400℃～600℃，反应压力为1600～1900mTorr，反应时间为180s～480s。优选地，上述预处理步骤的放电功率为4000W～6000W，温度为400℃～500℃，反应压力为1700～1900mTorr，反应时间为200s～300s。所述硅片预处理完成后，再利用ALD方法沉积氧化铝膜层，所述氧化铝膜层的厚度设置为8～15nm，在此厚度范围内，所述氧化铝膜层中的氢含量较为适中，既能达到体钝化的效果，且在后续制程中也不会因氢溢出影响膜层钝化效果。
上述ALD方法制备氧化铝膜层的过程中，每个生长周期包括两个自限制的半反应，参下列反应式：TMA与吸附在硅片表面的OH-基团反应，反应结束时所述硅片的背表面生成新的官能团；新的官能团与H2O反应，又生成新的OH-基团，使得反应持续进行。
(1)AlOH*+Al(CH3)3→AlOAl(CH3)2*+CH4
(2)AlCH3*+H2O→AlOH*+CH4
通过前述预处理步骤，所述硅片的背表面在反应起始阶段就有均匀分布的OH-基团参与反应，使得最终生长得到的氧化铝膜层更为致密均匀。换言之，上述预处理步骤尤其适于ALD方法制备氧化铝膜层，能够有效改善膜层质量。
所述镀膜步骤还包括利用PECVD方法在所述氧化铝膜层上沉积介电膜层，所述介电膜层包括氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜中的至少一种。具体地，所述介电膜层包括底层氮化硅与顶层氮化硅，所述镀膜步骤包括在所述氧化铝膜层上依次沉积底层氮化硅与顶层氮化硅。此处，采用SiH4和NH3作为反应气体，所述底层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3两者的流量比大于所述顶层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3的流量比；并且，所述底层氮化硅的厚度小于顶层氮化硅的厚度。
所述正面镀膜是在所述硅片的正面沉积制备减反射膜层，所述减反射膜层通常由氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜中的至少一种构成。实际制备过程中，可通过对反应气体流量、反应时间、温度等工艺参数的调节，得到相应的膜层结构，所述减反射膜层也可设置为两层或多层结构。
所以背面激光开槽是通过既定的激光束刻蚀硅片背面的氮化硅膜层与氧化铝膜层；所述印刷是将导电浆料按照既定的电极图案印制在硅片表面上，所述硅片背面印刷的电极图案与背面激光开槽图案相吻合，再经所述烧结步骤，使得硅片表面的导电浆料与硅片形成稳定欧姆接触。
在本申请的其它实施例中，前述预处理步骤后的硅片也可采用其它方法进行氧化铝膜层的制备，如管式PECVD方法。此种情况下，所述预处理步骤与镀膜步骤可在同一工艺腔中进行。
除此，本申请制备方法同样适用与N型太阳能电池的生产，所述硅片采用N型硅片时，类似地，可采用前述等离子体对扩散、清洗后的硅片正表面进行预处理；再于所述硅片的正表面依次沉积氧化铝膜层与介电膜层，具体实施步骤此处不再一一赘述。
本申请实施例还提供一种采用如前所述的制备方法制得的太阳能电池。为更清楚地说明本申请技术方案，此处将上述太阳能电池、采用同种规格硅片的对比例太阳能电池进行性能测试对比，结果如下表所示：
其中，实施例1采用管式PECVD进行预处理，具体将NH3流量设置为4000sccm，N2O流量设置为4500sccm，放电功率设置为6000W，开关比设置为40：600，管内压力设置为1700mTorr，温度设置为480℃，反应时间设置为240s；并采用ALD方法沉积制备氧化铝膜层，其中，TMA流量设置为260sccm，H2O流量设置为10slm，温度设置为260℃，并控制氧化铝膜层厚度为10nm。对比例1除未进行前述预处理步骤，其余制程与实施例1相一致。实施例2区别于实施例1的步骤在于：采用PECVD方法制备氧化铝膜层，TMA流量设置为600sccm，N2O流量设置为4.5slm，温度设置为350℃，所述氧化铝膜层厚度为18nm；对比例2除未经前述预处理步骤，其余制程与实施例2一致。
另，上述太阳能电池中氮化硅膜层均采用管式PECVD方法沉积得到，具体将管内反应压力设置为1800mtorr，开关比设置为40：800，温度设置为480℃。所述底层氮化硅设置为30nm，放电功率为6800W，SiH4流量为2000sccm，NH3流量为7000sccm；所述顶层氮化硅设置为60nm，放电功率为8000W，SiH4流量为1500sccm，NH3流量9000sccm。
将实施例1与对比例1、实施例2与对比例2的测试结果相比较，能够清楚地发现，经所述预处理步骤的太阳能电池的开路电压及转换效率均具有明显提升。特别是对于采用ALD方法进行氧化铝膜层制备的实施例1而言，开路电压较之对比例1提升2mV，转换效率提升0.08％。
本实施例同样还提供一种光伏组件，包括若干电池串，所述电池串包括前述太阳能电池。
还需说明的是，所述预处理步骤中等离子体的生成并不限于PECVD方法，N2O和NH3的混合气体亦可通过微波电离方法生成相应的等离子体。也可根据实际生产需求选取其它的反应气体对硅片的背表面进行预处理，只要保证该反应气体能够电离生成OH-基团即可。
综上所述，采用本申请制备方法，在氧化铝膜层制备前对硅片表面进行预处理，所述等离子体不仅能够剥离清除硅片表面可能存有的杂质，提升硅片表面洁净度；其中的OH-基团还能与硅片表面的悬挂键相连接，作为所述氧化铝膜层沉积的反应前驱体，能够显著提升所述氧化铝膜层的致密性，改善钝化性能，提高相应的太阳能电池与光伏组件的转换效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：
采用等离子体对硅片表面进行预处理，所述等离子体包括OH-基团；
镀膜，在完成预处理的硅片表面依次沉积氧化铝膜层与介电膜层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤所采用的反应气体设置为N2O和NH3的混合气体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤是采用管式PECVD方法将反应气体电离生成等离子体，以对所述硅片表面进行预处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤中NH3、N2O两者的流量均设置为2000～6000sccm，放电功率为3000W～7000W，温度为400℃～600℃，反应压力为1600～1900mTorr，反应时间为180s～480s。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤的放电功率为4000W～6000W，温度为400℃～500℃，反应压力为1700～1900mTorr，反应时间为200s～300s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镀膜步骤包括利用ALD方法沉积氧化铝膜层，所述氧化铝膜层的厚度设置为8～15nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述介电膜层包括氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述介电膜层包括底层氮化硅与顶层氮化硅，所述镀膜步骤包括利用PECVD方法在氧化铝膜层上依次沉积底层氮化硅与顶层氮化硅；
采用SiH4和NH3作为反应气体，所述底层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3两者的流量比大于所述顶层氮化硅沉积过程中SiH4和NH3的流量比。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述底层氮化硅的厚度小于顶层氮化硅的厚度。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤与镀膜步骤在同一工艺腔中进行。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预处理步骤是采用等离子体对硅片的背表面进行预处理；所述镀膜步骤是在所述硅片的背表面依次沉积氧化铝膜层与介电膜层。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在预处理步骤前，依次对硅片进行制绒、扩散、边缘刻蚀与清洗，所述清洗步骤包括对所述硅片的背表面进行抛光；
所述镀膜步骤完成后，再依次进行正面镀膜、背面激光开槽、印刷与烧结，得到太阳能电池。
13.一种太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池采用如权利要求1-12任一项所述的制备方法制得。
14.一种光伏组件，包括若干电池串，其特征在于：所述电池串包括如权利要求13所述的太阳能电池。
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