CN117790594A - 一种新型perc背面膜层结构及镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型perc背面膜层结构及镀膜方法，包括：P型硅基，所述P型硅基正面设置有N型发射极；所述P型硅基位于N型发射极外还覆盖有氧化硅层，所述氧化硅层外还覆盖有减反膜；正面电极，所述正面电极设置于P型硅基正面；钝化膜，所述钝化膜设置于P型硅基背面，用于对P型硅基起到钝化的作用；增反膜，所述增反膜覆盖在钝化膜外侧，增反膜用于反射长波光，通过发挥氮氧化硅折射率范围大的优势，根据不同的氮硅比例实现钝化、增加内反射的效果，膜层结构虽然复杂，但是本质都是氮氧化硅，只需工艺端调整硅烷、氨气、笑气流量就可以达到不同的组合效果，无需增加ALD工序、人力和特气成本，完美取代传统的氧化铝加氮化硅背钝化结构。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池片技术领域，具体为一种新型perc背面膜层结构及镀膜方法。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的器件，其核心部件是硅片，硅片的表面和背面都需要经过特殊的处理，以提高电池的效率。其中，一种重要的处理方法是背钝化，即在硅片的背面增加一层或多层薄膜，来减少载流子的复合损失，提高少子寿命和开路电压。目前，主流的背钝化结构是氧化铝(Al2O3)和氮化硅(SiNx)的叠层，其中氧化铝起到场效应钝化的作用，氮化硅起到反射和保护的作用。
氧化铝的制备方法有多种，其中原子层沉积(ALD)是一种高效、均匀、可控的方法，它可以在低温下形成高质量的氧化铝薄膜。但是，ALD的缺点是需要使用三甲基铝(TMA)作为前驱体，TMA是一种昂贵、易燃、有毒的化学品，它的使用和存储都需要特殊的设备和条件。因此，ALD的生产成本比其他方法高,背钝化层的存在会影响电池背面的电极印刷和烧结，导致电极与硅片的接触不良，增加串联电阻，降低电池的性能,氧化铝和氮化硅的叠层中，由于两者的生产工艺温度差异大，造成薄膜的热应力和热膨胀系数不匹配，导致薄膜的开裂或剥离。这会破坏背钝化的效果，增加背面的复合速率，降低电池的性能。
为此，我们提出一种新型perc背面膜层结构及镀膜方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型perc背面膜层结构及镀膜方法，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型perc背面膜层结构，包括：
P型硅基，所述P型硅基正面设置有N型发射极；所述P型硅基位于N型发射极外还覆盖有氧化硅层，所述氧化硅层外还覆盖有减反膜；
正面电极，所述正面电极设置于P型硅基正面；
钝化膜，所述钝化膜设置于P型硅基背面，用于对P型硅基起到钝化的作用；
增反膜，所述增反膜覆盖在钝化膜外侧，增反膜用于反射长波光。
优选的，所述钝化膜以及增反膜均为氮氧化硅制成。
优选的，所述钝化膜还包括氮氧化硅层一，所述增反膜还包括氮氧化硅层二、氮氧化硅层三、氮氧化硅层四、氮氧化硅层五和氮氧化硅层六。
优选的，所述钝化膜和增反膜总厚度为140-180nm。
优选的，所述钝化膜和增反膜折射率为1.55-1.65。
一种镀膜方法，用于制备新型perc背面膜层结构，包括以下步骤：
S1：将P型硅基放入石墨舟中，再将石墨舟放入反应炉内；
S2：升温：开启加热与铺热200-600s，将反应炉内的温度提升至420-550℃；
S3：抽真空：将炉腔内抽真空120-200s，将底压控制在0-20Pa，温度稳定在420-550℃；
S4：氮氧化硅层一：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为400-1000sccm，NH3的流量为600-1500sccm，N2O的流量8000-12000sccm，气体总流量控制在8 00-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S5：氮氧化硅层二：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量2000-3000sccm，气体总流量控制在10000-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S6：氮氧化硅层三：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量3000-5000sccm，气体总流量控制在11000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为200-350s。
S7：氮氧化硅层四：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1000-2000sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量7000-9000sccm，气体总流量控制在13000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为300-500s。
S8：氮氧化硅层五：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1500-2500sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量10000-12000sccm，气体总流量控制在17500-21500sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:25，工艺时间为200-300s。
S9：氮氧化硅层六：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1500-2500sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量15000-17000sccm，气体总流量控制在21500-26500sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:25，工艺时间为150-250。
优选的，所述S4中，氮氧化硅层一膜后为20-35nm，所述S5中，氮氧化硅层二膜后为15-25nm，所述S6中，氮氧化硅层三膜后25-35nm，所述S7中，氮氧化硅层四膜后35-45nm，所述S8中，氮氧化硅层五膜后12-25nm，所述S9中，氮氧化硅层六膜后10-20nm。
优选的，所述S4中，氮氧化硅层一折射率为1.60-1.75，所述S5中，氮氧化硅层二折射率为2.25-2.35，所述S6中，氮氧化硅层三折射率为2.10-2.20，所述S7中，氮氧化硅层四折射率为2.00-2.05，所述S8中，氮氧化硅层五折射率为1.70-1.80，所述S9中，氮氧化硅层六折射率为1.55-1.65。
本发明至少具备以下有益效果：通过发挥氮氧化硅折射率范围大的优势，根据不同的氮硅比例实现钝化、增加内反射的效果，膜层结构虽然复杂，但是本质都是氮氧化硅，只需工艺端调整硅烷、氨气、笑气流量就可以达到不同的组合效果，无需增加ALD工序，有效降低设备、人力和特气成本，完美取代传统的氧化铝加氮化硅背钝化结构。
附图说明
图1为本实用图4中A部分放大结构示意图；
图2为本发明反应炉结构示意图；
图3为本发明反应炉剖视结构示意图；
图4为本发明P型硅基结构示意图。
图中：1-P型硅基；2-氧化硅层；11-正面电极；3-钝化膜；4-增反膜；31-氮氧化硅层一；41-氮氧化硅层二；42-氮氧化硅层三；43-氮氧化硅层四；44-氮氧化硅层五；45-氮氧化硅层六。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种新型perc背面膜层结构，包括：
P型硅基，所述P型硅基正面设置有N型发射极，N型发射极可以作为晶体管的发射区，向基区发射电子，从而控制集电极的电流；所述P型硅基位于N型发射极外还覆盖有氧化硅层，氧化硅层是一种由硅和氧组成的化合物，具有良好的绝缘性能和化学稳定性。氧化硅层可以作为晶体管的栅氧化物，隔离栅极和通道，防止电流直接从栅极流向源极或漏极，所述氧化硅层外还覆盖有减反膜，减反膜是一种用于减少或消除光学表面的反射光，从而增加透光量的薄膜。减反膜的原理是利用光的干涉效应，使反射光之间发生相消干涉，降低反射率；
正面电极，所述正面电极设置于P型硅基正面；
钝化膜，所述钝化膜设置于P型硅基背面，用于对P型硅基起到钝化的作用；
增反膜，所述增反膜覆盖在钝化膜外侧，增反膜用于反射长波光，通过在P型硅基上设置钝化膜以及增反膜，钝化膜在金属表面生成的一种非常薄的，致密的，覆盖性能良好的膜。钝化膜的作用是改变金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态，达到防止腐蚀的效果，增反膜是一种用于增加或强化光学表面的反射光，从而减少透光量的薄膜，增反膜的原理是利用光的干涉效应，使反射光之间发生相长干涉，提高反射率。
所述钝化膜以及增反膜均为氮氧化硅制成，通过将钝化膜和增反膜均以氮氧化硅制成，氮氧化硅薄膜的钝化作用是指通过降低硅片表面的复合速率，提高硅片的少子寿命，从而提高电池的转换效率，氮氧化硅薄膜的增反作用是指通过增加或强化硅片表面的反射光，从而减少透光量，提高电池的短路电流，氮氧化硅薄膜的增反机制主要是利用光的干涉效应，使反射光之间发生相长干涉，提高反射率，氮氧化硅薄膜的折射率可以通过改变气体的流量比和沉积参数来调节，从而实现对不同波长光的增反效果。
所述钝化膜还包括氮氧化硅层一，所述增反膜还包括氮氧化硅层二、氮氧化硅层三、氮氧化硅层四、氮氧化硅层五和氮氧化硅层六。
所述钝化膜和增反膜总厚度为140-180nm，通过调节气体流量。
所述钝化膜和增反膜折射率为1.55-1.65，通过调节气体流量改变氮氧化硅膜层折射率，对正面透射光具有增反作用，对背面光具有降反作用。
一种镀膜方法，用于制备新型perc背面膜层结构，
包括以下步骤：
S1：将P型硅基放入石墨舟中，再将石墨舟放入反应炉内；
S2：升温：开启加热与铺热200-600s，将反应炉内的温度提升至420-550℃；
S3：抽真空：将炉腔内抽真空120-200s，将底压控制在0-20Pa，温度稳定在420-550℃；
S4：氮氧化硅层一：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为400-1000sccm，NH3的流量为600-1500sccm，N2O的流量8000-12000sccm，气体总流量控制在8 00-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S5：氮氧化硅层二：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量2000-3000sccm，气体总流量控制在10000-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S6：氮氧化硅层三：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量3000-5000sccm，气体总流量控制在11000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为200-350s。
S7：氮氧化硅层四：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1000-2000sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量7000-9000sccm，气体总流量控制在13000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为300-500s。
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S9：氮氧化硅层六：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1500-2500sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量15000-17000sccm，气体总流量控制在21500-26500sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:25，工艺时间为150-250s。
所述S4中，氮氧化硅层一膜后为20-35nm，所述S5中，氮氧化硅层二膜后为15-25nm，所述S6中，氮氧化硅层三膜后25-35nm，所述S7中，氮氧化硅层四膜后35-45nm，所述S8中，氮氧化硅层五膜后12-25nm，所述S9中，氮氧化硅层六膜后10-20nm。
所述S4中，氮氧化硅层一折射率为1.60-1.75，所述S5中，氮氧化硅层二折射率为2.25-2.35，所述S6中，氮氧化硅层三折射率为2.10-2.20，所述S7中，氮氧化硅层四折射率为2.00-2.05，所述S8中，氮氧化硅层五折射率为1.70-1.80，所述S9中，氮氧化硅层六折射率为1.55-1.65。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种新型perc背面膜层结构，其特征在于，包括：
P型硅基(1)，所述P型硅基(1)正面设置有N型发射极；所述P型硅基(1)位于N型发射极外还覆盖有氧化硅层(2)，所述氧化硅层(2)外还覆盖有减反膜；
正面电极(11)，所述正面电极(11)设置于P型硅基(1)正面；
钝化膜(3)，所述钝化膜(3)设置于P型硅基(1)背面，用于对P型硅基(1)起到钝化的作用；
增反膜(4)，所述增反膜(4)覆盖在钝化膜(3)外侧，增反膜(4)用于反射长波光。
2.根据权利要求1所述的一种新型perc背面膜层结构，其特征在于：所述钝化膜(3)以及增反膜(4)均为氮氧化硅制成。
3.根据权利要求2所述的一种新型perc背面膜层结构，其特征在于：所述钝化膜(3)还包括氮氧化硅层一(31)，所述增反膜(4)还包括氮氧化硅层二(41)、氮氧化硅层三(42)、氮氧化硅层四(43)、氮氧化硅层五(44)和氮氧化硅层六(45)。
4.根据权利要求3所述的一种新型perc背面膜层结构，其特征在于：所述钝化膜(3)和增反膜(4)总厚度为140-180nm。
5.根据权利要求4所述的一种新型perc背面膜层结构，其特征在于：所述钝化膜(3)和增反膜(4)折射率为1.55-1.65。
6.一种镀膜方法，用于制备权利要求1至5所述的新型perc背面膜层结构，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将P型硅基(1)放入石墨舟中，再将石墨舟放入反应炉内；
S2：升温：开启加热与铺热200-600s，将反应炉内的温度提升至420-550℃；
S3：抽真空：将炉腔内抽真空120-200s，将底压控制在0-20Pa，温度稳定在420-550℃；
S4：氮氧化硅层一(31)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为400-1000sccm，NH3的流量为600-1500sccm，N2O的流量8000-12000sccm，气体总流量控制在8 00-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S5：氮氧化硅层二(41)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量2000-3000sccm，气体总流量控制在10000-14000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:30，工艺时间为100-200s。
S6：氮氧化硅层三(42)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为2000-3000sccm，NH3的流量为6000-8000sccm，N2O的流量3000-5000sccm，气体总流量控制在11000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为200-350s。
S7：氮氧化硅层四(43)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1000-2000sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量7000-9000sccm，气体总流量控制在13000-16000sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:10-1:20，工艺时间为300-500s。
S8：氮氧化硅层五(44)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1500-2500sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量10000-12000sccm，气体总流量控制在17500-21500sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:25，工艺时间为200-300s。
S9：氮氧化硅层六(45)：温度控制在400-550℃，通入Si3N4、NH3和N2O，Si3N4的流量为1500-2500sccm，NH3的流量为5000-7000sccm，N2O的流量15000-17000sccm，气体总流量控制在21500-26500sccm，炉腔内压强设定在1400-1800Kpa，射频功率为10000-16000，射频脉冲开关比调整为1:15-1:25，工艺时间为150-250s。
7.根据权利要求6所述的一种镀膜方法，其特征在于：所述S4中，氮氧化硅层一(31)膜后为20-35nm，所述S5中，氮氧化硅层二(41)膜后为15-25nm，所述S6中，氮氧化硅层三(42)膜后25-35nm，所述S7中，氮氧化硅层四(43)膜后35-45nm，所述S8中，氮氧化硅层五(44)膜后12-25nm，所述S9中，氮氧化硅层六(45)膜后10-20nm。
8.根据权利要求6所述的一种镀膜方法，其特征在于：所述S4中，氮氧化硅层一(31)折射率为1.60-1.75，所述S5中，氮氧化硅层二(41)折射率为2.25-2.35，所述S6中，氮氧化硅层三(42)折射率为2.10-2.20，所述S7中，氮氧化硅层四(43)折射率为2.00-2.05，所述S8中，氮氧化硅层五(44)折射率为1.70-1.80，所述S9中，氮氧化硅层六(45)折射率为1.55-1.65。
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