CN219040488U - 一种perc电池背面复合钝化膜和perc电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PERC电池背面复合钝化膜和PERC电池。该PERC电池背面复合钝化膜包括依次层叠设置的氧化铝层、第一氮氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮氧化硅层和第二氮化硅层。通过以上层体的配合，可改善PERC电池背面反射率，同时增加钝化效果，提升电池的开路电压和短路电流，提高电池转换效率。

Description

一种PERC电池背面复合钝化膜和PERC电池

技术领域

本实用新型涉及光伏电池技术领域，尤其是涉及一种PERC电池背面复合钝化膜和PERC电池。

背景技术

传统的PERC太阳能电池主要制备流程为：双面制绒-管式扩散-背面刻蚀及边缘隔离-正面镀膜-背面钝化叠层(AlO_x+SiN_x)-背面激光开槽-金属化。由于其背面硅衬底内部和硅衬底表面的杂质及缺陷会对光伏电池的性能造成负面影响，钝化工序就是通过降低表面载流子的复合来减小缺陷带来的影响，从而保证电池的效率。

PECVD(等离子体增强化学气相沉积)是目前主流的一种PERC电池背面钝化方式，其常用的钝化材料有氧化铝、二氧化硅(SiO₂)、氮氧化硅和氮化硅等。其中，二氧化硅薄膜虽具有低的介电常数、缺陷密度和残余应力，但在阻止氧、钠、硼等杂质元素的扩散方面不如氮化硅，且二氧化硅对于P型硅的钝化效果不佳，紫外稳定性差。氮化硅薄膜虽具有良好的减反射和钝化作用，但在实际生产中，为了提高减反射效果，往往会损失钝化效果；并且，由于内部具有大量的固定正电荷，在P型硅的背钝化过程中，会在表面形成反转层，钝化效果不佳。氧化铝(Al₂O₃)由于具备较高的负电荷密度，可以对P型表面提供良好的钝化，但为了完全满足背面钝化条件，通常还需要在氧化铝表面覆一层氮化硅(SiNx)，以保证电池背面的光学性能，现多采用Al₂O₃/SiN_x叠层结构，但该背面钝化结构电池的整体开路电压和短流较低。氮氧化硅性质介于二氧化硅和氮化硅之间，兼具两者的优点，可以通过调整成分比来改变折射率，作为背反射器来增加电池的光吸收，因而氮化硅-氮氧化硅叠层结构和氧化铝-双层氮化硅-氮氧化硅叠层结构也是目前常用的两种钝化膜层结构，但这两种结构中最外层沉积氮氧化硅，由于氮氧化硅的化学性质不稳定，进而无法保证钝化效果。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种PERC电池背面复合钝化膜和PERC电池。

本实用新型的第一方面，提出了一种PERC电池背面复合钝化膜，包括依次层叠设置的氧化铝层、第一氮氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮氧化硅层和第二氮化硅层。

根据本实用新型实施例的PERC电池背面复合钝化膜，至少具有以下有益效果：该PERC电池背面复合钝化膜在氧化铝层的基础上，进一步设置第一氮氧化硅-第一氮化硅-第二氮氧化硅-第二氮化硅叠层结构，可显著增强钝化效果；其中，氮氧化硅性质介于二氧化硅和氮化硅之间，兼具两者的优点，且对于硅衬底的减反射效果和钝化效果均优于氮化硅，在氧化铝层和第一氮化硅层之间设置第一氮氧化硅层作为过渡层，同时第一氮氧化硅层可为氧化铝层注入氢和氧；在第一氮化硅层上设置第二氮氧化硅层，第二氮氧化硅层可弥补第一氮化硅层钝化过程中的不足，以增强钝化效果；但由于氮氧化硅的化学性质不稳定，若作为钝化膜的最外层，无法保证钝化效果，而氮化硅具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，能有效阻止B、P、Na、Zn等杂质的扩散，将其设于最外层作为背面保护层，可起到很好的保护作用，保证整体钝化膜的钝化效果，且氮化硅层叠设本身也可进一步增强钝化效果。由上，通过以上层体的配合，可改善PERC电池背面反射率，同时增加钝化效果，提升电池的开路电压和短路电流，提高电池转换效率。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一氮氧化硅层的厚度为15～25nm。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第二氮氧化硅层的厚度为2～7nm。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一氮氧化硅层和所述第二氮氧化硅层的厚度比为(1～7):1。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一氮氧化硅层和/或所述第二氮氧化硅层的材料选自Si₂N₂O。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一氮化硅层的折射率为2.1～2.3。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第二氮化硅层的折射率为1.8～2.1。

在本实用新型的一些实施方式中，所述氧化铝层被配置于PERC电池背面的硅衬底表面。

在本实用新型的一些实施方式中，所述硅衬底为P型硅衬底。

本实用新型的第二方面，提出了一种PERC电池，包括本实用新型第一方面所提出的任一种PERC电池背面复合钝化膜。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为PERC电池背面复合钝化膜一实施例的结构示意图。

附图标记：氧化铝层11、第一氮氧化硅层12、第一氮化硅层13、第二氮氧化硅层14和第二氮化硅层15。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，以可选方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述描述的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参照图1，图1示出了本实用新型PERC电池背面复合钝化膜一实施例的结构示意图，如图1所示，该PERC电池背面复合钝化膜包括依次层叠设置的氧化铝层11、第一氮氧化硅层12、第一氮化硅层13、第二氮氧化硅层14和第二氮化硅层15。

其中，第一氮氧化硅层12的厚度可为15～25nm，第二氮氧化硅层14的厚度可为2～7nm，优选地，第一氮氧化硅层12和第二氮氧化硅层14的厚度比为(4～7):1。

第一氮氧化硅层12和第二氮氧化硅层14的材料可选自Si₂N₂O。因为氮氧化硅SiO_XN_Y中，随着氧含量的增加，转向SiO₂成分较多的结构；随着氮含量的增多，则转向氮化硅SiN_Y成分较多的结构，采用以上富氮的氮氧化硅，可使结构和性能上趋向SiN_Y膜层，并且也保留了SiO₂膜层的部分优点，可提高膜层的物理和化学性能。且经研究，在减反射方面，对于硅衬底的减反射效果，氮氧化硅膜层最佳，其次是双层氮化硅，单层氮化硅效果稍差，而在钝化效果方面，同样是氮氧化硅优于双层氮化硅，单层氮化硅效果最差。同时，O与Si的界面态密度比N与Si的界面态密度低，使得氮氧化硅具有氮化硅较好的H钝化效果，同时又具有较低的Si-O界面态密度，综合了两者的优势，表现出更好的钝化效果和热稳定性。其中，第一氮氧化硅12和第二氮氧化硅14的材质可相同，也可不同。

第一氮化硅层13的折射率可控制在2.1～2.3，例如，可为2.1、2.15、2.2、2.28、2.3；第二氮化硅层15的折射率可控制在1.8～2.1，例如，可为1.8、1.86、1.9、1.92、2.0、2.05、2.08、2.1。具体地，可设置第一氮化硅层13的折射率高于第二氮化硅层15的折射率，进而可控制整体的钝化效果，同时降低消光系数。

该PERC电池背面复合钝化膜具体可被配置于PERC电池背面，具体可将其中的氧化铝层11配置于PERC电池背面的硅衬底表面，硅衬底可为P型硅衬底。

以上PERC电池背面复合钝化膜在氧化铝层11的基础上，进一步设置第一氮氧化硅12-第一氮化硅13-第二氮氧化硅14-第二氮化硅15叠层结构，可显著增强钝化效果；其中，氮氧化硅性质介于二氧化硅和氮化硅之间，兼具两者的优点，且对于硅衬底的减反射效果和钝化效果均优于氮化硅，在氧化铝层11和第一氮化硅层13之间设置第一氮氧化硅层12作为过渡层，同时第一氮氧化硅层12可为氧化铝层11注入氢和氧；在第一氮化硅层13上设置第二氮氧化硅层14，第二氮氧化硅层14可弥补第一氮化硅层13钝化过程中的不足，以增强钝化效果；但由于氮氧化硅的化学性质不稳定，若作为钝化膜的最外层，无法保证钝化效果，而氮化硅具有良好的绝缘性、致密性和稳定性，能有效阻止B、P、Na、Zn等杂质的扩散，将其设于最外层作为背面保护层，可起到很好的保护作用，保证整体钝化膜的钝化效果；通过以上层体的配合，可改善PERC电池背面反射率，同时增加钝化效果，明显提升开路电压和短路电流，提高电池转换效率。

以上PERC电池背面复合钝化膜可通过以下制备方法制得：通过在硅衬底(或硅片)背面进行等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成氧化铝层11，在氧化铝层11上进行PECVD沉积形成第一氮氧化硅层12，通过在第一氮氧化硅层12上进行PECVD沉积依次形成第一氮化硅层13、第二氮氧化硅层14和第二氮化硅层15，层叠设置的氧化铝层11、第一氮氧化硅层12、第一氮化硅层13、第二氮氧化硅层14和第二氮化硅层15复合形成PERC电池背面复合钝化膜。

其中，氧化铝层11的制备可采用笑气(N₂O)和三甲基铝(TMA)沉积制得，第一氮氧化硅层12和第二氮氧化硅层14的制备可采用硅烷、氨气和笑气沉积制得，第一氮化硅层13和第二氮化硅层15的制备可采用硅烷、氨气沉积制得。

在硅衬底背面沉积制备氧化铝层11之前，可先对硅衬底进行过热氧化退火处理，以在正面形成一层二氧化硅层，钝化表面缺陷。氧化铝层11的沉积制备过程中，可控制整体温度在200～340℃，低温沉积氧化铝膜层均匀性好，膜层致密度高。具体可将经过热氧化退火处理的硅衬底置于管式PECVD设备中，将腔体抽真空到1000～2000mtorr的压强下，并将腔体加热到200～340℃后，通入反应气体笑气(N₂O)和三甲基铝(TMA)，打开射频电源制备氧化铝钝化膜，具体工艺条件参数可控制如下：TMA流量为60～90％，笑气流量为5～8s lm，功率为4000～6000W，压力为1400～1700mtorr，脉冲开关比为2：(100～130)，时间为80～100s。

形成氧化铝层11之后及在其上进行后续膜层沉积之前，可对氧化铝层11进行预处理，以增加氧化铝层11的氢和氧，消除氧化铝制备过程中的损伤层，以增强其场效应钝化。其中，预处理具体可采用氨气(NH₃)和笑气(N₂O)进行预处理，以通过氨气对氧化铝层11进行H钝化，通过笑气对氧化铝层11进行氧化处理，预处理过程控制炉温不超过340℃。处理完成之后，还可采用N₂O进行第二次预处理。

具体地，制得氧化铝层11之后，可向管式PECVD设备的腔体中通入NH₃和N₂O进行第一次预处理，第一次预处理的工艺条件参数可控制如下：氨气流量为5～8s lm，笑气流量为6～10s lm，压力为900～1300mtorr，功率为3000～6000W，脉冲开关比为8：(20～48)，时间为80～150s。完成第一次预处理后，通入N₂O进行第二次预处理，第二次预处理的工艺条件参数可控制如下：笑气流量为6～10s lm，压力为900～1300mtorr，功率为3000～6000W，脉冲开关比为8：(20～48)，时间为60～80s。

第一氮氧化硅层12制备过程炉管温度可控制在350～430℃，其他工艺条件参数可控制如下：硅烷流量为500～1000sccm，氨气流量为2～7s lm，笑气流量为4～7s lm，压力为950～1100mtorr，功率为8000～10000W，脉冲开关比为50:(150～200)，时间为170～210s。

第一氮化硅层13制备过程炉管温度可控制在350～430℃，其他工艺条件参数可控制如下：硅烷流量为1500～2000sccm，氨气流量为5～9s lm，压力为1500～1800mtorr，功率为13000～15600W，脉冲开关比为5：(60～90)，时间为70～140s。

第二氮氧化硅层14的制备过程炉管温度可控制在350～430℃，其他工艺条件参数可控制如下：硅烷流量为500～1000sccm，氨气流量为2～7s lm，笑气流量为4～7s lm，压力为950～1100mtorr，功率为8000～10000W，脉冲开关比为50:(150～200)，时间为30～50s。

第二氮化硅层15制备过程炉管温度可控制在350～430℃，其他工艺条件参数可控制如下：硅烷流量为1500～2000sccm，氨气流量为9～14s lm，压力为1500～1800mtorr，功率为13000～15600W，脉冲开关比为5：(40～70)，时间为400～550s。

以上PERC电池背面复合钝化膜具体被配置于PERC电池背面的硅衬底表面，以实现PERC电池背面的钝化，进而本实用新型还提供了一种PERC电池，包括以上任一种PERC电池背面复合钝化膜。具体地，该PERC电池可包括硅衬底和以上任一种PERC电池背面复合钝化膜，其中，PERC电池背面复合钝化膜中的氧化铝层12覆设于硅衬底的表面，硅衬底通常为硅片。

该PERC电池通过PERC电池背面复合钝化膜的设置，可改善PERC电池背面反射率，同时增加钝化效果，提升电池的开路电压和短路电流，提高电池转换效率，电池转换效率可提升0.04～0.05％。

发明人在研究过程中制备了具有不同叠层结构的PERC电池背面复合钝化膜的PERC电池，并对所制得PERC电池的性能进行测试研究，以考察不同结构PERC电池背面复合钝化膜对PERC电池的性能影响，具体研究实验包括：

实验例1

本实验例制备了一种PERC电池，其整体制作流程为：单晶制绒—低压扩散—SE—刻蚀—热氧化—背面钝化—正面镀膜—激光开槽—印刷—烧结。其中，背面钝化处理具体包括步骤：

①先通过PECVD设备采用笑气(N₂O)和三甲基铝(TMA)在背面硅衬底上沉积制备氧化铝层，其工艺条件参数控制如下：笑气流量为7s lm，三甲基铝流量为81％，射频功率为4300W，压力为1540mTorr，脉冲开关为2/100，温度控制为290-300℃，沉积时间为100秒；

②制得氧化铝层后采用氨气和笑气电离处理，其工艺条件参数控制如下：氨气和笑气流量都为5s lm，射频功率为4260W，压力为1200mTorr，脉冲开关为8/24，温度控制为300-330℃，处理时间为140秒；

③再用笑气电离处理氧化铝层，具体工艺条件参数控制如下：笑气流量为10s lm，射频功率为4260W，压力为1200mTorr，脉冲开关为8/24，温度控制在340-370℃，处理时间为80秒；

④采用硅烷、氨气和笑气在经步骤③处理后的氧化铝层上沉积制备第一氮氧化硅层，具体工艺条件参数控制如下：硅烷流量为1000sccm，氨气流量为2s lm，笑气流量为5.6slm，射频功率为9365W，压力为1050mTorr，脉冲开关为5/150，工艺温度为400-420℃，时间控制为72秒；

⑤采用硅烷、氨气在第一氮氧化硅层的表面沉积制备第一氮化硅层，具体工艺条件参数控制如下：硅烷流量为1610sccm，氨气流量为7s lm，功率为13600W，压力为1700mTorr，脉冲开关为5/70，工艺温度为415-433℃，工艺时间为90秒；

⑥采用硅烷、氨气和笑气在第一氮化硅层的表面沉积制备第二氮氧化硅层，具体工艺条件参数控制如下：硅烷流量为1000sccm，氨气流量为2s lm，笑气流量为5.6s lm，射频功率为9365W，压力为1050mTorr，脉冲开关为5/150，温度控制为425-439℃，工艺时间为144秒；

⑦采用采用硅烷、氨气在第二氮氧化硅层的表面沉积制备第二氮化硅层，具体工艺条件参数控制如下：硅烷流量1360sccm，氨气流量13.6s lm，射频功率15000W，压力1700mTorr，脉冲开关为5/45，工艺温度为430-445℃，工艺时间为520秒。

通过以上背面钝化处理在背面硅衬底上制得背面钝化膜，包括依次层叠设置的氧化铝层、第一氮氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮氧化硅层、第二氮化硅层。

对比例1

本对比例制备了一种PERC电池，本实施例1与实验例1的区别在于：背面钝化处理，其他操作与实验例1相同。本对比例中背面钝化处理与实验例1中背面钝化处理的具体区别在于：本对比例中取消第二氮氧化硅层的制备，在制得第一氮化硅层后，直接按实验例1中的步骤⑦在第一氮化硅层的表面沉积制备第二氮化硅层，本对比例中通过背面钝化处理在背面硅衬底表面制得背面钝化膜包括依次层叠设置的氧化铝层、氮氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮化硅层。

采用单次闪光大面积太阳模拟器测试以上制得的PERC电池的性能，包括开路电压(Voc)、短路电流(I sc)、串联电阻(Rs)、并联电阻(Rsh)、填充因子(FF)和光电转化效率(Eta)。

测试条件为标准测试条件(STC)：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。测试方法具体参照I EC904-1 Standard国际电工委员会标准。

采用以上方法对实验例1和对比例1所制得的PERC电池的性能，所得结果如表1所示：

表1

由上可知，相比于对比例1，实验例1PERC电池中设置含氮氧化硅-氮化硅-氮氧化硅-氮化硅叠层结构的背面钝化膜，开路电压提升了0.3mV，短路电流提升了7mA，光电转化效率提升了0.04％。

由此可知，通过本申请PERC电池背面复合钝化膜的设置，可改善PERC电池背面反射率，同时增加钝化效果，提升电池的开路电压和短路电流，提高电池转换效率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，包括依次层叠设置的氧化铝层、第一氮氧化硅层、第一氮化硅层、第二氮氧化硅层和第二氮化硅层；所述第一氮氧化硅层贴合设于所述氧化铝层的表面，所述第一氮化硅层贴合设于所述第一氮氧化硅层上背离所述氧化铝层的表面，所述第二氮氧化硅层贴合设于所述第一氮化硅层上背离所述第一氮氧化硅层的表面，所述第二氮化硅层贴合设于所述第二氮氧化硅层上背离所述第一氮化硅层的表面；所述第二氮化硅层为PERC电池背面复合钝化膜的最外层；所述第一氮氧化硅层和所述第二氮氧化硅层的材料选自Si₂N₂O。

2.根据权利要求1所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述第一氮氧化硅层的厚度为15～25nm。

3.根据权利要求2所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述第二氮氧化硅层的厚度为2～7nm。

4.根据权利要求3所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述第一氮氧化硅层和所述第二氮氧化硅层的厚度比为(4～7):1。

5.根据权利要求1所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述第一氮化硅层的折射率为2.1～2.3。

6.根据权利要求1所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述第二氮化硅层的折射率为1.8～2.1。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述氧化铝层被配置于PERC电池背面的硅衬底表面。

8.根据权利要求7所述的PERC电池背面复合钝化膜，其特征在于，所述硅衬底为P型硅衬底。

9.一种PERC电池，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的PERC电池背面复合钝化膜。

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