CN106992229A - 一种perc电池背面钝化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种PERC电池背面钝化工艺，包括制绒，扩散，刻蚀和背面抛光，之后热风烘干硅片，将硅片180°翻转使硅片背面向上，臭氧处理使背面形成SiO2膜正面氧化处理，背面镀钝化膜，正面镀钝化膜；所述正面氧化处理为退火处理热氧化方法形成SiO2膜。本发明的PERC电池背面钝化工艺背面形成厚度均匀的氧化硅膜，SiO2与Si匹配性更好；可有效降低Si表面的界面态密度，从而增加Al2O3的场钝化效果。降低了EL降级的几率，提高了A级良率，能够降低PERC电池生产成本，提高电池性能，在能源方面极具重要意义。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种PERC电池背面钝化工艺。
背景技术
PERC技术，即钝化发射极背面接触，通过在太阳能电池背面形成钝化层，可大幅降低背表面电学复合速率，形成良好的内部光学背反射机制，提升电池的开路电压、短路电流，从而提升电池的转换效率。
PERC太阳能电池具有工艺简单，成本较低，且与现有电池生产线兼容性高的优点，是新开发出来的一种高效太阳能电池，得到了业界的广泛关注，有望成为未来高效太阳能电池的主流方向。
常规硅太阳能电池的生产，PERC硅太阳能电池生产步骤如下：1、提供一P型硅基板，首先进行清洗；2、在P型硅基板上采用三氯氧化磷(POCl3)液态源扩散法来形成反向导电型的N型扩散层(N型发射极)；3、在形成扩散层之后，用氢氟酸进行蚀刻，去除扩散产生的硅片截面边缘的PN结；4、在正面N型扩散层上淀积SiNx，形成介电层，在背面淀积AlOX/SiNx，形成钝化层；5、在PERC硅太阳能电池背面上的钝化层进行激光开窗；6、在电池正面上的介电层上进行丝网印刷，并干燥正面银浆，形成正面电极，在P型基板背面穿孔的钝化层上进行丝网印刷，并干燥背面银浆，形成背面电极；7、共烧，使电极充分干燥，同时形成良好电接触。
PERC太阳能电池的核心是在硅片的背光面镀一层氧化铝薄膜覆盖，以对硅钝化，氧化铝的表面钝化受化学钝化和场效应钝化控制，氧化铝的化学钝化效应是氢钝化，不同条件下制备出来的氧化铝具有不同的氢含量，而氢是能够与硅片内部缺陷和晶界处的悬挂键结合，减少复合中心，从而实现钝化效果的重要因子，氢存在于薄膜的-OH基团或—CHx中。氧化铝与硅接触面具有高的固定负电荷密度，Qf约为1012-1013cm-2，通过屏蔽P型硅表面的少数载流子而表现出良好的场效应钝化。氧化铝膜层中的负电荷与P型硅基体中的少数载流子(电子)相互排斥，从而阻挡其与硅片表面的复合中心结合，降低了表面复合速率。
背面钝化层氧化铝与硅匹配性不太好，氧化铝会放大某些背表面缺陷，如在刻蚀阶段由于硅片背面与快速旋转的皮带接触易形成皮带印，从而引起EL(电致发光)降级增多，A级率下降。
当前，全球各大电池厂商都在加速引入PERC技术，与此同时，PERC电池本身也面临降低生产成本，提高电池性能，技术创新和规模化生产的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中背面钝化层氧化铝与硅匹配性不太好，表面钝化效果不佳，氧化铝会放大某些背表面缺陷，从而引起EL降级增多，A级率下降的问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，包括制绒，扩散，刻蚀和背面抛光，之后热风烘干硅片，将硅片180°翻转使硅片背面向上，臭氧处理使背面形成SiO2膜，正面氧化处理，背面镀钝化膜，正面镀钝化膜；所述正面氧化处理为退火处理形成SiO2膜。
具体地，所述将硅片180°翻转采用翻片机，因为加装翻片机，在下料时避免了硅片背面与皮带的接触，降低了EL降级的几率，提高了A级率。
具体地，所述臭氧处理使背面形成SiO2膜，采用臭氧机，使硅片背面向上经过臭氧机时形成SiO2膜。
作为优选，所述背面形成SiO2膜的厚度为1-5nm。更为优选的是，背面形成SiO2膜的厚度为1-4nm。只有采用臭氧处理的方法，可以使硅片背面形成一层均匀的SiO2膜，
优选地，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-15nm，因为取消了正面臭氧处理，会使电池片PID风险增大，为了降低此风险，在退火处理时，通入一定量的氧气，使正表面生长一层氧化厚度优选2-15nm，从而提高电池的抗PID性能。
优选地，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-8nm。正面SiO2膜如果太薄膜层制备比较困难，制备的膜层不均匀，抗PID的效果会变差。太厚会导致正面减反效果变差，通过退火处理控制正面的SiO2膜的厚度为2-8nm，可以有效制备出符合厚度的膜厚均匀的正面SiO2膜，且抗PID效果最优。
具体地，所述背面镀的钝化膜为Al2O3/SiNX复合层，所述正面镀的钝化膜为SiNX层。
本发明还包括一种PERC电池制备方法，包括上述的PERC背面钝化工艺方法，并激光开槽，丝网印刷，烧结。
本发明还包括一种PERC电池，所述PERC电池由上述的PERC电池制备方法制备而得。
优选地，所述PERC电池包括具有PN结的硅片层，以及依次设置于硅片层背面的SiO2膜层、Al2O3、SiNX层和背面电极，硅片层正面依次设置SiO2膜层、SiNX层和正面电极，所述背面设置的SiO2膜层的厚度为1-5nm。
有益效果：
(1)本发明的PERC电池背面钝化工艺，通过在刻蚀和背抛光后，翻片，对背面进行臭氧处理，使背面形成氧化硅膜，氧化硅的厚度均匀；再进行正面氧化处理形成氧化硅膜；再对背面进行钝化形成Al2O3/SiNX等钝化膜。本发明避免传统制备PERC电池的生产步骤，先臭氧处理正面，再背面形成Al2O3/SiNX钝化膜的局限，使得在硅基底背面形成SiO2/Al2O3/SiNX复合膜层，SiO2与Si匹配性更好；可有效降低Si表面的界面态密度，从而增加钝化效果。SiO2中的Si是四面体结构，而Al2O3表面负电荷的来源是处于四面体构型的AlO4-，SiO2的存在有利于形成高负电荷密度的氧化铝层，从而提高Al2O3的场钝化效果。正面通过退火处理形成SiO2膜，提高电池的抗PID性能。
(2)本发明的PERC电池背面钝化工艺，通过加装翻片机，对硅片进行180°翻转，在下料时避免了硅片背面与皮带的接触，降低了EL降级的几率，提高了A级率。
(3)本发明的PERC电池背面钝化工艺，背面形成氧化硅膜和正面形成氧化硅膜的方式不同，背面采用臭氧处理膜厚均匀，而正面却不能使用臭氧处理的方法生成正面氧化膜，是因为这样会使背面和皮带接触，造成背面擦伤，导致EL降级。
(4)本发明的PERC电池背面钝化工艺，背面形成氧化硅膜的厚度为1-5nm，当氧化硅膜较厚时，钝化效果较差，而背面氧化硅膜厚度为1-5nm时，钝化效果最佳。
(5)本发明的PERC电池背面钝化工艺，正面形成氧化硅膜厚度为2-15nm，更为优选的为2-8nm时，可以提高电池的抗PID性能。
(6)本发明的PERC电池，电化学性能高，降低了EL降级的几率，提高了A级良率。
附图说明
图1为本发明PERC电池结构示意图；
图2为现有技术和实施例4的PERC电池良率数据列表；
图3为现有技术和实施例4的PERC电池电学性能数据列表。
其中，1-正面电极；2-SiNX层；3-SiO2膜层；4-N型层；5-P型层；6-SiO2膜层；7-Al2O3层；8-SiNX层，9-背面电极。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚明了，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种PERC电池背面钝化工艺，包括制绒，扩散，刻蚀和背面抛光，之后热风烘干硅片，将硅片180°翻转使硅片背面向上，臭氧处理使背面形成SiO2膜，正面氧化处理，背面镀钝化膜，正面镀钝化膜；所述正面氧化处理为退火处理形成SiO2膜。
具体地为，1.制绒：用化学溶液对晶硅片表面进行腐蚀形成具有陷光作用的表面绒面2.扩散：将晶硅片放入扩散炉中，采用扩散方法，在P型衬底的硅片上形成PN结，目前主要是三氯氧磷液态源扩散法。
3.刻蚀和背面抛光：酸槽(HF/HNO3/H2SO4)刻蚀去除边缘PN结并对背面抛光-碱槽(KOH)中和酸并去除多孔硅-酸槽(HF/HCL)去除正面磷硅玻璃，热风烘干硅片，翻片，背面臭氧处理。
4.退火处理：将硅片放入退火炉中，退火时通入一定量的氧气，正面形成SiO2膜，在电池片提高电池的PID性能。
5.背面镀膜：在电池片背面镀AL2O3/SINX.。AL2O3起到化学钝化和场钝化的作用，SINX.保护AL2O3。
6.正面镀膜：在电池片表面用PECVD镀减反膜，主要采用氮化硅。降低光的反射率同时也起到一定的钝化作用。
具体地，翻片，即将硅片180°翻转使硅片背面向上，采用翻片机，因为加装翻片机，在下料时避免了硅片背面与皮带的接触，降低了EL降级的几率，提高了A级率。
具体地，背面臭氧处理，采用臭氧机，使硅片背面向上经过臭氧机时形成SiO2膜。
优选地，所述背面形成SiO2膜的厚度为1-5nm。只有采用臭氧处理的方法，可以使硅片背面形成一层均匀的SiO2膜，且该厚度范围钝化效果最佳，本实施例中，背面钝化SiO2膜为2nm。
优选地，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-15nm，因为取消了正面臭氧处理，会使电池片PID风险增大，为了降低此风险，在退火处理时，通入一定量的氧气，使正表面生长一层氧化厚度优选2-15nm，从而提高电池的抗PID性能。本实施例中，形成SiO2膜的厚度为10nm。
实施例2
一种PERC电池背面钝化工艺，包括制绒，扩散，刻蚀和背面抛光，之后热风烘干硅片，将硅片180°翻转使硅片背面向上，臭氧处理使背面形成SiO2膜，正面氧化处理，背面镀钝化膜，正面镀钝化膜；所述正面氧化处理为退火处理形成SiO2膜。
具体地为，1.制绒：用化学溶液对晶硅片表面进行腐蚀形成具有陷光作用的表面绒面
2.扩散：将晶硅片放入扩散炉中，采用扩散方法，在P型衬底的硅片上形成PN结，目前主要是三氯氧磷液态源扩散法。
3.刻蚀和背面抛光：酸槽(HF/HNO3/H2SO4)刻蚀去除边缘PN结并对背面抛光-碱槽(KOH)中和酸并去除多孔硅-酸槽(HF/HCL)去除正面磷硅玻璃，热风烘干硅片，翻片，背面臭氧处理。
4.退火处理：将硅片放入退火炉中，退火时通入一定量的氧气，正面形成SiO2膜，在电池片提高电池的PID性能。
5.背面镀膜：在电池片背面镀AL2O3/SINX.。AL2O3起到化学钝化和场钝化的作用，SINX.保护AL2O3。
6.正面镀膜：在电池片表面用PECVD镀减反膜，主要采用氮化硅。降低光的反射率同时也起到一定的钝化作用。
具体地，翻片，即将硅片180°翻转使硅片背面向上，采用翻片机，因为加装翻片机，在下料时避免了硅片背面与皮带的接触，降低了EL降级的几率，提高了A级率。
具体地，背面臭氧处理，采用臭氧机，使硅片背面向上经过臭氧机时形成SiO2膜。
优选地，所述背面形成SiO2膜的厚度为1-5nm。只有采用臭氧处理的方法，可以使硅片背面形成一层均匀的SiO2膜，且该厚度范围钝化效果最佳，本实施例中，背面钝化SiO2膜为4nm。
优选地，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-15nm，因为取消了正面臭氧处理，会使电池片PID风险增大，为了降低此风险，在退火处理时，通入一定量的氧气，使正表面生长一层氧化厚度优选2-15nm，从而提高电池的抗PID性能。本实施例中，形成SiO2膜的厚度为8nm。
实施例3
一种PERC电池制备方法，包括，1.制绒：用化学溶液对晶硅片表面进行腐蚀形成具有陷光作用的表面绒面
2.扩散：将晶硅片放入扩散炉中，采用扩散方法，在P型衬底的硅片上形成PN结，目前主要是三氯氧磷液态源扩散法。
3.刻蚀和背面抛光：酸槽(HF/HNO3/H2SO4)刻蚀去除边缘PN结并对背面抛光-碱槽(KOH)中和酸并去除多孔硅-酸槽(HF/HCL)去除正面磷硅玻璃，热风烘干硅片，翻片机翻片，背面臭氧处理。
4.退火处理：将硅片放入退火炉中，退火时通入一定量的氧气，正面形成SiO2膜，在电池片提高电池的PID性能。
5.背面镀膜：在电池片背面镀AL2O3/SINX.。AL2O3起到化学钝化和场钝化的作用，SINX.保护AL2O3。
6.正面镀膜：在电池片表面用PECVD镀减反膜，主要采用氮化硅。降低光的反射率同时也起到一定的钝化作用。
7.激光开槽：用激光将硅片背面开槽或开口，讲背面的氧化铝和氮化硅打穿，以便铝背场浆料和硅接触。
8.丝网印刷：在硅片背面印刷铝背场和背电极，正面印刷正面电极。
9.烧结：通过烧结形成硅合金，使有效的导电粒子和半导体形成良好的欧姆接触，减小串联电阻。
实施例4
由实施例3制备而得PERC电池，如图1所示，PERC电池包括具有PN结的硅片层，具体包括N型层4和P型层5，以及依次设置于硅片层背面的SiO2膜层6、Al2O3层7、SiNX层8和背面电极9，硅片层正面依次设置SiO2膜层3、SiNX层2和正面电极1，所述背面设置的SiO2膜层6的厚度为1-5nm。作为优选，正面设置的SiO2膜层3的厚度为2-15nm。
本实施例中，背面设置的SiO2膜层6的厚度为2nm。作为优选，正面设置的SiO2膜层3的厚度为10nm。如图2所示，本方案的良率A级高达99.2％，远高于现有技术的98.12％。电化学性能方面测试如图3所示，本方案的较现有常规技术Eta高0.14％，Uoc高2.5mv，FF高0.1。
现有技术实施例
现有技术制备而得PERC电池的具体方法如下：
1.制绒：用化学溶液对晶硅片表面进行腐蚀形成具有陷光作用的表面绒面
2.扩散：将晶硅片放入扩散炉中，采用扩散方法，在P型衬底的硅片上形成PN结，目前主要是三氯氧磷液态源扩散法。
3.刻蚀+背抛光：酸槽(HF/HNO3/H2SO4)刻蚀去除边缘PN结并对背面进行背抛光-碱槽(KoH)中和酸并去除多孔硅-酸槽(HF/HCL)去除正面磷硅玻璃-热风烘干-正面臭氧处理提高电池片抗PID性能。
4.背面镀膜：在电池片背面镀AL2O3/SINX.。AL2O3起到化学钝化和场钝化的作用。SINX.保护AL2O3。
5.正面镀膜：在电池片表面用PECVD镀减反膜，主要采用氮化硅。降低光的反射率同时也起到一定的钝化作用。
6.激光开槽：用激光将硅片背面开槽或开口，讲背面的氧化铝和氮化硅打穿，以便铝背场浆料和硅接触。
7.丝网印刷：在硅片背面印刷铝背场和背电极，正面印刷正面电极。
8.烧结：通过烧结形成硅合金，使有效的导电粒子和半导体形成良好的欧姆接触，减小串联电阻。获得PERC电池。
以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然，本发明不限于以上的实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，包括制绒，扩散，刻蚀和背面抛光，之后热风烘干硅片，将硅片180°翻转使硅片背面向上，臭氧处理使背面形成SiO2膜，正面氧化处理，背面镀钝化膜，正面镀钝化膜；所述正面氧化处理为退火处理热氧化方法形成SiO2膜。
2.根据权利要求1所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述将硅片180°翻转采用翻片机。
3.根据权利要求1所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述臭氧处理使背面形成SiO2膜，采用臭氧机，使硅片背面向上经过臭氧机时形成SiO2膜。
4.根据权利要求1所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述背面形成SiO2膜的厚度为1-5nm。
5.根据权利要求1或4所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-15nm。
6.根据权利要求5所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述正面形成的SiO2膜的厚度为2-8nm。
7.根据权利要求1所述的一种PERC电池背面钝化工艺，其特征在于，所述背面镀的钝化膜为Al2O3/SiNX复合层，所述正面镀的钝化膜为SiNX层。
8.一种PERC电池制备方法，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的PERC背面钝化工艺方法，并激光开槽，丝网印刷，烧结。
9.一种PERC电池，其特征在于，所述PERC电池由权利要求8的PERC电池制备方法制备而得。
10.根据权利要求9所述的一种PERC电池，其特征在于，所述PERC电池包括具有PN结的硅片层，以及依次设置于硅片层背面的SiO2膜层、Al2O3、SiNX层和背面电极，硅片层正面依次设置SiO2膜层、SiNX层和正面电极，所述背面设置的SiO2膜层的厚度为1-5nm。
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