CN109728104A - 电池片钝化层中间体、太阳能电池片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池片钝化层中间体、太阳能电池片及其制备方法，其中所涉及的钝化层中间体包括依次沉积于硅片背面的氧化铝底膜及氧化铝外膜，且氧化铝底膜内富含羟基，基于本发明所提供钝化层中间体的结构，在具体太阳能电池片应用场景中，退火后由其形成的钝化层既能起到较好的钝化效果，还能够避免退火过程中羟基受热后穿透并破坏钝化层外表面，从而使得电池片具有较好的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池设计领域领域，尤其涉及一种电池片钝化层中间体、太阳能电池片及其制备方法。
背景技术
PERC电池是一种新型的高效太阳能电池，其硅片背面通常设置有一层氧化铝薄膜，氧化铝的场效应可以对硅片表面形成钝化，如此能够有效提高硅片的少子寿命。
目前，氧化铝薄膜通常采用原子层沉积方法制得，一种氧化铝薄膜的具体成型工艺为：将硅片放置于原子层沉积设备中，以脉冲形式循环多次通入三甲基铝和水，将沉积完成后的硅片进行退火即可。于此过程中，三甲基铝和水反应生成的中间产物通常富含有羟基，在退火过程中，部分羟基可释放出氢离子，这些氢离子可以钝化硅片表面的悬挂键(氢钝化)，降低表面复合速率，进而可以进一步提高太阳能电池的光电转化效率；然在退火过程中，还有一部分羟基会在高温烧结下生成H2或是H2O，H2或H2O均以气体形式损失掉，如此会穿透并破坏氧化铝薄膜，并影响太阳能的综合性能。
鉴于此，有必要提供一种解决现有技术问题的技术方案。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种电池片钝化层中间体，其具体设计方式如下。
一种电池片钝化层中间体，所述钝化层中间体包括依次沉积于硅片背面的氧化铝底膜及氧化铝外膜，所述氧化铝底膜内富含羟基。
进一步，所述氧化铝底膜的厚度范围为4-8nm，所述氧化铝外膜的厚度范围为4-8nm。
进一步，所述氧化铝底膜与氧化铝外膜的厚度均为6nm。
本发明还提供了一种太阳能电池片，该太阳能电池片包括硅片，所述硅片背面还设置有钝化层，所述钝化层由以上所述的钝化层中间体经退火处理成型。
进一步，所述太阳能电池片还包括沉积于所述钝化层表面的氮化硅层。
本发明还提供了一种太阳能电池片的制备方法，该制备方法包括：
钝化层中间体成型步骤，将硅片放置于原子层沉积设备中，先以三甲基铝和水为前驱体在硅片背面形成富含有羟基的氧化铝底膜，再以三甲基铝和臭氧为前驱体在氧化铝底膜表面形成氧化铝外膜，所述氧化铝底膜与所述氧化铝外膜构成所述钝化层中间体；
钝化层成型步骤，退火处理所述硅片以使所述钝化层中间体成型为钝化层。
进一步，形成所述氧化铝底膜时，所述原子层沉积设备的反应腔内温度为220-300℃、压强为2-6mbar，所述氧化铝底膜形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的去离子水脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲与去离子水脉冲均以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
进一步，形成所述氧化铝外膜时，所述原子层沉积设备的反应腔内温度为220-300℃、压强为2-6mbar，所述氧化铝外膜形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的臭氧脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次臭氧脉冲的流量为80-120sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
进一步，所述退火处理的温度为450-550℃，压强为1400-1800mtorr，氮气流量为1600-2400sccm，时间为400-800s。
进一步，所述制备方法于钝化层成型步骤之后还具有于所述钝化层表面沉积氮化硅的氮化硅层成型步骤。
本发明的有益效果是：基于本发明所提供钝化层中间体的结构，在具体太阳能电池片应用场景中，退火后由其形成的钝化层既能起到较好的钝化效果，还能够避免退火过程中羟基受热后穿透并破坏钝化层外表面，从而使得电池片具有较好的综合性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1所示为本发明中硅片表面沉积有电池片钝化层中间体的截面示意图；
图2所示为本发明太阳能电池片的一种截面示意图。
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。
本发明涉及一种电池片钝化层中间体200＇，参考图1所示，钝化层中间体200＇包括依次沉积于硅片100背面的氧化铝底膜21＇及氧化铝外膜22＇，其中，氧化铝底膜21＇内富含羟基。
参考图2所示，本发明还提供了一种太阳能电池片，在具体实施过程中，该太阳能电池片可以是PERC电池或其它类型电池。太阳能电池片包括硅片100，硅片100背面还设置有钝化层200，钝化层200由以上的钝化层中间体200＇经退火处理成型。具体如图中所示，钝化层200包括第一钝化层21及第二钝化层22，其中，第一钝化层21及第二钝化层22分别由氧化铝底膜21＇及氧化铝外膜22＇退火后成型。
本发明中的退火处理能够激活氧化铝的钝化效果，具体在退火处理过程中，氧化铝与硅片100之间形成了一层二氧化硅薄膜，并激活氧化铝的场效应。具体而言，退火处理后，硅片中的硅会从氧化铝中夺取氧原子，从而在硅片/氧化铝的界面处形成一层氧化硅薄膜；由于氧原子被夺走，原本属于氧原子的孤对电子被留在了氧化铝中，这就使得氧化铝显现出负电性，界面处就形成了一个电场，该电场会排斥电子，使电子远离界面，从而降低界面复合，达到提升少子寿命的效果，充分保证了氧化铝的钝化效果。
而且，基于本发明中氧化铝底膜21＇富含羟基的特性，在退火处理后，氧化铝底膜21＇内的部分羟基可以转化为氢离子，这些氢离子会与硅片100表面悬挂键结合，从而实现氢钝化。如此本发明太阳能电池片中所涉及的钝化层200相当于具有双重钝化效果，双重钝化效果使得太阳能电池片具有更为优异的光电转化效率。
此外，由于钝化层中间体200＇中的氧化铝外膜22＇不存在羟基，退火处理后，其不会产生H2或H2O，且可以防止氧化铝底膜21＇内产生的H2或H2O以气体形式穿透至钝化层200表面，保证了钝化层200表面的完整性，从而有效提高太阳能电池片的综合性能。
在本发明具体实施过程中，氧化铝底膜21＇的厚度范围为4-8nm，氧化铝外膜22＇的厚度范围为4-8nm。其中作为一种优选实施方式，氧化铝底膜21＇与氧化铝外膜22＇的厚度均为6nm。
参考图2所示为，本发明中所涉及的太阳能电池片还包括沉积于钝化层200表面的氮化硅层300。其中，氮化硅层30的厚度范围通常为80-150nm，优选为100nm。
本发明所涉及的太阳能电池片还具有正面电极、背面电极等结构，具体可参考现有设计，在此不作一一展开。
本发明还提供了一种太阳能电池片的制备方法，该制备方法包括：
钝化层中间体成型步骤，将硅片100放置于原子层沉积设备(图中未示出)中，先以三甲基铝和水为前驱体在硅片100背面形成富含有羟基的氧化铝底膜21＇，再以三甲基铝和臭氧为前驱体在氧化铝底膜21＇表面形成氧化铝外膜22＇，氧化铝底膜21＇与氧化铝外膜22＇即构成钝化层中间体；
钝化层成型步骤，退火处理沉积有钝化层中间体200＇的硅片100以使钝化层中间体200＇成型为钝化层200。
本发明中形成氧化铝底膜21＇与氧化铝外膜22＇时，原子层沉积设备的反应腔内温度均控制为220-300℃、压强均控制为2-6mbar。
其中，形成氧化铝底膜21＇的工艺参数参考以下氧化铝底膜成型工艺参数表所示，氧化铝底膜21＇形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的去离子水脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲与去离子水脉冲均以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
更为具体地，于以上氧化铝底膜21＇成型工艺每个循环中：三甲基铝脉冲过程为氮气携带三甲基铝在待沉积表面产生化学吸附直到饱和，并形成一个单分子层；第一步氮气吹扫过程是用于去除反应腔内未结合的三甲基铝和其它副产物；去离子水脉冲过程为去离子水与三甲基铝产生化学反应并形成Al2O3单层膜；第二步氮气吹扫过程是用于除去未结合的去离子水，以完成一个沉积周期。基于以上工艺参数，氧化铝底膜21＇成型时，单次沉积循环的成膜厚度范围大致为0.2nm；且所形成的氧化铝底膜21＇内富含羟基。
氧化铝底膜成型工艺参数表
另外，形成氧化铝外膜22＇的工艺参数参考以下氧化铝外膜成型工艺参数表所示，氧化铝外膜22＇形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的臭氧脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次臭氧脉冲的流量为80-120sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
更为具体地，于以上氧化铝外膜22＇工艺每个循环中：三甲基铝脉冲过程为氮气携带三甲基铝在待沉积表面产生化学吸附直到饱和，并形成一个单分子层；第一步氮气吹扫过程是用于去除反应腔内未结合的三甲基铝和其它副产物；臭氧脉冲过程为臭氧与三甲基铝产生化学反应并形成Al2O3单层膜；第二步氮气吹扫过程是用于除去未结合的臭氧分子，以完成一个沉积周期。基于以上工艺参数，氧化铝外膜22＇成型时，单次沉积循环的成膜厚度范围大致为0.2nm。
氧化铝外膜成型工艺参数表
本发明中氧化铝底膜21＇与氧化铝外膜22＇均是利用单原子层逐次沉积工艺成型，适合低温沉积，拥有好的厚度均匀性、薄膜密度，有利于提高太阳能电池片的综合性能。
作为本发明一个优选实施方式，氧化铝底膜21＇与氧化铝外膜22＇形成过程均包括30次原子层沉积循环。其中，形成氧化铝外膜22＇时单次沉积循环依次包括：60s的三甲基铝脉冲、100s的氮气吹扫、60s的去离子水脉冲以及100s氮气吹扫；三甲基铝脉冲与去离子水脉冲以氮气为载气，载气流量为200sccm，每次氮气吹扫的流量为1000sccm。形成氧化铝外膜22＇时，单次沉积循环依次包括：60s的三甲基铝脉冲、100s的氮气吹扫、60s的臭氧脉冲以及100s氮气吹扫；三甲基铝脉冲以氮气为载气，载气流量为200sccm，每次臭氧脉冲的流量为100sccm，每次氮气吹扫的流量为100sccm。
经该工艺制得的钝化层中间体200＇具有6nm厚的氧化铝底膜21＇及6nm厚的氧化铝外膜22＇。退火后，第一钝化层21与第二钝化层22的厚度也均为6nm。
在具体实施过程中，本发明中所涉及的退火处理温度为450-550℃，压强为1400-1800mtorr，氮气流量为1600-2400sccm，时间为400-800s。
此外，本发明中太阳能电池片的制备方法于钝化层成型步骤之后还具有于钝化层200表面沉积氮化硅的氮化硅层成型步骤。本具体实施例中的氮化硅层成型步骤在PECVD设备中进行，其一种具体工艺参数为：射频功率为1200-1800w、反应腔温度为450-550℃、反应腔压强为1400-1800mttor、氨气流量为5000-7000sccm、硅烷流量为800-1200sccm。
当然可以理解的是，在本发明其它实施例中，氮化硅层300的成型参数也可以不限于以上所列举参数；其也可以由多层结构构成，且每层的工艺参数可以不同。在本具体实施例中，太阳能电池片制备过程中所涉及的钝化层200退火处理步骤是在PECVD设备中进行。
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发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池片钝化层中间体，其特征在于，所述钝化层中间体包括依次沉积于硅片背面的氧化铝底膜及氧化铝外膜，所述氧化铝底膜内富含羟基。
2.根据权利要求1所述的电池片钝化层中间体，其特征在于，所述氧化铝底膜的厚度范围为4-8nm，所述氧化铝外膜的厚度范围为4-8nm。
3.根据权利要求2所述的电池片钝化层中间体，其特征在于，所述氧化铝底膜与氧化铝外膜的厚度均为6nm。
4.一种太阳能电池片，包括硅片，其特征在于，所述硅片背面还设置有钝化层，所述钝化层由权利要求1-3任意一项所述的钝化层中间体经退火处理成型。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片还包括沉积于所述钝化层表面的氮化硅层。
6.一种太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括：
钝化层中间体成型步骤，将硅片放置于原子层沉积设备中，先以三甲基铝和水为前驱体在硅片背面形成富含有羟基的氧化铝底膜，再以三甲基铝和臭氧为前驱体在氧化铝底膜表面形成氧化铝外膜，所述氧化铝底膜与所述氧化铝外膜构成所述钝化层中间体；
钝化层成型步骤，退火处理所述硅片以使所述钝化层中间体成型为钝化层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于，形成所述氧化铝底膜时，所述原子层沉积设备的反应腔内温度为220-300℃、压强为2-6mbar，所述氧化铝底膜形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的去离子水脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲与去离子水脉冲均以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于，形成所述氧化铝外膜时，所述原子层沉积设备的反应腔内温度为220-300℃、压强为2-6mbar，所述氧化铝外膜形成过程包括20-40次原子层沉积循环，单次沉积循环依次包括：40-80s的三甲基铝脉冲、60-140s的氮气吹扫、40-80s的臭氧脉冲以及60-140s氮气吹扫；其中，三甲基铝脉冲以氮气为载气，载气流量为150-250sccm，每次臭氧脉冲的流量为80-120sccm，每次氮气吹扫的流量为800-1200sccm。
9.据权利要求6所述的太阳能电池片的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为450-550℃，压强为1400-1800mtorr，氮气流量为1600-2400sccm，时间为400-800s。
10.根据权利要求6-9任意一项所述的太阳能电池片的制备方法，所述制备方法于钝化层成型步骤之后还具有于所述钝化层表面沉积氮化硅的氮化硅层成型步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190507 |