太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法与流程

1.本发明属于光伏电池制造的技术领域，尤其涉及太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法。


背景技术：

2.随着经济和社会的快速发展，能源短缺成为阻碍人类社会发展的阻力，开发清洁的可再生能源已成为世界各国高度关注的问题，光伏行业作为可再生能源利用技术中的一个重要行业，正在飞速发展，此外，光伏行业也在不断革新电池的生产工艺以及开发新的高效能的太阳能电池，尤其是近年se技术跟perc技术的结合应用。
3.se-perc技术即是指电池硅片先进行选择性发射极技术处理后添加电介质钝化层，该方式制成的se-perc太阳能电池的效率明显提高，添加电介质钝化层的处理步骤在se-perc太阳能电池的处理过程中显得尤为重要。
4.通常来说，添加电介质钝化层包括进舟、升温、抽真空、检漏、抽真空、多膜层沉积、抽真空、清洗、充氮和舟退等多个步骤，多膜层沉积需要在硅片上依次添加氧化铝层、氮氧化硅层、氮化硅层和氧化硅层，这四层背面钝化膜层的质量都会影响到电池片的效率，因此，生产过程中需要检测每一膜层的镀膜工艺是否正常，对存在问题的镀膜工艺进行优化。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法,以解决能更有针对性的对背面钝化工艺的具体步骤进行检测及优化的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明的太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法的具体技术方案如下：
7.一种太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法，所述硅片的背面顺次沉积有多个钝化膜层，所述检测方法包括：
8.所述硅片的背面钝化工艺中，在所述硅片的背面分别沉积至所述多个钝化膜层的每一层后，进入pl测试步骤，制得沉积有不同钝化膜层数量的多个测试硅片的pl图像；
9.对比所述多个测试硅片的pl图像的暗色区域的相对变化确定所述硅片的钝化效果不佳的钝化膜层。
10.进一步的，在所述硅片的背面顺次沉积的多个钝化膜层包括：第一膜层、第二膜层、第三膜层以及第四膜层；
11.所述在硅片的背面分别沉积至多个所述钝化膜层的每一层后，进行pl测试步骤包括：
12.对所述硅片背面沉积第一膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层的测试硅片的pl图像；
13.对所述硅片背面顺次沉积第一膜层和第二硅膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层和第二膜层的测试硅片的pl图像；
14.对所述硅片背面顺次沉积第一膜层、第二膜层以及第三膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层、第二硅膜层及第三膜层的测试硅片的pl图像；
15.对所述硅片背面顺次沉积第一膜层、第二膜层、第三膜层以及第四膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层、第二硅膜层、第三膜层及第四膜层的测试硅片的pl图像。
16.进一步的，所述第一膜层为氧化铝膜层，所述第二膜层为氮氧化硅膜层，所述第三膜层为氮化硅膜层、所述第四膜层为氧化硅膜层。
17.进一步的，沉积所述氮化硅膜层的步骤包括预淀积处理，所述硅片的背面分别沉积至所述多个钝化膜层的每一层后，进行pl测试步骤还包括：在对所述硅片背面沉积第一膜层和预淀积处理完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层和预淀积层的测试硅片的pl图像。
18.作为一种可实施的方式，所述对比多个测试硅片的pl图像的暗色区域的相对变化包括对比所述多个测试硅片的pl图像的暗色区域，观察pl图像暗色区域是否出现面积变大和/或发暗程度变深的情况。
19.作为一种可实施的方式，所述pl测试采用pl测试仪，所述pl测试仪为在线pl机台或离线pl机台。
20.作为一种可实施的方式，所述方法还包括验证步骤，所述验证步骤包括：所述硅片的背面钝化工艺中，在所述硅片的背面沉积除所述钝化效果不佳的钝化膜层外的其余钝化膜层，并测试pl图像进行评估。
21.一种太阳能电池硅片的背面钝化工艺的优化方法，包括：
22.基于所述的太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法确定所述硅片的钝化效果不佳的钝化膜层；
23.对沉积所述钝化效果不佳的钝化膜层的工艺参数进行优化。
24.作为一种可实施的方式，所述工艺参数的优化步骤包括：调整工艺参数后，将调整后的所述工艺参数应用于所述钝化工艺中，待硅片背面的钝化膜层依次沉积至所述钝化效果不佳的钝化膜层后，测试pl图像，对比调整过不同工艺参数后的pl图像，确定最优的工艺参数。
25.作为一种可实施的方式，所述工艺参数包括温度、沉积时间、流量、射频功率、压力和/或脉冲比。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：本技术通过为硅片沉积不同数量的钝化膜层，对沉积完钝化膜层后硅片进行pl检测，获得pl图像，经多个pl图像对比可获知钝化效果不佳的钝化膜层，针对性改进该钝化效果不佳的钝化膜层的工艺参数，使得改善工艺的指向性更高；此外，调整并确定最优的工艺参数后，重新应用于钝化工艺中，执行优化方法后，可持续对钝化工艺进行优化，以此达到良性循环，通过该优化方法后，明显减少制得电池片pl图像的发黑比例，良率提升0.87％。
附图说明
27.在阅读通过非限制性实施例示出的实施方案的以下详细描述时，可很好地理解本发明，并且本发明的优点更清楚地呈现。所述描述参考随图，其中：
28.图1是本技术提供的钝化工艺的流程图；
29.图2是本技术实施例1获得的pl图像；
30.图3是本技术实施例2获得的pl图像；
31.附图标记为：1、第一pl图像；2、第二pl图像；3、第三pl图像；4、第四pl图像；5、第五pl图像；6、第六pl图像；2a、无优化图像；2b、优化后第一图像；2c、优化后第二图像；2d、优化后第三图像；2f、优化后第四图像。
具体实施方式
32.本发明中p型se-perc太阳能电池生产制程是在p型原料硅片上依次进行制绒、扩散、se激光掺杂、链式热氧、去psg(磷硅玻璃)、碱抛光、管式热氧等前工序处理，制得前处理硅片；再将前处理硅片转入钝化工艺中制得电池片。
33.钝化工艺中由依次执行的前序过程、沉积过程和后序过程组成，其中沉积过程包括沉积氧化铝膜层、沉积氮氧化硅膜层、沉积氮化硅膜层和沉积氧化硅膜层四个关键处理步骤，四个关键处理步骤中的工艺参数将直接影响制得电池片的效率。
34.如图1所示，钝化工艺包括以下步骤：
35.s101，用碳化硅浆将石墨舟送至炉管内，将炉管升温至300-330℃，用真空泵将炉管内空气和杂质进行抽空，关闭真空泵，对炉管的气密性进行检查；
36.s102，打开真空泵对炉管内进行抽真空，通入tma(三甲基铝)和n2o(笑气)，对原料硅片的背面进行沉积，沉积厚度约为10nm的氧化铝钝化膜层，得到镀有氧化铝钝化膜层的硅片；
37.s103，将炉管内残余气体抽空，将炉管升温至430-450℃，通入nh3(氨气)和n2o在氧化铝钝化膜层上进行预淀积，以提升氧化铝钝化膜层的钝化效果，进一步，通入nh3、n2o和sih4(四氢化硅)进行氮氧化硅沉积，在原料硅片的预沉积层上沉积氮氧化硅钝化膜层，以进一步提升氧化铝钝化膜层的钝化效果；
38.s104，将炉管内抽真空，通入nh3和sih4在氮氧化硅膜层上沉积三层不同时间、不同nh3/sih4比例的氮化硅膜层，在一些实施方式中，氮化硅膜层也可仅沉积两层；
39.s105，将炉管内残余气体抽空，用n2o和sih4作为气源在氮化硅膜层上沉积氧化硅膜层；
40.s106，将炉管内残余气体抽空，通入氮气清洗炉管后再通过氮气调节炉管内压力与外界压力平衡，打开炉门，将完成工艺的石墨舟取出。
41.步骤s101为前序过程，前序过程用于检查炉管的气密性为后续沉积过程做准备；步骤s102为沉积氧化铝膜层步骤，可在硅片背面沉积氧化铝膜层；步骤s103为沉积氮氧化硅膜层步骤，沉积氮氧化硅膜层需要执行预淀积处理和沉积氮氧化硅处理，预淀积处理和沉积氮氧化硅处理可向钝化膜层中注入o原子，使界面处形成用于价电子传输的sio
x
层，提升alo
x
的al-o四面体结构占比和si-o键成键比例，从而起到增强钝化效果的作用；s104为沉积氮化硅膜层步骤，氮化硅膜层可用于做外表面的覆盖层，进一步增强钝化效果；s105为沉积氧化硅膜层步骤，氧化硅膜层的折射率和消光系数均低于氮化硅膜层，可进一步增加光吸收并提升钝化作用；s106为后续过程，先进行清洗再充氮平衡压力，最后再打开炉门，可实现较为安全的卸料工作，并且减少成品受到的污染。
42.现有技术主要是采集钝化工艺结束后电池片的pl图像来判别钝化效果，但在步骤s102～105中各钝化膜层的沉积过程中均需要根据现场工艺设置沉积温度、沉积时间、气体流量、射频功率、炉管内的压力和脉冲比等多个参数，仅凭现有技术的方法测得的pl图像难以针对性判别沉积过程中导致钝化效果不佳的工艺步骤，造成工艺改善的指向性不强。
43.本发明的pl测试采用pl测试仪，pl测试仪可选择为在线pl机台或离线pl机台。
44.为了解决上述问题，下面结合附图，对本发明一种太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法做进一步详细的描述。
45.实施例1
46.本实施例提供一种太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法及优化方法，该方法主要应用于se-perc太阳能电池或perc太阳能电池的制备工艺，该方法包括：
47.硅片的背面钝化工艺中，在硅片的背面分别沉积至多个钝化膜层的每一层后，进入pl测试步骤，制得沉积有不同钝化膜层数量的多个测试硅片的pl图像；
48.对比多个测试硅片的pl图像的暗色区域的相对变化确定硅片钝化效果不佳的钝化膜层。
49.本实施例提供的太阳能电池硅片在钝化工艺中，其背面将顺次沉积多个钝化膜层。沉积在硅片背面的多个钝化膜层可以为两层、三层、四层或更多层。本实施例中，沉积硅片背面的多个钝化膜层为四层，即在硅片的背面顺次沉积第一膜层、第二膜层、第三膜层以及第四膜层。优选地，本实施例中，太阳能电池硅片在钝化工艺中，其背面顺次沉积的多个钝化膜层包括氧化铝膜层、氮氧化硅膜层、氮化硅膜层以及氧化硅膜层。
50.本实施例提供钝化工艺的检测方法包括：
51.步骤a1、对硅片背面沉积第一膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层的测试硅片的pl图像；
52.步骤a2、对硅片背面顺次沉积第一膜层和第二硅膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层和第二膜层的测试硅片的pl图像；
53.步骤a3、对硅片背面顺次沉积第一膜层、第二膜层以及第三膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层、第二硅膜层及第三膜层的测试硅片的pl图像；
54.步骤a4、对硅片背面顺次沉积第一膜层、第二膜层、第三膜层以及第四膜层的步骤完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层、第二硅膜层、第三膜层及第四膜层的测试硅片的pl图像。
55.具体地，步骤a1为取原料硅片经过步骤s101，再经过步骤s102沉积氧化铝膜层后，强制跳转工艺至步骤s106，制得第一测试硅片，并使用pl测试仪检测第一测试硅片，获得第一pl图像1；
56.步骤a2为取原料硅片经过步骤s101，再经过步骤s102沉积氧化铝膜层和步骤s103沉积氮氧化硅膜层后，强制跳转工艺至步骤s106，制得第三测试硅片，并使用pl测试仪检测第三测试硅片，获得第三pl图像3；
57.步骤a3为取原料硅片经过步骤s101，再经过步骤s102沉积氧化铝膜层、步骤s103沉积氮氧化硅膜层和步骤s104氮化硅膜层后，强制跳转工艺至步骤s106，制得第四测试硅片，并使用pl测试仪检测第四测试硅片，获得第四pl图像4；
58.步骤a4为取原料硅片依次经过步骤s101-s106，制得第五测试硅片，第五测试硅片
背面依次沉积有氧化铝膜层、氮氧化硅膜层、氮化硅膜层和氧化硅膜层，并使用pl测试仪检测第五测试硅片，获得第五pl图像5。
59.优选的，本实施例中沉积氮化硅膜层的步骤还包括预淀积处理，预淀积处理形成的预淀积层也能起到一定的影响作用，因此，本实施例硅片的背面分别沉积至多个钝化膜层的每一层后，进行pl测试步骤还包括步骤a5：在对硅片背面沉积第一膜层和预淀积处理完成后，进行pl测试，得沉积有第一膜层和预淀积层的测试硅片的pl图像。
60.具体地，步骤a5为取原料硅片经过步骤s101，再经过步骤s102中的预淀积处理后，强制跳转工艺至步骤s106，制得第二测试硅片，并使用pl测试仪检测第二测试硅片，获得第二pl图像2。
61.步骤b1，对比多个测试硅片的pl图像的暗色区域的相对变化确定硅片钝化效果不佳的膜层。
62.具体地，步骤b1为对比测试硅片的pl图像的暗色区域的相对变化包括对比多个测试硅片的pl图像的暗色区域，观察pl图像暗色区域是否出现面积变大和/或发暗程度变深的情况。
63.更具体地，步骤b1为取出检测步骤a1-a5中获得的第一pl图像1、第二pl图像2、第三pl图像3、第四pl图像4、第五pl图像5和第六pl图像6，观察多个pl图像的暗色区域是否出现面积变化和/或发暗程度变深的情况，从而确定测试硅片中钝化效果不佳的钝化膜层，若pl图像暗色区域面积变大和/或发暗程度变深为变化异常，由于，本发明采用依次增加镀膜数量的方法，因此，当判断该测试硅片钝化效果不佳的情况下，可以确定该测试硅片镀设的最后一个钝化膜层钝化效果不佳，需要对该钝化膜层的工艺参数进行改进；若pl图像暗色区域面积无明显变大和/或发暗程度明显变深的情况，即判断pl图像暗色区域变化正常，该钝化膜工艺无需优化。
64.可以理解的是，pl成像的发光强度正比于少数载流子浓度，通常明亮的区域表示了较高的少数载流子浓度，而暗的区域显示了较高的缺陷浓度，如果pl图像整体的颜色较为均匀，则表明电池片表面少数载流子浓度均匀，也就表明当前的镀膜工艺正常，所形成的膜层较为均匀，对硅片表面钝化效果比较一致。即使镀设某一膜层后pl图像发暗，但是只要整体明暗程度基本一致，也表明该膜层的镀膜工艺没有问题。相反地，如果镀设某一膜层后pl图像整体较为明亮，但是局部有发暗的地方，也表明该膜层的镀膜工艺存在问题，需要调整。
65.为进一步解释本发明太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法的效果，如图2所示，每个钝化膜层均设置有三组对照组。
66.第一pl图像1为检测沉积有氧化铝膜层的测试硅片的pl图像，可以看出第一pl图像1中整体面发暗，表明单独使用氧化铝膜层时对硅片效能的促进较小，但pl图像的暗色程度较为均匀，说明该钝化膜层的工艺参数无明显问题。
67.第二pl图像2为检测沉积有氧化铝膜层和预淀积处理后的测试硅片的pl图像，可以看出第二pl图像2开始出现不规则的暗色条纹，但整体pl图像开始发亮，表明预淀积处理可对硅片效能的起到较好的促进作用，但该钝化膜层的工艺参数需要调整优化。
68.第三pl图像3为检测沉积有氧化铝膜层和氮氧化硅膜层的测试硅片的pl图像，可以看出第三pl图像3相比第二pl图像2更亮，但出现多段暗色条纹，暗色程度不均匀，表明该
钝化膜层的工艺参数需要调整优化。
69.第四pl图像4为检测沉积有氧化铝膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层的测试硅片的pl图像，可以看出第四pl图像4出现曝光，但pl图像中有少量的不规则的暗色条纹，该条纹可能由于沉积氮氧化硅膜层中留有较多暗色条纹，曝光后无法完全遮盖导致，因此，判断沉积氮氧化硅膜层的钝化效果可能无明显不佳
70.第五pl图像5为检测沉积有氧化铝膜层、氮氧化硅膜层、氮化硅膜层和氧化硅膜层的测试硅片的pl图像，可以看出第五pl图像大部分区域均明显曝光，无不规则暗色条纹，但pl图像边沿处仍还存在少数暗色程度不均匀区域，可能由于沉积氮氧化硅膜层的过程中不均匀区域还无法完全遮盖，说明整体钝化工艺还需要进行局部参数的改进。
71.此外，通过对比多个pl图像发现每个钝化膜层均对硅片的效能起到正向作用，因此不考虑去除钝化效果不佳的钝化膜层。
72.为了提高步骤b1判别的准确性，在另一实施例中还包括验证步骤b2，验证步骤b2包括：硅片的背面钝化工艺中，在硅片的背面沉积除钝化效果不佳的钝化膜层外的其余钝化膜层，并测试pl图像进行评估。
73.具体地，验证步骤b2为基于步骤b1判断出的结果，另取一个原料硅片经过步骤s101、步骤s102、步骤s104、步骤s105和步骤s106后获得第六测试硅片，第六测试硅片上沉积有除氮氧化硅膜层外的其他钝化膜层，并使用pl测试仪检测第六测试硅片获得第六pl图像6，将获得的第六pl图像6和步骤b1中获得的pl图像进行评估，判断钝化效果不佳的钝化膜层是否为氮氧化硅膜层。
74.为了进一步便于理解，如图2所示，第六pl图像6可以看出，该pl图像相比第四pl图像4和第五pl图像5无曝光现象，但暗色程度均匀，表明氮氧化硅膜层的钝化效果不佳，因此，步骤s103沉积氮氧化硅膜层的工艺参数需要优化。
75.实施例2
76.考虑到工艺的调整过程中需要逐步优化及对比，本实施例2与实施例1的区别在于：增加了基于检测方法判断出的结果对钝化工艺进行优化的方法。太阳能电池硅片的背面钝化工艺的优化方法，包括：
77.基于太阳能电池硅片的背面钝化工艺的检测方法确定硅片的钝化效果不佳的钝化膜层；对沉积所述钝化效果不佳的钝化膜层的工艺参数进行优化。
78.具体地，根据检测方法判断出钝化效果不佳的钝化膜层，并对沉积该钝化膜层的工艺参数进行优化，其中，所需优化的工艺参数包括炉管内沉积的温度、沉积时间、气体流量、射频功率、压力和脉冲比，当然，为了缩短优化工艺所需的时间和减少优化成本，本实施例并非需要将所有工艺参数均进行调整优化，若选择单一工艺参数优化或其中几个工艺参数一同优化后，已能到达较优的钝化效果即视为工艺参数优化结束。将调整后的工艺参数应用于钝化膜工艺中。
79.优选的，工艺参数的优化步骤包括：调整工艺参数后，将调整后的工艺参数应用于钝化工艺中，待硅片背面的钝化膜层依次沉积至钝化效果不佳的钝化膜层后，测试pl图像，对比调整过不同工艺参数后的pl图像，确定最优的工艺参数。
80.具体地，将步骤s103沉积氮氧化硅膜层的工艺参数调整后，另取一个原料硅片执行步骤s101、步骤s102和步骤s103后，强制跳转工艺至步骤s106，制得优化后的优化硅片，
并使用pl测试仪检测优化硅片获得图像。
81.为了便于理解，工艺参数的调整以脉冲比、射频功率和炉管内的压力为例
82.更具体地，将预淀积处理和沉积氮氧化硅处理中的脉冲比调整为8/24，取一个原料硅片执行步骤s101、步骤s102和步骤s103后，强制跳转工艺至步骤s106，制得优化后的第一优化硅片，并使用pl测试仪检测优化硅片获得优化后第一图像2b。
83.将预淀积处理和沉积氮氧化硅处理中的脉冲比调整为4/12，取一个原料硅片执行步骤s101、步骤s102和步骤s103后，强制跳转工艺至步骤s106，制得优化后的第二优化硅片，并使用pl测试仪检测优化硅片获得优化后第二图像2c。
84.将预淀积处理和沉积氮氧化硅处理中的功率和压强调整为高功率和高压强，本实施例中所指的高功率是指射频功率≥5000kw，高压指的是炉管内的高压范围≥1800mtorr(毫托)，取一个原料硅片执行步骤s101、步骤s102和步骤s103后，强制跳转工艺至步骤s106，制得优化后的第三优化硅片，并使用pl测试仪检测优化硅片获得优化后第三图像2d。
85.将预淀积处理和沉积氮氧化硅处理中的功率和脉冲比调整为高功率和脉冲比为8/24，取一个原料硅片执行步骤s101、步骤s102和步骤s103后，强制跳转工艺至步骤s106，制得优化后的第四优化硅片，并使用pl测试仪检测优化硅片获得优化后第四图像2f。
86.此外，为了能有较好的对比，本实施例重新制作了原钝化工艺条件下的测试硅片，并使用pl测试仪检测测试硅片的pl图像，获得无优化图像2a。
87.如图3所示：
88.由无优化图像1a可以看出，未经过工艺参数调整的优化硅片，其检测获得的pl图像整体暗色区域面积较大且边沿处暗色程度较深。
89.由优化后第一图像2b可以看出，当将沉积氮氧化硅膜层的脉冲比调整为8/24时，优化后第一图像2b明显变亮，pl图像边沿处暗色程度变浅且相对均匀，表明该工艺参数下钝化效果较佳。
90.由优化后第二图像2c可以看出，当将沉积氮氧化硅膜层的脉冲比调整为4/12时，优化后第二图像2c变亮，但优化后第二图像2c与优化后第一图像2b相比，优化后第二图像2c的暗色区域的面积较大，表明该脉冲比4/12的钝化效果不如脉冲比为8/24。
91.由优化后第三图像2d可以看出，当将功率和压强调整为高功率和高压强后，优化后第三图像2d与优化后第一图像2b相比，pl图像暗色区域面积增大且边沿的暗色程度加深，表明第三优化硅片的工艺参数下钝化效果不如第一优化硅片的工艺参数。
92.由优化后第四图像2f可以看出，当将功率和脉冲比调整为高功率和脉冲比为8/24后，优化后第四图像2f与优化后第一图像2b相比，pl图像暗色区域面积增大且边沿的暗色程度加深，表明第三优化硅片的工艺参数下钝化效果不如第一优化硅片的工艺参数。
93.经多次调整对比后发现当步骤s103沉积氮氧化硅膜层中的脉冲比调整为8/24后，pl图像暗色区域面积较小且暗色程度相对较为均匀，此外，该工艺参数已能解决原工艺中出现不规则暗色条纹的问题，因此，将脉冲比为8/24应用步骤s103沉积氮氧化硅膜层中。
94.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入
本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。