一种P型晶硅双面电池退火增强背钝化方法与流程

一种p型晶硅双面电池退火增强背钝化方法
技术领域
1.本发明涉及p型晶硅双面太阳能电池背钝化领域。


背景技术：

2.p型晶硅双面电池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。
3.双面perc电池以其较低的制造成本，可双面发电的优势，最终将成为perc电池中的主流产品。
4.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。然而，p型电池背镀化，氧化铝采取原子层生长技术，速率较慢，耗时较长，容易增加反应成本，而且目前背钝化工艺对长波反射较低，短路电流较低。
5.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。然而，p型电池背镀化，氧化铝采取原子层生长技术，速率较慢，耗时较长，容易增加反应成本，而且目前背钝化工艺对长波反射较低，短路电流较低。


技术实现要素：

6.本发明一种p型晶硅双面电池退火增强背钝化方法，旨在通过制备工艺的优化，改善背钝化工艺制备中，不利于钝化效果的正电荷的影响，进一步提高双面电池背钝化工艺的钝化水平。
7.本发明所采用的技术方案是：一种p型晶硅双面电池退火增强背钝化方法，按如下步骤进行步骤一、第一次sion膜层沉积 第一次退火，第一次sion膜层沉积后形成的第一层sion膜层厚度为在10-12nm，退火采用真空退火 nh3退火，第一次总退火时间为250-400s，第一次总退火时间按秒计与第一层sion膜层厚度按纳米数值比为30-35；步骤二、第二次sion膜层沉积 第二次退火，第二次sion膜层沉积后形成的第二层sion膜层厚度为在8-10nm，退火采用真空退火 nh3退火，第二次总退火时间为150-300s，第二次总退火时间按秒计与第二层sion膜层厚度按纳米数值比为30-35；步骤三、第二次sion膜层沉积 第三次退火，第三次sion膜层沉积后形成的第三层sion膜层厚度为在3-5nm，退火采用真空退火 n2o nh3退火，第三次总退火时间为200-300s，第三次总退火时间按秒计与第三层sion膜层厚度按纳米数值比为60-80；三层sion膜层总厚度为25-30nm；步骤四、sin膜层沉积构，sin膜层采用三层沉积，第一层sin膜层沉积时，沉积气sih4与nh3比为1/3.5-1/4.5，沉积时间350-400s，第二层沉积气sih4与nh3比为1/6.5-1/7.5，沉积时间250-300s，第三层沉积气sih4与nh3比为1/9.5-1/10.5，沉积时间100-200s，三层sin膜层总厚度为60-70nm。
8.步骤五、第四次退火，sin膜层采用真空退火，退火温度440-460℃，退火时间为100-200s。
9.步骤一中沉积sion膜层时，压力为1500-2000mtorr，功率为10000-12000w, 温度450-500℃，脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o体积比为1/1/2.0-2.5/1/5.0，时间为30-35s；真空退火时不通任何气体，退火温度为450-500℃，功率、压力、占空比都为零，时长为50-100s，nh3退火时，nh3流量为5000-7000sccm，压力为1500-2000mtorr,温度450-500℃,功率10000-12000w,脉冲开关比为1:13至1:16，时长为200-300s。
10.步骤二中沉积sion膜层时，压力为1500-2000mtorr，功率为10000-12000w, 温度450-500℃，脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o体积比为1/1/2-2.5/1/5.0，时间为25-30s，真空退火时不通任何气体，退火温度为450-500℃，功率、压力、占空比都为零，时长为50-100s，nh3退火时，时长为100-200s ，nh3流量为5000-7000sccm，压力为1500-2000mtorr,
温度450-500℃,功率10000-12000w,脉冲开关比为1:13至1:16。
11.步骤三中沉积sion膜层时，压力为1500-2000mtorr，功率为10000-12000w, 温度450-500℃，脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o体积比为1/1/2-2.5/1/5.0，时间为10-15s，真空退火时不通任何气体，退火温度为450-500℃，功率、压力、占空比都为零，时长为50-100s；n2o退火时，时长为25-50s ，n2o流量为3500-4500sccm，压力为1500-2000mtorr,温度450-500℃,功率10000-12000w,脉冲开关比为1:13至1:16；nh3退火时，时长为100-200s ，nh3流量为5000-7000sccm，压力为1500-2000mtorr,温度450-500℃,功率10000-12000w,脉冲开关比为1:13至1:16。
12.步骤四中第一层sin膜层沉积时，第一层sin膜层沉积时，压力为1500-2000mtorr,温度450-500℃,功率为10000-12000w,脉冲开关比为1：15-1：17.5；第二层sin膜层沉积和第三层sin膜层沉积时，压力为1500-2000mtorr,温度450-500℃,功率为10000-12000w,脉冲开关比为1：15-1：17.5。
13.本发明的有益效果是：由于sion层自身的特点，适合制备双面电池的背膜需要采用高硅氮比、高笑气流量的配方结构，然此配方结构下，sion膜层厚度超过一定的临界值10-15nm，其钝化水平大幅下降。本发明通过pecvd的方式，采用分步沉积、分步退火，且合理控制分步沉积与分步退火的时间比例关系，可将sion膜层厚度窗口拓宽,同时大幅提升其钝化水平。
14.将sion膜层进行合理的拆分，并与退火工艺拼接，可减少sion膜层过厚时内部缺陷。首先在步骤一与步骤二中的真空退火可充分消除sion介质膜在制备过程中的应力缺陷，nh3退火则可进一步钝化si/sion界面态，但需要精确控制退火时间；步骤三中的退火则加入n2o退火，其可进一步通过n2o中电离的氧通过孔隙扩散至si/sion界面，最大程度减少其界面态；步骤五中，于sin后进行较短时间的真空退火，有利于通过sin介质膜中的氢实现对si/sion界面或体钝化，但退火温度需控制在440-460℃，低于440℃则si-h键断裂，高于460℃则h外溢的情况加剧。
具体实施方式实施例
15.一种p型晶硅双面电池退火增强背钝化方法，包括以下步骤：第一次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为35s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在300s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13。
16.第二次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为30s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在200s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13。
17.第三次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为10s；退火时，首先进行真空退火，时长为80s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用n2o退火，时间控制在30s之间，其中n2o流量为4000sccm, 压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13；最后nh3退火，时间控制在100s，nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w, 脉冲开关比为1:13。sin膜层为三层膜，贴近sion膜层的第一sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/4，且工艺时间为400s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/7，工艺时间为270s; 第三sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/10，工艺时间为150s。
18.sin后退火。使用真空退火，时长为100s，真空退火时不通任何气体，退火温度为450℃，功率、压力、占空比都为零。
19.对比例1sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为60s；使用nh3退火，退火时，时间控制在600s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr，温度490℃，功率10000w,脉冲开关比为1:13。
20.sin膜层为三层膜，贴近sion膜层的第一sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5，sin膜层sih4/nh3=1/4，且工艺时间为400s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/7，工艺时间为270s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/10，工艺时间为150s。
21.对比例2：sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为70s；使用nh3退火，退火时，时间控制在600s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr，温度490℃，功率10000w,脉冲开关比为1:13。
22.sin膜层为三层膜，贴近sion膜层的第一sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5，sin膜层sih4/nh3=1/4，且工艺时间为400s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/7，工艺时间为270s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w，脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/10，工艺时间为150s。
23.对比例3：第一次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为35s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在300s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为
1:13。
24.第二次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为30s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在200s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13。
25.第三次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为10s；退火时，首先进行真空退火，时长为80s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用n2o退火，时间控制在30s之间，其中n2o流量为4000sccm, 压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13；最后nh3退火，时间控制在100s，nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w, 脉冲开关比为1:13。sin膜层为三层膜，贴近sion膜层的第一sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/4.5，且工艺时间为400s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/7，工艺时间为270s; 第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/10，工艺时间为150s。
26.对比例4第一次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为35s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在300s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13。
27.第二次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为30s；退火时，首先进行真空退火，时长为50s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用nh3退火，时间控制在200s，其中nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13。
28.第三次sion膜沉积 退火。沉积sion膜层时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1:16,所通sih4/nh3/n2o=2.5/1/2.5，时间为10s；退火时，首先进行真空退火，时长为80s，真空退火时不通任何气体，退火温度为490℃，功率、压力、占空比都为零；然后使用n2o退火，时间控制在30s之间，其中n2o流量为4000sccm, 压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w,脉冲开关比为1:13；最后nh3退火，时间控制在100s，nh3流量为7000sccm，压力为1700mtorr,温度490℃,功率10000w, 脉冲开关比为1:13。
29.sin膜层为三层膜，贴近sion膜层的第一sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/5.5，且工艺时间为400s；第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/7，工艺时间为270s; 第二sin膜层沉积时压力为1700mtorr,温
度490℃,功率为12000w,脉冲开关比为1：17.5, sin膜层sih4/nh3=1/10，工艺时间为150s。
30.sin后退火。使用真空退火，时长为100s，真空退火时不通任何气体，退火温度为450℃，功率、压力、占空比都为零。
31.表1列出实施例与对比例1-4的制备方法差异性，表2则为相应实施例与对比例1-4的量产效率对比，具体数据如下：表1 实施例与对比例1-4的制备方法差异性表2 实施例与对比例1-4的转换效率差异性由上述表1、表2的数据看出，采用本发明专利的三步沉积、三步退火沉积sion介质膜，极大程度克服单步沉积随sion膜厚转换效率变差的问题，同时叠加贴近sion膜层sin化学成分比的调整与后退火，转换效率得到进一步的提高。