一种掺镓PERC电池背面钝化膜及其制备方法与掺镓PERC电池与流程

一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法与掺镓perc电池
技术领域
1.本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种电池背面钝化膜，尤其涉及一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法与掺镓perc电池。


背景技术：

2.perc(passivated emitter and rear cell)，即钝化发射极和背面电池技术，这种技术是在常规太阳能技术基础上，通过对电池背面进行介质膜钝化，采用金属局域接触，大大降低了背面少数载流子(少子)的复合速度，同时提升了背面的光反射。得益于背面钝化膜的存在，减少了电子的复合，从而提升了电池效率。由于perc电池与常规电池产线兼容性强，具有较低的改造成本，同时还具有极高的效率优势，近年来，perc电池已经取代了常规电池而成为业内普遍生产的太阳能电池。
3.产业化单晶perc电池多采用掺硼硅片作为衬底材料，但使用掺硼硅片会引起硼氧复合而导致初始光致衰减，这种初始光致衰减随着硅片中的硼、氧含量增大而升高。目前解决这个问题主要有以下三种方法：(1)降低掺硼硅片中的氧含量；(2)降低掺硼的掺杂量；(3)使用掺镓硅片。由于前两种方法会增加电池制造成本和制造工序，且随着掺镓硅片价格的降低，以及专利的到期，业内开始专注于采用掺镓硅片解决p型晶硅太阳能电池光致衰减的问题。
4.对于掺镓电池，虽然解决了硼氧复合的问题，但由于整个电池生产过程中存在氢钝化的影响，并且部分氢钝化处于非稳态，导致在长期太阳能辐照过程中，这部分非稳态的氢钝化会发生裂解，形成缺陷态，复合光照产生的光衰载流子，进而影响电池的输出功率。
5.cn 104701390a公开了一种太阳能电池背面钝化方法，所述方法对太阳能电池的背面采用al2o3/sio2/高硅含量sin
x
/低硅含量sin
x
的四层叠层钝化膜进行钝化。通过增加sio2层的沉积，有效消除了高硅含量sin
x
固定正电荷的影响，降低了al2o3的最小厚度；利用高硅含量的sin
x
可以保证对硅表面的氢钝化效果，而利用低硅含量的sin
x
可以防止铝烧结过程中对内层膜的侵蚀，进而实现了钝化膜总体厚度的明显降低，进一步提高了产能，节约了工艺总成本，并符合规模化生产的要求。然而所述发明在促进硅表面氢钝化的同时无法抑制低键能的氢钝化，因此将其用于掺镓perc电池时，无法避免非稳态氢钝化在使用过程中发生裂解，最终影响电池性能。
6.cn 104681670a公开了一种太阳能电池表面钝化方法，通过对电池的p型面采用t-sio2/p-sio2/sin
x
叠层膜进行钝化，在t-sio2很好的钝化性能基础上，再通过增加的p-sio2，可利用sin
x
的化学钝化作用进一步提高p型面的钝化效果，并可有效消除sin
x
固定正电荷场效应对p型面的负面影响。由于所述发明无法避免非稳态氢钝化，长期光照后易产生氢钝化方面的衰减，因此并不适用于掺镓perc电池。
7.cn 109216473a公开了一种高效晶硅太阳电池的表界面钝化层及其钝化方法，所述发明采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)和原子层沉积(ald)在p型硅衬底背面制备四叠层结构的钝化膜，叠层之间存在相互协同作用，钝化后具有优异的减反效果，且钝化效
果好，在p型perc电池中具有优异的应用前景。然而所述钝化层应用于掺镓perc电池时仍有较大的改进空间，以避免氢钝化对电池性能带来的不利影响。
8.由此可见，如何提供一种适用于掺镓perc电池的背面钝化膜，改善电池在长期光照后产生的氢钝化方面的衰减，降低电池输出功率的损失，提升组件的发电性能，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法与掺镓perc电池，所述掺镓perc电池背面钝化膜改善了电池在长期光照后产生的氢钝化方面的衰减，降低了电池输出功率的损失，提升了组件的发电性能。
10.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种掺镓perc电池背面钝化膜，所述掺镓perc电池背面钝化膜包括层叠设置的至少1层阻挡层、sion
x
层与sin
x
层。
12.所述阻挡层包括层叠设置的sio
x
层与alo
x
层。
13.本发明中，所述掺镓perc电池背面钝化膜用于掺镓perc电池时，所述阻挡层与电池的背面相接，所述阻挡层中的sio
x
层阻挡了sin
x
层中的游离h离子往硅片界面和体内进行钝化，所述阻挡层中的alo
x
层因其致密性比sio
x
层更好，设置在sio
x
层的外侧能够起到对游离h离子加强阻挡的作用；所述sion
x
层因其膜中的h含量较低，因此可以束缚或键合sin
x
层中的部分游离h离子；所述sin
x
层因其高折射率，可进一步减缓非稳态的氢钝化。由此可见，所述掺镓perc电池背面钝化膜中各膜层的特定材质及层叠顺序不仅阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片体内，进行非稳态的结构体钝化，而且阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片界面，进行非稳态的界面钝化，从而避免了在长期太阳能辐照过程中，非稳态的氢钝化发生裂解形成缺陷态，复合光照产生的光衰载流子，进而影响电池的输出功率。
14.优选地，所述掺镓perc电池背面钝化膜包括层叠设置的第一阻挡层、第二阻挡层、sion
x
层与sin
x
层。
15.优选地，所述第一阻挡层中的alo
x
层与第二阻挡层中的sio
x
层相接。
16.优选地，所述第二阻挡层中的alo
x
层与sion
x
层相接。
17.本发明中，所述阻挡层设置为两层可在控制钝化膜厚度处于合理范围内的前提下，进一步加强对sin
x
层中游离h离子的阻挡作用，避免了非稳态氢钝化的形成。
18.优选地，所述第一阻挡层中的sio
x
层厚度为1-3nm，例如可以是1nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、2nm、2.2nm、2.4nm、2.6nm、2.8nm或3nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述第一阻挡层中的alo
x
层厚度为4-12nm，例如可以是4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm或12nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述第二阻挡层中的sio
x
层厚度为1-5nm，例如可以是1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm或5nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述第二阻挡层中的alo
x
层厚度为1-3nm，例如可以是1nm、1.2nm、1.4nm、
1.6nm、1.8nm、2nm、2.2nm、2.4nm、2.6nm、2.8nm或3nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述sion
x
层的厚度为5-20nm，例如可以是5nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述sin
x
层的厚度为60-90nm，例如可以是60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm或90nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述掺镓perc电池背面钝化膜的总厚度为72-133nm，例如可以是72nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm或133nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述第一阻挡层中的sio
x
层满足x＝2，即所述第一阻挡层中的sio
x
层为sio2层。
26.优选地，所述第一阻挡层中的alo
x
层满足x＝1.5，即所述第一阻挡层中的alo
x
层为al2o3层。
27.优选地，所述第二阻挡层中的sio
x
层满足x＝2，即所述第二阻挡层中的sio
x
层为sio2层。
28.优选地，所述第二阻挡层中的alo
x
层满足x＝1.5，即所述第二阻挡层中的alo
x
层为al2o3层。
29.优选地，所述sion
x
层满足x≥1，例如可以是x＝1、x＝1.5、x＝2、x＝2.5、x＝3、x＝3.5、x＝4、x＝4.5或x＝5，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；进一步优选地，所述sion
x
层为si2n2o层。
30.优选地，所述sin
x
层满足x≥4/3，例如可以是x＝4/3、x＝2、x＝2.5、x＝3、x＝3.5、x＝4、x＝4.5或x＝5，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选地，所述sin
x
层为si3n4层。
31.第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的掺镓perc电池背面钝化膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
32.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积至少1层阻挡层；沉积每层阻挡层的方法为先沉积sio
x
层后沉积alo
x
层；
33.(2)在所述阻挡层上沉积sion
x
层；
34.(3)在所述sion
x
层上沉积sin
x
层。
35.本发明中，所述制备方法的各膜层沉积顺序决定了所得钝化膜的膜层结构，特定的膜层结构有利于避免掺镓perc电池中硅片的非稳态氢钝化现象，进而提升了电池性能。
36.优选地，步骤(1)所述阻挡层的沉积层数为2层，按照沉积的先后顺序分别是第一阻挡层与第二阻挡层。
37.优选地，所述第一阻挡层中的sio
x
层沉积方法为双面热氧化法。
38.优选地，所述双面热氧化法分为第一热氧化阶段与第二热氧化阶段。
39.优选地，所述第一热氧化阶段的温度为650-700℃，例如可以是650℃、660℃、670℃、680℃、690℃或700℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，所述第二热氧化阶段的温度为680-750℃，例如可以是680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃或750℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.优选地，所述第二热氧化阶段的温度高于第一热氧化阶段的温度。
42.本发明中，所述双面热氧化法分为两个热氧化阶段，且第二热氧化阶段的温度高于第一热氧化阶段的温度，使得所述掺镓硅片的正面在形成sio
x
层之后，升温阶段过程中继续在掺镓硅片的背面形成第一阻挡层中的sio
x
层，从而阻挡了后续sin
x
层中的游离h离子往硅片界面和体内进行钝化。
43.优选地，所述双面热氧化法的真空压力为80-120mbar，例如可以是80mbar、85mbar、90mbar、95mbar、100mbar、105mbar、110mbar、115mbar或120mbar，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
44.优选地，所述双面热氧化法的总时间为1500s-2000s，例如可以是1500s、1550s、1600s、1650s、1700s、1750s、1800s、1850s、1900s、1950s或2000s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
45.优选地，所述第一阻挡层中的alo
x
层沉积方法为ald或pecvd。
46.优选地，所述第二阻挡层中的sio
x
层沉积方法为pecvd。
47.优选地，所述第二阻挡层中的alo
x
层沉积方法为ald或pecvd。
48.优选地，所述sion
x
层沉积方法为pecvd。
49.优选地，所述sin
x
层沉积方法为pecvd。
50.本发明中，所述ald为本领域常规的原子层沉积法，所述pecvd为本领域常规的等离子体增强化学气相沉积法，只要能实现沉积膜层的效果即可，故不对相关的沉积过程及沉积条件做具体限定。
51.作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
52.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积2层阻挡层，按照沉积的先后顺序分别是第一阻挡层与第二阻挡层；沉积每层阻挡层的方法为先沉积sio
x
层后沉积alo
x
层；所述第一阻挡层中的sio
x
层沉积方法为双面热氧化法，所述双面热氧化法分为温度为650-700℃的第一热氧化阶段与温度为680-750℃的第二热氧化阶段，且第二热氧化阶段的温度高于第一热氧化阶段的温度，所述双面热氧化法的真空压力为80-120mbar，总时间为1500s-2000s；所述第一阻挡层中的alo
x
层沉积方法为ald或pecvd；所述第二阻挡层中的sio
x
层沉积方法为pecvd；所述第二阻挡层中的alo
x
层沉积方法为ald或pecvd；
53.(2)在所述第二阻挡层上采用pecvd方法沉积sion
x
层；
54.(3)在所述sion
x
层上采用pecvd方法沉积sin
x
层。
55.第三方面，本发明提供一种掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的背面采用如第一方面所述的掺镓perc电池背面钝化膜。
56.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
57.(1)本发明提供的掺镓perc电池背面钝化膜不仅阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片体内，进行非稳态的结构体钝化，而且阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片界面，进行非稳态的界面钝化，即避免了硅片体内与界面的非稳态氢钝化现象，改善了掺镓perc电池在氢钝化方面的衰减，提升了电池的转换效率和使用寿命；
层厚度为4nm，所述第二阻挡层中的sio2层厚度为1nm，所述第二阻挡层中的al2o3层厚度为1nm，所述si2n2o层的厚度为5nm，所述si3n4层的厚度为60nm，所述掺镓perc电池背面钝化膜的总厚度为72nm。
72.本实施例提供的制备方法制备得到所述掺镓perc电池背面钝化膜，所述制备方法包括以下步骤：
73.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积2层阻挡层，按照沉积的先后顺序分别是第一阻挡层与第二阻挡层；沉积每层阻挡层的方法为先沉积sio2层后沉积al2o3层；所述第一阻挡层中的sio2层沉积方法为双面热氧化法，所述双面热氧化法分为温度为650℃的第一热氧化阶段与温度为680℃的第二热氧化阶段，所述双面热氧化法的真空压力为80mbar，总时间为1500s；所述第一阻挡层中的al2o3层与第二阻挡层中的al2o3层沉积方法均为ald，所述第二阻挡层中的sio2层沉积方法为pecvd；
74.(2)在所述第二阻挡层上采用pecvd方法沉积si2n2o层；
75.(3)在所述si2n2o层上采用pecvd方法沉积si3n4层。
76.本实施例中，所述ald为本领域常规的原子层沉积法，所述pecvd为本领域常规的等离子体增强化学气相沉积法，只要能实现沉积膜层的效果即可，故不对相关的沉积过程及沉积条件做具体限定。
77.实施例3
78.本实施例提供一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法，所述掺镓perc电池背面钝化膜包括由内向外层叠设置的第一阻挡层、第二阻挡层、si2n2o层与si3n4层；所述第一阻挡层与第二阻挡层分别独立地包括由内向外层叠设置的sio2层与al2o3层；内侧为靠近掺镓perc电池背面的一侧；所述第一阻挡层中的sio2层厚度为3nm，所述第一阻挡层中的al2o3层厚度为12nm，所述第二阻挡层中的sio2层厚度为5nm，所述第二阻挡层中的al2o3层厚度为3nm，所述si2n2o层的厚度为20nm，所述si3n4层的厚度为90nm，所述掺镓perc电池背面钝化膜的总厚度为133nm。
79.本实施例提供的制备方法制备得到所述掺镓perc电池背面钝化膜，所述制备方法包括以下步骤：
80.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积2层阻挡层，按照沉积的先后顺序分别是第一阻挡层与第二阻挡层；沉积每层阻挡层的方法为先沉积sio2层后沉积al2o3层；所述第一阻挡层中的sio2层沉积方法为双面热氧化法，所述双面热氧化法分为温度为700℃的第一热氧化阶段与温度为750℃的第二热氧化阶段，所述双面热氧化法的真空压力为120mbar，总时间为2000s；所述第一阻挡层中的al2o3层、第二阻挡层中的sio2层与al2o3层沉积方法均为pecvd；
81.(2)在所述第二阻挡层上采用pecvd方法沉积si2n2o层；
82.(3)在所述si2n2o层上采用pecvd方法沉积si3n4层。
83.本实施例中，所述pecvd为本领域常规的等离子体增强化学气相沉积法，只要能实现沉积膜层的效果即可，故不对相关的沉积过程及沉积条件做具体限定。
84.实施例4
85.本实施例提供一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法，所述掺镓perc电池背面钝化膜包括由内向外层叠设置的阻挡层、si2n2o层与si3n4层；所述阻挡层包括由内向外
层叠设置的sio2层与al2o3层；内侧为靠近掺镓perc电池背面的一侧；所述阻挡层中的sio2层厚度为2nm，所述阻挡层中的al2o3层厚度为8nm，所述si2n2o层的厚度为12.5nm，所述si3n4层的厚度为75nm，所述掺镓perc电池背面钝化膜的总厚度为97.5nm。
86.本实施例提供的制备方法制备得到所述掺镓perc电池背面钝化膜，所述制备方法包括以下步骤：
87.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积阻挡层，沉积所述阻挡层的方法为先沉积sio2层后沉积al2o3层；所述阻挡层中的sio2层沉积方法为双面热氧化法，所述双面热氧化法分为温度为675℃的第一热氧化阶段与温度为715℃的第二热氧化阶段，所述双面热氧化法的真空压力为100mbar，总时间为1750s；所述阻挡层中的al2o3层沉积方法为pecvd；
88.(2)在所述阻挡层上采用pecvd方法沉积si2n2o层；
89.(3)在所述si2n2o层上采用pecvd方法沉积si3n4层。
90.本实施例中，所述pecvd为本领域常规的等离子体增强化学气相沉积法，只要能实现沉积膜层的效果即可，故不对相关的沉积过程及沉积条件做具体限定。
91.实施例5
92.本实施例提供一种掺镓perc电池背面钝化膜及其制备方法，所述掺镓perc电池背面钝化膜包括由内向外层叠设置的第一阻挡层、第二阻挡层、si2n2o层与si3n4层；所述第一阻挡层与第二阻挡层分别独立地包括由内向外层叠设置的sio2层与al2o3层；内侧为靠近掺镓perc电池背面的一侧；所述第一阻挡层中的sio2层厚度为2nm，所述第一阻挡层中的al2o3层厚度为8nm，所述第二阻挡层中的sio2层厚度为3nm，所述第二阻挡层中的al2o3层厚度为2nm，所述si2n2o层的厚度为12.5nm，所述si3n4层的厚度为75nm，所述掺镓perc电池背面钝化膜的总厚度为102.5nm。
93.本实施例提供的制备方法制备得到所述掺镓perc电池背面钝化膜，所述制备方法包括以下步骤：
94.(1)提供一种掺镓硅片，在所述掺镓硅片的背面沉积2层阻挡层，按照沉积的先后顺序分别是第一阻挡层与第二阻挡层；沉积每层阻挡层的方法为先沉积sio2层后沉积al2o3层；所述第一阻挡层中的sio2层沉积方法为双面热氧化法，所述双面热氧化法分为温度为715℃的第一热氧化阶段与温度为675℃的第二热氧化阶段，所述双面热氧化法的真空压力为100mbar，总时间为1750s；所述第一阻挡层中的al2o3层、第二阻挡层中的sio2层与al2o3层沉积方法均为pecvd；
95.(2)在所述第二阻挡层上采用pecvd方法沉积si2n2o层；
96.(3)在所述si2n2o层上采用pecvd方法沉积si3n4层。
97.本实施例中，所述pecvd为本领域常规的等离子体增强化学气相沉积法，只要能实现沉积膜层的效果即可，故不对相关的沉积过程及沉积条件做具体限定。
98.应用例1
99.本应用例将实施例1提供的掺镓perc电池背面钝化膜应用于掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
100.应用例2
101.本应用例将实施例2提供的掺镓perc电池背面钝化膜应用于掺镓perc电池，所述
掺镓perc电池的光照衰减见图2。
102.应用例3
103.本应用例将实施例3提供的掺镓perc电池背面钝化膜应用于掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
104.应用例4
105.本应用例将实施例4提供的掺镓perc电池背面钝化膜应用于掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
106.应用例5
107.本应用例将实施例5提供的掺镓perc电池背面钝化膜应用于掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
108.对比应用例1
109.本对比应用例选用通威厂家生产的m6-166双面型号掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
110.对比应用例2
111.本对比应用例选用爱旭厂家生产的m6-166双面型号掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
112.对比应用例3
113.本对比应用例选用润阳厂家生产的m6-166双面型号掺镓perc电池，所述掺镓perc电池的光照衰减见图2。
114.应用例1-5与对比应用例1-3的掺镓perc电池光照衰减测试条件为：电池环境温度60℃，辐照强度1000w/m2，持续时间120h。
115.由图2可知，本发明提供的电池与各厂家电池在短时间内的衰减表现差异不大，然而随着光照时间的增加，应用例1-5提供的掺镓perc电池在12h之后的长时间光照中，均保持了较低的衰减率，特别是应用例1-3，在12h之后的衰减率最低可达1.25％；应用例4-5由于阻挡层结构的改变在一定程度上降低了电池的性能，但在12h之后的衰减率也基本能保持在3.5％左右，优于其他厂家生产的掺镓perc电池。这是由于本发明提供的电池采用了特定结构的掺镓perc电池背面钝化膜，避免了在长期太阳能辐照过程中，非稳态的氢钝化发生裂解形成缺陷态，复合光照产生的光衰载流子，进而影响电池的输出功率。
116.由此可见，本发明提供的掺镓perc电池背面钝化膜不仅阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片体内，进行非稳态的结构体钝化，而且阻挡了sin
x
层中的h离子进入硅片界面，进行非稳态的界面钝化，即避免了硅片体内与界面的非稳态氢钝化现象，改善了掺镓perc电池在氢钝化方面的衰减，提升了电池的转换效率和使用寿命；本发明提供的制备方法中各膜层沉积顺序决定了所得钝化膜的膜层结构，特定的膜层结构有利于避免掺镓perc电池中硅片的非稳态氢钝化现象，进而提升了所得电池的光电转换性能。
117.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。