降低PERC电池电致衰减的介质钝化膜及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池的制造领域，尤其涉及一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜及其制备方法。
背景技术：
：晶体硅太阳能电池由于具有稳定性好、效率高等特点，成为当前光伏市场的主流产品。但是p型晶体硅太阳能电池片由于在光照或通电条件下，电池效率会发生极大的衰减，这一现象严重限制了产业的进一步发展。经过科学家的探索及研究，1973年由fishcher等人提出，光致衰减(lightinduceddegradationlid)概念，即p型电池在实际环境中经过光照后电池效率会发生极大的衰减，光致衰减主要表现为，光伏组件的输出功率在刚开始使用的最初几天内发生较大幅度的下降，但随后趋于稳定。导致这一现象发生的主要原因是含有硼和氧的硅片经过光照后出现不同程度的复合，降低了少子寿命。光致衰减测试条件是光衰箱等级不低于bba，光谱am1.5，辐照度900-1100w/m2，温度55-65摄氏度，测试时间5kwh或30kwh。随后，2012年由klausramspeck等人提出，p型电池片在高温条件下电池衰减增大，即热辅助衰减(lightelevatedtemperatureinducedegrationletid)，测试条件是75-85摄氏度、辐照度1000w/m2、测试时间200-330h。由于letid测试条件时间过长，不利于组件端及时的获取数据结果，故又引入电致衰减(currentinjectiondegradation，cid)，电致衰减主要表现为，p型电池及组件在黑暗条件下，施加正向偏压，在载流子注入的过程中引起的功率衰减。测试条件，电流1-3a，温度100-200摄氏度，时间8-16h。cid的检测逐渐被广大研究人员所认可，并探究其机理。经过大量研究，人们对掺硼p型晶体硅太阳能电池cid衰减机理有了一定的认识，并提出以下衰减机理：一、过量h产生杂质复合中心；二、硅片基体内金属杂质(cu、fe、ni等)复合中心；三、b-o缺陷复合体，俘获少子引起衰减；四、介质膜层钝化衰减问题。针对以上问题,目前提出降低cid的方法主要集中于对原材料及硅片的优化与控制，如：(1)采用低氧高少子寿命的硅片以降低其硼或者氧含量，该方法能够有效的降低cid，但成本过高；(2)通过使用掺镓片或者制备n型电池代替掺硼p型电池，该方法杜绝了b-o缺陷复合体的形成，但是技术难度太大，不适合工业量产化；(3)调节电池烧结温度，控制硼原子和氧原子浓度及其扩散运动以实现硼氧复合缺陷向再生恢复态转变，该方法降低效果不明显。随着对p型电池的光电转换效率的要求越来越高，急需改进太阳能电池制作工艺和结构以降低cid来满足高光电转换效率的要求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于，提供一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜及其制备方法，能有效降低cid，成本低，技术难度适中，容易工业量产化。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜的制备方法，在硅片的背面依次沉积al2o3、siox、sinx，其中，sinx分两次形成，包括：在温度410-425℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-5):(0.5-2)，形成折射率＜2.24％的第一层sinx；在温度435-445℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6-7.5):(0.5-1.5)，形成折射率＜2.20％的第二层sinx；所述第一层sinx的折射率大于第二层sinx的折射率。作为上述方案的改进，在温度420℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-4):(0.5-1.2)，形成折射率＜2.24％的第一层sinx；在温度440℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6.5-7.2):(0.5-1.0)，形成折射率＜2.20％的第二层sinx。作为上述方案的改进，所述第一层sinx和第二层sinx的反应腔的等离子功率为5000-6500w、压强为1500-1700mtor、沉积占空比为(1-10):(50-60)ms。作为上述方案的改进，所述第一层sinx的折射率比第二层sinx的折射率大0.1-5％。作为上述方案的改进，所述第一层sinx的折射率为2.20％-2.24％，所述第二层sinx的折射率为2.16％-2.19％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.18％-2.20％，所述第二层sinx的折射率为2.12％-2.16％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.16％-2.19％，所述第二层sinx的折射率为2.10％-2.14％。作为上述方案的改进，所述氧化硅层是在温度385-420℃、等离子体功率为5000-6500w、压强为800-1200mtor、沉积占空比(1-3):(150)ms的反应腔内进行，通入笑气流量4000-5000sccm，硅烷流量100-200sccm，沉积时间为210s-250s。相应的，本发明公开一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜，依次包括al2o3、siox、sinx，其中，sinx包括第一层sinx和第二层sinx，所述第一层sinx是在温度410-425℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-5):(0.5-2)形成，其折射率＜2.24％；所述第二层sinx是在温度435-445℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6-7.5):(0.5-1.5)形成，其折射率＜2.20％；所述第一层sinx的折射率大于第二层sinx的折射率。作为上述方案的改进，所述第一层sinx的折射率比第二层sinx的折射率大0.1-5％。作为上述方案的改进，所述第一层sinx的折射率为2.20％-2.24％，所述第二层sinx的折射率为2.16％-2.19％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.18％-2.20％，所述第二层sinx的折射率为2.12％-2.16％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.16％-2.19％，所述第二层sinx的折射率为2.10％-2.14％。作为上述方案的改进，所述第一层sinx是在温度420℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-4):(0.5-1.2)形成，其折射率＜2.24％；所述第二层sinx是在温度440℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6.5-7.2):(0.5-1.0)形成，其折射率＜2.20％。实施本发明，具有如下有益效果：本发明介质钝化膜包括自下而上依次贴附在硅基体上的氧化铝钝化层、氧化硅钝化层和氮化硅层，其中，氧化硅钝化层具有良好的致密性，可以降低硅片背表面的少子复合速率，提高了电池的开路电压和短路电流，并且可以有效的阻碍金属杂质进入硅机体内。再利用等离子体沉积设备，通过控制硅烷、氨气的比例沉积具有较低折射率的sinx膜层，使用低折射率的氮化硅膜层能够增强对光的长波段的吸收，减少消光损失，提高电池对光的利用率，同时低折射率的sinx中氢原子含量增加，sinx厚度增加，增强介质膜钝化效果，减弱介质膜钝化衰减现象。因此，本发明通过增强介质层膜的钝化来降低cid，对缺陷和悬挂键以及硼氧键具有更好的钝化效果，并且能阻碍金属杂质进入硅机体内，能明显降低cid衰减，而且，制备方法简单、操作简便、成本低，且技术难度适中，兼容性高，容易工业量产化。附图说明附图1是本发明一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜的示意图；附图2是本发明实施例一至四与常规背膜工艺电致衰减值变化的箱线图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。本发明提供的一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜的制备方法，其在掺b基底的p型单晶硅片(10-16cm-1)，经过制绒、扩散、se激光、刻蚀以及常压退火后，进行背面perc镀膜，该背面perc镀膜利用等离子体沉积设备进行。背面perc镀膜是指在硅片的背面依次沉积al2o3、siox、sinx，其中，sinx分两次形成，包括：在温度410-425℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-5):(0.5-2)，形成折射率＜2.24％的第一层sinx；在温度435-445℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6-7.5):(0.5-1.5)，形成折射率＜2.20％的第二层sinx；所述第一层sinx的折射率大于第二层sinx的折射率。上述第一层sinx和第二层sinx的反应腔的等离子功率为5000-6500w、压强为1500-1700mtor、沉积占空比为(1-10):(50-60)ms。具体的，在sinx膜层的沉积过程中，温度，通入氨气与硅烷的比例，沉积占空比都对最后增强介质钝化膜的钝化效果和太阳能电池的性能有着重大影响。1、温度：第一层sinx的温度为410-425℃，优选为415-425℃，进一步优选为420℃，第二层sinx的温度为435-445℃，优选为438-443℃，进一步优选为440℃，可以起到在较低温度下就可以得到致密性良好且膜色均匀的氮化硅膜，同时起到降低升温时间，提高产能的作用。第一层sinx的沉积温度高于第二层sinx，作用是在沉积第二层氮化硅的同时，进一步优化第一层氮化硅膜的致密性以及均匀性，同时修复膜层缺陷，减少表面复合作用。2、通入氨气与硅烷的比例：本发明通过控制硅烷、氨气的比例沉积具有较低折射率的sinx膜层，使用低折射率的氮化硅膜层能够增强对光的长波段的吸收，减少消光损失，提高电池对光的利用率，同时低折射率的sinx中氢原子含量增加，sinx厚度增加，增强介质膜钝化效果，减弱介质膜钝化衰减现象。具体的，第一层sinx是通入氨气与硅烷的比例为(3-5):(0.5-2)，其折射率＜2.24％。第二层sinx通入氨气与硅烷的比例为(6-7.5):(0.5-1.5)，其折射率＜2.20％，本发明沉积较低折射率的氮化硅膜，可以起到优异的钝化作用，进一步增强太阳能电池的长波响应，同时减弱太阳能电池的电致衰减现象。第一层sinx和第二层sinx在不同的氨气与硅烷的比例下进行，从而形成不同折射率的sinx，解决介质膜层之间的光学匹配度问题，减少消光损失，膜层之间折射率如果差异较大,容易导致光学失配从而造成光损失，使得太阳能电池整体效率偏低。。3、沉积占空比：一般来说，薄膜的表面粗糙度和硬度都随着占空比的变化而变化，其微观结构也会随着占空比而发生变化，本发明第一层sinx和第二层sinx在沉积占空比为(1-10):(50-60)ms下进行，得到具有立方结构的sinx，具有结构均匀，高的机械强度，耐磨损和抗氧化的作用。此外，反应腔的等离子功率和压强也会影响介质膜的钝化效果，本发明等离子功率为5000-6500w、压强为1500-1700mtor，具有通过调节沉积参数，优化介质钝化膜，减少氮化硅膜张力或应力，防止膜层裂开的作用。优选的，在温度420℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-4):(0.5-1.2)，形成折射率＜2.24％的第一层sinx；在温度440℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6.5-7.2):(0.5-1.0)，形成折射率＜2.20％的第二层sinx。优选的，所述第一层sinx的折射率比第二层sinx的折射率大0.1-5％，实现介质层钝化膜具有减反射膜的作用。sinx膜由内而外的折射率逐渐降低，使入射光在膜层中多次折射，增强太阳能电池对短波光的吸收。作为sinx的折射率的更佳实施方式：所述第一层sinx的折射率为2.20％-2.24％，所述第二层sinx的折射率为2.16％-2.19％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.18％-2.20％，所述第二层sinx的折射率为2.12％-2.16％；或者，所述第一层sinx的折射率为2.16％-2.19％，所述第二层sinx的折射率为2.10％-2.14％。进一步，所述氧化硅层是在温度385-420℃、等离子体功率为5000-6500w、压强为800-1200mtor、沉积占空比(1-3):(150)ms的反应腔内进行，通入笑气流量4000-5000sccm，硅烷流量100-200sccm，沉积时间为210s-250s。氧化硅钝化层具有良好的致密性，可以降低硅片背表面的少子复合速率，提高了电池的开路电压和短路电流，并且可以有效的阻碍金属杂质进入硅机体内。相应的，如图1所示，本发明公开一种降低perc电池电致衰减的介质钝化膜，在硅片10背面依次包括al2o31、siox2、sinx3，其中，sinx3包括第一层sinx31和第二层sinx32，所述第一层sinx31是在温度410-425℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-5):(0.5-2)形成，其折射率＜2.24％；所述第二层sinx32是在温度435-445℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6-7.5):(0.5-1.5)形成，其折射率＜2.20％；所述第一层sinx31的折射率大于第二层sinx32的折射率。本发明介质钝化膜包括自下而上依次贴附在硅基体上的氧化铝钝化层、氧化硅钝化层和氮化硅层，其中，siox2具有良好的致密性，可以降低硅片背表面的少子复合速率，提高了电池的开路电压和短路电流，并且可以有效的阻碍金属杂质进入硅机体内。再利用等离子体沉积设备，通过控制硅烷、氨气的比例沉积具有较低折射率的sinx3，使用低折射率的氮化硅膜层能够增强对光的长波段的吸收，减少消光损失，提高电池对光的利用率，同时低折射率的sinx中氢原子含量增加，sinx厚度增加，增强介质膜钝化效果，减弱介质膜钝化衰减现象。优选的，所述第一层sinx是在温度420℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-4):(0.5-1.2)形成，其折射率＜2.24％；所述第二层sinx是在温度440℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6.5-7.2):(0.5-1.0)形成，其折射率＜2.20％。优选的，所述第一层sinx31的折射率比第二层sinx32的折射率大0.1-5％。更佳的，所述第一层sinx31的折射率为2.20％-2.24％，所述第二层sinx32的折射率为2.16％-2.19％；或者，所述第一层sinx31的折射率为2.18％-2.20％，所述第二层sinx32的折射率为2.12％-2.16％；或者，所述第一层sinx31的折射率为2.16％-2.19％，所述第二层sinx32的折射率为2.10％-2.14％。所述第一层sinx是在温度420℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(3-4):(0.5-1.2)形成，其折射率＜2.24％；所述第二层sinx是在温度440℃的反应腔内，通入氨气与硅烷的比例为(6.5-7.2):(0.5-1.0)形成，其折射率＜2.20％。综上所述，本发明通过增强介质层膜的钝化来降低cid，对缺陷和悬挂键以及硼氧键具有更好的钝化效果，并且能阻碍金属杂质进入硅机体内，能明显降低cid衰减，而且，制备方法简单、操作简便、成本低，且技术难度适中，兼容性高，容易工业量产化。下面以具体实施例进一步阐述本发明实施例一在掺b基底的p型单晶硅片(10-16cm-1)，经过制绒、扩散、se激光、刻蚀以及常压退火后，进行背面perc镀膜，包括：(1)沉积al2o31；(2)沉积siox2：siox2工艺是在温度400℃、等离子体功率6000w、压强1000mtor、沉积占空比2:150ms的反应腔内进行，通入笑气流量4500sccm，硅烷流量150sccm，沉积时间是220s-240s；(3)沉积第一层sinx31：第一层sinx31工艺是在温度420℃、等离子功率5500w、压强1600mtor、沉积占空比2:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为3.6:0.93，折射率2.18％-2.20％。(3)沉积第二层sinx32：第二层sinx32工艺是在温度440℃，等离子功率5500w，压强1600mtor、沉积占空比2:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为6.8:0.87，折射率2.12％-2.16％。实施例二在掺b基底的p型单晶硅片(10-16cm-1)，经过制绒、扩散、se激光、刻蚀以及常压退火后，进行背面perc镀膜，包括：(1)沉积al2o31；(2)沉积siox2：siox2工艺是在温度400℃、等离子体功率6000w、压强1000mtor、沉积占空比2:150ms的反应腔内进行，通入笑气流量4500sccm，硅烷流量150sccm，沉积时间是220s-240s；(3)沉积第一层sinx31：第一层sinx31工艺是在温度420℃、等离子功率5500w、压强1600mtor、沉积占空比2:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为3.7:0.90，折射率2.16％-2.19％。(3)沉积第二层sinx32：第二层sinx32工艺是在温度440℃，等离子功率5500w，压强1600mtor、沉积占空比2:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为6.9:0.83，折射率2.10％-2.14％。实施例三在掺b基底的p型单晶硅片(10-16cm-1)，经过制绒、扩散、se激光、刻蚀以及常压退火后，进行背面perc镀膜，包括：(1)沉积al2o31；(2)沉积siox2：siox2工艺是在温度390℃、等离子体功率6000w、压强1100mtor、沉积占空比1:150ms的反应腔内进行，通入笑气流量4500sccm，硅烷流量180sccm，沉积时间是220s-240s；(3)沉积第一层sinx31：第一层sinx31工艺是在温度415℃、等离子功率6000w、压强1700mtor、沉积占空比3:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为3.8:1.05，折射率2.17％-2.20％。(3)沉积第二层sinx32：第二层sinx32工艺是在温度438℃，等离子功率6000w，压强1700mtor、沉积占空比3:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为6.7:0.95，折射率2.10％-2.15％。实施例四在掺b基底的p型单晶硅片(10-16cm-1)，经过制绒、扩散、se激光、刻蚀以及常压退火后，进行背面perc镀膜，包括：(1)沉积al2o31；(2)沉积siox2：siox2工艺是在温度400℃、等离子体功率6000w、压强1000mtor、沉积占空比2:150ms的反应腔内进行，通入笑气流量4500sccm，硅烷流量150sccm，沉积时间是220s-240s；(3)沉积第一层sinx31：第一层sinx31工艺是在温度420℃、等离子功率5500w、压强1600mtor、沉积占空比2:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为3.5:1.0，折射率2.20％-2.24％。(3)沉积第二层sinx32：第二层sinx32工艺是在温度440℃，等离子功率5500w，压强1600mtor、沉积占空比5:60ms的反应腔内进行，通入氨气与硅烷的比例为6.8:0.97，折射率2.16％-2.20％。实施例一至四的相关测试数据如下：commentoutput(pcs)uoc(v)isc(a)rs(ω)rshffetairev2(a)常规工艺2000.676510.1750.0036286280.8722.091％0.032实施例一2000.677010.1800.0035868980.9422.103％0.035实施列二2000.677110.2000.0035571181.0522.147％0.043实施例三2000.67819.8080.0035380781.2422.116％0.030实施列四2000.677910.1010.0034487481.4722.088％0.047由上可知，实施例一和实施例四通过沉积氧化硅层，调整气体氨气和硅烷的比值，沉积低折射率的氮化硅复合层，达到增强介质膜钝化效果，减弱介质膜钝化衰减的目的。如图2所示，相对于常规工艺，本发明实施例一至四，均能有效降低cid。以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页12