一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池及其生产工艺的制作方法

本发明涉及太阳电池，尤其是涉及一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池及其生产工艺。

背景技术：

1、随着能源危机与人们环保意识的逐渐提高，绿色可持续的太阳能逐渐被重视。太阳电池是直接将光能转化为电能的微电子器件，其经过多年的发展，有多种结构，包括perc(发射极背面钝化电池)、topcon(隧穿氧化钝化太阳电池)、hjt(异质结太阳电池)等。目前，综合考虑电池效率以及制造成本，topcon电池无疑是目前的主流。而工业制造中，就topcon电池的关键结构制造，路线主要分为三种，lpcvd(低压化学气相沉积)、pecvd(等离子体增强化学气相沉积)以及pvd(物理气相沉积)。

2、传统的topcon结构由lpcvd(低压化学气相沉积)制备，这是一种经典的制备方法，多年的发展使得这一技术的成熟度很高，工艺简单，成本较低。但是作为一种气相沉积技术，即使采用将两片硅片叠放在一起加工的方式，仍会在另一面以及侧面沉积产物，即产生“绕镀”。由于电池两面沉积材料性质完全相反，绕镀会导致漏电以及电池性质下降。

3、pvd技术实现了工艺时间、制造成本的下降以及良率的提高，可是通常要制备n+poly层，就需要在pvd设备中通入ph3气体，以掺杂p原子，所以a-si层含有高浓度的[h]，即氢化非晶硅(a-si：h)，大多数[h]将以si-h键的形式存在于薄膜的无序体和空隙表面，但是它们中的一些也可以作为h2分子留在大的空隙中，a-si：h的质量密度略低于纯a-si薄膜，而且在退火时存在于内部空隙中的[h]会重新结合并流出，这将使得a-si趋向于形成松弛的多晶硅晶粒，并导致在c-si/siox以及siox/poly界面积聚压力导致膜层剥离，即发生爆膜(如图1和图2所示现象)，爆膜会导致钝化膜钝化性能失效，导致电池片性能下降，效率降低。

4、但是，传统的lpcvd工艺却很少产生爆膜，这主要是由于lpcvd采用高温沉积，沉积时，si-h键已被打开，膜层中以si-h键的形式存在[h]含量很低，这使得在后续退火中，[h]结合产生h2而积聚气压导致爆膜概率变低。由此可见，减少[h]的含量可以有效减少爆膜的产生，然而，[h]的存在也是siox/n+poly组合钝化层钝化性能的保障，这是由于a-si由于缺乏长程有序，在导带底和价带顶附近存在定域态带尾；由于存在大量的悬挂键，在禁带中间会形成大量的带隙态，而[h]体积、质量较小，可以轻易的进入a-si无序的网络结构中而不会改变网络结构，钝化悬挂键，减少复合密度，所以一定量[h]的存在也是必须的。

5、可见，lpcvd技术可以减少爆膜不良的产生，但是会产生绕镀；而pvd技术可以减少绕镀的产生，却会带来爆膜的问题。因此，如何研发设计出一种既能兼顾减少绕镀又能防止爆膜的太阳电池生产技术尤为重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池及其生产工艺，基于pvd技术，设计一种可以兼顾减少绕镀以及防止爆膜的太阳电池工艺技术。

2、为实现上述目的，本发明采用以下内容：

3、本发明提供一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：

4、步骤1、对硅片进行制绒、清洗以及硼扩散工艺；

5、步骤2、利用激光在硅片上需要进行金属栅线印刷的位置进行激光掺杂制备p++发射极；

6、步骤3、采用链式机台，并使用hf水溶液去除硅片背面以及侧面的硼硅玻璃；

7、步骤4、对硅片背面进行碱抛光，经前清洗、抛光后，增加后清洗溶液中的碱含量，微刻蚀硅片抛光面；

8、步骤5、使用pvd技术在硅片背面制备topcon结构，即先制备超薄隧穿氧化层，将生长掺杂非晶硅的工艺分为两部分完成：(1)首先在腔中利用氩离子轰击硅靶材，以在硅片背表面沉积一定厚度的本征非晶硅薄膜，此时，不通入掺杂源，以减少薄膜中[h]的含量；(2)在沉积一定厚度的本征非晶硅薄膜后，再通入ph3气体，掺杂磷元素，制得掺杂非晶硅层；

9、步骤6、在氮气和氨气混合气氛下的退火炉中进行高温退火，以激活掺杂非晶硅层中的掺杂原子，并补充步骤5中在pvd工艺中所减少的[h]；

10、步骤7、退火结束后，进行boe清洗；

11、步骤8、利用原子层沉积设备在硅片正表面制备氧化铝钝化层；

12、步骤9、利用等离子体增强化学沉积系统在硅片的正、背面均制备氮化硅减反射膜，以减少光反射；

13、步骤10、利用丝网印刷设备在硅片正、背面涂敷金属浆料，经烧结炉高温加工，制备金属栅线，使金属材料与硅结合形成合金，将光生载流子导出，完成电池的制备。

14、其中，所述步骤1中：对硅片进行制绒处理，去除表面切割损伤层以及在其表面形成织构化绒面结构，减少光损失；所述硅片采用厚度为130um、方阻为1ω/□的n型硅片。

15、其中，所述步骤1中：所述硅片制绒清洗后，将硅片放入硼扩散炉管中进行硼扩散，硼扩散过程包括前氧化、沉积、推进、后氧化四步。

16、其中，所述沉积的时间降低至90～120s，所述推进的时间降低至350～400s，所述硅片经硼扩散后的方阻约为150ω/□。

17、其中，所述步骤4碱抛光工艺中：将硅片放入后清洗槽中，传统工艺是在槽内按90：1：4的比例添加纯水、氢氧化钠、双氧水，现在工艺是增加槽内溶液中的碱含量，使槽内纯水、氢氧化钠、双氧水比例达到90：3：4，后清洗后再通过盐酸和氢氟酸清洗硅片表面。

18、其中，通过所述步骤4的处理，适当减少硅片背表面反射率，使其反射率由35％下降至25～30％。

19、其中，所述步骤5中：将沉积温度维持在350～400℃，以减少掺杂非晶硅层中以si-h键存在的[h]。

20、其中，所述步骤6中：以600℃左右的温度退火300～500s左右，并在传统氮气气氛下加入一定量的氨气，300s后停止通入氨气，并以10℃/min的速度将退火温度提升至850℃，恒温保持2000s，以激活掺杂非晶硅层中的掺杂原子。

21、本发明还提供一种防爆膜硅太阳电池，该电池结构包括硅衬底，所述硅衬底的正面由内到外依次制备有p++发射极、氧化铝层、氮化硅层、金属电极，所述硅衬底的背面由内到外依次制备有氧化硅隧穿层、轻掺杂并少氢的多晶硅层、重掺杂并富氢的多晶硅层、氮化硅层、金属电极。

22、本发明具有如下技术效果：

23、本发明的防爆膜硅太阳电池生产工艺，基于不会导致绕镀产生的pvd工艺，通过调节topcon结构中的[h]含量，减少爆膜不良的产生，并且通过后续的氨气退火，将[h]补足，保证了薄膜的钝化能力。

技术特征：

1.一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述步骤1中：对硅片进行制绒处理，去除表面切割损伤层以及在其表面形成织构化绒面结构，减少光损失；所述硅片采用厚度为130um、方阻为1ω/□的n型硅片。

3.根据权利要求2所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述步骤1中：所述硅片制绒清洗后，将硅片放入硼扩散炉管中进行硼扩散，硼扩散过程包括前氧化、沉积、推进、后氧化四步。

4.根据权利要求3所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述沉积的时间降低至90～120s，所述推进的时间降低至350～400s，所述硅片经硼扩散后的方阻约为150ω/□。

5.根据权利要求1所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述步骤4碱抛光工艺中：将硅片放入后清洗槽中，传统工艺是在槽内按90：1：4的比例添加纯水、氢氧化钠、双氧水，现在工艺是增加槽内溶液中的碱含量，使槽内纯水、氢氧化钠、双氧水比例达到90：3：4，后清洗后再通过盐酸和氢氟酸清洗硅片表面。

6.根据权利要求5所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，通过所述步骤4的处理，适当减少硅片背表面反射率，使其反射率由35％下降至25～30％。

7.根据权利要求1所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述步骤5中：将沉积温度维持在350～400℃，以减少掺杂非晶硅层中以si-h键存在的[h]。

8.根据权利要求1所述的一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池生产工艺，其特征在于，所述步骤6中：以600℃左右的温度退火300～500s左右，并在传统氮气气氛下加入一定量的氨气，300s后停止通入氨气，并以10℃/min的速度将退火温度提升至850℃，恒温保持2000s，以激活掺杂非晶硅层中的掺杂原子。

9.一种防爆膜硅太阳电池，其特征在于，该电池是根据权利要求1-8任一项所述生产工艺所制造出的，该电池结构包括硅衬底，所述硅衬底的正面由内到外依次制备有p++发射极、氧化铝层、氮化硅层、金属电极，所述硅衬底的背面由内到外依次制备有氧化硅隧穿层、轻掺杂并少氢的多晶硅层、重掺杂并富氢的多晶硅层、氮化硅层、金属电极。

技术总结
本发明公开了一种基于物理沉积技术的防爆膜硅太阳电池及其生产工艺，该电池结构包括硅衬底，正面由内到外依次制备有P++发射极、氧化铝层、氮化硅层、金属电极，背面由内到外依次制备有氧化硅隧穿层、轻掺杂并少氢的多晶硅层、重掺杂并富氢的多晶硅层、氮化硅层、金属电极。本发明的防爆膜硅太阳电池生产工艺，基于不会导致绕镀产生的PVD技术，通过调节TOPCon结构中的[H]含量，减少爆膜不良的产生，并且通过后续的氨气退火，将[H]补足，保证了薄膜的钝化能力；本发明基于PVD技术的防爆膜工艺，相较于已公开的其它制备技术，在不产生绕镀的前提下，减少了爆膜现象的产生，提高了电池良率，减少了组件制备中的残次品。

技术研发人员：张耕,乔晓琴,郭飞,邹金圩,熊大明,林建伟
受保护的技术使用者：山西中来光能电池科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1