一种管式PERC太阳能电池背钝化结构及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种管式perc太阳能电池背钝化结构及其制备方法。

背景技术：

perc(passivatedemitterrearcontact)太阳电池是在背面镀钝化复合膜，再局部开槽接触的电池。与其他电池高效技术有很好的兼容性，所以perc电池是目前应用比较广泛的一种高效太阳能电池，应用和发展前景广阔，prec电池核心是在硅片的背面用氧化铝和氮化硅覆盖，由于沉积氧化铝钝化层较薄，需要在此膜上沉积氮化硅以起到保护作用、同时增强背面的反射率，以起到钝化表面、提高长波响应的作用，以此提高开路电压和短路电流，从而提升电池的转换效率。

现有技术中，一般采用原子层沉积(ald)和板式perc形成氧化铝钝化层；其中，ald形成的氧化铝膜具有均匀性良好，可精确控制钝化层的质量和厚度，但是其生产速度很慢，大规模工业化较为困难。板式pecvd由不同的腔室组成，每个腔室镀一层膜，一旦设备固定，复合膜的层数就已经固定，因此板式的pecvd的缺点是不能灵活的调节膜层的组合，更好的优化背钝化膜的钝化效果，从而限制电池的光电转换效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法，其制备得到的背钝化结构钝化效果良好，可有效提升perc太阳能电池的转换效率。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种管式perc太阳能电池，其转换效率高，可靠性强。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法，其包括：

(1)将经过退火的太阳能电池片加载至管式pecvd设备中；

(2)在所述太阳能电池片背面形成氧化铝层；

(3)在管式pecvd设备中通入含氧混合气体，并采用所述含氧混合气体形成的等离子体对所述氧化铝层进行处理，以提升所述氧化铝层的负电荷密度；

(4)在经过处理的氧化铝层上形成至少一层氮化硅层，即得到管式perc太阳能电池背钝化结构成品。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述含氧混合气体至少包括o2、o3、n2o、no2、h2o中的一种。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述含氧混合气体为nh3和含氧气体的混合物；所述含氧气体为o2、o3、n2o、no2、h2o中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，其特征在于，步骤(2)中，在260-290℃下形成氧化铝层；

步骤(3)中，在300-400℃下对所述氧化铝层进行处理。

作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：

(3.1)在管式pecvd设备中通入n2o和nh3混合气体，控制反应温度为300-400℃，混合气体在射频脉冲的作用下形成等离子体，进而对氧化铝层进行处理；

(3.2)在管式pecvd设备中通入n2o，控制反应温度为300-400℃，n2o在射频脉冲的作用下形成等离子体，进而对氧化铝层进行处理。

作为上述技术方案的改进，步骤(3.1)中，n2o的流量为2-4slm，nh3的流量为2-4slm，处理时间为100-500s，射频功率为3000-6000w，占空比为8：(20-30)，腔室压强为800-1200mtorr；

步骤(3.2)中，n2o的流量为4-8slm，反应温度为300-400℃，反应时间为60-300s，射频功率为3000-6000w，占空比为8：(20-30)，腔室压强为1000-2000mtorr。

作为上述技术方案的改进，步骤(4)包括：

(4.1)采用n2o、nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在经过处理的氧化铝层上形成氮氧化硅层；

(4.2)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述氮氧化硅层上形成第一氮化硅层；

(4.3)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述第一氮化硅层上形成第二氮化硅层；

所述第一氮化硅层和第二氮化硅层的折射率不同。

作为上述技术方案的改进，步骤(4.1)中，n2o的流量为3-5slm，nh3的流量为0-1slm，sih4的流量为100-200sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为200-400s，射频功率为8000-10000w，占空比为5：(100-200)，腔室压强为800-1200mtorr；

其中步骤(4.2)中，nh3的流量为3-5slm，sih4的流量为800-1000sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为150-250s，射频功率为12000-15000w，占空比为5：(50-70)，腔室压强为1300-1800mtorr；

其中步骤(4.3)中，nh3的流量为5-10slm，sih4的流量为800-1000sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为350-550s，射频功率为12000-15000w，占空比为5:50-5:70，腔室压强为1300-1800mtorr。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，采用tma和n2o的混合气体形成氧化铝层，其中，tma的流量为250-500sccm，n2o的流量为3-5slm，反应温度为260-290℃，反应时间为60-150s，射频功率为3000-6000w，占空比为2:(60-150)，腔室压强为1000-2000mtorr。

相应的，本发明还公开了一种管式perc太阳能电池背钝化结构，其采用上述的管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法制备而得。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明通过采用含氧混合气体对氧化铝钝化层进行处理，其可有效提升氧化铝钝化层的负电荷密度，进而有效减少表面的电子浓度，从而对太阳能电池形成极好的场效应钝化，提升太阳能电池的转换效率。本发明的钝化结构，对perc太阳能电池转化效率的提升可达到0.05％以上。同时，本发明中的钝化结构各膜层紧密、均匀，有效保证了perc太阳能电池的效率、良率和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法流程图。

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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

本发明提供了一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法，其包括以下步骤：

s1：将经过退火的太阳能电池片加载至管式pecvd设备中；

具体的，太阳能电池片的制备方法包括：：提供一硅片，依次对硅片进行制绒、扩散、刻蚀、形成减反膜和钝化膜、丝网印刷电极浆料，得到太阳能电池坯体；提供硅片，依次进行制绒、扩散、激光掺杂、刻蚀去除pn结，退火。

本发明采用管式pecvd设备，其采用直接的等离子镀膜的方法，可以灵活的调节复合膜的结构和组成，膜层的钝化效果好，能大幅提升perc太阳能电池的光电转换效率。

s2：在太阳能电池片背面形成氧化铝层；

具体的，采用tma和n2o的混合气体形成氧化铝层，但不限于此。

其中，tma的流量为250-500sccm，n2o的流量为3-5slm，反应温度为260-290℃，反应时间为60-150s，射频功率为3000-6000w，占空比为2:(60-150)，腔室压强为1000-2000mtorr。

当形成氧化铝层的反应温度＜260℃时，反应气体形成的等离子体在太阳能电池片内迁移率较低，外来的分子和原子容易被太阳能电池片冷却，无法迁移成核，导致形成的氧化铝层表面粗糙，场钝化作用差。而当反应温度在260-290℃时，形成的氧化铝层平整致密，可提升少子寿命，进而提升钝化效果。

当腔室压强＞2000mtorr时，片间均匀性较差。当腔室压强＜1000mtorr时，片内均匀性较差。优选的，反应腔室压强为1200-1800mtorr，此范围内，片间均匀性和片内均匀性较好。

通过对射频功率、占空比、反应温度、反应时间以及腔室压强，可提升片间、片内均匀性，提升勺子寿命，提升钝化效果。

具体的，通过上述步骤后，在太阳能电池片背面形成厚度为5-10nm的氧化铝钝化层。

s3：在管式pecvd设备中通入含氧混合气体，并采用所述含氧混合气体形成的等离子体对所述氧化铝层进行处理，以提升所述氧化铝层的负电荷密度；

管式pecvd形成氧化铝层的速度较快，但是其均匀性较差，负电荷密度低。为此，本发明采用含氧混合气体对氧化铝层进行处理，以提供更多的o^2-，提升氧化铝层的负电荷密度，进而提升氧化铝层的场钝化效果。

具体的，在本发明的一个实施例之中，含氧混合气体至少包括了o2、o3、n2o、no2、h2o中的一种。优选的，含氧混合气体至少包括n2o。在本发明的另一实施例之中，可采用nh3和含氧气体的混合物，所述含氧气体选自o2、o3、n2o、no2、h2o中的一种；优选的，采用nh3和n2o的混合气体。

其中，在300-400℃下对所述氧化铝层进行处理，在此温度下不仅可采用含氧气体提升氧化铝层的负电荷的密度，也可对氧化铝层进行退火处理，使得其更加紧密均匀，提升其钝化效果。

进一步的，为了提升氧化铝层的场钝化效果，在本发明中，采用含氧混合气体对氧化铝层进行处理，以形成具有渐变负电荷密度的氧化铝层。具体的，在本发明的一个实施例之中，可逐步提升含氧混合气体中含氧气体的浓度/流量，以形成渐变负电荷密度的氧化铝层。

在本发明的另一实施例之中，为了形成具有渐变负电荷密度的氧化铝层。

s3包括以下步骤：

s31：在管式pecvd设备中通入n2o和nh3混合气体，控制反应温度为300-400℃，混合气体在射频脉冲的作用下形成等离子体，进而对氧化铝层进行处理；

由于氧化铝层中含有大量的h，因此本步骤中采用n2o和nh3的混合气体作为反应气体，可起到过渡的作用。

具体的，n2o的流量为2-4slm，nh3的流量为2-4slm，处理时间为100-500s，射频功率为3000-6000w，占空比为8：(20-30)，腔室压强为800-1200mtorr；

s32：在管式pecvd设备中通入n2o，控制反应温度为300-400℃，n2o在射频脉冲的作用下形成等离子体，进而对氧化铝层进行处理；

具体的，n2o的流量为4-8slm，反应温度为300-400℃，反应时间为60-300s，射频功率为3000-6000w，占空比为8：(20-30)，腔室压强为1000-2000mtorr。

s4：在经过处理的氧化铝层上形成至少一层氮化硅层，即得到管式perc太阳能电池背钝化结构；

具体的，s4包括：

s41：采用n2o、nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在经过处理的氧化铝层上形成氮氧化硅层；

具体的，n2o的流量为3-5slm，nh3的流量为0-1slm，sih4的流量为100-200sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为200-400s，射频功率为8000-10000w，占空比为5：(100-200)，腔室压强为800-1200mtor；

氮氧化硅层的厚度为10-20nm。

s42：采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述氮氧化硅层上形成第一氮化硅层；

具体的，nh3的流量为3-5slm，sih4的流量为800-1000sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为150-250s，射频功率为12000-15000w，占空比为5：(50-70)，腔室压强为1300-1800mtor；

第一氮化硅层的厚度为100-120nm。

s43：

采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述第一氮化硅层上形成第二氮化硅层；

具体的，nh3的流量为5-10slm，sih4的流量为800-1000sccm，反应温度为400-450℃，反应时间为350-550s，射频功率为12000-15000w，占空比为5:50-5:70，腔室压强为1300-1800mtor。

通过上述三个步骤，可在氧化铝层上形成不同折射率的氮化硅层；其能够更好的对投射过来的长波段的光进行反射利用。

相应的，本发明还公开了一种管式perc太阳能坚持的背钝化结构，其采用上述制备方法制备而得。

下面以具体实施例进一步说明本发明：

实施例1

本实施例公开了一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法，其包括：

(1)将经过退火的太阳能电池片加载至管式pecvd设备中；

(2)采用tma和n2o的混合气体形成氧化铝层；其中，tma的流量为300sccm，n2o的流量为4slm，反应温度为290℃，反应时间为70s，射频功率为4000w，占空比为1:40，腔室压强为1600mtorr。

(3)在管式pecvd设备中通入n2o和nh3混合气体，进行反应；控制反应温度为320℃，n2o的流量为2.5slm，nh3的流量为3.5slm，处理时间为200s，射频功率为4000w，占空比为8：25，腔室压强为1000mtorr；

(4)在管式pecvd设备中通入n2o，进行反应；控制反应温度为350℃，n2o的流量为5slm，反应时间为100s，射频功率为5000w，占空比为8：30，腔室压强为2000mtorr。

(5)采用n2o、nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在经过处理的氧化铝层上形成氮氧化硅层；其中，n2o的流量为3.5slm，nh3的流量为0.4slm，sih4的流量为150sccm，反应温度为440℃，反应时间为280s，射频功率为8000w，占空比为5：170，腔室压强为900mtorr；

(6)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述氮氧化硅层上形成第一氮化硅层；其中，nh3的流量为4slm，sih4的流量为900sccm，反应温度为420℃，反应时间为230s，射频功率为13000w，占空比为5:70，腔室压强为1600mtorr；

(7)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述第一氮化硅层上形成第二氮化硅层；nh3的流量为6slm，sih4的流量为850sccm，反应温度为440℃，反应时间为450s，射频功率为12000w，占空比为5:60，腔室压强为1400mtorr。

采用该方法在p型硅片上形成钝化结构；片内均匀性为2.72％，片间均匀性为2.94％；平均少子寿命提高到了190μs，采用上述钝化结构的perc太阳能电池的转换效率为21.985％。现有技术采用管式pecvd直接沉积的氧化铝层和氮化硅层钝化结构，其片内均匀性为3.47％，片间均匀性为4.25％；采用上述钝化结构的perc太阳能电池的转换仙侣为21.815％。

实施例2

本实施例公开了一种管式perc太阳能电池背钝化结构的制备方法，其包括：

(1)将经过退火的太阳能电池片加载至管式pecvd设备中；

(2)采用tma和n2o的混合气体形成氧化铝层；其中，tma的流量为450sccm，n2o的流量为4.5slm，反应温度为280℃，反应时间为100s，射频功率为5000w，占空比为2:100，腔室压强为1200mtorr。

(3)在管式pecvd设备中通入n2o和nh3混合气体，进行反应；控制反应温度为350℃，n2o的流量为3slm，nh3的流量为4slm，处理时间为400s，射频功率为5000w，占空比为8：25，腔室压强为900mtorr；

(4)在管式pecvd设备中通入n2o，进行反应；控制反应温度为380℃，n2o的流量为7slm，反应时间为200s，射频功率为5000w，占空比为8：28，腔室压强为1500mtorr。

(5)采用n2o、nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在经过处理的氧化铝层上形成氮氧化硅层；其中，n2o的流量为4slm，nh3的流量为0.3slm，sih4的流量为180sccm，反应温度为420℃，反应时间为320s，射频功率为9500w，占空比为5：150，腔室压强为1000mtorr；

(6)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述氮氧化硅层上形成第一氮化硅层；其中，nh3的流量为3.5slm，sih4的流量为950sccm，反应温度为440℃，反应时间为300s，射频功率为13000w，占空比为5:60，腔室压强为1400mtorr；

(7)采用nh3和sih4的混合气体作为反应气体，在所述第一氮化硅层上形成第二氮化硅层；nh3的流量为7slm，sih4的流量为950sccm，反应温度为440℃，反应时间为500s，射频功率为14000w，占空比为5:60，腔室压强为1600mtorr。

采用该方法在p型硅片上形成钝化结构；片内均匀性为2.54％，片间均匀性为3.07％；平均少子寿命提高到了213μs，采用上述钝化结构的perc太阳能电池的转换效率为22.103％。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。