一种PERC电池背面多层膜结构的制作方法

一种perc电池背面多层膜结构
技术领域
1.本实用新型属于光伏组件技术领域，具体涉及一种perc电池背面多层膜结构。


背景技术：

2.一般地，perc(passivated emitterand rear cell)太阳能双面电池的钝化主要包括体钝化、场钝化以及化学钝化。传统的电池背面钝化膜的膜层结构为氧化铝层加氮化硅层。在p型硅中之所以用氧化铝作为钝化膜层，是因为氧化铝表面的固定电荷为负电荷，其能够在perc电池背面形成很好的场钝化效应，从而提升perc电池的转换效率，但它对于提升电池背面的体钝化和化学钝化的效果不明显。
3.通过增强perc太阳能电池背面的氢钝化有助于提升电池的体钝化效应。例如，现有技术如申请号为cn110767757a，名称为“一种高效perc电池背面氧化铝膜及其制备方法”的发明专利，其公开了先在硅片背面进行pecvd沉积，形成氧化铝层，再通入nh3引入氢源，氢源能够进入氧化铝层以及p型硅表层，在p型硅背面形成高氢介质膜，有助于提升电池的光电转化效率。但在形成高氢介质膜的时候，nh3的等离子体会对硅片的表面有轰击作用，导致硅片表面产生很多悬空键，使硅片表面的缺陷密度增加，破坏了原来硅片表面的化学钝化，不利于电池效率的进一步提升。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本实用新型的目的是提供一种改进的perc电池背面多层膜结构，其能够增强电池的体钝化效应，同时解决在硅片背面利用等离子体引入氢源时导致硅片表面的缺陷密度增加，化学钝化效应被破坏的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：
6.一种perc电池背面多层膜结构，包括由内向外依次设置在硅片背面的第一富氢层(通入水蒸气并用等离子体增强化学气相沉积的方法得到氢的等离子体，这些氢的等离子体沉积在硅片表面形成一层丰富的富氢层，这部分氢一方面可以与硅表面的悬挂健结合，另一部分慢慢进入硅体内，钝化硅体内的缺陷或杂质，起到体钝化的作用)、第一氧化硅层、氧化铝层及氮化硅层，所述硅片为p型硅。
7.通过在硅片背面设置第一富氢层提升电池的体钝化效应，并在第一富氢层之后设置第一氧化硅层，其能够减少硅片背面由于等离子体的轰击作用导致的缺陷密度，进而增加硅片背面的化学钝化的效果，并且还能阻止氢源从硅片背面溢出，进一步实现电池转换效率的提升。
8.根据本实用新型的一些优选实施方面，所述氧化铝层与所述氮化硅层之间设置有第二富氢层。第二富氢层的作用与第一富氢层的作用相同，起到增加硅表面的体钝化的效果。
9.根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第二富氢层与所述氮化硅层之间设置有第二氧化硅层和/或氮氧化硅层。在本实用新型的一些实施例中，perc电池背面多层膜结
构由内向外依次包括位于硅片背面的第一富氢层、第一氧化硅层、氧化铝层、第二富氢层、第二氧化硅层、氮氧化硅层及氮化硅层；在本实用新型的其他一些实施例中，多层膜结构由内向外还可依次包括位于硅片背面的第一富氢层、第一氧化硅层、氧化铝层、第二富氢层、第二氧化硅层及氮化硅层；或依次包括位于硅片背面的第一富氢层、第一氧化硅层、氧化铝层、第二富氢层、氮氧化硅层及氮化硅层。其中，第二氧化硅层和氮氧化硅层所起的作用相同，可以有效防止直接叠加氮化硅层所带来的氧化铝层表面固定电荷的降低，导致太阳能电池的转换效率降低的情况。若在氧化铝层之后直接叠加氮化硅层，由于氮化硅的表面固定电荷为正电荷，且正电荷的量较多，直接叠加在氧化铝层表面，会中和掉氧化铝表面的负电荷，从而减弱氧化铝的背面场钝化效果。
10.根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一富氢层、第一氧化硅层、氧化铝层、第二富氢层、第二氧化硅层、氮氧化硅层及氮化硅层为单层或多层结构。
11.根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一富氢层、第一氧化硅层、氧化铝层、第二富氢层、第二氧化硅层、氮氧化硅层均为单层结构，所述氮化硅层为多层结构。在本实用新型的一些实施例中，氮化硅层优选为两层或三层结构。
12.根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一氧化硅层的厚度范围为1-2nm，所述氧化铝层的厚度范围为5-15nm，所述第二氧化硅层的厚度范围为3-8nm，所述氮氧化硅层的厚度范围为15-25nm，所述氮化硅层的总厚度范围为50-80nm。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：本实用新型的一种perc电池背面多层膜结构，通过在硅片背面设置第一富氢层以提升电池的体钝化效应，并在第一富氢层之后设置一层第一氧化硅层，用于减少硅片背面由于等离子体的轰击导致的缺陷密度，增加硅片背面的化学钝化的效果，从而提高电池开路电压和短路电流，最终实现perc太阳能电池的转换效率的提升。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本实用新型的实施例一中的一种perc电池背面多层膜结构的示意图；
16.图2是本实用新型的实施例二中的一种perc电池背面多层膜结构的示意图；
17.图3是本实用新型的实施例三中的一种perc电池背面多层膜结构的示意图；
18.其中，附图标记包括：硅片-1，第一富氢层-2，第一氧化硅层-3，氧化铝层-4，第二富氢层-5，第二氧化硅层-6，氮氧化硅层-7，氮化硅层-8。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都应当属于本实用新型保护的范围。
20.实施例一：
21.参照图1，本实施例中的perc电池背面多层膜结构，由内向外依次包括设置在硅片1背面的第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5、第二氧化硅层6、氮氧化硅层7和氮化硅层8。其中，第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5、第二氧化硅层6和氮氧化硅层7均为单层结构，氮化硅层8为两层或三层结构。
22.本实施例的perc电池背面多层膜结构的制备方法如下所述，主要包括以下步骤：
23.step1：将热氧退火后的硅片1置入管式pecvd(plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积法)设备中，并将腔体温度加热到250-350℃，抽真空到100-2000mtoor(压强单位，为微米汞柱的压强，即毫米汞柱压强的千分之一)，通入水蒸气，打开射频电源制备硅片1表面的第一富氢层2；其中，水蒸气通过n2携带进入反应腔体内，n2的流量为2-10slm(standard liter per minute，1slm表示标准状态下，每分钟1升的流量)，射频电源的射频功率为10-15kw，占空比(微波开启与关闭占空比)为8:15-12:60，运行时间为10-20s；
24.step2：吹扫残余气体，抽真空，测漏，腔体内压强维持在100-2000mtoor，温度维持在250-350℃，通入n2o、sih4以及少量的nh3，打开射频电源制备第一氧化硅层3；其中，sih4的流量为100-500sccm(standard cubic centimeter perminute，1sccm表示标准状态下，每分钟1立方厘米的流量)，nh3的流量为50-800sccm，n2o的流量为4-8slm，射频功率为3-5kw，占空比为6:48-8:120，运行时间为10-30s；
25.step3：吹扫残余气体，抽真空，测漏，腔体内压强维持在100-2000mtoor，温度维持在250-350℃，通入n2o和tma(三甲基铝)反应气体，打开射频电源制备钝化膜：氧化铝层4；其中，n2o的流量为4-8slm，tma的流量为30-100sccm，射频功率为7-14kw，占空比为2:80-4:50，运行时间为1-3min；
26.step4：吹扫残余气体，抽真空到100-2000mtoor，将温度升到350-500℃；
27.step5：等温度稳定后，通入水蒸气，打开射频电源制备氧化铝层4表面的第二富氢层5；其中，水蒸气通过n2携带进入反应腔体内，n2的流量为2-10slm，射频电源的射频功率为10-15kw，占空比为8:15-12:60，运行时间为10-20s
28.step6：吹扫残余气体，抽真空，测漏，腔体内压强维持在100-2000mtoor，温度维持在350-500℃，通入n2o、sih4以及nh3，打开射频电源制备第二氧化硅层6；其中，sih4的流量为100-500sccm，nh3的流量为50-800sccm，n2o的流量为4-8slm，射频功率为4-7kw，占空比为6:48-8:120，运行时间为10-30s；
29.step7：吹扫残余气体，抽真空，测漏，腔体内压强维持在100-2000mtoor，温度维持在350-500℃，通入n2o、sih4及nh3，打开射频电源制备氮氧化硅层7；其中，sih4的流量为1.5-2.5slm，nh3的流量为3-6slm，n2o的流量为4-8slm，射频功率为7-14kw，占空比为2:48-6:80，运行时间为2-3min；
30.step8：吹扫残余气体，抽真空，测漏，腔体内压强维持在100-2000mtoor，温度维持在350-500℃，通入sih4以及nh3，打开射频电源制备氮化硅层8，sih4的流量为1000-2500sccm，nh3的流量为8-14slm，射频功率为7-14kw，占空比为6:35-7:30，运行时间为5-8min。
31.实施例二：
32.参照图2，本实施例中的perc电池背面多层膜结构，由内向外依次包括设置在硅片1背面的第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5、第二氧化硅层6和氮化硅层8。其中，第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5、第二氧化硅层6均为单层结构，氮化硅层8为两层或三层结构。
33.本实施例的perc电池背面多层膜结构的制备方法与实施例一的区别在于没有step7的步骤，在step6制备第二氧化硅层之后直接进入step8制备氮化硅层。
34.实施例三：
35.参照图3，本实施例中的perc电池背面多层膜结构由内向外依次包括设置在硅片1背面的第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5、氮氧化硅层7和氮化硅层8。其中，第一富氢层2、第一氧化硅层3、氧化铝层4、第二富氢层5和氮氧化硅层7均为单层结构，氮化硅层8为两层或三层结构。
36.本实施例的perc电池背面多层膜结构的制备方法与实施例一的区别在于没有step6这一步的步骤，在step5制备第二富氢层之后直接进入step7制备氮氧化硅层。
37.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。