一种氧化硅钝化perc双面电池及其制备方法
阅读说明：本技术 一种氧化硅钝化perc双面电池及其制备方法 (Silicon oxide passivated PERC double-sided battery and preparation method thereof ) 是由 刘银生 乐雄英 陆祥 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种氧化硅钝化PERC双面电池及其制备方法。包括硅衬底、设置在硅衬底正面的正面介电层、依次设置在背面的第一介电层和第二介电层；正面介电层包括二氧化硅层和氮化硅层；第一介电层为氧化硅层或氮氧化硅层；第二介电层包括至少一层氮化硅层；第一介电层厚10-100nm；第二介电层厚60-180nm。制备：S1硅衬底表面预清洗及制绒；S2磷扩散制备P-N结；S3硅衬底边缘刻蚀及背面抛光；S4正面介电层中二氧化硅层制备；S5正面介电层中氮化硅层制备；S6背面第一介电层制备；S7背面第二介电层制备；S8背面激光开槽；S9电极制备。本发明的氧化硅钝化PERC双面电池,取代了常规的氧化铝钝化PERC电池,在保证效率的同时可有效降低产品的制造成本,极大实现了电池端降本。(The invention discloses a silicon oxide passivated PERC double-sided battery and a preparation method thereof. The silicon substrate, the front dielectric layer arranged on the front side of the silicon substrate, the first dielectric layer and the second dielectric layer which are sequentially arranged on the back side are included; the front dielectric layer comprises a silicon dioxide layer and a silicon nitride layer; the first dielectric layer is a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer; the second dielectric layer comprises at least one silicon nitride layer; the thickness of the first dielectric layer is 10-100 nm; the second dielectric layer is 60-180nm thick. Preparation: s1, pre-cleaning and texturing the surface of the silicon substrate; s2 preparing P-N junction by phosphorus diffusion; s3 etching the edge of the silicon substrate and polishing the back; s4, preparing a silicon dioxide layer in the front dielectric layer; s5, preparing a silicon nitride layer in the front dielectric layer; s6 preparing a first dielectric layer on the back surface; s7 preparing a second dielectric layer on the back surface; s8 back laser grooving; s9 electrode preparation. The silicon oxide passivated PERC double-sided battery replaces the conventional aluminum oxide passivated PERC battery, the manufacturing cost of the product can be effectively reduced while the efficiency is ensured, and the cost of the battery is greatly reduced.)
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产制造技术领域，具体涉及一种氧化硅钝化PERC双面电池及其制备方法。
背景技术
目前太阳能电池发展的主要目标是降低成本，提高光电转换效率。PERC双面电池正背面均为受光面，可达到双面发电，最终提高单位面积的电量输出。但双面电池同时存在PID(Potential induce degradation，全称为电势诱导衰减)问题。PID通常是指电池组件在长期高压工作下，盖板玻璃封装材料与边框之间出现漏电，电池片表面钝化效果变差，最终导致电池组件性能衰减的现象。针对PERC电池的PID现象，电池端通常采用折射率较高的氮化硅薄膜并且搭配臭氧氧化法或热氧化法在正面形成一层二氧化硅薄膜的方法改善PID问题，同时组件端可使用普通EVA封装膜。
PERC电池的技术关键是实现电池背表面的良好钝化，减少背面悬挂键的复合对电池效率的影响。为了达到这一目标，通常的方法是对电池背面进行抛光，然后在背面依次沉积氧化铝和氮化硅薄膜。背面抛光的目的是提高硅表面的平整度，以减少表面悬挂键的密度；在背面沉积氧化铝的目的是利用氧化铝中存在的大量固定电荷负电荷，可以在硅表面感应生成正电荷层，从而阻止少数载流子在背表面产生复合；在氧化铝薄膜上沉积氮化硅薄膜的目的是用来保护氧化铝薄膜。这种背面氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗PID性能差，需要组件端采用特殊POE材料进行封装。但正面的EVA封装工艺与背面的POE封装工艺不同，两者不能兼容。目前为了解决PERC双面电池两面均在在的PID问题，组件端多采用两面均POE封装，这增加了电池制造成本，不符合光伏行业降本、平价上网的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化硅钝化PERC双面电池，本发明的氧化硅钝化PERC双面电池取代了市场上常规的氧化铝钝化PERC电池，在保证效率的同时可有效降低产品的制造成本，极大实现了电池端降本；本发明的另一目的在于提供一种简单、低成本的氧化硅钝化PERC双面电池的制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种氧化硅钝化PERC双面电池，其特征在于，包括硅衬底、设置在所述硅衬底正面的正面介电层、设置在所述硅衬底背面的第一介电层和设置在所述第一介电层上的第二介电层；所述的正面介电层包括二氧化硅层和氮化硅层；所述的第一介电层为氧化硅层或氮氧化硅层；所述的第二介电层包括至少一层氮化硅层；所述的第一介电层的厚度为10-100nm；所述的第二介电层的厚度为60-180nm。本发明的氧化硅钝化PERC双面电池与市场量产PERC电池的区别在于，背面介电层不同，本发明的电池未涉及到氧化铝介电层。本发明的氧化硅钝化PERC双面电池，其背面介电层采用氧化硅/氮氧化硅/氮化硅(SixOy/SixOyNz/SixNy)叠层膜结构，氮氧化硅薄膜(SixOyNz)是二氧化硅和氮化硅的中间相，具有优良的钝化增透特性，其折射率在一定范围内可调，使得氮氧化硅薄膜具有良好的光学特性。同时氮氧化硅也含有大量氢原子，可以实现良好的钝化效果。氧的存在又可以使氮氧化硅在硅表面获得较好的界面质量以及更快的生产速率。另一方面，氮氧化硅薄膜硬度高，具有优越的机械性能、热特性、抗腐蚀性、耐磨性及抗辐射性，化学性能更稳定；氮氧化硅/氮化硅叠层膜层相比常规氮化硅叠层膜，可有效解决背面PID问题，相比传统氧化铝/氮化硅叠层膜成本更低。
进一步地，所述的第一介电层的厚度为10-40nm；所述的第二介电层的厚度为90-110nm。
一种氧化硅钝化PERC双面电池的制备方法，包括如下步骤：
S1、硅衬底表面预清洗及制绒面：去除所述硅衬底表面脏污及机械损伤，然后将所述硅衬底置于碱溶液中腐蚀，在所述硅衬底表面制备出具有光陷优势的金字塔形貌；
S2、P-N结制备：采用液态磷源通过高温扩散，在硅衬底中掺入磷原子，形成有效的P-N结；
S3、硅衬底边缘刻蚀及背面抛光：对S2扩散后的硅衬底进行边缘刻蚀，然后进行背面抛光处理；
S4、硅衬底正面介电层中二氧化硅层制备：背面抛光处理后，采用管式热制程设备，通入氧气对所述硅衬底进行氧化，在所述硅衬底正面的表面氧化形成二氧化硅钝化膜；
S5、硅衬底正面介电层中氮化硅层制备：在所述二氧化硅钝化膜上沉积氮化硅形成氮化硅钝化层；
S6、硅衬底背面第一介电层制备：首先通入氨气，对所述硅衬底进行氢等离子体的预钝化处理，然后采用PECVD方法在所述硅衬底的背面沉积形成所述第一介电层，且所述的第一介电层是由硅烷、氨气和笑气反应形成的氧化硅层或氮氧化硅层；
S7、硅衬底背面第二介电层制备：采用PECVD方法在所述第一介电层上沉积形成所述第二介电层，且所述的第二介电层是由硅烷和氨气反应形成的氮化硅层；
S8、硅衬底背面激光开槽：利用激光相融的原理在所述硅衬底背面开槽；
S9、电极制备：在所述硅衬底的正面和背面印刷电极并烧结，即得到氧化硅钝化PERC双面电池。所述的第一介电层和所述的第二介电层主要包括两个部分，由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方式沉积的氧化硅层或氮氧化硅钝化层和氮化硅钝化层。在沉积所述第一介电层之前，首先先通入氨气对所述硅衬底进行氢等离子体的预钝化处理，然后通入不同比例的硅烷、氨气和笑气，沉积氧化硅或氮氧化硅，通过不同硅烷、氨气和笑气的通入量比可实现对氧化硅或氮氧化硅(即第一介电层)折射率的控制。
进一步地，步骤S1、硅衬底表面预清洗及制绒面：去除所述硅衬底表面脏污及机械损伤，然后将所述硅衬底置于氢氧化钠或氢氧化钾溶液中腐蚀，在所述硅衬底表面制备出具有光陷优势的金字塔形貌，降低所述硅衬底表面反射率，且反射率为10-15％。
进一步地，步骤S2、P-N结制备：采用三氯氧磷，在800-900℃下扩散，在硅衬底中掺入磷原子，形成有效的P-N结。
进一步地，步骤S3、硅衬底边缘刻蚀及背面抛光：对S2扩散后的硅衬底进行等离子刻蚀，去除硅衬底周围的磷硅玻璃，然后再对所述硅衬底的背面进行抛光处理。
进一步地，步骤S5、硅衬底正面介电层中氮化硅层制备：采用PECVD方法在所述二氧化硅钝化膜上沉积氮化硅形成氮化硅层。
进一步地，步骤S6、硅衬底背面第一介电层制备：首先通入氨气，对所述硅衬底进行氢等离子体的预钝化处理，然后采用PECVD方法在所述硅衬底的背面沉积形成所述第一介电层，所述的第一介电层是由硅烷、氨气和笑气反应形成的所述氧化硅层或所述氮氧化硅层，且所述硅烷(SiH4)、所述氨气(NH3)和所述笑气(N2O)按气体流量比1：(6-10)：(6-15)反应形成氮氧化硅层；所述硅烷、所述氨气和所述笑气按气体流量比1：(1-5)：(15-25)反应形成氧化硅层。本发明通过不同硅烷、氨气和笑气的通入量比可实现对氧化硅或氮氧化硅(即第一介电层)折射率在1.45-2.30区间控制。
进一步地，步骤S7、硅衬底背面第二介电层制备：采用PECVD方法在所述第一介电层上沉积形成所述第二介电层，且所述的第二介电层是由硅烷和氨气反应形成的氮化硅层，且所述硅烷与所述氨气的气体流量比为1：(3-16)。
本发明的有益效果：
本发明的氧化硅钝化PERC双面电池，取代了市场上常规的氧化铝钝化PERC电池，在保证效率的同时可有效降低产品的制造成本，极大实现了电池端降本。本发明的氧化硅钝化PERC双面电池，其背面介电层采用氧化硅/氮氧化硅/氮化硅叠层膜结构，氮氧化硅薄膜是二氧化硅和氮化硅的中间相，具有优良的钝化增透特性，其折射率在一定范围内可调，使得氮氧化硅薄膜具有良好的光学特性。同时氮氧化硅也含有大量氢原子，可以实现良好的钝化效果。氧的存在又可以使氮氧化硅在硅表面获得较好的界面质量以及更快的生产速率。另一方面，氮氧化硅薄膜硬度高，具有优越的机械性能、热特性、抗腐蚀性、耐磨性及抗辐射性，化学性能更稳定；氮氧化硅/氮化硅叠层膜层相比常规氮化硅叠层膜，可有效解决背面PID问题，且相比传统氧化铝/氮化硅叠层膜成本更低。本发明所提供的氧化硅钝化PERC双面电池制备方法简单，且成本低。本发明的氧化硅钝化PERC双面电池能够达到与传统氧化铝电池持平甚至更优的电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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附图。
图1为本发明氧化硅钝化PERC双面电池的结构示意图。
图中：1硅衬底、2正面介电层、3第一介电层、4第二介电层、5正面电极、6背面电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种氧化硅钝化PERC双面电池，包括硅衬底1、沉积在所述硅衬底1正面的正面介电层2、沉积在所述硅衬底1背面的第一介电层3和沉积在所述第一介电层3上的第二介电层4；所述的正面介电层2包括二氧化硅层和氮化硅层；所述的第一介电层3为氮氧化硅层，且氮氧化硅层的厚度为15nm；所述的第二介电层4包括两层氮化硅层，两层氮化硅层的综合厚度为90nm；第一层氮化硅层的厚度为40nm，第二层氮化硅层的厚度为50nm。
上述实施例1的氧化硅钝化PERC双面电池的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、硅衬底表面预清洗及制绒面：去除所述硅衬底1表面脏污及机械损伤，然后将所述硅衬底1置于氢氧化钠溶液中腐蚀，在所述硅衬底1表面制备出具有光陷优势的金字塔形貌，降低所述硅衬底1表面反射率，且反射率为11％；
S2、磷扩散制备P-N结：采用三氯氧磷，在900℃下扩散，在所述硅衬底1中掺入磷原子，形成有效的P-N结；
S3、硅衬底边缘刻蚀及背面抛光：对S2扩散后的硅衬底1进行等离子刻蚀，去除硅衬底1周围的磷硅玻璃，然后再对所述硅衬底1的背面进行抛光处理；
S4、硅衬底正面介电层中二氧化硅层制备：背面抛光处理后，采用管式热制程设备通入氧气对所述硅衬底1进行氧化，在所述硅衬底1正面的表面氧化形成二氧化硅钝化膜层；
S5、硅衬底正面介电层中氮化硅层制备：采用PECVD方法在所述二氧化硅钝化膜层上沉积氮化硅形成氮化硅钝化层，二氧化硅钝化膜层和氮化硅钝化层形成正面介电层2；
S6、硅衬底背面第一介电层制备：首先通入氨气，对所述硅衬底1进行氢等离子体的预钝化处理，然后采用PECVD方法在所述硅衬底1的背面沉积形成所述第一介电层3，且所述的第一介电层3是由硅烷、氨气和笑气反应形成的氮氧化硅层，且所述硅烷(SiH4)、所述氨气(NH3)和所述笑气(N2O)气体流量比1：6：9；
S7、硅衬底背面第二介电层制备：采用PECVD方法在所述第一介电层3(即氮氧化硅层3)上沉积形成所述第二介电层4；所述的第二介电层4包括两层氮化硅层，且其中一层氮化硅的厚度为40nm、另一层的厚度50nm；厚度40nm的氮化硅层是由气体流量比1：8的硅烷与氨气反应生成；厚度50nm的氮化硅层是由气体流量比1：12的硅烷与氨气反应生成；
S8、硅衬底背面激光开槽：利用激光相融的原理在所述硅衬底背面开槽；
S9、电极制备：在所述硅衬底1的正面印刷正面电极5、在背面印刷背面电极6并烧结，即可得到如图1所示的，氧化硅钝化PERC双面电池。
实施例2
一种氧化硅钝化PERC双面电池，包括硅衬底1、沉积在所述硅衬底1正面的正面介电层2、沉积在所述硅衬底1背面的第一介电层3和沉积在所述第一介电层3上的第二介电层4；所述的正面介电层2包括二氧化硅层和氮化硅层；所述的第一介电层3为氮氧化硅层，且氮氧化硅层的厚度为30nm；所述的第二介电层4包括两层氮化硅层，两层氮化硅层的综合厚度为110nm；第一层氮化硅层的厚度为50nm，第二层氮化硅层的厚度为60nm。
上述实施例2的氧化硅钝化PERC双面电池的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、硅衬底表面预清洗及制绒面：去除所述硅衬底1表面脏污及机械损伤，然后将所述硅衬底1置于氢氧化钠溶液中腐蚀，在所述硅衬底1表面制备出具有光陷优势的金字塔形貌，降低所述硅衬底1表面反射率，且反射率为11％；
S2、磷扩散制备P-N结：采用三氯氧磷，在900℃下扩散，在所述硅衬底1中掺入磷原子，形成有效的P-N结；
S3、硅衬底边缘刻蚀及背面抛光：对S2扩散后的硅衬底1进行等离子刻蚀，去除硅衬底1周围的磷硅玻璃，然后再对所述硅衬底1的背面进行抛光处理；
S4、硅衬底正面介电层中二氧化硅层制备：背面抛光处理后，采用管式热制程设备通入氧气对所述硅衬底1进行氧化，在所述硅衬底1正面的表面氧化形成二氧化硅钝化膜层；
S5、硅衬底正面介电层中氮化硅层制备：采用PECVD方法在所述二氧化硅钝化膜层上沉积氮化硅形成氮化硅钝化层，二氧化硅钝化膜层和氮化硅钝化层形成正面介电层2；
S6、硅衬底背面第一介电层制备：首先通入氨气，对所述硅衬底1进行氢等离子体的预钝化处理，然后采用PECVD方法在所述硅衬底1的背面沉积形成所述第一介电层3，且所述的第一介电层3是由硅烷、氨气和笑气反应形成的氮氧化硅层，且所述硅烷(SiH4)、所述氨气(NH3)和所述笑气(N2O)气体流量比1：6.5：10；
S7、硅衬底背面第二介电层制备：采用PECVD方法在所述第一介电层3(即氮氧化硅层3)上沉积形成所述第二介电层4；所述的第二介电层4包括两层氮化硅层，且其中一层氮化硅的厚度为50nm、另一层的厚度60nm；厚度50nm的氮化硅层是由气体流量比1：3的硅烷与氨气反应生成；厚度60nm的氮化硅层是由气体流量比1：10的硅烷与氨气反应生成；
S8、硅衬底背面激光开槽：利用激光相融的原理在所述硅衬底背面开槽；
S9、电极制备：在所述硅衬底1的正面印刷正面电极5、在背面印刷背面电极6并烧结，即可得到如图1所示的，氧化硅钝化PERC双面电池。
实施例3
一种氧化硅钝化PERC双面电池，包括硅衬底1、沉积在所述硅衬底1正面的正面介电层2、沉积在所述硅衬底1背面的第一介电层3和沉积在所述第一介电层3上的第二介电层4；所述的正面介电层2包括二氧化硅层和氮化硅层；所述的第一介电层3为氧化硅层，且氧化硅层的厚度为20nm；所述的第二介电层4为两层氮化硅层，且两层氮化硅层的综合厚度为80nm，第一层氮化硅层的厚度为40nm；第二层氮化硅层的厚度为40nm。
上述实施例3的氧化硅钝化PERC双面电池的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、硅衬底表面预清洗及制绒面：去除所述硅衬底1表面脏污及机械损伤，然后将所述硅衬底1置于氢氧化钾溶液中腐蚀，在所述硅衬底1表面制备出具有光陷优势的金字塔形貌，降低所述硅衬底1表面反射率，且反射率为15％；
S2、磷扩散制备P-N结：采用三氯氧磷，在900℃下扩散，在所述硅衬底1中掺入磷原子，形成有效的P-N结；
S3、硅衬底边缘刻蚀及背面抛光：对S2扩散后的硅衬底1进行等离子刻蚀，去除硅衬底1周围的磷硅玻璃，然后再对所述硅衬底1的背面进行抛光处理；
S4、硅衬底正面介电层中二氧化硅层制备：背面抛光处理后，采用管式热制程设备通入氧气对所述硅衬底1进行氧化，在所述硅衬底1正面的表面氧化形成二氧化硅钝化膜层；
S5、硅衬底正面介电层中氮化硅层制备：采用PECVD方法在所述二氧化硅钝化膜层上沉积氮化硅形成氮化硅钝化层，二氧化硅钝化膜层和氮化硅钝化层形成正面介电层2；
S6、硅衬底背面第一介电层制备：首先通入氨气，对所述硅衬底1进行氢等离子体的预钝化处理，然后采用PECVD方法在所述硅衬底1的背面沉积形成所述第一介电层3，且所述的第一介电层3是由硅烷、氨气和笑气反应形成的氧化硅层，且所述硅烷(SiH4)、所述氨气(NH3)和所述笑气(N2O)气体流量比1：2：20；笑气越多，氨气越少反应产物则越接近氧化硅；
S7、硅衬底背面第二介电层制备：采用PECVD方法在所述第一介电层3(即氮氧化硅层3)上沉积形成所述第二介电层4；所述的第二介电层4为两层氮化硅层，且两层氮化硅层的综合厚度为80nm，第一层氮化硅层是由气体流量比1：5的硅烷与氨气反应生成，厚度40nm；第二层氮化硅层是由气体流量比1：16的硅烷与氨气反应生成，厚度40nm；
S8、硅衬底背面激光开槽：利用激光相融的原理在所述硅衬底背面开槽；
S9、电极制备：在所述硅衬底1的正面印刷正面电极5、在背面印刷背面电极6并烧结，即可得到如图1所示的，氧化硅钝化PERC双面电池。
对比例1
对比例1为传统的氧化铝/氮化硅膜电池，对比例1与实施例1的区别在于，对比例1是在硅衬底1的背面依次沉积氧化铝层和氮化硅层，且氧化铝层的厚度为30nm，氮化硅层的厚度为90nm，其余均与实施例1相同。
测试例1
测试上述实施例1-3的氧化硅钝化PERC双面电池以及对比例1的电池的电性能数据，结果如表1所示：
表1为实施例1-3及对比例所得电池的电性能测试结果
分组
Voc
Isc
Rs
Rp
FF
Eta
实施例1
0.6840
11.128
0.00088
1067
82.15
22.667
实施例2
0.6838
11.118
0.00130
1216
81.98
22.621
实施例3
0.6838
11.105
0.00132
1587
81.95
22.685
对比例1
0.6833
11.126
0.00096
1433
82.10
22.652
由表1的测试数据可以看出实施例1、实施例2和实施例3通过控制硅衬底背面介电层厚度，达到了不同效率，因此可以通过调整背面介电层厚度、折射率匹配得到理想电性能；且由表1的测试数据还可以看出本发明制得的氧化硅钝化PERC双面电池相比于传统(对比例1)的电池其电性能可达到持平甚至更优水平。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种石墨烯/黑硅复合结构光电探测器结构