一种TOPCon电池正面减反射膜结构及其制备方法与流程 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术一种topcon电池正面减反射膜结构及其制备方法技术领域1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种topcon电池正面减反射膜结构及其制备方法。背景技术：2.topcon电池，即tunnel oxide passivated contact电池，是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池，是目前量产的最有竞争力的电池种类之一，目前仍处于产业化应用开发阶段。其中管式等离子体增强化学气相沉淀(管式pecvd)技术因其在非晶硅层沉积和原位掺杂等关键步骤的实现方面效率更高，又兼具装备价格低、可靠性高、维护简易、占地面积小等优点，有望成为topcon太阳电池生产的一种重要的产业化技术路线。3.管式pecvd技术制备topcon太阳电池的工艺流程包括清洗制绒→硼扩散→去除背面硼硅玻璃层及背面抛光→氧化硅→pecvd掺杂非晶硅层→高温退火→边缘多晶硅刻蚀→去除正面硼硅玻璃层→正面a1ox→正面减反射膜→背面sinx→丝网印刷及烧结。其中正面减反射膜是增加电池光利用效率的重要过程。4.正面减反射膜的主要作用是增加入射光的吸收，以提高整体效率；同时，起到钝化作用，减少各种复合带来的电池效率损失。现有研究中多采用氮化硅膜作为减反射膜，氮化硅主要是场钝化，其在表面钝化方面的性能有待提高，在使用过程中，表面杂质会引起表面复合继而导致体积杂质的变化，进而加速电池的加速老化和失效。虽然有资料显示氧化钛、氟化镁、氧化硅、硫化锌等材料也可作为减反射膜的材料，但是兼顾钝化和减反射性能的正面减反射膜有待进一步开发。技术实现要素：5.针对上述问题，本发明提供一种topcon电池正面减反射膜结构及其制备方法，通过结构优化，使topcon电池正面减反射膜兼顾了良好的钝化和减反射性能，进一步提高了电池的光电转换效率。6.为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：7.一种topcon电池正面减反射膜结构，所述正面减反射膜包括依次沉积在氧化铝层表面上的氮化硅层、氮氧化硅层和氧化硅层；其中，所述氮化硅层由2个以上的氮化硅子层沉积而成，且各氮化硅子层的折射率自靠近所述氧化铝层的一侧向远离所述氧化铝层的方向依次递减。8.相对于现有技术，本发明提供的topcon电池正面减反射膜结构，首先包括沉积在氧化铝上的氮化硅层，并且氮化硅层由2个以上的氮化硅子层沉积而成，且各氮化硅子层的折射率自靠近所述氧化铝层的一侧向远离所述氧化铝层的方向依次递减，使正面减反射膜对于入射光的减反射范围变宽，从而使更多不同波长的光可以入射进入电池片内部，以保证正面减反射膜的减反射效果，进而提高电池片光电转换效率；然后包括氮氧化硅层，以改善正面减反射膜的钝化效果，同时保障不同波长入射光可进入电池内部；最后包括氧化硅层，氧化硅主要是化学钝化，可对电池片表面进行有效钝化，抑制载流子在表面的复合，使正面减反射膜获得更优的钝化效果和阻挡性能。氧化硅和氮化硅配合使用，同时兼顾了场钝化和化学钝化，提高了钝化效果。氮化硅层、氮氧化硅层、氧化硅层的设计保证了正面减反射膜的减反射效果。9.可选地，所述氮化硅层自靠近所述氧化铝层的一侧包括依次沉积的第一氮化硅子层、第二氮化硅子层和第三氮化硅子层。10.进一步可选地，所述第一～第三氮化硅子层的折射率依次为2.08～2.12、2.03～2.07和2.0～2.02，各氮化硅子层的厚度均为11～17nm。11.通过设计折射率依次减小的三层氮化硅膜并限定三层氮化硅膜的折射率，可进一步增加正面减反射膜对于入射光的减反射范围，使入射进入电池片内部的入射光增多，保证了正面减反射膜的减反射效果，进一步提高电池片光电转换效率。12.可选地，所述氮氧化硅层包括依次沉积在所述氮化硅层上的第一氮氧化硅子层和第二氮氧化硅子层，其中第一氮氧化硅子层的折射率大于所述第二氮氧化硅子层且小于所述氮化硅层的折射率。通过设计两层折射率依次减小的两层氮氧化硅子层，进一步改善钝化效果的同时，更有利于不同波长入射光进入电池内部。13.进一步可选地，所述第一、第二氮氧化硅子层的折射率分别为1.93～1.97和1.84～1.88，各氮氧化硅子层的厚度均为11～17nm。通过限定两层氮氧化硅子层的折射率，进一步改善正面减反射膜的钝化效果和减反射效果。14.可选地，所述氧化硅层的折射率为1.40～1.50，厚度为8～12nm。15.可选地，所述topcon电池正面减反射膜的折射率为1.98～2.02，厚度为75～85nm。16.本发明还提供了一种topcon电池正面减反射膜的制备方法，包括在氧化铝层上依次沉积氮化硅层、氮氧化硅层和氧化硅层的步骤；17.其中，氮化硅层的沉积步骤为：在430～480℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层：18.在一次沉积步骤中，通入氨气的流量为9000～11000sccm，通入甲硅烷的流量为2700～3000sccm，炉管内压力为1400～1700mtorr，通气反应时间为200～250s；19.在二次沉积步骤中，通入氨气的流量为10500～12500sccm，通入甲硅烷的流量为1800～2200sccm，炉管内压力为1600～1800mtorr，通气反应时间为200～250s；20.在三次沉积步骤中，通入氨气的流量为11500～13500sccm，通入甲硅烷的流量为1200～1600sccm，炉管内压力为1600～1800mtorr，通气反应时间为260～300s。21.相对于现有技术，本发明通过在电池片的氧化铝层上依次沉积氮化硅层、氮氧化硅层和氧化硅层，在保证正面减反射膜的减反射效果的同时，提高了其钝化效果，使正面减反射膜兼顾了良好的钝化和减反射性能，电池光电转换效率进一步提高。通过限定氮化硅层沉积次数以及工艺参数，使氮化硅层包括三层具有不同折射率的氮化硅子层，并且保证了每层氮化硅膜的折射率和厚度，进一步提高了氮化硅层的减反射效果。22.可选地，氮氧化硅层的沉积步骤为：在430～480℃、真空的条件下，分两次沉积氮氧化硅层：23.在一次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为1100～1300sccm，通入氨气的流量为5000～5400sccm，通入一氧化二氮的流量为7200～7600sccm，炉管内压力为1000～2000mtorr，通气反应时间为130～150s；24.在二次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为800～1000sccm，通入氨气的流量为3800～4200sccm，通入一氧化二氮的流量为8800～9000sccm，炉管内压力为1000～2000mtorr，通气反应时间为130～150s。25.通过限定氮氧化硅层沉积次数以及工艺参数，使氮氧化硅层包括两层具有不同折射率的氮氧化硅膜，并且保证了每层氮氧化硅膜的折射率和厚度，进一步提高了氮氧化硅层的减反射效果和钝化效果。26.可选地，氧化硅层的沉积步骤为：在430～480℃、真空的条件下，通入甲硅烷的流量为800～1000sccm，通入一氧化二氮的流量为10500～12500sccm，炉管内压力为1000～2000mtorr，通气反应时间为130～150s。通过限定氧化硅层工艺参数，保证了氧化硅层的折射率和厚度，进一步提高了氧化硅层的钝化效果。具体实施方式27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。28.为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。29.实施例130.按照管式pecvd技术制备1000片topcon太阳电池，工艺流程包括清洗制绒→硼扩散→去除背面硼硅玻璃层及背面抛光→氧化硅→pecvd掺杂非晶硅层→高温退火→边缘多晶硅刻蚀→去除正面硼硅玻璃层→正面a1ox→正面减反射膜→背面sinx→丝网印刷及烧结。该工序是常规的工序。31.其中在正面减反射膜工序中，本实施例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表1所示结构。32.表1[0033][0034]各层镀膜和各子层镀膜的折射率和厚度的确定：[0035]在长期试验过程中，确定适当的腔室压力、工作温度和射频功率后，首先对每个膜层进行单独制备。调整气体流量得到要求的折射率，摸索工作时间和膜厚的关系，并根据这个关系对工作时间进行相应调整，得到预计厚度的膜层。[0036]试验期间，每个膜层经过单独的跟踪，首先根据制备目标确定需要的折射率，调整气体流量等使膜层达到折射率要求；然后，调整工作时间，使膜层厚度在80nm左右，完成单层镀膜后对镀膜效果进行检测，根据折射率是否符合要求确定工艺参数。[0037]实际工艺中，因为各个膜层实际厚度较小，测量偏差大，各膜层单独工艺确定后，根据前期试验结果对工艺时间进行调整，得到不同厚度的膜，检测后进行适当调整，以达到要求的折射率和膜厚的工艺作为正常生产工艺。[0038]经过大量研究，其制备方法如下：[0039](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0040](2)在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0041]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2850sccm，炉管内压力为1530mtorr，通气反应时间为225s。[0042]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2050sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为220s。[0043]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1450sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为285s。[0044](3)在460℃、真空的条件下，沉积氮氧化硅层：维持炉管内温度为460℃，通入甲硅烷的流量为12000sccm，通入氨气的流量为5350sccm，通入一氧化二氮的流量为7400sccm，炉管内压力为1300mtorr，通气反应时间为260s。[0045](4)在460℃、真空的条件下，沉积氧化硅层：维持炉管内温度为460℃，通入甲硅烷的流量为900sccm，通入一氧化二氮的流量为12000sccm，炉管内压力为1300mtorr，通气反应时间为140s。[0046](5)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0047]实施例2[0048]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本实施例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表2所示结构。[0049]表2[0050][0051]经过大量研究，其制备方法如下：[0052](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0053](2)沉积氮化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0054](3)在460℃、真空的条件下，分两次沉积氮氧化硅层。[0055]一次沉积氮氧化硅层中，通入甲硅烷的流量为1200sccm，通入氨气的流量为5320sccm，通入一氧化二氮的流量为7450sccm，炉管内压力为1350mtorr，通气反应时间为140s。[0056]二次沉积氮氧化硅层中，通入甲硅烷的流量为900sccm，通入氨气的流量为4050sccm，通入一氧化二氮的流量为8930sccm，炉管内压力为1350mtorr，通气反应时间为140s。[0057](4)沉积氧化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0058](5)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0059]实施例3[0060]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本实施例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表3所示结构。[0061]表3[0062][0063]经过大量研究，其制备方法如下：[0064](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0065](2)在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0066]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2800sccm，炉管内压力为1500mtorr，通气反应时间为200s。[0067]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2000sccm，炉管内压力为1650mtorr，通气反应时间为200s。[0068]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1400sccm，炉管内压力为1650mtorr，通气反应时间为270s。[0069](3)在460℃、真空的条件下，分两次沉积氮氧化硅层。[0070]一次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为1200sccm，通入氨气的流量为5300sccm，通入一氧化二氮的流量为7400sccm，炉管内压力为1300mtorr，通气反应时间为140s。[0071]二次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为800～1000sccm，通入氨气的流量为3800～4200sccm，通入一氧化二氮的流量为8800～9000sccm，炉管内压力为1000～2000mtorr，通气反应时间为130～150s。[0072](4)在460℃、真空的条件下，沉积氧化硅层。通入甲硅烷的流量为800～1000sccm，通入一氧化二氮的流量为11900sccm，炉管内压力为1350mtorr，通气反应时间为140s。[0073](5)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0074]实施例4[0075]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本实施例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表4所示结构。[0076]表4[0077][0078]经过大量研究，其制备方法如下：[0079](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0080](2)在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0081]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2900sccm，炉管内压力为1530mtorr，通气反应时间为240s。[0082]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2100sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为235s。[0083]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1500sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为295s。[0084](3)在460℃、真空的条件下，分两次沉积氮氧化硅层。[0085]一次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为1250sccm，通入氨气的流量为5320sccm，通入一氧化二氮的流量为7350sccm，炉管内压力为1300mtorr，通气反应时间为155s。[0086]二次沉积步骤中，通入甲硅烷的流量为950sccm，通入氨气的流量为4050sccm，通入一氧化二氮的流量为8930sccm，炉管内压力为1000～2000mtorr，通气反应时间为155s。[0087](4)在460℃、真空的条件下，沉积氧化硅层。通入甲硅烷的流量为900sccm，通入一氧化二氮的流量为12000sccm，炉管内压力为1300mtorr，通气反应时间为155s。[0088](5)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0089]对比例1[0090]按照管式pecvd技术制备1000片topcon太阳电池，工艺流程包括清洗制绒→硼扩散→去除背面硼硅玻璃层及背面抛光→氧化硅→pecvd掺杂非晶硅层→高温退火→边缘多晶硅刻蚀→去除正面硼硅玻璃层→正面a1ox→正面减反射膜→背面sinx→丝网印刷及烧结。该工序是常规的工序。[0091]其中在正面减反射膜工序中，本实施例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表5所示结构。[0092]表5[0093]膜层折射率厚度(nm)氮化硅层2.0542氮氧化硅层1.9028氧化硅层1.4510正面减反射膜2.0080[0094]经过大量研究，其制备方法如下：[0095](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0096](2)在460℃、真空的条件下，沉积氮化硅层：将炉管内温度升至460℃，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2050sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为670s。[0097](3)沉积氮氧化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0098](4)沉积氧化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0099](5)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0100]对比例2[0101]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本对比例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表6所示结构。[0102]表6[0103][0104]经过大量研究，其制备方法如下：[0105](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0106](2)在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0107]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2900sccm，炉管内压力为1530mtorr，通气反应时间为355s。[0108]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2100sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为350s。[0109]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1500sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为520s。[0110](3)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0111]对比例3[0112]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本对比例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表7所示结构。[0113]表7[0114][0115]经过大量研究，其制备方法如下：[0116](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0117](2)在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0118]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2900sccm，炉管内压力为1530mtorr，通气反应时间为355s。[0119]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2100sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为350s。[0120]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1500sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为350s。[0121](3)沉积氧化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0122](4)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0123]对比例4[0124]按照实施例1中的工序制备1000片topcon太阳电池，其中在正面减反射膜工序中，本对比例提供了一种topcon电池正面减反射膜结构，自靠近氧化铝层一侧包括如表8所示结构。[0125]表8[0126][0127]经过大量研究，其制备方法如下：[0128](1)将沉积完氧化铝后的硅片送入炉管内，对炉管进行抽真空处理，真空达到1pa。[0129](2)在430～480℃、真空的条件下，沉积氮化硅层。通入氨气的流量为9000～11000sccm，通入甲硅烷的流量为2700～3000sccm，炉管内压力为1400～1700mtorr，通气反应时间为200～250s。[0130]在460℃、真空的条件下，分三次沉积氮化硅层。[0131]一次沉积步骤中，通入氨气的流量为10000sccm，通入甲硅烷的流量为2900sccm，炉管内压力为1530mtorr，通气反应时间为235s。[0132]二次沉积步骤中，通入氨气的流量为12000sccm，通入甲硅烷的流量为2100sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为235s。[0133]三次沉积步骤中，通入氨气的流量为12500sccm，通入甲硅烷的流量为1500sccm，炉管内压力为1700mtorr，通气反应时间为300s。[0134](3)沉积氮氧化硅层，工艺参数与实施例1相同，不再赘述。[0135](4)在炉管内进行氮气吹扫，降温，送出硅片。[0136]对实施例1～6、对比例1～3沉积正面减反射膜的硅片烧结后进行sinton测试，每个实施例/对比例取100片，检测设备为：sinton wct-120少子寿命测试仪，测试条件为：环境温度20～25℃，功率：测试仪40w、电脑控制器200w、光源60w，测试结果平均值详见表9。另取100片实施例1～6、对比例1～3制备的topcon太阳电池，进行电池性能测试，每个实施例/对比例取100片，检测设备为empro-pv专用型多入射角激光椭偏仪(量拓科技)(标准膜厚80nm)，检测条件为镀膜生产环境(室内洁净度：iso标准7级；环境温度：23±3℃；相对湿度：30％～50％(无凝露))，测试结果平均值详见表10。正面减反射膜的少子寿命、单面j0和ivoc与其钝化效果有关，钝化效果越好，少子寿命越长，单面j0越小，ivoc越大。topcon电池的性能数据与正面减反射膜的减反射效果有关，正面减反射膜的减反射效果越好，电池的光电转换效率越高。[0137]通过对实施例1与对比例1的sinton测试结果和电池性能测试结果分析可知，将正面减反射膜的氮化硅层设计为折射率依次减小的3个氮化硅子层后，正面减反射膜的钝化效果更好，电池的转换效率明显提高；通过对实施例1与对比例2～4电池性能测试结果分析可知，相较于氮化硅、氮化硅/氮氧化硅、氮化硅/氧化硅结构的正面减反射膜，氮化硅/氮氧化硅/氧化硅结构的减反射膜的钝化效果和最终电池的转换效率更高；通过对实施例1、2制备的topcon太阳电池进行性能测试结果分析可知，氮化硅/氮氧化硅/氧化硅结构中，相较于单层氮氧化硅结构，具有两层折射率依次减小的氮氧化硅子层的正面减反射膜表现出更为优异的钝化效果和电池转换效率。[0138]表9[0139][0140][0141]表10[0142][0143]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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