[发明专利]太阳能电池表面钝化方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，更具体地，涉及一种太阳能电池的表面钝化方法。

背景技术

高效太阳能电池发展的重要方向是采用双面钝化结构，例如P型基片PERC(passivated emitter and rear side cell)电池和N型基片PERT(passivated emitter and rear total diffused)电池等。由于硅片表面态的存在，使得表面的复合速率比较高，影响了少数载流子(少子)寿命。而钝化层通过化学钝化和场效应钝化作用，可以降低硅片表面的复合速率。其中，化学钝化可通过饱和硅片表面的悬挂键，降低各种缺陷态密度，减少表面复合中心来降低复合速率；场效应钝化可通过钝化膜中固定电荷在界面处形成静电场作用，减少表面受电场排斥的载流子浓度，从而降低复合速率。

目前用作太阳能电池钝化膜的材料主要有SiO₂、SiN_x、Al₂O₃。其中，Al₂O₃的表面固定负电荷浓度为10¹²～10¹³cm^-2，可依靠化学钝化和场效应钝化作用进行表面钝化，适合钝化P型层。可是，Al₂O₃钝化膜一般采用ALD(atomic layer deposition，原子层沉积)的方法沉积，需要在传统太阳能电池生产线的基础上增加ALD设备，增加新的设备会增加企业的负担。且目前太阳能电池产能过剩，很多企业都有设备闲置现象，采用现有产线设备完成电池的双面钝化更能提高设备的利用率。所以，目前Al₂O₃的应用具有其限制性。

SiN_x的表面固定正电荷浓度为10¹¹～10¹²cm^-2，也可依靠化学钝化和场效应钝化作用进行表面钝化，适合钝化N型硅表面。SiN_x具有碱离子阻挡能力强、耐磨、减反射效果好、薄膜沉积速度快的优点，但稳定性一般，在紫外线照射下，Si-H键、N-H键会断开，导致H的逸失，造成其表面钝化效果的降低。

SiO₂的表面固定正电荷浓度为10¹⁰cm^-2，可通过热氧化和PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)的方法制备，适合钝化P型层和N型层。为了区分这两种方法制备的SiO₂，将热氧化制备的SiO₂钝化层称为T-SiO₂，将PECVD制备的SiO₂钝化层称为P-SiO₂，SiO₂为采用这两种方法制备薄膜的统称。T-SiO₂钝化性能好，采用产线的扩散炉即可双面同时氧化，但要经过高温(≥900℃)氧化过程。高温过程会降低硅片的少子寿命，不利于电池性能，故在晶硅电池的钝化中很少采用。低温热氧化(＜900℃)薄膜因沉积速度较慢，1～3nm厚的T-SiO₂就可起到很好的钝化作用，但在与SiN_x叠层使用时，对P型面的钝化具有限制性，因为过薄的T-SiO₂对SiN_x的场效应影响很小，SiN_x固定正电荷形成的电场不利于P型面的钝化。P-SiO₂薄膜沉积速度快，但钝化性能一般。总体上讲，SiO₂表面钝化性能比较稳定，但碱离子阻挡能力较差。

对于电池的双面钝化，SiO₂/SiN_x叠层膜比单层膜钝化更加具有优势，原因在于其同时具备了SiO₂较好的钝化稳定性和SiN_x较好的碱离子阻挡能力、耐磨、减反射效果。

现有T-SiO₂/SiN_x叠层膜的工艺流程一般是：

1)双面热氧化沉积T-SiO₂，厚度为1～3nm；

2)N型面PECVD沉积SiN_x,厚度为40～200nm；

3)P型面PECVD沉积SiN_x,厚度为40～200nm。