一种高效PERC电池背面氧化铝膜及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池的制造领域，尤其涉及一种高效perc电池背面氧化铝膜及其制备方法。

背景技术：

perc(passivatedemitterandrearcell)，即钝化发射极和背面电池技术，通过在常规太阳能技术基础上，电池背表面进行介质膜钝化，采用金属局域接触，大大降低背表面少子复合速度，同时提升背表面的光反射。得益于背面钝化层的存在，perc电池将p-n结间的电势差最大化，这使得电子更稳定的流动，降低了电子的复合，从而提升电池效率。同时，perc电池工艺简单，与常规电池产线兼容性好，易于大规模量产，是新一代主流高效电池的代表。

perc电池的核心就是在常规电池基础上增加了全覆盖的背面钝化膜，常用背面钝化材料有氧化铝、氧化硅、氮氧化硅等。与氧化硅、氮化硅等相比，氧化铝膜的固定负电荷密度高达10¹³/cm²，可提供非常好的场效应钝化作用。业界大多采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)沉积镀膜，可在同一设备中完成氧化铝、氮化硅等多层膜的沉积，但其沉积膜质量要比原子层沉积(ald)略差，且tma耗量更高。因此，pecvd沉积氧化铝膜工艺仍需持续改进，以提高光电转化效率，降低生产成本。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高效perc电池背面氧化铝膜及其制备方法，无需添加新设备，即可降低载流子的复合，提高光电转化效率，同时，减少tma耗量，降低生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效perc电池背面氧化铝膜的制备方法，包括：

(1)采用tma与n2o在硅片背面进行pecvd沉积，形成氧化铝层；

(2)通入nh3引入氢源，进入氧化铝层以及p型硅表层，在p型硅背表面形成高氢介质膜；

(3)通入n2o，将未反应的tma充分反应。

作为上述方案的改进，步骤(1)中，所述tma的气体流量为30-200sccm，所述n2o的气体流量为1-10slm。

作为上述方案的改进，步骤(1)中，pecvd沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为50-120s。

作为上述方案的改进，步骤(1)中，所述tma的气体流量为50-150sccm，所述n2o的气体流量为2-4slm，pecvd沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为70-100s。

作为上述方案的改进，步骤(2)中，通入nh3的气体流量为2-10slm，pecvd沉积的等离子功率为3000-5000w，压力700-1000mtorr，反应时间为300-360s。

作为上述方案的改进，步骤(2)中，通入nh3的同时通入n2o，通入n2o的气体流量小于通入nh3的气体流量。

作为上述方案的改进，通入nh3的气体流量为2-5slm，通入n2o的气体流量为1-3slm。

作为上述方案的改进，步骤(3)中，通入n2o的气体流量为2-12slm，反应时间为50-200s；步骤(3)的pecvd沉积的等离子功率和压力与步骤(2)相同。

作为上述方案的改进，步骤(3)中，通入n2o的气体流量为4-7slm，反应时间为100-150s，pecvd沉积的等离子功率为3000-5000w，压力为700-1000mtorr。

相应的，本发明公开一种由上述方法制得的高效perc电池背面氧化铝膜。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明采用tma与n2o在硅片背面进行pecvd沉积，形成氧化铝层；再通入nh3引入氢源，形成高氢介质膜，退火时，释放h扩散到p型硅表层可与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键；最后通入n2o将未反应的tma充分反应。整个过程实现光电转化效率提升的同时，tma耗量降低30％-70％，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明高效perc电池背面氧化铝膜的制备方法的流程图；

图2是本发明高效perc电池的结构示意图。

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，下面将对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供的一种高效perc电池背面氧化铝膜的制备方法，用于在p型硅的背面制备氧化铝膜。所述氧化铝膜与p型硅相连，且外层覆盖氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅的一种或多种。

如图1所示，所述高效perc电池背面氧化铝膜的制备方法包括：

s101、采用tma与n2o在硅片背面进行pecvd沉积，形成氧化铝层；

本发明通过pecvd沉积的方式进行氧化铝的沉积，氧化铝膜的固定负电荷密度高达10¹³/cm²，可提供优异的场效应钝化作用。

优选的，所述tma的气体流量为30-200sccm，所述n2o的气体流量为1-10slm。pecvd沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为50-120s，形成一层热稳定性高、钝化性能好的氧化铝薄膜，膜厚为3-6nm。

更佳的，所述tma的气体流量为50-150sccm，所述n2o的气体流量为2-4slm，pecvd沉积的等离子功率为4000-6000w，压力为1500-2000mtorr，沉积时间为70-100s。

通过控制腔体中的分压、气体流量和沉积功率，来精确控制膜层厚度，形成均匀的超薄氧化铝膜，同时克服氧化铝生长慢的缺点，缩短镀膜时间，提高生产效率。

s102、通入nh3引入氢源，进入氧化铝层以及p型硅表层，在p型硅背表面形成高氢介质膜。

通入nh3的气体流量为2-10slm，pecvd沉积的等离子功率为3000-5000w，压力700-1000mtorr，反应时间为300-360s，以形成高氢介质氧化铝膜，增强场效应钝化作用。通入nh3的同时通入n2o，通入n2o的气体流量小于通入nh3的气体流量，n2o提供氧源固定以氧化铝膜中的h，阻挡高氢介质膜中的h向外逸出，h向硅层扩散效率更高，从而实现更好的体钝化。

通入nh3的气体流量为2-5slm，通入n2o的气体流量为1-3slm。

当氧化铝薄膜厚度小于10nm时，背表面复合速率随氧化铝厚度的减少而增加。氧化铝原子层沉积过程中利用nh3提供充足的氢原子，形成高氢介质膜，退火时，释放h扩散到p型硅表层与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键，降低载流子复合，提高少子寿命，提高光电转化效率；同时该方法可实现tma耗量降低30％-70％，降低生产成本。

s103、通入n2o，将未反应的tma充分反应。

通入n2o的气体流量为2-12slm，反应时间为50-200s；步骤(3)的pecvd沉积的等离子功率和压力与步骤(2)相同。

通入n2o的气体流量为4-7slm，反应时间为100-150s，pecvd沉积的等离子功率为3000-5000w，压力为700-1000mtorr。

相应的，如图2所示，本发明公开一种高效perc电池，包括p型硅1、氧化铝膜2和其他钝化膜层3，其中，氧化铝膜2采用上述方法制得，氧化铝膜2与p型硅1相连，且外层覆盖其他钝化膜层3。优选的，其他钝化膜层3为氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅的一种或多种，但不限于此。

下面结合实施例1-5进一步阐述本发明

实施例1

(1)采用气体流量为50sccm的tma与气体流量为2slm的n2o进行pecvd沉积，等离子功率为4000w，压力1500mtorr，进行化学气相沉积70s，在p型硅背表面形成氧化铝层；

(2)通入气体流量为2slm的nh3和1slm的n2o，等离子功率为3000w，压力700mtorr，反应300s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及p型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；

(3)通入气体流量为4slmn2o，等离子功率为3000w，压力700mtorr，反应100s，加氧使得表层吸附以及未反应的tma充分反应。

实施例2

(1)采用气体流量为80sccm的tma与气体流量为3slm的n2o进行pecvd沉积，等离子功率为4500w，压力1600mtorr，进行化学气相沉积80s，在p型硅背表面形成氧化铝层；

(2)通入气体流量为3slm的nh3和2slm的n2o，等离子功率为3500w，压力800mtorr，反应320s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及p型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；

(3)通入气体流量为5slmn2o，等离子功率为3500w，压力800mtorr，反应120s，加氧使得表层吸附以及未反应的tma充分反应。

实施例3

(1)采用气体流量为100sccm的tma与气体流量为3slm的n2o进行pecvd沉积，等离子功率为5000w，压力1800mtorr，进行化学气相沉积90s，在p型硅背表面形成氧化铝层；

(2)通入气体流量为4slm的nh3和2slm的n2o，等离子功率为4000w，压力900mtorr，反应330s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及p型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；

(3)通入气体流量为6slmn2o，等离子功率为4000w，压力900mtorr，反应130s，加氧使得表层吸附以及未反应的tma充分反应。

实施例4

(1)采用气体流量为120sccm的tma与气体流量为4slm的n2o进行pecvd沉积，等离子功率为5500w，压力1900mtorr，进行化学气相沉积90s，在p型硅背表面形成氧化铝层；

(2)通入气体流量为4slm的nh3和1slm的n2o，等离子功率为4500w，压力900mtorr，反应350s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及p型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；

(3)通入气体流量为6slmn2o，等离子功率为4500w，压力900mtorr，反应140s，加氧使得表层吸附以及未反应的tma充分反应。

实施例5

(1)采用气体流量为150sccm的tma与气体流量为4slm的n2o进行pecvd沉积，等离子功率为6000w，压力2000mtorr，进行化学气相沉积100s，在p型硅背表面形成氧化铝层；

(2)通入气体流量为5slm的nh3和3slm的n2o，等离子功率为5000w，压力1000mtorr，反应360s，提供充足的氢原子进入氧化铝层以及p型硅体内，饱和硅片表层与体内悬空键；

(3)通入气体流量为7slmn2o，等离子功率为5000w，压力1000mtorr，反应150s，加氧使得表层吸附以及未反应的tma充分反应。

下面对比例1-5是制备与实施例1-5同等厚度的氧化铝膜的现有工艺，具体如下：

对比例1

(1)采用tma与n2o沉积氧化铝膜，tma的气体流量为70sccm，n2o的气体流量为1.75slm，等离子功率为2000w，压力800mtorr；

对比例2

(1)采用tma与n2o沉积氧化铝膜，tma的气体流量为160sccm，n2o的气体流量为3.52slm，等离子功率为2500w，压力900mtorr；

对比例3

(1)采用tma与n2o沉积氧化铝膜，tma的气体流量为230sccm，n2o的气体流量为4.6slm，等离子功率为3000w，压力1000mtorr；

对比例4

(1)采用tma与n2o沉积氧化铝膜，tma的气体流量为300sccm，n2o的气体流量为5.4slm，等离子功率为4000w，压力1300mtorr；

对比例5

(1)采用tma与n2o沉积氧化铝膜，tma的气体流量为400sccm，n2o的气体流量为6.0slm，等离子功率为5000w，压力1500mtorr。

将实施例1-5和对比例1-5做技术检测，结果如下：

需要说明的是，对比例1形成的氧化铝膜与实施例1形成的氧化铝膜同等厚度，对比例2形成的氧化铝膜与实施例2形成的氧化铝膜同等厚度，对比例3形成的氧化铝膜与实施例3形成的氧化铝膜同等厚度，对比例4形成的氧化铝膜与实施例4形成的氧化铝膜同等厚度，对比例5形成的氧化铝膜与实施例5形成的氧化铝膜同等厚度。

综上所述，本发明采用tma与n2o在硅片背面进行pecvd沉积，形成氧化铝层；再通入nh3引入氢源，形成高氢介质膜，退火时，释放h扩散到p型硅表层可与悬挂键结合，饱和硅片表层悬挂键；最后通入n2o将未反应的tma充分反应。整个过程在保证相同氧化铝膜厚前提下，实现光电转化效率提升的同时，tma耗量可降低30％-70％，降低生产成本。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。