一种TOPCon太阳能电池钝化结构及处理工艺的制作方法

一种topcon太阳能电池钝化结构及处理工艺
技术领域
1.本发明是关于topcon太阳能电池生产技术领域，特别是关于一种topcon太阳能电池钝化结构及处理工艺。


背景技术：

2.topcon太阳能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技术，其电池结构为n型硅衬底电池，背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合。
3.据研究，随着p型电池接近理论效率极限，n型电池技术将成为未来发展的方向，topcon是目前产业化较快的技术路线选择。topcon电池28.7％的理论效率远超p型电池，目前量产/最高效率分别超24.5％/25％，且拥有低衰减、高双面率、低温度系数等优点，在终端电站的发电增益效果明显。
4.在常规晶硅topcon太阳能电池生产过程中，常规使用sinx作为表面钝化减反射膜，al2o3作为表面钝化层结构。随着topcon电池量产技术的成熟，下游组件端对电池片光电转换效率提升的需求及组件相应可靠性要求进一步加剧。
5.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种topcon太阳能电池钝化结构及处理工艺。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种topcon太阳能电池钝化结构及处理工艺，其能够提升太阳能电池的光电转换效率，增强组件的抗pid性能。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：
8.s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；
9.s2，通过臭氧发生器生产o3(臭氧)送入所述ald设备中，o3与所述硅片反应的同时对硅片表面清洁，在所述硅片表面生成sio2薄膜和副产物o2；
10.s3，再向ald设备中同时送入tma和h2o，反应生成al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；
11.s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s2中，所述硅片表面生成sio2薄膜的工艺时间为40～90s，工艺温度为150～350℃。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s2中，送入所述ald设备中的o3浓度为10～50ppm。
14.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s2中，所述sio2薄膜的厚度为1～6nm。
15.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s3中，所述反应生成al2o3薄膜的工艺时间为200～300s，工艺温度为200～300℃。
16.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s3中，所述tma为al(ch3)3，所述h2o为水蒸汽形态送入ald设备。
17.在本发明的一个或多个实施方式中，所述s3中，所述tma和h2o循环送入ald设备，循环次数为0～45次。
18.在本发明的一个或多个实施方式中，所述al2o3薄膜的厚度为1～7nm。
19.为实现上述目的，本发明的实施例还提供了一种topcon太阳能电池钝化结构，包括n型硅片和叠层钝化膜，所述叠层钝化膜还包括sio2钝化层和al2o3钝化层，所述sio2钝化层和al2o3钝化层依次设置在硅片表面。
20.与现有技术相比，根据本发明实施方式具有以下技术效果：
21.本发明使用sio2/al2o3叠层钝化技术进一步提升钝化能力，从而提升光电转换效率的同时位于底层的sio2薄膜对杂质离子具有阻挡作用，能增强组件的抗pid性能，提升topcon太阳能电池组件可靠性，增强产品的竞争力。
22.sio2的制备使用臭氧作为氧化剂，臭氧作为一种清洁氧化剂，不会产生二次污染物，其气体副产物为氧气可回收为其它工序作为氧源。此外，臭氧还具有优秀的清洁作用，在使用臭氧通入腔体内时可对腔体及硅片表面进行清洁作用，提升洁净度，减少表面复合中心，提升开压，进而提升光电转换效率。
附图说明
23.图1是根据本发明一实施方式的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺流程图；
24.图2是根据本发明一实施方式的一种topcon太阳能电池钝化结构示意图。
25.主要附图标记说明：
26.1、n型硅片；2、sio2钝化层；3、al2o3钝化层。
具体实施方式
27.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
28.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
29.如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：
30.s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；
31.s2，通过臭氧发生器生产o3(臭氧)送入ald设备中，o3与硅片反应的同时对硅片表面清洁，在硅片表面生成sio2薄膜和o2；
32.s3，再向ald设备中送入tma和h2o，反应生成al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；
33.s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。
34.优选的，s2中，sio2薄膜制备工艺温度250℃；
35.o3浓度：20ppm；
36.化学反应方程式：si+2o3→
sio2+2o2。
37.值得注意的是，sio2薄膜的厚度为1～6nm。通过控制浓度为20ppm的o3通入时间来控制反应量，从而能够控制生成sio2薄膜的厚度。
38.具体的，sio2薄膜的制备过程在ald设备内进行，使用臭氧发生器生产o3，o3与硅片上的si反应生成sio2薄膜，反应产生的废气o2经过回收后检测合格可重复作为其它工序氧源使用。
39.其中，sio2的制备使用臭氧作为氧化剂。臭氧作为一种清洁氧化剂，不会产生二次污染物，其气体副产物为氧气可回收为其它工序作为氧源。此外，臭氧还具有优秀的清洁作用，在使用臭氧通入腔体内时可对腔体及硅片表面进行清洁作用，提升洁净度，减少表面复合中心，提升开压，进而提升光电转换效率。
40.优选的，s3中，al2o3薄膜制备工艺温度250℃；
41.tma和h2o气体的循环次数为20次；
42.化学反应方程式：2al(ch3)3+3h2o
→
al2o3+6ch4。
43.值得注意的是，al2o3薄膜的厚度为1～7nm。tma和h2o送入ald设备通常设置好时间、流量后，通过控制tma和h2o气体的循环次数来控制反应量，进而能够控制生成al2o3薄膜的厚度。
44.具体的，tma和h2o由不同管路送入ald设备，反应设置为tma和h2o同时送入设备，反应过程为羟基oh-在sio2表面吸附，剩余一个h
+
，al(ch3)3取代oh-的h
+
，多余的一个ch
3-与h
+
结合形成ch4，oh-继续取代al原子上的ch
3-，重复此过程，表面形成al2o3薄膜和副产物ch4。
45.其中，al2o3薄膜的主要目的是在电池表面制备钝化效果优良的钝化层。通过ald技术tma和h2o的反应，在硅片表面沉积形成1-7nm左右结构致密的al2o3薄膜。al2o3薄膜与的sio2薄膜制备过程在同一ald设备内进行。反应所需的tma由特气站供应，反应产生的废气排入燃烧塔处理，处理达标后通过排气筒排放。
46.优选的，ald设备内部工艺温度需要控制在250℃，为保证工艺稳定，常规使用电加热控制温度。
47.实施例一
48.一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：
49.s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；
50.s2，通过臭氧发生器生产浓度为20ppm的o3(臭氧)送入ald设备中，o3通入时间为0～40s，o3与硅片反应的同时对硅片表面清洁，反应温度为250℃，在硅片表面生成0～1.0nm厚度的sio2薄膜和o2；
51.s3，再向ald设备中循环送入流量体积为400：500sccm的tma和h2o，反应温度为250℃，tma和h2o的循环次数为0～15次，反应生成0～3.5nm厚度的al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；
52.s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。
53.实施例二
54.一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：
55.s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；
56.s2，通过臭氧发生器生产浓度为20ppm的o3(臭氧)送入ald设备中，o3通入时间为40
～90s，o3与硅片反应的同时对硅片表面清洁，反应温度为250℃，在硅片表面生成1.0～2.0nm厚度的sio2薄膜和o2；
57.s3，再向ald设备中循环送入流量体积为400：500sccm的tma和h2o，反应温度为250℃，tma和h2o的循环次数为15～30次，反应生成3.5～7.0nm厚度的al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；
58.s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。
59.实施例三
60.一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：
61.s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；
62.s2，通过臭氧发生器生产浓度为20ppm的o3(臭氧)送入ald设备中，o3通入时间为90～150s，o3与硅片反应的同时对硅片表面清洁，反应温度为250℃，在硅片表面生成2.0～4.0nm厚度的sio2薄膜和o2；
63.s3，再向ald设备中循环送入流量体积为400：500sccm的tma和h2o，反应温度为250℃，tma和h2o的循环次数为30～45次，反应生成7.0～10.5nm厚度的al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；
64.s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。
65.通过实施上述实施例得出以下结论：
66.总的来说，al2o3与sio2界面带有负电荷，在si-sio2界面带有正电荷，随着sio2层厚度的增加，其中正电荷逐渐增加，而al2o3/sio2界面逐渐远离si表面，它所发挥的场钝化效应会由此减弱，叠层膜不仅可以优化电池片的光学及物理特性，还可以用来对衬底材料的钝化机理进行调整。
67.经过反复验证调整，当前al2o3薄膜与sio2薄膜最佳的厚度比例为3：1时其钝化效果最佳，电池转换效率最优。
68.具体详见表格：
69.[0070][0071][0072]
通过ald技术制备sio2/al2o3叠层钝化层优势在于：ald设备制备sio2属于干氧氧化，其氧化层结构致密，均匀且重复性好。ald设备制备过程中al2o3为层状生长，对比成核生长的pecvd技术其薄膜的均匀性更好，薄膜密度高。且相同al2o3薄膜厚度的情况下，ald技术的tma耗量约节省1/2。
[0073]
另外，选用ald技术设备制备sio2/al2o3叠层钝化层可不增加机台成本，不需要额外增加其他设备，新工艺成本较低，具有降本增效的技术优势。
[0074]
如图2所示，根据本发明优选实施方式的一种topcon太阳能电池钝化结构，包括n型硅片1和叠层钝化膜，叠层钝化膜还包括sio2钝化层2和al2o3钝化层3，sio2钝化层2和al2o3钝化层3依次设置在硅片表面。
[0075]
具体的，sio2钝化层2为sio2薄膜，主要作用是在电池正表面制备一层钝化效果优良的钝化层，与al2o3不同的是，sio2具有一定的固定正电荷能力，与正面轻掺杂的p型表面接触，可以提供很好的钝化作用。
[0076]
al2o3钝化层3为al2o3薄膜，主要作用是在电池表面制备钝化效果优良的钝化层。
[0077]
进一步的，al2o3具有高的固定负电荷密度，在直接与topcon背面n型多晶硅接触时，由于其钝化特性会屏蔽部分电子传输。在al2o3薄膜底层新增具有固定正电荷能力的sio2薄膜，可降低al2o3薄膜的屏蔽作用，sio2/al2o3的叠层钝化膜的制备达到1+1＞2的钝化效果。降低电池表面的载流子复合速率，从而提升电池的开路电压和短路电流，进而提升光伏电池的光电转换效率。
[0078]
值得注意的是，sio2/al2o3的叠层钝化膜对于n型和p型硅都具有钝化能力。且al2o3薄膜对于氧化硅的钝化特性和稳定性都具有很好的改善作用，sio2/al2o3的叠层钝化膜表现出很好的烧结稳定性。
[0079]
sio2/al2o3的叠层钝化膜具有非常低的界面态密度，而这种低的表面陷阱态密度对于太阳能电池来说意味着低的界面缺陷，低的复合中心，对于提升开压具有显著作用，有利于提升太阳能电池光电转换效率。
[0080]
综上，al2o3制备设备中通入臭氧处理，新增sio2底层膜可带来topcon太阳能电池转换效率提升0.1％。
[0081]
此外，组件在使用过程中会发生电位诱发衰减现象，称为pid。目前认为，在高温高湿条件下，组件边框对电池片正高压，玻璃中的na
+
离子迁移到电池表面引起电池失效是主要因素。电池表面致密的二氧化硅层可以有效阻挡na+向电池片迁移，可以起到很好的抗pid效果。位于底层的氧化硅膜对杂质离子具有阻挡作用，能增强太阳能电池片的抗pid性能，提升topcon太阳能电池组件可靠性。
[0082]
该工艺在现有al2o3制备的ald设备机台内利用臭氧发生设备，通过工艺调整，硅片先与臭氧反应生成sio2薄膜再继续作业生成al2o3薄膜。所制得的topcon太阳能电池钝化结构具有叠层钝化效果。
[0083]
本发明使用sio2/al2o3叠层钝化技术进一步提升钝化能力，从而提升光电转换效率的同时位于底层的sio2薄膜对杂质离子具有阻挡作用，能增强组件的抗pid性能，提升topcon太阳能电池组件可靠性，增强产品的竞争力。
[0084]
sio2的制备使用臭氧作为氧化剂，臭氧作为一种清洁氧化剂，不会产生二次污染物，其气体副产物为氧气可回收为其它工序作为氧源。此外，臭氧还具有优秀的清洁作用，在使用臭氧通入腔体内时可对腔体及硅片表面进行清洁作用，提升洁净度，减少表面复合中心，提升开压，进而提升光电转换效率。
[0085]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

技术特征：
1.一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ald设备；s2，通过臭氧发生器生产o3送入所述ald设备中，o3与所述硅片反应的同时对硅片表面清洁，在所述硅片表面生成sio2薄膜和副产物o2；s3，再向ald设备中送入tma和h2o，反应生成al2o3薄膜和ch4，得到表面叠层钝化硅片；s4，将表面叠层钝化硅片从ald设备送出。2.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s2中，所述硅片表面生成sio2薄膜的工艺时间为40～90s，工艺温度为150～350℃。3.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s2中，送入所述ald设备中的o3浓度为10～50ppm。4.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s2中，所述sio2薄膜的厚度为1～6nm。5.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s3中，所述反应生成al2o3薄膜的工艺时间为200～300s，工艺温度为200～300℃。6.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s3中，所述tma为al(ch3)3，所述h2o为水蒸汽形态送入ald设备。7.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述s3中，所述tma和h2o循环送入ald设备，循环次数为0～45次。8.如权利要求1所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，所述al2o3薄膜的厚度为1～7nm。9.一种topcon太阳能电池钝化结构，采用如权利要求1～8任意一条权利要求所述的一种topcon太阳能电池钝化处理工艺，其特征在于，包括n型硅片和叠层钝化膜，所述叠层钝化膜还包括sio2钝化层和al2o3钝化层，所述sio2钝化层和al2o3钝化层依次设置在硅片表面。

技术总结
本发明公开了一种TOPCon太阳能电池钝化结构及处理工艺，关于TOPCon太阳能电池生产技术领域，一种TOPCon太阳能电池钝化处理工艺，包括以下步骤：S1，自动倒片机将需要镀膜的硅片装入铝舟中，送入ALD设备；S2，通过臭氧发生器生产O3送入所述ALD设备中，O3与所述硅片反应的同时对硅片表面清洁，在所述硅片表面生成SiO2薄膜和副产物O2；S3，再向ALD设备中送入TMA和H2O，反应生成Al2O3薄膜和CH4，得到表面叠层钝化硅片。本发明使用SiO2/Al2O3叠层钝化技术进一步提升钝化能力，从而提升光电转换效率的同时位于底层的SiO2薄膜对杂质离子具有阻挡作用，能增强组件的抗PID性能，提升TOPCon太阳能电池组件可靠性，增强产品的竞争力。增强产品的竞争力。增强产品的竞争力。


技术研发人员：丰平 李强强 陈兆民 麻增智
受保护的技术使用者：中润新能源（滁州）有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/7