不同鍍膜流程對(duì)多晶硅背鈍化效率和EL的影響

浙江正泰太陽能科技有限公司 ■ 江堅(jiān) 陳剛 張斌 張劍峰 王仕鵬 黃海燕 陸川

0 引言

光伏產(chǎn)業(yè)正面臨的一個(gè)重要問題就是如何在增加太陽電池轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)又不降低工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性，該行業(yè)亟待導(dǎo)入新技術(shù)來提升轉(zhuǎn)換效率。因此，有遠(yuǎn)見的企業(yè)將轉(zhuǎn)換效率的提升視為難得的機(jī)遇，在背面鈍化領(lǐng)域積極展開技術(shù)研發(fā)。背面鍍膜鈍化技術(shù)是以不同的成膜方式在硅片的背面形成鈍化層的工藝技術(shù)，已被證明是一種有效的提高轉(zhuǎn)換效率的方法，亦被業(yè)界普遍認(rèn)為是未來新一代晶體硅太陽電池技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。因此，企業(yè)需要抓住這個(gè)難得的機(jī)會(huì)，持續(xù)提升技術(shù)水平。在太陽電池制造中，由于背鈍化工藝，電池效率提升了0.7%以上，越來越多的電池廠家導(dǎo)入背鈍化工藝。背鈍化工藝使用鈍化介質(zhì)膜(Al2O3)對(duì)背面懸掛鍵進(jìn)行保護(hù)，有效降低背表面復(fù)合，提升少子壽命并提升效率；同時(shí)Al2O3作為背面反射器，可使一部分未被吸收的常規(guī)段光反射回去得到利用，從而提升開路電壓和短路電流[1]。

本文主要討論不同鍍膜流程對(duì)多晶硅背鈍化EL和電性能等方面的影響，背鈍化工藝與常規(guī)流程相比新增了3個(gè)工序，產(chǎn)生的問題也較多，比如舟印問題、漏電問題等。浙江正泰背鈍化工藝原采用正背背流程，經(jīng)常產(chǎn)生舟印問題，且不可控。通過工藝優(yōu)化導(dǎo)入背正背工藝可解決此類現(xiàn)象并提升效率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原理介紹

背鈍化電池與常規(guī)電池的差異在于背面。首先，常規(guī)電池背面直接用鋁漿覆蓋，而背鈍化電池片背面第一層為Al2O3，下面一層以SixNy作為保護(hù)；其次，背鈍化專用鋁漿通過激光開窗的空洞區(qū)域與硅基進(jìn)行局部接觸，如圖1所示。

1.2 現(xiàn)行鍍膜流程

目前浙江正泰采用正背背流程。如圖2所示，正背背流程是在常規(guī)正面鍍膜(PECVD)后增加原子層沉積(ALD)、背面鍍膜(PECVD)和激光刻槽3個(gè)工序。由于增加背面鈍化效果，短路電流和開路電壓得到明顯提升，太陽電池整體效率可提升0.66%。

圖1 常規(guī)電池與背鈍化電池示意圖

圖2 正背背流程圖

由表1兩種流程的電性能對(duì)比可看出，正背背流程與常規(guī)流程中并聯(lián)電阻和漏電流基本保持一致，新增的3個(gè)工序?qū)α悸视绊懖淮?，若不考慮碎片率，背鈍化流程的良率與常規(guī)流程持平。

表1 背鈍化流程與常規(guī)流程電性能參數(shù)對(duì)比

1.3 現(xiàn)行鍍膜流程異常情況分析

浙江正泰采用背鈍化工藝的電池片在量產(chǎn)之際，出現(xiàn)EL舟印問題[2]，如圖3所示，且調(diào)試各工段都無改善。若舟印問題無法根治，生產(chǎn)線將無法大批量生產(chǎn)，否則若大批量生產(chǎn)會(huì)造成批量異常并滯銷，造成重大損失。由于背鈍化電池片電流較高，故較常規(guī)電池片EL測(cè)試要亮，舟印電池片EL呈有規(guī)律的弧形圈發(fā)暗，與石墨舟舟框比較吻合，懷疑這可能是在正面鍍膜(PECVD)或背面鍍膜(PECVD)過程中出現(xiàn)繞鍍、劃傷，導(dǎo)致EL異常。由于電池片外觀沒有異常，EL舟印產(chǎn)生的原因可能是正面鍍膜插片機(jī)插片后留有縫隙導(dǎo)致電池片背面被鍍上氮化硅，氮化硅薄膜沒有氧化鋁鈍化效果好，少子壽命會(huì)降低，導(dǎo)致EL出現(xiàn)明暗現(xiàn)象。

圖3 EL有舟印

1.4 新的鍍膜流程驗(yàn)證

針對(duì)舟印問題，采用新的工藝流程，流程圖如圖4所示。相對(duì)原流程，新的工藝流程只調(diào)整了正面鍍膜(PECVD)和原子層沉積(ALD)的前后順序。先在背面使用原子層沉積(ALD)設(shè)備鍍上氧化鋁，然后再鍍上氮化硅，從原理上解釋舟印為正面鍍膜(PECVD)過程中在背面形成氮化硅膜，氧化鋁沉積在氮化硅和硅片表面，電池片背表面鈍化效果有差異，這樣就形成了EL明暗現(xiàn)象。

圖4 背正背流程圖

2 結(jié)果與分析

2.1 效率與EL驗(yàn)證

更改流程后，EL舟印現(xiàn)象消失(如圖5所示)，在電性能上，效率提升0.13%，同時(shí)存在Rsh下降的現(xiàn)象，漏電流上升，進(jìn)而造成良率下降。

表2 背正背流程與正背背流程電性能對(duì)比

圖5 EL無舟印

2.2 降低漏電流和提升并聯(lián)電阻

背正背流程漏電流較大，懷疑是電池片正表面有金屬雜質(zhì)離子摻入導(dǎo)致。為了解決漏電問題，可降低二次清洗堿槽濃度，從而使酸槽清洗電池片金屬雜質(zhì)離子能力加強(qiáng)。電性能上看，降低二次清洗堿槽濃度后，漏電明顯降低，并聯(lián)電阻升高，并聯(lián)電阻和漏電流恢復(fù)至之前正常水平。

表3 降低堿槽濃度后的電性能對(duì)比

3 結(jié)論

大批量導(dǎo)入正背背流程的背鈍化工藝會(huì)出現(xiàn)EL舟印，原因在于正面鍍膜(PECVD)繞鍍到背面，導(dǎo)致氧化鋁沒有直接鍍?cè)诠杵砻?，而是鍍?cè)诘璞∧け砻妫g化效果變差[3]。在工藝的探索中，采用背正背流程工藝可解決EL舟印現(xiàn)象和提升效率，但同時(shí)又造成了漏電流偏高，良率下降的問題，后續(xù)通過降低二次清洗堿槽濃度可有效彌補(bǔ)漏電問題，使良率恢復(fù)正常。

[1] Moller H J, Funke C. Multi-crystalline silicon for solar cells [J].Thin Solid Films, 2005, (487): 179－187.

[2]李軍陽, 陳特超, 禹慶榮. 多晶硅太陽能電池PECVD氮化硅鈍化工藝的研究 [J]. 制造工藝與設(shè)備, 2008, (165): 46－48.

[3]張顧萬, 龍飛. PECVD生長氮化硅介質(zhì)膜的工藝研究 [J].半導(dǎo)體光電, 2001, 6(3): 201－203.