一種抗pid晶體硅太陽能電池制作方法
【專利摘要】一種抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，該制作方法是通過臭氧氧化的工藝，在硅基底與氮化硅之間制作一層氧化硅層。由于臭氧的氧化能力極強，能夠在硅基底表面迅速的生成一層致密氧化硅層。該氧化硅層，能夠在非常薄的情況下，滿足抗PID的需求，因而避免了現(xiàn)有技術(shù)中，由于氧化硅層過厚帶來造成的減反效果降低的問題，使得本發(fā)明的太陽能電池產(chǎn)品完美的解決了抗PID和光利用率的矛盾問題。該薄膜具有出色的表面鈍化效果，相比單一的氮化硅薄膜，其制作的電池可以獲得額外的2～3mV開壓的提升。本發(fā)明所涉及的制作方案工藝簡單、成膜速度快，且自動控制膜厚，大大提高了整個工藝的實用性，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了有效的途徑。
【專利說明】一種抗PID晶體硅太陽能電池制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池制造領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有抗PID效應(yīng)的晶體硅太陽能電池的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PID (Potential Induced Degradation)效應(yīng)稱為高壓誘導(dǎo)衰減效應(yīng)，是最近幾年光伏領(lǐng)域出現(xiàn)的較新的衰減效應(yīng)。隨著光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逐漸推廣應(yīng)用，系統(tǒng)電壓越來越高，常用的有600V和1000V。組件內(nèi)部電池片相對于大地的壓力越來越高，有的甚至達到600-1000V。一般組件的鋁邊框都要求接地，這樣在電池片和鋁邊框之間就形成了600-1000V的高壓。一般來說，組件封裝的層壓過程中，結(jié)構(gòu)為5層。電池片在EVA中間，玻璃和背板在最外層，層壓過程中EVA形成了透明、電絕緣的物質(zhì)。然而，任何塑料材料都不可能100%的絕緣，都有一定程度的導(dǎo)電性，特別是在濕度較大的環(huán)境中。會有漏電流通過電池片、在封裝材料、玻璃、背板、鋁邊框流過，如果在內(nèi)部電路和鋁邊框之間形成高電壓，漏電流將會達到微安或毫安級別，這就是太陽能電池的高壓誘導(dǎo)效應(yīng)，PID效應(yīng)使得電池表面鈍化效果惡化和形成漏電回路，導(dǎo)致填充因子、開路電壓、短路電流降低，使組件性能低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。PID效應(yīng)可以使組件功率下降30%以上。
[0003]解決PID問題的關(guān)鍵是生產(chǎn)具有抗PID能力的太陽能電池片。有研究表明，在常規(guī)晶體硅太陽能電池片的氮化硅和晶體硅片之間增加一層介質(zhì)膜是有效的抗PID手段。
[0004]如在中國專利CN201310239191中，公開了一種具有抗PID效應(yīng)的晶體硅太陽能電池。其做法是在硅襯底和氮化硅層之間，通過PECVD或熱氧化的方法制作一層氧化硅薄膜。然而經(jīng)過 申請人:的研究發(fā)現(xiàn)，上述發(fā)明專利中仍然存在如下的問題:
[0005]第一、利用PECVD制作的氧化硅層，具有較高的界面態(tài)密度，容易影響薄膜的鈍化效果，造成太陽能電池效率降低。
[0006]第二、PECVD和熱氧化法制作氧化硅薄膜時，需要制作較厚的氧化硅薄膜(大于IOnm)0然而較厚的氧化硅薄膜帶來的問題是:首先影響了工藝的效率，無論是PECVD還是熱氧化法，在制作大厚度的氧化硅薄膜時，都將需要消耗較長的工藝時間。其次由于氧化硅薄膜的折射率小于硅和氮化硅，在氧化硅薄膜的厚度過厚時，大大減少氮化硅和氧化硅雙層膜的減反效果，使得太陽能電池的光線利用率大大降低，影響太陽能電池的效率。
[0007]因此，如何制作該層二氧化硅，使其能夠適用抗PID太陽能電池的要求，成了業(yè)界關(guān)注的一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出了一種新的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，不僅可以解決二氧化硅厚度和抗PID效果的矛盾，而且還能增加鈍化效果，減少工藝所需的時間，提高工藝的效率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，該抗PID晶體硅太陽能電池在硅基片和氮化硅之間制作一層氧化硅，以獲得抗PID的效果，所述氧化硅使用臭氧氧化工藝制備而成。
[0010]優(yōu)選的，所述臭氧氧化工藝包括步驟:
[0011]I)提供一經(jīng)過擴散處理后的硅基片；
[0012]2)對所述硅基片進行清洗；
[0013]3)將所述硅基片至于臭氧氛圍中，使硅基片的擴散面在臭氧中氧化，直至該氧化動作自然停止，得到所需氧化硅層。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟2)中的清洗包括:使用HF溶液清洗去除所述硅基片表面的磷硅玻璃層，所述HF溶液的體積濃度為2?8%，清洗溫度為10?30°C，清洗時間為10?200s。
[0015]優(yōu)選的，所述臭氧由臭氧發(fā)生器提供，該臭氧的濃度為5?lOOppm。
[0016]優(yōu)選的，所述氧化動作所需的處理時間為3s?60min，溫度為15?25°C，得到的所述氧化娃層的厚度為0.6?2nm。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟2)和步驟3)之間的間隔時間小于30min。
[0018]優(yōu)選的，所述臭氧氧化工藝之后，還包括步驟4):在氧化硅層表面沉積氮化硅層。
[0019]優(yōu)選的，所述氮化硅層的厚度在80?90nm之間。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟3)和步驟4)之間的間隔時間小于30min，或者當(dāng)所述步驟3)和步驟4)之間的間隔時間超過30min時，對所述硅基片實施一清洗動作，以去除表面的自然
氧化層。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0022]第一、生成的氧化硅厚度不超過2nm，在此厚度下，氧化硅層基本不會對減反效果產(chǎn)生影響；
[0023]第二、采用臭氧氧化的工藝得到的氧化硅膜層，具有較低的表面態(tài)密度，提高了氧化硅的鈍化效果，從而提高了太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0024]第三、本發(fā)明所涉及的制作方案工藝簡單、成膜速度快，幾乎在幾秒鐘的時間內(nèi)氧化硅膜就完成成膜，該氧化層生長到一定厚度之后便不再繼續(xù)生長，不需要特殊的手段控制成膜的厚度，大大提高了整個工藝的實用性，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了有效的途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是本發(fā)明的抗PID晶體硅太陽能電池制作方法的流程框圖。
【具體實施方式】
[0027]正如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的抗PID效應(yīng)的太陽能電池中，普遍采用在硅基底和氮化硅層之間增加一層氧化硅膜。但是現(xiàn)有工藝中，制作該層氧化硅膜的方法采用化學(xué)氣相沉積或熱氧化的工藝會對該層氧化硅層帶來如下的不良影響:第一、氧化硅的厚度太大，導(dǎo)致減反射效果降低，使得太陽能電池的光能利用率降低；第二、PECVD法制備的氧化硅層，表面態(tài)密度過高，導(dǎo)致薄膜的鈍化效果減弱，降低電池效率。第三，成膜工藝花費的時間較長，影響整個太陽能電池的生成效率。
[0028]因此本發(fā)明提出了一種新的抗PID太陽能電池的制作方法，該制作方法是通過臭氧氧化的工藝，在硅基底與氮化硅之間制作一層氧化硅層。由于臭氧的氧化能力極強，本發(fā)明在利用臭氧對硅基底進行氧化時，硅基底表面能夠迅速的生成一層氧化硅層，而且當(dāng)該層氧化硅層的厚度在2nm左右時，氧化層厚度便不再增加。由此生產(chǎn)的氧化硅層，能夠在非常薄的情況下，滿足抗PID的需求，因為避免了現(xiàn)有技術(shù)中，由于氧化硅層過厚帶來造成的減反效果降低的問題，為抗PID效應(yīng)的太陽能電池帶來了工業(yè)化生產(chǎn)的可能。
[0029]下面，將對本發(fā)明的具體技術(shù)方案做詳細(xì)介紹。
[0030]請參見圖1，圖1是本發(fā)明的抗PID晶體硅太陽能電池制作方法的流程框圖。如圖所示，本發(fā)明的制作方法主要包括三個階段:
[0031]S1:硅基底的預(yù)先處理階段。
[0032]S2:臭氧氧化工藝制備氧化硅層階段。
[0033]S3:氮化硅的制備階段。
[0034]其中第一階段的處理中，主要是對硅基底在臭氧氧化工藝之前，進行一些諸如制絨、擴散、去邊的處理。以P型單晶硅為例，在得到晶圓端的硅基底之后，往往需要先將硅基底進行去損傷并制絨，然后進行清洗，之后通過擴散或離子注入等工藝在硅基底中摻雜正5價元素，如通過高溫擴散磷工藝形成PN結(jié)。擴散之后，對硅基底進行濕法刻邊，并去除背面
的PN結(jié)。
[0035]第二階段是本發(fā)明的發(fā)明重點，該階段主要是在第一階段過后的硅基底上制作氧化硅層。一些研究已經(jīng)表明，在溫濕條件下，組件EVA水解產(chǎn)生醋酸，醋酸腐蝕玻璃析出鈉離子，在電池片同玻璃間具有較強的負(fù)偏壓條件下，鈉離子從玻璃遷移到電池片表面從而造成電池片性能衰減是PID產(chǎn)生的主要原因，因此阻止鈉離子的遷移是抗PID的主要途徑之一。氧化硅層的引入，就如同在硅基底前設(shè)置了一堵墻，有效的阻止了鈉離子侵入到硅基底中，因此對于抗PID的太陽能電池來說，該層氧化硅層決定了抗PID的能力。
[0036]本發(fā)明在該第二階段中，設(shè)計的利用臭氧氧化的工藝制備的氧化硅層，完美的解決了抗PID能力同減反射效果的矛盾，能夠在極薄的厚度下形成極致密的氧化硅層，不僅保證了抗PID的性能，而且不會對氮化硅層的減反效果帶來影響。
[0037]請再參見圖1，該臭氧氧化工藝制備氧化硅的方法具備包括步驟:
[0038]S21:提供經(jīng)過第一階段理后的硅基片；
[0039]S22:對硅基片進行清洗；
[0040]S23:將硅基片至于臭氧氛圍中，使硅基片的擴散面在臭氧中氧化，直至該氧化動作自然停止，得到所需氧化硅層。
[0041]其中步驟S22的清洗處理，主要是指對經(jīng)過預(yù)處理的硅基底進行酸洗，以去除其表面可能存在的磷硅玻璃層。具體地，該清洗處理采用HF溶液作為清洗液清洗去除磷硅玻璃層，HF的體積濃度為2?8%，清洗溫度為10?30°C，清洗時間為10?200s。
[0042]在步驟S23中，臭氧由臭氧發(fā)生器提供，該臭氧的濃度對反應(yīng)速度具有一定影響，濃度較大時，臭氧的氧化能力越強，與硅層的結(jié)合速度越快。具體地，該臭氧的濃度可以為5?IOOppm,處理時間為3s?60min,溫度為15?25°C,生成臭氧氧化膜厚度為0.6?2nm。需要注意的是，由于臭氧環(huán)境中的氧化硅層在幾秒的時間內(nèi)就已經(jīng)無法再生長，因此實際操作過程中，可以適當(dāng)?shù)难娱L反應(yīng)的時間，為臭氧和硅提供過反應(yīng)的時間，確保氧化完成率。另外，臭氧氧化工藝，在室溫環(huán)境下即可完成氧化，因此其對硅基底，尤其是擴散層的損壞幾乎可以忽略，提高了襯底的可靠性。
[0043]需要指出的是，第一階段和第二階段之間的時間間隔最好控制在半個小時之內(nèi)，因為經(jīng)過第一階段的處理之后，硅基底表面或多或少會與空氣中的氧氣進行反應(yīng)，生產(chǎn)一層自然氧化層，該層自然氧化層如果過厚，會導(dǎo)致第二階段中臭氧氧化工藝的品質(zhì)變差。如果第一階段和第二階段之間相隔半個小時以上，最好在進行第二階段之間，對硅基底進行一次針對表面氧化層的清洗步驟。
[0044]第二階段之后，在制作得到的氧化硅層上進行第三階段的工藝，即制作一層氮化硅層。該氮化硅層可以用PECVD等沉積工藝進行制作，氮化硅的厚度為80?90nm，折射率為 2.00 ?2.15。
[0045]同樣，該第二階段和第三階段之間的時間間隔，最好也不要超過半個小時，否則對所述硅基片實施一清洗動作，以去除表面的自然氧化層。
[0046]當(dāng)然，作為一個完整的太陽能電池產(chǎn)品，在氮化硅工藝之后，可能還包括一些電極制作、層壓、封裝等常規(guī)工藝，在此就不在贅述。
[0047]通過對本發(fā)明的方法制備得到的太陽能電池片組件，在85°C，85%RH，-1000V條件下進行96小時的PID測試后，其功率衰減幅度在3%以內(nèi)，遠遠好于現(xiàn)有工藝制備電池片制作組件衰減超過50%的情況。
[0048]對本發(fā)明的太陽能電池進行開路電壓測試，發(fā)現(xiàn)開路電壓提高2mV左右，光電轉(zhuǎn)換效率提高0.05%?0.1%。說明本發(fā)明的抗PID薄膜相對于現(xiàn)有的氮化硅薄膜，具有更好的鈍化效果。
[0049]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0050]實施例一
[0051]一種使用臭氧制備抗PID薄膜的方法，其步驟包括:
[0052](I)將擴散后的硅片進行刻蝕去邊，清洗去除磷硅玻璃層；
[0053]其中，清洗使用的是HF，HF溶液的體積濃度為4%，溶液溫度為20°C，清洗時間為200s ；
[0054](2) IOmin后，將硅片擴散面置于臭氧的環(huán)境中生長臭氧氧化膜，環(huán)境溫度為20°C，臭氧的濃度為20ppm，處理時間為lOmin，生成臭氧氧化層的厚度為1.5nm ；
[0055](3) IOmin后，將待處理的硅片沉積氮化硅薄膜；
[0056]其中，氮化硅的厚度為84nm，折射率為2.06。
[0057]實施例二
[0058]一種使用臭氧制備抗PID薄膜的方法，其步驟包括:
[0059](I)將擴散后的硅片進行刻蝕去邊，清洗去除磷硅玻璃層；
[0060]其中，清洗使用的是HF，HF溶液的體積濃度為5%，溶液溫度為21°C，清洗時間為55s ；
[0061](2) 5s后，將硅片擴散面置于臭氧的環(huán)境中生長臭氧氧化膜，環(huán)境溫度為21°C，臭氧的濃度為40ppm，處理時間為7s，生成臭氧氧化層的厚度為1.2nm ；[0062](3) 15min后，將待處理的硅片沉積氮化硅薄膜；
[0063]其中，氮化硅的厚度為85nm，折射率為2.09。
[0064]對比例一
[0065]一種減反射膜的制備方法，具體步驟包括:
[0066](I)將擴散后的硅片進行刻蝕去邊，清洗去除磷硅玻璃層；
[0067]其中，清洗使用的是HF，HF溶液的體積濃度為4%，溶液溫度為20°C，清洗時間為200s ；
[0068](2) IOmin后，將待處理的硅片沉積氮化硅薄膜；
[0069]其中，氮化硅的厚度為88nm，折射率為2.07。
[0070]在AMl.5、光強1000W、溫度25°C的條件下，測得實施例一、實施例二和對比例一制得的太陽能電池片的電性能參數(shù)，以及在85°C，85%RH，-1000V條件下進行96小時的PID測試后，組件功率衰減比例，如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，該抗PID晶體硅太陽能電池在硅基片和氮化硅之間制作一層氧化硅，以獲得抗PID的效果，其特征在于:所述氧化硅使用臭氧氧化工藝制備而成。
2.如權(quán)利要求1所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述臭氧氧化工藝包括步驟: 1)提供一經(jīng)過擴散處理后的硅基片； 2)對所述硅基片進行清洗； 3)將所述硅基片至于臭氧氛圍中，使硅基片的擴散面在臭氧中氧化，直至該氧化動作自然停止，得到所需氧化硅層。
3.如權(quán)利要求2所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟2)中的清洗包括:使用HF溶液清洗去除所述硅基片表面的磷硅玻璃層，所述HF溶液的體積濃度為2?8%，清洗溫度為10?30°C，清洗時間為10?200s。
4.如權(quán)利要求2所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述臭氧由臭氧發(fā)生器提供，該臭氧的濃度為5?lOOppm。
5.如權(quán)利要求4所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述氧化動作所需的處理時間為3s?60min，溫度為15?25°C，得到的所述氧化硅層的厚度為0.6 ?2nm。
6.如權(quán)利要求2所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟2)和步驟3)之間的間隔時間小于30min。
7.如權(quán)利要求2所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述臭氧氧化工藝之后，還包括步驟4):在氧化硅層表面沉積氮化硅層。
8.如權(quán)利要求7所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述氮化硅層的厚度在80?90nm之間，折射率為2.00?2.15。
9.如權(quán)利要求7所述的抗PID晶體硅太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟3)和步驟4)之間的間隔時間小于30min，或者當(dāng)所述步驟3)和步驟4)之間的間隔時間超過30min時，對所述硅基片實施一清洗動作，以去除表面的自然氧化層，之后再將硅基片進行步驟3)。
【文檔編號】H01L31/18GK103872184SQ201410134437
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】萬松博, 王栩生, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司