不同镀膜流程对多晶硅背钝化效率和EL的影响

浙江正泰太阳能科技有限公司 ■ 江坚 陈刚 张斌 张剑峰 王仕鹏 黄海燕 陆川

0 引言

光伏产业正面临的一个重要问题就是如何在增加太阳电池转换效率的同时又不降低工业化生产的经济性和技术可行性，该行业亟待导入新技术来提升转换效率。因此，有远见的企业将转换效率的提升视为难得的机遇，在背面钝化领域积极展开技术研发。背面镀膜钝化技术是以不同的成膜方式在硅片的背面形成钝化层的工艺技术，已被证明是一种有效的提高转换效率的方法，亦被业界普遍认为是未来新一代晶体硅太阳电池技术发展的重要趋势。因此，企业需要抓住这个难得的机会，持续提升技术水平。在太阳电池制造中，由于背钝化工艺，电池效率提升了0.7%以上，越来越多的电池厂家导入背钝化工艺。背钝化工艺使用钝化介质膜(Al2O3)对背面悬挂键进行保护，有效降低背表面复合，提升少子寿命并提升效率；同时Al2O3作为背面反射器，可使一部分未被吸收的常规段光反射回去得到利用，从而提升开路电压和短路电流[1]。

本文主要讨论不同镀膜流程对多晶硅背钝化EL和电性能等方面的影响，背钝化工艺与常规流程相比新增了3个工序，产生的问题也较多，比如舟印问题、漏电问题等。浙江正泰背钝化工艺原采用正背背流程，经常产生舟印问题，且不可控。通过工艺优化导入背正背工艺可解决此类现象并提升效率。

1 实验

1.1 原理介绍

背钝化电池与常规电池的差异在于背面。首先，常规电池背面直接用铝浆覆盖，而背钝化电池片背面第一层为Al2O3，下面一层以SixNy作为保护；其次，背钝化专用铝浆通过激光开窗的空洞区域与硅基进行局部接触，如图1所示。

1.2 现行镀膜流程

目前浙江正泰采用正背背流程。如图2所示，正背背流程是在常规正面镀膜(PECVD)后增加原子层沉积(ALD)、背面镀膜(PECVD)和激光刻槽3个工序。由于增加背面钝化效果，短路电流和开路电压得到明显提升，太阳电池整体效率可提升0.66%。

图1 常规电池与背钝化电池示意图

图2 正背背流程图

由表1两种流程的电性能对比可看出，正背背流程与常规流程中并联电阻和漏电流基本保持一致，新增的3个工序对良率影响不大，若不考虑碎片率，背钝化流程的良率与常规流程持平。

表1 背钝化流程与常规流程电性能参数对比

1.3 现行镀膜流程异常情况分析

浙江正泰采用背钝化工艺的电池片在量产之际，出现EL舟印问题[2]，如图3所示，且调试各工段都无改善。若舟印问题无法根治，生产线将无法大批量生产，否则若大批量生产会造成批量异常并滞销，造成重大损失。由于背钝化电池片电流较高，故较常规电池片EL测试要亮，舟印电池片EL呈有规律的弧形圈发暗，与石墨舟舟框比较吻合，怀疑这可能是在正面镀膜(PECVD)或背面镀膜(PECVD)过程中出现绕镀、划伤，导致EL异常。由于电池片外观没有异常，EL舟印产生的原因可能是正面镀膜插片机插片后留有缝隙导致电池片背面被镀上氮化硅，氮化硅薄膜没有氧化铝钝化效果好，少子寿命会降低，导致EL出现明暗现象。

图3 EL有舟印

1.4 新的镀膜流程验证

针对舟印问题，采用新的工艺流程，流程图如图4所示。相对原流程，新的工艺流程只调整了正面镀膜(PECVD)和原子层沉积(ALD)的前后顺序。先在背面使用原子层沉积(ALD)设备镀上氧化铝，然后再镀上氮化硅，从原理上解释舟印为正面镀膜(PECVD)过程中在背面形成氮化硅膜，氧化铝沉积在氮化硅和硅片表面，电池片背表面钝化效果有差异，这样就形成了EL明暗现象。

图4 背正背流程图

2 结果与分析

2.1 效率与EL验证

更改流程后，EL舟印现象消失(如图5所示)，在电性能上，效率提升0.13%，同时存在Rsh下降的现象，漏电流上升，进而造成良率下降。

表2 背正背流程与正背背流程电性能对比

图5 EL无舟印

2.2 降低漏电流和提升并联电阻

背正背流程漏电流较大，怀疑是电池片正表面有金属杂质离子掺入导致。为了解决漏电问题，可降低二次清洗碱槽浓度，从而使酸槽清洗电池片金属杂质离子能力加强。电性能上看，降低二次清洗碱槽浓度后，漏电明显降低，并联电阻升高，并联电阻和漏电流恢复至之前正常水平。

表3 降低碱槽浓度后的电性能对比

3 结论

大批量导入正背背流程的背钝化工艺会出现EL舟印，原因在于正面镀膜(PECVD)绕镀到背面，导致氧化铝没有直接镀在硅片表面，而是镀在氮化硅薄膜表面，钝化效果变差[3]。在工艺的探索中，采用背正背流程工艺可解决EL舟印现象和提升效率，但同时又造成了漏电流偏高，良率下降的问题，后续通过降低二次清洗碱槽浓度可有效弥补漏电问题，使良率恢复正常。

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

[2]李军阳, 陈特超, 禹庆荣. 多晶硅太阳能电池PECVD氮化硅钝化工艺的研究 [J]. 制造工艺与设备, 2008, (165): 46－48.

[3]张顾万, 龙飞. PECVD生长氮化硅介质膜的工艺研究 [J].半导体光电, 2001, 6(3): 201－203.