管式PECVD工艺参数对晶硅电池边缘漏电影响

杨广伟 王贵梅 张志敏 刘苗 许志卫

（晶澳太阳能有限公司，河北邢台 055550）

0.引言

电性参数作为衡量晶硅电池性能的主要因素之一受到广泛关注。其中并联电阻主要与晶体硅材料质量和太阳电池制造过程中引入的缺陷和杂质有关；而漏电主要来自4部分：（1）太阳电池周边扩散p-n结时引入的磷而导致p-n结完全或部分的短路；（2）非理想的p-n结或p-n结内部不完善部分的漏电短路；（3）衬底和薄膜层及p-n结之间的部分漏电；（4）多晶体或薄膜的晶体界面的部分漏电[1]。

晶体硅电池边缘漏电一般与边缘PN结未去除干净或者边缘浆料沾污导致上下电极短路有关，产业化晶硅电池制造过程中，去除边缘PN结有等离子干法刻蚀和化学湿法刻蚀两种方式，其中化学湿法刻蚀又分为酸抛和碱抛两种工艺路线。通常情况下导致晶硅太阳电池边缘漏电的原因有：（1）等离子干法刻蚀中硅片会堆叠放置，由于硅片放置不整齐或者等离子体分布不均匀等会造成边缘刻蚀不足从而产生边缘漏电电池片。（2）化学湿法刻蚀由于腐蚀药液配比、液位水平等原因也会导致刻蚀不足产生边缘漏电电池片[2-4]。（3）印刷电极环节，操作不当或者台面污染等原因会导致浆料粘附在电池边缘，形成局部短路，产生边缘漏电电池片[5]。

然而在生产过程中除了以上原因之外，不同的镀膜方式对硅片边缘漏电影响也非常大，在相同去除边缘PN结和印刷线设备情况下，我们发现管式PECVD较板式PECVD产生边缘漏电的比例要高，本文通过对管式PECVD工艺研究，优化管式PECVD工艺参数，达到降低边缘漏电电池片比例的效果，提升电池品质。

1.试验设计

1.1 试验仪器

原料硅片采用松宫电子材料有限公司生产的p型多晶硅片，尺寸为156mm×156mm，厚度为（180±10）μm，电阻率为1Ω.cm～3Ω.cm，试验所用原料硅片均切割于同一铸锭硅。电池性能参数采用Halm检测系统测试，热成像测试采用Fluke公司的Ti55FT红外热像仪。板式镀膜设备为德国SINA，管式镀膜设备为德国Centrotherm。

1.2 试验设计

本文多晶P型电池生产工艺如图1所示。其中PECVD分为板式镀膜和管式镀膜。

图1 多晶电池片生产工艺

2.结果与讨论

2.1 不同镀膜方式试验结果

取相同原料片，按照图1所示工艺路线，固定相同制绒、扩散、等离子刻蚀及印刷烧结与检测线别，经过不同PECVD沉积方式各2000片，镀膜方式及关键工艺条件如表1所示。

表1 镀膜方式及工艺条件

Halm检测系统中，会测试出漏电值和并联电阻值[6-7]。产线中，我们将漏电值大于1A或者并联电阻值小于12Ω的电池片挑出降级处理，用热成像测试挑选出的降级品，锁定漏电位置为边缘位置如图2所示。

图2 边缘漏电热成像

两种镀膜方式产生边缘漏电降级比例如表2所示。

表2 边缘漏电比例对比

管式PECVD镀膜电池边缘漏电比例远高于板式PECVD，管式PECVD并联电阻值较板式偏低，并阻电阻对比如图3所示。管式PECVD并阻值偏低的原因可能是两种镀膜方式的原理差异导致，板式PECVD由于等离子体与样品区分离，衬底不会受等离子体轰击，不会造成表面损伤，表面少子寿命不受影响；管式PECVD表面轰击作用致使表面损伤严重，形成更多的表面缺陷，使表面复合速率提高[8]。硅片边缘位置较表面位置相比，可能存在尖端放电效应，从而轰击影响更为明显，因此表现为边缘位置漏电比例高。

图3 并联电阻对比

根据以上试验结果，设计试验，验证管式PECVD工艺参数中功率、脉冲比、温度对并阻和漏电值影响。

2.2 管式PECVD功率/脉冲比/温度对并阻和漏电值影响

太阳能电池并联电阻越大越好，漏电流越小越好，以并联电阻和漏电流为观测变量，以管式PECVD工艺参数中功率、脉冲比、温度为因子，设计试验并对试验结果进行分析，分析结果如图4所示，功率在6500W，温度在400℃，脉冲比为3:27时可以得到较高的并联电阻值和较低的漏电流值。

图4 试验验证结果

2.3 管式PECVD工艺优化后并阻/漏电

优化工艺前后并阻对比如图5所示，优化工艺后，产线未再产生边缘漏电电池。

图5 工艺优化前后并阻/漏电对比

3.结语

管式PECVD较板式PECVD相比，并阻值偏低，出现边缘漏电电池比例偏高，本文经过试验验证，对管式PECVD工艺参数中的功率、脉冲比、温度参数进行优化，降低温度可以减少边缘漏电电池片数量，在功率为6500W，温度为400℃，脉冲比为3:27时，得到最优的并阻和漏电值，为减少管式PECVD产生边缘漏电电池片提供了调试方向。