楊飛飛， 魯貴林， 趙科巍， 張 波， 張?jiān)迄i， 郭 麗

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

鈍化發(fā)射極與背接觸(PERC)電池已然成為目前主流的單晶產(chǎn)品，其效率在已有的報(bào)道中已經(jīng)突破22.5%[1]。當(dāng)前主流PERC電池背鈍化沉積技術(shù)包括PECVD、ALD、磁控濺射等[2-6]。大部分廠家出于鈍化效果的考慮，大都使用原子層沉積法(ALD)，但由于原子沉積機(jī)理導(dǎo)致其沉積速度較慢[1]，正是在此背景下，板式及管式PECVD反應(yīng)裝置應(yīng)用而生，并快速得到市場(chǎng)的反饋。如今，以PECVD方式制備氧化鋁鈍化膜的技術(shù)日益成熟。

本文以PECVD方式制備PERC電池背面氧化鋁鈍化膜，PECVD所制備鈍化膜燒結(jié)后少子壽命與ALD技術(shù)趨于一致，無論產(chǎn)能還是鈍化效果都滿足工業(yè)化生產(chǎn)的條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)所用硅片都為P型Cz(直拉法)摻硼，尺寸大小156.75 mm×156.75 mm，電阻率為0.5 Ω·cm～-1.4 Ω·cm，厚度180 μm。所用到對(duì)稱結(jié)構(gòu)硅片均經(jīng)堿拋設(shè)備進(jìn)行雙面拋光及清洗，并用板式PECVD制備雙面AlOX，AlOX厚度在3 nm～10 nm，厚度測(cè)量使用量拓公司的全光譜橢偏儀，并利用Sinton公司的WCT-120經(jīng)燒結(jié)后測(cè)試少子壽命，燒結(jié)工藝使用國(guó)產(chǎn)邁為紅外燈管燒結(jié)爐，實(shí)際峰值溫度為工業(yè)化生產(chǎn)溫度780 ℃～800 ℃[3-4]。并假想體內(nèi)少子壽命為無窮大，利用公式Seff=W/(2*eff)計(jì)算出表面最大復(fù)合速率。通過不同三甲基鋁(TMA)與氧氣的流量比所對(duì)應(yīng)的少子壽命，從而找出最優(yōu)的配方結(jié)構(gòu)。批量化電池使用均勻磷摻雜工藝，關(guān)鍵鈍化工藝為PE-AlOX+SiNX，背刻蝕使用酸拋與堿拋兩種工藝進(jìn)行對(duì)比，其中，酸拋?zhàn)鳛榛A(chǔ)對(duì)比組，然后經(jīng)激光開槽，最后絲網(wǎng)印刷工藝形成前后金屬接觸，使用Halm機(jī)臺(tái)測(cè)試IV數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 表面鈍化質(zhì)量

圖1所示為有效少子壽命與AlOx膜厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從圖1中可以看出，隨著厚度增加有效少子壽命在不斷提高，說明鈍化效果在不斷增強(qiáng)。當(dāng)膜厚達(dá)到7 nm時(shí)，少子壽命可達(dá)2.7 ms以上，而當(dāng)大于7 nm后，提升不大。需要說明7 nm時(shí)對(duì)應(yīng)的工藝帶速為60 cm·s-1，每小時(shí)產(chǎn)能約為3 500 pcs。

圖1 有效少子壽命與AlOX膜厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系

衡量表面鈍化效果的另一表征參數(shù)為表面復(fù)合速率(SRV)，當(dāng)硅片體內(nèi)為理想結(jié)構(gòu)，體少子壽命趨于無窮大時(shí)，可利用公式Smax=W/2eff計(jì)算表面的復(fù)合速率[2]，當(dāng)AlOx膜厚達(dá)到7 nm時(shí)，表面復(fù)合速率可低至3 cm/s以下。

表1所示為不同工藝氣體流量組合所對(duì)應(yīng)的配方結(jié)構(gòu)，正如上文所述，7 nm鍍膜工藝帶速為60 cm/s，產(chǎn)能較低，無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，因此本文通過調(diào)整工藝配方結(jié)構(gòu)，找出高帶速下少子壽命大于2.5 ms的參數(shù)組合。表1中編號(hào)1的配方為對(duì)比組，其他配方結(jié)構(gòu)帶速均為135 cm·s-1，可滿足5 000 pcs/h。表1中配方方案設(shè)計(jì)采用DOE設(shè)計(jì)，二因子二水平，二因子為氧氣與TMA流量，其中，氧氣選取300 sccm與400 sccm兩個(gè)水平，TMA為250 sccm與300 sccm兩個(gè)水平。從表1中看出，帶速為135 cm·s-1情況下，不同工藝氣體組合所制作的AlOx膜厚并不一樣，配方編號(hào)4和5的厚度達(dá)到對(duì)比組60 cm/s的水平，且有所增加。

表1 不同工藝氣體流量組合配方結(jié)構(gòu)

圖2為有效少子壽命與表1中不同配方結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以看出,配方4與5的少子壽命與對(duì)比組持平或略高，且進(jìn)一步分析，配方4的數(shù)據(jù)離散度較低，說明鈍化效果更優(yōu)，結(jié)合表1中厚度的數(shù)據(jù)，可能原因?yàn)榕浞?的AlOx的致密度更高一些。另外,依據(jù)DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理及直觀分析方法，可以認(rèn)為在兩個(gè)因子中，氧氣流量的變化對(duì)于鈍化效果的改善最為顯著，可認(rèn)為是主要影響因子。

圖2 有效少子壽命與不同配方結(jié)構(gòu)的關(guān)系

2.2 激光開槽調(diào)優(yōu)

激光開槽調(diào)優(yōu)效果的檢驗(yàn)需制作成電池片，其中背刻蝕工藝使用堿拋工藝，背鈍化介質(zhì)膜為AlOx，背激光根據(jù)調(diào)優(yōu)試驗(yàn)的實(shí)施分成4組，然后進(jìn)行絲網(wǎng)印刷制備金屬電極[3-4]。

表2為不同激光功率與線距組合表，其中，配方1為對(duì)比組，利用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)激光功率與線距2個(gè)因子進(jìn)行二水平的設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)不同組合對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響程度。

表2 不同激光功率與線距組合配方

圖3為不同激光組合配方制備成電池片后與轉(zhuǎn)換效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從圖3中可以看出，功率與線距2個(gè)單獨(dú)因子對(duì)效率的影響程度接近，其中，較低的功率對(duì)硅片表面的熱損傷相對(duì)較小，從而降低背面金屬接觸區(qū)域的復(fù)合電流[5-6]，較大的開孔率降低載流子橫向傳輸電阻。而且當(dāng)兩者結(jié)合時(shí)，疊加效應(yīng)超過2個(gè)因子的幾何相加效果，轉(zhuǎn)換效率提升近0.1%。

圖3 不同激光工藝配方與轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系

2.3 PERC電池應(yīng)用

表3為酸拋與堿拋工藝制作電池的批量4組數(shù)據(jù)，其中，背鈍化工藝及背激光工藝均使用上述工藝調(diào)優(yōu)中的最佳方案，由數(shù)據(jù)看出，使用堿拋工藝的背鈍化Voc較酸拋高2 mV，說明堿拋背表面較好的平整度鈍化效果更好[7]，同時(shí)，Jsc堿拋相比酸拋高0.16 mA/cm2,其中原因主要為堿拋大絨面結(jié)構(gòu)對(duì)長(zhǎng)波段入射光利用率高[3]。堿拋組填充因子高0.2，較好背面平整度，硅鋁合金處的空洞較少，金屬接觸性更好，有利于載流子的導(dǎo)出。

表3 酸拋與堿拋批量電池4組數(shù)據(jù)對(duì)比

3 結(jié)論

本文對(duì)板式PECVD沉積氧化鋁的工藝進(jìn)行調(diào)優(yōu)，研究了AlOx厚度與鈍化效果的關(guān)系，結(jié)果顯示厚度大于7 nm鈍化效果較佳。不同氣體組分的對(duì)比測(cè)試結(jié)果顯示，合理的氣體流量比可以進(jìn)一步增強(qiáng)AlOx介質(zhì)膜的致密度，從而提高鈍化效果。經(jīng)背激光開槽工藝參數(shù)的試驗(yàn)指出，開孔率與激光能量的合理搭配對(duì)轉(zhuǎn)換效率的提升有益處。最后經(jīng)工業(yè)化批量生產(chǎn)4組數(shù)據(jù)對(duì)比，堿拋疊加AlOx的轉(zhuǎn)換效率要優(yōu)于酸拋疊加AlOx。且堿拋疊加AlOx的綜合轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到22.46%水平。說明板式PECVD方式制備AlOx無論產(chǎn)能還是轉(zhuǎn)換效率都可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。