張 永，孟小偉，張進臣，王貴梅，邵海嬌

(晶澳太陽能有限公司，河北邢臺 055550)

氧化鋁薄膜具有優(yōu)良的鈍化效果，常被用于PERC 晶硅電池中[1]，其中MEYER BURGER 公司的MAiA 機臺采用的離域間接沉積方式在實際量產(chǎn)應(yīng)用中占比較大，制備方式主要采用氬氣攜帶TMA 的方式通過CEM 將液態(tài)TMA 進行氣化，通過氣路進入反應(yīng)倉體，與笑氣在低壓低溫環(huán)境下，通過同軸微波系統(tǒng)，將氣體進行電離成等離子體，最終在硅片的背表面形成一層15 nm 的氧化鋁薄層，該薄層不僅降低了氮化硅層的N+反型同時提供了更好的場鈍化特性，匹配背膜的激光開槽工藝大大提升了PERC 電池的光電轉(zhuǎn)化效率[1]。但是MAiA 機臺在實際使用過程中存在一些不穩(wěn)定因素，容易導(dǎo)致氧化鋁薄膜鈍化效果差，從而在成品電池EL 測試時出現(xiàn)大面積發(fā)黑現(xiàn)象。本文總結(jié)了MAiA 背鈍化機臺在日常使用中出現(xiàn)的導(dǎo)致EL 大面積發(fā)黑的關(guān)鍵因素，同時也通過一系列實驗，進一步完善了針對MAiA 機臺預(yù)防EL大面積發(fā)黑的措施。

1 實驗

1.1 實驗儀器

實驗采用了MEYER BURGER 公司生產(chǎn)的MAiA 背鈍化機臺對松宮公司生產(chǎn)的單晶硅片進行沉積氧化鋁+氮化硅薄膜，采用上海哲為儀器科技有限公司220 型號EL 機進行測試分析，觀察不同條件下EL 發(fā)黑的情況；采用美國PV Measurements 的QEX10 測試儀進行量子效率測試，進一步判定EL 發(fā)暗是受長波還是短波響應(yīng)差影響，采用美國Sinton 的WCT120 測試鈍化層電流密度J0值，來反應(yīng)薄層的鈍化效果。

1.2 實驗設(shè)計

使用松宮電子公司生產(chǎn)的同一批次0.8～1.1 Ω·cm 電阻率范圍內(nèi)的158 mm×158 mm 原料摻鎵單晶硅片經(jīng)測試篩選后作為實驗片，從三個方面：(1)上載倉不同溫度；(2)氧化鋁膜不同厚度；(3)TMA 源不同純度進行驗證，觀察不同條件對成片電池EL 發(fā)黑和電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 上載(LM)倉溫度

上載倉采用紅外加熱的方式，對作為襯底的硅片起到預(yù)升溫的作 用，通 過設(shè)置LM 倉溫度 在50、150、250、350 和400 ℃五個條件，選取相同片源每個條件生產(chǎn)800 片，觀察不同溫度下EL 發(fā)黑比例以及電性、表面反向飽和電流密度J01情況，實驗結(jié)果如表1 所示。

在LM 倉不同溫度條件下，EL 發(fā)黑比例隨著LM 倉溫度升高而降低，同時光電轉(zhuǎn)換效率呈升高趨勢；當(dāng)LM 倉溫度達到250 ℃時，EL 發(fā)黑比例降低和電性能提升趨于穩(wěn)定，到300 ℃時變化不大；同時對不同溫度條件的電池片用WCT120 測試分析J01如表1 最后一列所示，隨著上載倉溫度的提升，J01值呈現(xiàn)明顯下降趨勢，進一步證明隨溫度的提升，降低了電池的表面復(fù)合。

表1 LM 倉不同溫度下EL 發(fā)黑比例、電性能對比

LM 倉溫度偏低時，由于硅片表面受熱不完全，硅片做襯底溫度相對偏低，在反應(yīng)倉沉積的氧化鋁的致密性相對會變差[2]，從而出現(xiàn)氧化鋁鈍化性能下降。上載倉溫度低導(dǎo)致典型EL 發(fā)黑圖片如圖1 所示。

圖1 上載倉溫度小于等于250 ℃時典型EL發(fā)黑圖像

2.2 氧化鋁厚度

觀察不同氧化鋁厚度條件下，EL 發(fā)黑比例和電池性能變化情況，在MAiA 機臺的氧化鋁沉積倉，設(shè)定不同的TMA 流量沉積氧化鋁厚度分別為5、10、15 和20 nm 四個厚度的條件，觀察EL 和電池性能的變化情況如表2 所示。

表2 不同氧化鋁厚度下EL 發(fā)黑比例、電性能

隨著氧化鋁厚度的增加，鈍化效果增加，光電轉(zhuǎn)化效率提升，體現(xiàn)在UOC的提升明顯，氧化鋁厚度在5 nm 時EL 發(fā)黑比例在8.6%，分析主要是由于氧化鋁厚度太薄，鈍化性能差，但是當(dāng)厚度增加到15 nm 時，鈍化性能趨于穩(wěn)定，厚度再往上提，轉(zhuǎn)化效率無明顯提升[3]，氧化鋁厚度偏薄時，發(fā)黑圖像如圖2 所示。

圖2 氧化鋁厚度偏薄時EL發(fā)黑圖像

2.3 TMA 純度的影響

TMA 學(xué)名為三甲基鋁，是工業(yè)沉積氧化鋁鈍化薄膜的主要反應(yīng)參與物，常溫下液態(tài)，由于在制備過程中會引入鎳鉻鐵等微量的雜質(zhì)，使用中一定程度上在儲液瓶或供液的機臺末端會有雜質(zhì)殘留，當(dāng)雜質(zhì)進入設(shè)備主體內(nèi)部時，常出現(xiàn)TMA 流量波動大的情況，并伴隨電性能的下降，如表3 所示。低效片存在EL 發(fā)黑的情況，如圖3 所示。

表3 不同位置機臺EL發(fā)黑比例

圖3 TMA 純度不夠?qū)е碌腅L發(fā)黑

由圖4 可知，供液末端的M301 機臺效率波動更大，效率集中度相對供液初端的M303 效率集中度要差，測試低效片EL 發(fā)黑明顯。對效率偏低的異常片進行量子效率測試，QE曲線顯示長波段量子效率偏差，如圖5QE 測試曲線對比(A1為效率偏低的異常片，A2 為效率正常片)，分析為TMA 中雜質(zhì)含量偏高導(dǎo)致制備的氧化鋁薄膜鈍化效果差，因此選效率偏低時對反應(yīng)倉體的粉末進行成分測試分析對比(圖6 為異常狀態(tài)時倉體粉末微觀結(jié)構(gòu)圖)，測試粉末中含有氯元素，此為TMA 中的雜質(zhì)。表4 為異常條件的成分分析對比結(jié)果。制定措施通過維護過程對末端主機臺進行吹掃，減少雜質(zhì)在氧化鋁薄層中的含量得以改善此問題[4]。

表4 異常狀態(tài)時倉體粉末成分測試結(jié)果

圖4 供液末端與初端機臺效率分布圖

圖5 量子效率對比圖

圖6 異常狀態(tài)時倉體粉末微觀圖

3 總結(jié)

氧化鋁膜的制備作為PERC 電池的核心環(huán)節(jié)，如何保證優(yōu)質(zhì)的膜層制備至關(guān)重要，本文通過對影響氧化鋁薄膜性質(zhì)的不同因素進行實驗驗證，明確了MAiA 機臺上載倉不同溫度、氧化鋁不同厚度，以及TMA 的純度對EL 發(fā)黑比例及電池性能的影響，并提出了有針對性的改進措施：

(1)當(dāng)倉體溫度太低時由于硅片襯底受熱不好，沉積的氧化鋁薄膜致密性差導(dǎo)致EL 發(fā)黑比例增加，當(dāng)溫度保持在250～300 ℃時，EL 發(fā)黑得以改善。

(2)氧化鋁厚度太薄時，不能起到很好的鈍化作用，當(dāng)提高到15 nm 以上時，鈍化效果趨于穩(wěn)定。

(3)TMA 雜質(zhì)含量對EL 發(fā)黑以及電性能影響至關(guān)重要，因此定期的機臺吹掃是必要的，目的是降低主機臺內(nèi)雜質(zhì)含量，臨時措施可以通過適當(dāng)降低氧化鋁薄層的厚度2～3 nm 進行緩解。本文通過實驗驗證得到的結(jié)論在氧化鋁膜層實際生產(chǎn)制備過程中具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。