PERC SE 单晶电池工艺-培训资料

PERCSE高效单晶电池生产工艺培训2019-05-04JiaYueSOLAR2021/6/271前言-太阳能电池在整个光伏产业链中的位置虚线部分为电池片在产业链中的位置JiaYueSOLAR2021/6/272PERC电池结构与工艺流程PERCSE电池结构为在正面制备选择性发射结，背面沉积介质膜钝化层AlOx/SiNx，此结构可提高电池光电转换效率。降低扩散层复合，提高光线的短波响应；减少前金属电极与硅的接触电阻，提高短路电流、开路电压和填充因子；降低背表面复合速率，提升开路电压；增强背表面长波光反射效应，提升短路电流。PERCSE电池结构ARC(SiOx+SiNx)AgAlBSF(Local)AlOxSiNxP-SiN-Si(SE)JiaYueSOLAR2021/6/273PERC电池结构与工艺流程PERC高效电池工艺流程制绒扩散刻蚀热氧+AlOx+SiNxPECVD/ARC激光开槽选择性发射结丝网印刷烧结测试分选退火TexturingDiffusionEtchingHotOxy+AlOx+SiNxPassivationPECVD/ARCLasergroovingSelectiveEmitterPrintingFiringFiringannealingJiaYueSOLAR2021/6/274PERC电池制程@制绒制绒原理：一定浓度、一定温度条件下，碱溶液与硅片反应，各向异性腐蚀；目的：去除表面损伤层，降低表面反射率（多次光吸收）；化学反应式：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑绒面结构：多次光吸收原理图表面金字塔结构JiaYueSOLAR2021/6/275P-typeSi原理Principle：Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2↑PERC电池制程@制绒JiaYueSOLAR2021/6/276PERC电池制程@扩散扩散原理：采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散方法，在硅片表面形成N型层；目的：形成PN结（太阳电池核心单元）；化学反应式：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓扩散装置示意图JiaYueSOLAR2021/6/277PPPPPPPPPPPPPPPPPPP-typeSiPPPPPPPPPPPPPN-typeSi原理Principle：4POCl3+3O2→2P2O5+6Cl2↑2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓800~900℃PERC电池制程@扩散JiaYueSOLAR2021/6/278①SE电池：

SE电池是选择性扩散电池（selectiveemitter）,由中电光伏（CSUN）的赵建华博士发明。即在金属栅线（电极）与硅片接触部位进行重掺杂，在电极之间位置进行轻掺杂，这样的结构可降低扩散层复合，由此可以提高光线的短波响应，同时减少前金属电极与硅的接触电阻，使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善，从而提高转换效率。SE电池的主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂。金属化区域浓扩散区结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；光照区域掺杂浓度低，短波响应好，短路电流高；横向扩散高低结前场作用明显，利于光生载流子收集。②激光SE电池原理：

单晶硅片制绒后进行浅结热扩散，利用激光根据金属化图形将硅片扩散后形成的PSG层作为杂质源进行掺杂处理，驱入实现局部重扩散。在原有的电池工艺基础上增加激光二次扩散制作SE电池。③激光SE电池工艺关键点：

要提高SE电池的光谱响应及光谱响应范围，提高电池效率，需要对电池正面无栅线区域制作浅的PN结，又需要足够的P源以利于使用二次激光扩散。激光二次扩散的结深要与后续的正面银电极烧结相匹配。使得正面银电极与电池片形成欧姆接触，且银电极不能烧穿结区。PERC电池制程@SE(SelectiveEmitter,选择性发射极)JiaYueSOLAR2021/6/279SE单晶PERC电池SEM形貌SE技术要点浅结扩散技术梯度掺杂SE单晶PERC电池剖面结构示意图SiNx(PE)P型硅片(~200μm)SiO2(热氧)浅结扩散(0.2μm)Ag电极梯度掺杂激光扫描区激光扫描区激光扫描区的SEM形貌显示仍为完整的金字塔结构PERC电池制程@SE(SelectiveEmitter,选择性发射极)JiaYueSOLAR2021/6/2710PERC电池制程@刻蚀刻蚀原理：实现硅片的单面腐蚀（对于PERC电池，背面刻蚀和抛光尤为重要）；目的：PN结边缘隔离和背面抛光；化学反应式：3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2O背面刻蚀（含抛光）JiaYueSOLAR2021/6/2711P-typeSiN-typeSi原理Principle：

3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF→H2[SiF6]+2H2OPERC电池制程@刻蚀JiaYueSOLAR2021/6/2712热氧原理：将已形成PN结的硅片放入高温炉中，在高温下氧气和硅反应生成二氧化硅层；目的：

氧原子与硅表面未饱和的硅原子结合形成SiO2薄膜，从而降低硅片表面悬挂键密度，很好地控制界面陷阱和固定电荷，起到对太阳能电池表面进行钝化的目的。化学反应式：Si+O2=SiO2PERC电池制程@热氧SiO2和Si3N4堆叠钝化效果更好，因为Si3N4与硅片附着力不好，易脱落，而SiO2与硅片的附着力和相容性均好，除钝化外，在中间起到缓冲和中介作用；其物理和化学性质稳定，不易受到环境因素影响。JiaYueSOLAR2021/6/2713PERC电池制程@AlOx+SiNx沉积（MAIA）原理：PECVD沉积AlOx+SiNx薄膜；目的：制备背面钝化介质层；工艺流程：BMOBufferModulesOutBMO/UMBuffer-Out/UnloadModuleLM/BMILoad/Buffer-InModulePMProcessModules(1stPM:AlOx;2ndand3rdPM:SiNx)TM/BMITransfer/Buffer-InModuleBeforebacksideAfterbacksideAlOxSiNxSiNxTMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2714P-typeSiSiNxSiH4/NH3400~500℃原理Principle：TMA+N2O→Al2O3SiH4+NH3→S

ixNy+12H2PERC电池制程@AlOx+SiNx沉积JiaYueSOLARAlOx2021/6/2715PERC电池制程@PECVD/ARCPECVD/ARC原理：PECVD沉积SiNx减反射膜；目的：表面钝化和降低反射率；太阳光能谱减反射原理n1d1=λ/4d1≈78nm（n=2.12）短波光穿透深度小，在电池表面附近被吸收；长波光穿透深度大，可注入至电池体内及背表面SiH4+NH3→S

ixNy+12H2JiaYueSOLAR2021/6/2716PERC电池制程@激光开槽激光开槽原理：激光消融背面介质层，形成局域背场接触，收集电流；目的：形成局域背场接触，收集电流；激光开槽（示例）PERC电池电流方向示意图JiaYueSOLAR2021/6/2717丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进行印刷的。当承印物直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上。丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网，而只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部位有印迹。印刷和烧结-制备金属电极JiaYueSOLAR2021/6/2718PERC电池制程@丝网印刷&烧结丝网印刷&烧结：PERC电池需使用专用背银和背铝浆料，保证AlOx+SiNx叠层膜钝化效果，以使电池性能达到最优。下图为激光开槽处铝浆填充处的SEM图，需搭配铝浆和烧结方能实现卓越的填充效果。激光开槽处铝浆填充效果由差至好JiaYueSOLAR2021/6/2719PERC电池制程@恢复炉光照下衰减加热下光照恢复在硅材料中硼和氧同时存在时，光照和暗条件下加偏压（注入多数载流子）都能导致衰减，在这一过程中激活了一种亚稳态缺陷，形成了复合中心制程目的：在加热和光照条件下，使电池片BO形成稳定结构，从而减少光衰，处理后的电池在工作条件下理论上不再衰减；JiaYueSOLAR2021/6/2720制程目的：Purpose：(1)光电转换效率的量测与分级。Photovoltaicconversionefficiencytestingandgrading.(2)检测电池的外观、颜色。Cellappearanceandcolorsorting.PERC电池制程@测试/分选EFF=（Uoc*Isc*