张福庆 王贵梅 孙晓凯 张玉松 张若凡

（晶澳太阳能有限公司，河北邢台 055550）

0.引言

近年来，在P型晶硅太阳电池市场，SE-PERC电池仍占据主流，以其可增加电池的光电转化率，提升组件功率。SE-PERC电池利用良好的表面钝化技术，降低晶硅表面态密度和表面少子复合速率[1]，在效率提升方面备受青睐。同时，背面的钝化增益也尤为重要。

随着太阳电池技术的发展,良好的表面钝化成为制备高效电池必不可少的条件。表面钝化通过饱和半导体表面处的悬挂键，降低界面态密度，同时钝化膜的存在避免了杂质在表面层的引入形成复合中心，降低复合速率。目前晶硅太阳电池常用的背表明钝化技术有背面氧化硅钝化、背面氧化铝钝化和背面氮化硅钝化等，背面钝化主要通过降低硅基底表面缺陷、形成良好的场钝化、提升长波段光的利用率等增强晶硅表面的钝化效果，有效提高少子寿命[2]。

本文选择在SE-PERC电池工艺上，通过二合一管式PECVD背钝化设备进行背面钝化镀膜工艺优化，提升电池光电转换效率，为SE-PERC太阳电池光电转换效率的优化提供工艺方案。

1.试验

1.1 电池结构示意图

本文基于SE-PERC晶硅太阳电池进行试验，电池基本结构示意图，如图1所示。

图1 双面PERC太阳电池基本结构示意图

1.2 试验材料及仪器

试验样品采用太阳能级掺稼P型为158.75mm×158.75mm方形R∠晶硅片，电阻率为0.8Ω·cm～1.1Ω·cm，厚度为（160±3）μm。

试验中使用捷佳伟创二合一管式PECVD设备（PD450）进行背面钝化膜制备，利用激光椭偏仪（SE-400）进行氧化铝、氮氧化硅、氮化硅等薄膜的厚度及折射率测试，使用美国Sition的WCT-120测试成品片模拟开压。

1.3 试验设计

试验共设计5个条件，对不同的背钝化工艺进行比较分析，详见表1所述。

表1 不同背钝化工艺条件

按照如图2所示试验流程进行，试验样片在背钝化工艺前，所经机台及工艺参数一致，样片在经过退火热氧化工序后，表面已经形成一层SiO2钝化薄膜[4]，可视为各个条件在背钝化前均无差异。

图2 太阳电池制备试验工艺流程

2.试验结果及分析

2.1 电性能测试

按照图2电池制备流程图，将各试验条件电池片经各工序下传至检测工序，进行电池片电性能测试。采用在线Halm测试系统进行I-V测试，光谱波长为300nm～1200nm。测试机台校准使用光衰10h后电池片，以单片校准片重复测试的方式，测试5次，测试效率波动达到±0.03%以内，视为合格。

测试试验所以电池片的电性能，统计各试验条件其各项电性能平均值，如表2所示。表中：Eta为平均光电转换效率；Uoc为平均开路电压；Isc为平均短路电流；FF为平均填充因子；Rs为平均串联电阻；Rsh为平均并联电阻；IRev2位平均漏电。

表2 不同试验条件电池片电性能数据

由以上数据可知，条件1试验电池片光电转换效率最低，在试验背景下表明对应背钝化工艺的钝化效果最差，条件4、条件5试验电池片的光电转换效率基本持平，且转换效率最高，表明其背钝化工艺的钝化效果最好。

不同背钝化工艺试验条件电性能数据显示，随着背钝化工艺的变化，背钝化效果进一步提升，条件5电池片的转换效率最高，表明在氧化铝+氮化硅常规背钝化工艺的基础上，增加预淀积工艺、氮氧化硅工艺[5]、氧化硅工艺，并按条件5列膜层分布，可进一步提升电池片光电转换率0.25%。同时可发现，随着预淀积工艺、氮氧化硅工艺的逐步添加，试验电池片的光电转换效率也在逐步提升。

2.2 模拟开压测试

使用WCT-120测试各条件电池片的准中性区基区和发射级区中复合产生的饱和暗电流密度（Jo1）、空间电荷区中的复合产生的饱和暗电流密度（Jo2）、理想填充因子（pFF）以及模拟开压（Voc）。使用成品电池片测试更能直观的反映出电池片整体的钝化效果，测试结果如表3所示。

表3 不同试验条件电池片WCT-120测试数据

由表3中可见，因各试验条件使用同一切片硅棒，经同一工序，故Jo2与pFF差异基本一致。条件5中对应的Voc最高，Jo1最低；结合各试验条件电性能分析，条件5中对应的开路电压最高。其他几个条件SunsVoc测试结果显示，Voc偏低、Jo1偏高，而Jo2和pFF基本持平，表明其钝化效果差主要受表面钝化影响。

由此可知，条件5的氧化铝+预淀积+氮氧化硅+氧化硅+氮化硅背钝化工艺，对硅片具有更好的钝化效果，可以提高太阳电池的开路电压，提升太阳电池的少子寿命[6]。

2.3 量子效应EQE测试

电池片的量子效率为太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率，在不考虑电池片表面对光的反射时称为电池片的外部量子效率External Quantum Efficiency，简称 EQE[7]。

将上述5个试验条件的成品电池片进行EQE测试，主要分析不同背钝化工艺下电池片EQE的变化。以条件5为基准条件，分别与其他条件进行两两对比，并进行分析，结果如图3所示，图中EQE为电池片外量子效率，λ为波长。

图3 不同试验条件下太阳电池EQE情况对比

由以上各试验条件成品片EQE测试结果可知，太阳电池的量子效应由于正表面的复合作用，会影响光子的利用率。入射光通过正膜投射、折射方式进入硅基体，在PN结位置进行光电转换，部分长波段的光会达到背面，在背膜位置产生复合[8]，背钝化效果直接影响背面复合速率和少子寿命，所以试验各条件在该波段出现差异。此差异源于不同试验条件下的钝化效果不同，需要通过优化背钝化膜层工艺，来减少背面复合速率，提升电池片量子效应。

结合表2电性能数据分析，EQE长波段趋势与电性Uoc趋势一致，条件5电池片测试EQE，长波段量子效应最优，对应少子寿命最高；条件1电池片测试EQE，长波段量子效应最差，对应少子寿命最低。

试验表明，在使用二合一管P做SE-PERC太阳电池背钝化工艺时，使用氧化铝+预淀积+氮氧化硅+氧化硅+氮化硅背钝化工艺，可获得最优电池片光电转换效率。

3.结论

为提升晶硅SE-PERC电池光电转换效率，使用二合一管P做背钝化工艺产线，其背钝化工艺宜采用氧化铝+预淀积+氮氧化硅+氧化硅+氮化硅多层叠膜背钝化工艺，可对电池片光电转换效率产生增益效果。

实际在晶硅SE-PERC电池的具体生产制程中，还会有其他很多因素会影响电池片光电转换效率，二合一管式PECVD背钝化工艺较为复杂，且发展空间大，此文为SE-PERC电池二合一管P背钝化工艺选择提供参考。