李雪方，韩 超，申开愉

（山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000）

引言

PERC 电池因其优越的电性能及制作工艺占据光伏市场的半壁江山。PN 结的制作是太阳能电池的核心工艺，PERC 电池扩散掺杂浓度的高低有很重要的影响。SE 激光掺杂选择性电极电池的设计解决了传统均一掺杂浓度下高串联电阻、高载流子复合速率的不足。在电极与硅片接触部位采用高浓度掺杂，降低了其接触电阻，降低电池串联电阻；电极之间低浓度掺杂有效降低了载流子的复合，并起到钝化效果；n++/n+高低结提高了短波光谱相应[1]。碱抛工艺因低的废水处理压力以及优越的抛光性能被广泛应用。SE激光掺杂与碱抛叠加使用时，因碱抛采用槽式浸泡方式，发射区尤其电极区易造成腐蚀抛光损伤，严重时可导致PN 结破坏，影响电池转换效率[2]。规模化的PERC 电池生产线上，在激光掺杂工艺后于硅片表面制备一层氧化膜用于保护发射结重掺区域不被化学腐蚀液腐蚀，且不影响电池其他性能。

本文以实验结果为依据，结合激光SE 原理，讨论分析热氧与臭氧制备的氧化膜对激光重掺电极的保护效果及电性能影响。

1 实验设计

在PERC 电池生产线上，SE 激光掺杂工艺后，分别采用热氧与臭氧两种工艺制备氧化膜，其他生产工艺相同，观察不同制备工艺氧化膜对激光重掺电极的保护效果并对比电性能。

本实验中的热氧工艺是在热氧炉中完成，利用氧气与硅在高温下反应形成氧化膜；臭氧工艺是在链式去PSG 设备中完成，硅片通过设备前端入口上部安装有臭氧喷淋气孔的轨道时，利用臭氧的强氧化性，在硅表形成氧化膜。

2 结果与分析

2.1 激光损伤形成原因

激光掺杂SE 工艺是激光束聚焦在硅片表面的磷硅玻璃层上，因受热表面被加热到熔融状态，磷硅玻璃中的磷单质原子快速融入熔体，当激光从区熔区移开后，熔融区的熔体冷却和再结晶，在此过程中，掺杂磷原子即进入到再结晶的硅层中取代硅原子的位置从而达到掺杂磷的目的也即形成合金区[3]。其过程如图1 所示。

图1 PERC 电池SE 激光过程

足够的“P”可以保证激光的持续作用，足够厚的PSG 层可以减少激光对硅表层绒面的损伤，减少悬挂键以及位错等缺陷，从而提高开路电压。

PERC 电池生产工艺流程中激光工艺后涉及到化学腐蚀工艺，选择性电极因存在激光损伤，再经化学品的腐蚀会导致损伤更严重，该处形成的n++层被腐蚀后，造成金属电极与硅基体接触电阻增大，电池电性能下降。因此为保护SE 选择电极重掺区，在硅片表面生成一层保护膜。

2.2 激光损伤区SEM 分析

对激光掺杂前后的电池片选择性电极区域进行SEM 扫描，观察到微观形貌，如图2 所示。

图2 激光辐照前（2-1）与激光辐照后选择电极区（2-2）SEM

从图2-1 看到，激光前的金字塔结构完整。而经过激光工艺后如图2-2 所示，明显能看到金字塔塔尖顶端发白，塔尖下部一圈发暗，损伤明显。激光光斑垂直照到硅片表面时，金字塔塔尖位置最先接收到激光的辐照，且接收的辐照能量最多，同样的激光能量下，该位置处的熔融现象严重，随着激光光斑的离开而再结晶快速冷却过程中，因为熔融硅体积大，晶界无法在短时间内对位，即出现如图所示的外观损伤痕缺陷。

2.3 不同工艺氧化膜后损伤区SEM 分析

如图3 所示是激光重掺后，经过热氧与臭氧工艺，并又经过碱抛光后硅片的SEM 图。图3-1、3-2 分别是有轻微激光损伤层的硅片经过热氧与臭氧后SEM 图，图3-3、3-4 分别是经过不同氧化工艺后的硅片在碱抛作用下的SEM 图。对比3-3 与3-4，可以明显看到，3-4 图多数金字塔塔尖出现缺失，而3-3只有极个别的金字塔塔尖有轻微缺失[4]。

图3 激光重掺后经过热氧与臭氧工艺碱抛光后硅片的SEM图

一定厚度的致密氧化硅膜可保护硅基体在碱性抛光液中不被腐蚀，若膜层致密性差或薄，抛光工艺时间内其与碱在很短的时间内完全反应，使硅失去保护，裸露的硅与热碱继续反应，造成金字塔的腐蚀缺失。由碱抛后的选择性电极区的SEM 对比图可知，有轻微激光损伤的硅片在有热氧制氧化膜的保护作用下，碱抛后损伤层并未进一步扩大；但臭氧制氧化膜硅片，在经过碱抛后，金字塔塔尖出现较为严重的缺失。此对比分析可知，通过热氧形成的硅氧化膜的致密性好，对硅片起到良好的保护作用，反观臭氧形成的氧化膜，推测其致密性差，难以起到保护作用。

2.4 电性能分析

对激光掺杂以及经过碱抛的电池片继续完整的工艺，最终测得的电性能参数对比，如图4 所示。因在臭氧制氧化膜致密性差，对选择性电极的保护作用减弱，部分硅表面被腐蚀掉，与金属电极接触形成高接触电阻，对光生电流的阻力增大，导致串联电阻增大，FF 降低，从而转换效率降低。且选择性电极区域金字塔塔尖出现缺失，增加了表面悬挂键及缺陷密度，增大了载流子的复合几率，Isc 与Voc 均降低[5]。

图4 臭氧与热氧电池片电性能参数对比

热氧形成氧化膜的电池片，其致密性相对较好，能对重掺区起到较好的保护作用，且可以阻止硅表面氢原子的溢出，对硅片表面起到一定的钝化作用，降低了载流子的表面复合几率，从而使得电池的反向饱和电流降低，进而Isc 与Voc 得到提升。

3 结论

SiO2作为一层介质保护膜，其制备工艺不同，结构致密性也有较大的差异。本文采用热氧与臭氧两种工艺在激光掺杂选择性电极后于硅表制备氧化硅膜，通过碱抛前后激光重掺区SEM 对比，热氧制氧化膜硅片激光重掺区在碱抛前后金字塔结构并未有变化，但臭氧制氧化膜硅片金字塔塔尖出现较多崩塌缺失现象，证明热氧制氧化膜的结构致密性要优于臭氧制氧化膜。对两种制膜工艺的电池片做电性能测试，热氧制氧化膜电池片因电极重掺区在碱抛工艺中未遭到进一步破坏，金属电极与硅基体的接触电阻低，电池串阻低，FF 高，使得转换效率与臭氧制氧化膜硅片相比，有较大的优势。热氧制氧化膜硅片优越的电性能也证明热氧氧化膜良好的保护作用。