背面钝化膜层结构、PERC太阳能电池、电池组件和光伏系统的制作方法

背面钝化膜层结构、perc太阳能电池、电池组件和光伏系统
技术领域
1.本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种背面钝化膜层结构、perc太阳能电池、电池组件和光伏系统。


背景技术：

2.太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体p-n结上时会形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。由于是利用各种势垒的光生伏特效应将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，故又称太阳能电池或光伏电池，是太阳能电池阵电源系统的重要组件。
3.随着太阳能电池发展及市场需求，perc太阳能电池占据95％以上市场份额，但电池制造成本及转换效率提升成为目前行业首选解决问题，但太阳能电池中存在一些衰减，如letid，letid是一种新的衰减机制，目前letid的原因广泛认为一是：硅片内部杂质、缺陷，二是sinx层氢释放导致，氧化层可以减少氢扩散，但是考虑表面悬挂及缺陷，仍需氢进行化学钝化，现perc太阳能电池背面膜层结构一般为氧化铝层和氮化硅层叠结构或者采用氧化铝层、氧化硅、氮化硅的层叠结构。然而，这样设置的钝化效果有限，例如，富氢介质膜所导致氢致衰减(hid衰减)较高，限制了perc太阳能电池的转换效率。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种背面钝化膜层结构、perc太阳能电池、电池组件和光伏系统，旨在解决现有技术中的perc太阳能电池的背面钝化膜层的钝化效果有限，限制了perc太阳能电池的转换效率的技术问题。
5.本实用新型是这样实现的，本实用新型实施例中的背面钝化膜层结构用于perc太阳能电池，所述背面钝化膜层结构包括依次层叠设置在所述perc太阳能电池的硅片背面的氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层，其中，所述氮氧化硅膜层的厚度为5nm-20nm。
6.更进一步地，所述氧化铝膜层的厚度为5nm-15nm。
7.更进一步地，所述氧化硅膜层的厚度为5nm-20nm。
8.更进一步地，所述氧化硅膜层和所述氮氧化硅膜层的整体厚度为20nm-30nm。
9.更进一步地，所述氮化硅膜层的厚度为50nm-120nm。
10.更进一步地，所述氮化硅膜层为复合膜层，所述氮化硅膜层至少包括依次层叠设置在所述氮氧化硅膜层背面的第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜，所述第一氮化硅薄膜、所述第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的折射率依次降低。
11.更进一步地，所述第一氮化硅薄膜的折射率为2.2-2.3，所述第二氮化硅薄膜的折射率为2.05-2.07，所述第三氮化硅薄膜的折射率为1.98-2.02。
12.本实用新型还提供了一种perc太阳能电池，所述perc太阳能电池包括硅片和上述
任一项所述的背面钝化膜层结构，所述背面钝化膜层结构设置在所述硅片的背面。
13.本实用新型还提供了一种电池组件，所述电池组件包括多个上述的perc太阳能电池。
14.本实用新型还提供了一种光伏系统，所述光伏系统包括上述的电池组件。
15.本实用新型所达到的有益效果是：将背面钝化膜层设置为氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层的层叠结构，增加了原子态的氢来钝化了硅片表面的悬挂键，保证了氢钝化效果，提升了化学钝化性能，同时，将氮氧化硅膜层的厚度设置在5nm-20nm之间，可以在保证perc太阳能电池的氢钝化效果同时也能保证不会因富氢而导致空焊衰减过高而不合格，起到锁氢和抵挡的作用，降低perc太阳能电池由于富氢介质导致的空焊衰减比例，提升开路电压，进而提升perc太阳能电池的转换效率。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.图1是本实用新型提供的光伏系统的结构示意图；
18.图2是本实用新型提供的电池组件的结构示意图；
19.图3是本实用新型提供的perc太阳能电池的结构示意图；
20.图4是本实用新型提供的背面钝化膜层结构的结构示意图；
21.图5是本实用新型提供的背面钝化膜层结构的另一结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。此外，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“下方”、“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域
普通技术人员可以意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用。
25.在本实用新型中，将背面钝化膜层设置为氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层的层叠结构，增加了原子态的氢来钝化了硅片表面的悬挂键，保证了氢钝化效果，提升了化学钝化性能，同时，将氮氧化硅膜层的厚度设置在5nm-20nm之间，可以在保证perc太阳能电池的氢钝化效果同时也能保证不会因富氢而导致空焊衰减过高而不合格，起到锁氢和抵挡的作用，降低perc太阳能电池由于富氢介质导致的空焊衰减比例，提升开路电压，进而提升perc太阳能电池的转换效率。
26.实施例一
27.请参阅图1和图2，本实用新型的光伏系统1000可包括本实用新型实施例中的电池组件200，本实用新型实施例中的电池组件200可包括多个本实用新型实施例中的perc太阳能电池100。
28.请参阅图3，本实用新型实施例中的perc太阳能电池100可包括硅片10和本实用新型实施例中的背面钝化膜层结构20，背面钝化膜层结构20可层叠设置在硅片10的背面。
29.请参阅图3和图4，本实用新型实施例中的背面钝化膜层结构20可包括依次层叠设置在硅片10背面的氧化铝膜层21、氧化硅膜层22、氮氧化硅膜层23和氮化硅膜层24，其中，氮氧化硅膜层23的厚度为5nm-20nm。
30.在本实用新型的背面钝化膜层结构20、perc太阳能电池100、电池组件200和光伏系统1000中，硅片10的背面钝化膜层结构20包括依次层叠设置在硅片10背面的氧化铝膜层21、氧化硅膜层22、氮氧化硅膜层23和氮化硅膜层24，氮氧化硅膜层23的厚度为5nm-20nm。如此，将背面钝化膜层设置为氧化铝膜层21、氧化硅膜层22、氮氧化硅膜层23和氮化硅膜层24的层叠结构，增加了原子态的氢来钝化了硅片10表面的悬挂键，保证了氢钝化效果，提升了化学钝化性能，同时，将氮氧化硅膜层23的厚度设置在5nm-20nm之间，可以在保证perc太阳能电池100的氢钝化效果同时也能保证不会因富氢而导致空焊衰减过高而不合格，起到锁氢和抵挡的作用，降低perc太阳能电池100由于富氢介质导致的空焊衰减比例，提升开路电压，进而提升perc太阳能电池100的转换效率。
31.具体地，本实用新型的发明人研究测试发现，采用本实用新型实施例中的背面钝化膜层结构20能降低perc太阳能电池100由富氢介质所带来的空焊衰减比例0.15％左右，提升开路低压5mv，提升perc太阳能电池100片的转换效率0.03％以上。此外，在本实用新型的实施例中，将氮氧化硅膜层23的厚度控制在5nm-20nm之间可以保证氢钝化效果，同时也可以保证不会因富氢带来的空焊衰减过高而导致产品不合格，而太厚则会影响氢的钝化效果而影响转换效率，同时也会导致外观颜色较差，太薄则会导致无法保证氢钝化效果。
32.具体地，在本实用新型的实施例中，氮氧化硅膜层23的厚度可例如为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm或者5-20nm之间的任一数值，具体在此不作限制。
33.进一步地，在本实用新型的实施例中，硅片10可为p型硅片或者n型硅片，背面钝化膜层结构20可以在硅片10的背面通过沉积生长而成，例如，其可通过等离子体化学气相沉积(pecvd)来在硅片10的背面依次沉积生长形成各个膜层。
34.以硅片10为p型硅片10为例，如图3所示，perc太阳能电池100片可包括p型硅片10、在p型硅片10上扩散制备pn结所形成的n型扩散层30、在n型扩散层30上钝化处理所制备的
正面钝化减反层40、在正面钝化减反层上的正面电极50、在p型硅片10背面沉积形成的背面钝化膜层结构20以及位于背面钝化膜层结构20上的背电场60以及设置在背电场60上的背电极70。可以理解的是，在背面钝化膜层结构20上形成有贯穿各个背面钝化膜层的激光开槽，背电场60可通过激光开槽和硅片10形成欧姆接触。
35.如上所述，背面钝化膜层结构20的各个膜层进可采用等离子增强化学气相沉积的方式形成在硅片10的背面。
36.具体地，在本实用新型的实施例中，氧化铝膜层21可采用等离子增强化学气相沉积技术在280-310℃、压强1200-1800mtor、等离子功率4600-6000w反应腔中进行，在沉积过程中，通入的反应气体n2o的流量为3.5-8slm、tma为30-90，反应时间为50s-100s，以此沉积形成氧化铝膜层21；
37.氧化硅膜层22可采用等离子增强化学气相沉积技术在330-420℃、压强800-1600mtor、等离子功率10000-15000w反应腔中进行，在沉积过程中，通入的反应气体n2o的流量为5-10slm、sih4的流量为400-1000sccm，反应时间50s-200s，以此沉积形成氧化硅膜层22；
38.氮氧化硅膜层23也可采用等离子增强化学气相沉积技术在330-420℃、压强800-1600mtor、等离子功率10000-15000w反应腔中进行，在沉积过程中，通入的反应气体n2o的流量为5-10slm、sih4的流量为400-1000sccm、nh3的流量为450-2000sccm，反应时间50-200s，以此沉积形成氮氧化硅膜层23；
39.氮化硅膜层24则可采用等离子增强化学气相沉积在温度410-480℃、压强1500-2000mtor、等离子功率10000-18000w的反应腔内进行。
40.实施例二
41.在一些实施例中，氧化铝膜层21的厚度可为5nm-15nm。
42.如此，将氧化铝膜层21的厚度设置在这一优选的范围内可以满足电池的钝化效果，降低背面的表面复合，同时可避免氧化铝膜层21太薄而降低钝化效果而导致开路电压降低，也可以避免氧化铝膜层21太厚而导致el测试发黑。
43.具体地，在这样的实施例中，氧化铝膜层21的厚度可通过控制沉积时的沉积温度、沉积时间以及通入的反应气体的流量来调节。氧化铝膜层21的厚度可例如为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm或者5-15nm之间的任一数值，具体在此不作限制。
44.实施例三
45.在一些实施例中，氧化硅膜层22的厚度可为5nm-20nm。
46.如此，将氧化硅膜层22的厚度设置在这一范围内可以有效的保证氢钝化效果。
47.具体地，在这样的实施例中，氧化硅膜层22的厚度也可通过控制沉积时的沉积温度、沉积时间以及通入的反应气体的流量来调节。氧化硅膜层22的厚度可例如为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm或者5-20nm之间的任一数值，具体在此不作限制。
48.进一步地，在这样的实施例中，氧化硅膜层22和氮氧化硅膜层23的整体厚度可优选为20nm-30nm。
49.如此，将两者的整体厚度控制在20nm-30nm这一范围内可以在保证整体的钝化效
果、降低空焊衰减的同时避免两者的整体厚度过厚而导致钝化效果降低而影响效果，同时也可保证外观颜色，也可以避免太薄而无法保证钝化效果。
50.具体地，在这样的实施例中，两者的整体厚度可通过在沉积过程中分别控制两个膜层的厚度来实现，其具体厚度可例如为20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm或者20-30nm之间的任一数值，最优选为25nm左右。
51.实施例四
52.在一些实施例中，氮化硅膜层24的厚度可为50nm-120nm。
53.如此，将氮化硅膜层24的厚度设置在这一范围内也可以保证钝化效果。
54.请参阅图5，在一些实施例中，氮化硅膜层24可为复合膜层，氮化硅膜层24可至少包括依次层叠设置在氮氧化硅膜层23背面的第一氮化硅薄膜241、第二氮化硅薄膜242和第三氮化硅薄膜243，第一氮化硅薄膜241、第二氮化硅薄膜242和第三氮化硅薄膜243的折射率依次降低。
55.如此，氮化硅膜层24由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成，通过至少三层氮化硅膜的设计，使perc太阳能电池100的减反射效果更好，提升转换效率。
56.具体地，如图5所示，在图5所示的实施例中，氮化硅膜层24为三层膜结构，具体可包括从内到外的折射率依次降低的第一氮化硅薄膜241、第二氮化硅薄膜242和第三氮化硅薄膜243组成。第一氮化硅薄膜241的折射率可为2.2-2.3，第二氮化硅薄膜242的折射率可为2.05-2.07，所述第三氮化硅薄膜243的折射率可为1.98-2.02。
57.可以理解，各个氮化硅膜层24的折射率可通过调节氮硅比例来实现，各个膜层的厚度也可根据具体情况进行设置，例如，在一些实施例中，第一氮化硅薄膜241的厚度可为15nm-20nm左右，第二氮化硅薄膜242的厚度可为10nm-15nm左右，第三氮氧化硅膜层23的厚度可为10nm-15nm左右，在此不作限制。
58.具体地，在这样的实施例中，氮化硅膜层24的等离子增强化学气相沉积可采用复合薄膜技术，其可在温度410-480℃、压强1500-2000mtor、等离子功率10000-18000w的反应腔内进行，其具体步骤可包括：
59.1、通入反应气体nh3和sih4，nh3的流量可为900-2000sccm，sih4的流量可为4.5-18slm，反应时间200-230s，进而沉积形成第一氮化硅薄膜241；
60.2、第二氮化硅薄膜242则可通过改变nh3和sih4的流量设定，将nh3流量设定为5-18slm、将sih4流量设定为900-2000sccm，反应时间100-300，进而沉积形成第二氮化硅薄膜242。
61.3、第三氮化硅薄膜243则可将nh3的流量设定为5-18slm、将sih4流量设定为900-2000sccm，反应时间100-300，进而沉积形成第三氮化硅薄膜243。
62.可以理解的，在其它实施例中，氮化硅膜层24也可以是有四层、五层甚至更多层的氮化硅薄膜组成，各个膜层的折射率可按照从内到外依次降低，具体在此不作限制，在这样的情况下，可以采用改变nh3和sih4流量设定及修正反应时间来实现所需薄膜结构。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以
在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.此外，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种背面钝化膜层结构，用于perc太阳能电池，其特征在于，所述背面钝化膜层结构包括依次层叠设置在所述perc太阳能电池的硅片背面的氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层，其中，所述氮氧化硅膜层的厚度为5nm-20nm。2.根据权利要求1所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述氧化铝膜层的厚度为5nm-15nm。3.根据权利要求1所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述氧化硅膜层的厚度为5nm-20nm。4.根据权利要求3所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述氧化硅膜层和所述氮氧化硅膜层的整体厚度为20nm-30nm。5.根据权利要求1所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述氮化硅膜层的厚度为50nm-120nm。6.根据权利要求1所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述氮化硅膜层为复合膜层，所述氮化硅膜层至少包括依次层叠设置在所述氮氧化硅膜层背面的第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜，所述第一氮化硅薄膜、所述第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的折射率依次降低。7.根据权利要求6所述的背面钝化膜层结构，其特征在于，所述第一氮化硅薄膜的折射率为2.2-2.3，所述第二氮化硅薄膜的折射率为2.05-2.07，所述第三氮化硅薄膜的折射率为1.98-2.02。8.一种perc太阳能电池，其特征在于，包括硅片和权利要求1至7中任一项所述的背面钝化膜层结构，所述背面钝化膜层结构设置在所述硅片的背面。9.一种电池组件，其特征在于，包括多个权利要求8所述的perc太阳能电池。10.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求9所述的电池组件。

技术总结
本实用新型适用于太阳能电池技术领域，提供了一种背面钝化膜层结构、PERC太阳能电池、电池组件和光伏系统，背面钝化膜层结构包括依次层叠设置在硅片背面的氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层，氮氧化硅膜层的厚度为5nm-20nm。如此，将背面钝化膜层设置为氧化铝膜层、氧化硅膜层、氮氧化硅膜层和氮化硅膜层的层叠结构，增加了原子态的氢来钝化了硅片表面的悬挂键，提升了化学钝化性能，同时，将氮氧化硅膜层的厚度设置在5nm-20nm之间，可以在保证PERC太阳能电池的氢钝化效果同时也能保证不会因富氢而导致空焊衰减过高而不合格，降低PERC太阳能电池由于富氢介质导致的空焊衰减比例，提升开路电压，进而提升PERC太阳能电池的转换效率。太阳能电池的转换效率。太阳能电池的转换效率。


技术研发人员：宋贤德 陈刚
受保护的技术使用者：广东爱旭科技有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/9/16