SiNx:H、SiNxOy:H、SiOx:H系列薄膜(以下统一简称为:SiNxOy)是晶硅电池中性能优异的减反射和钝化薄膜。但用常规管式PECVD制备时,制备温度须达到~400℃。这与异质结(HJT)电池生产过程低温的要求矛盾(高温会破坏HJT核心层a-Si:H、μc-Si:H薄膜的质量,从而大幅降低其光电转换效率),这使其一直无法在HJT电池上应用。
汉可公司通过多年研发,最终实现了利用板式热丝CVD(HoFCVD)设备在低温(室温-200℃)下制备高质量SiNxOy薄膜。同时,解决了镀膜过程中N、O元素对热丝腐蚀所造成的热丝寿命下降的难题。另外,基于汉可的HoFCVD装备,可以实现≤2000万元/GW的生产成本(含自动化),性价比优势显著。
这一装备和技术的成功,为HJT电池引入新的材料和结构变化的可能性。举例如下:

我们已经成功的在TCO的表面和金属栅线的表面实现了上述膜层的制备。结合电池实验结果和理论分析,总结其在HJT方面有如下优势:
① 提升ITO的减反射效果:设计合理的ITO/SiNxOy:H复合膜层,可以有效增加HJT输出电流。同时,还可以减少50%以上高成本ITO的用量。如果结合超细、超密的电镀铜栅线结构,则可以进一步减少ITO的消耗。
② 覆盖在栅线表面,提升栅线的耐紫外线、耐水汽侵蚀效果:这一点对于目前HJT行业广泛采用的银包铜、铜浆、电镀铜栅线尤为重要,有望彻底解决含铜栅线不耐氧化和水汽侵蚀的难题。
③ 提升抗紫外衰减: SiNxOy:H薄膜本身能够吸收部分/全部紫外线,能够有效提高HJT电池抗紫外衰减性能。
④ 覆盖所有未被ITO覆盖的区域,阻隔环境对a-Si:H/μc-Si:H薄膜和Si片的侵蚀。

成品电池片镀不同膜厚SiNx的抗紫外衰减效果

抗紫外衰减测试结果表明,未镀SiNx的电池片(BL)衰减1.53%,镀2nmSiNx的电池片衰减1.09%,镀5nmSiNx的电池片衰减1%。因此,在成品电池片表面镀一层SiNx可有效提升电池抗紫外衰减的效果。
将HoFCVD低温甚至室温制备的SiNx:H薄膜用作HJT制备流程中“背抛”工段的掩膜。由于HoFCVD制备的SiNxOy:H薄膜结构致密、耐腐蚀性好,且镀膜过程中无绕镀,在有效保护正面不被腐蚀的同时,可以充分实现背面的完整抛光。此外,HoFCVD镀膜过程中无粉尘、设备载板、防着板的清洗非常容易,可以大大改善生产的连续性,降低生产成本。公司针对SiNxOy:H薄膜的相关研发结果如下所示:



综上所述,汉可公司开发成功了低温(室温~200℃)制备SiNx:H和SiNxOy:H技术。基于此已经开发尝试了系列HJT量产新技术,可以提升HJT的光电转换效率,减少ITO的用量50%以上,显著提升电池的抗氧化、水汽的性能,减少衰减。随着研究的深入,将开发出更多的应用场景,助力异质结电池性能的进一步提升,产业规模不断扩大。
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