CN101295749B - 一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺，将3N及以下的金属硅原材料经过制粉、成型与烧结，制成特定形状的金属硅锭子，而后切割成300～500微米厚的薄膜太阳能电池衬底。该工艺制备之衬底经特殊扩阻挡层处理后，可用作直接生长大晶粒高质量多晶硅、非晶硅薄膜的衬底。衬底和薄膜的热膨胀系数匹配，避免了高温或冷却过程中薄膜开裂和剥落。本工艺采用的原料成本低、工艺简单并适于大规模工业生产。它的开发成功为薄膜太阳能电池工业化打下了坚实基础。

Description

一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺
技术领域
本发明属于太阳能电池衬底材料制备领域，涉及一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺。
背景技术
晶体硅原材料继续保持较高的价格，使得单晶硅太阳能电池成本无法大幅度降低。薄膜太阳电池被认为是新一代太阳能电池，开发新型多晶薄膜太阳能电池成为首选的单晶硅太阳能电池替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池要求光吸收层有尽可能大的晶粒和合适的晶粒取向，以降低少数载流子在电池体内和表面的复合，从而提高多晶硅薄膜太阳能电池的开路电压、短路电流和效率。
目前，多晶硅薄膜太阳能电池选用的衬底主要有：高温系列的陶瓷、颗粒硅带和低温系列的玻璃等。
高温工艺中选用陶瓷衬底是为了能够继承现有成熟的晶体硅太阳能电池高温工艺，降低再次开发的成本。但是陶瓷衬底存在着一系列难于解决的问题，包括：陶瓷表面处理工艺、陶瓷衬底杂质向薄膜中扩散问题、硅薄膜热膨胀开裂问题、晶粒质量不高问题。为了解决这些问题需要开发针对性的表面处理工艺、杂质阻挡层工艺、热过渡层工艺以及再结晶工艺，这样使得陶瓷衬底的多晶硅薄膜太阳能电池工艺复杂、成本降低有限。
颗粒硅带使用的是高质量的硅粉，降低成本的空间有限。我国掌握了由硅矿制备金属硅(≤99.9％)的技术，但电子级高纯多晶、单晶硅长期依赖进口，高纯硅粉的进口价格是金属硅出口价格的2000余倍。大规模生产晶硅太阳能电池必将消耗大量6N级晶硅原材料，长期来看这对我国发展太阳能电池产业十分不利。
低温工艺中选用玻璃衬底，衬底不能承受600℃以上的高温工艺。这种工艺制度下沉积的薄膜质量差，一般采用辅助的金属诱导工艺，而且需要开发专门的后期电池结构制备工艺，这些工艺都不能与现有的晶体硅太阳能电池工艺很好对接，导致研发及工业化生产成本都降低有限。
针对以上对各类衬底的分析，可以看出薄膜衬底决定薄膜晶粒质量及后期工艺。
发明内容
本发明提供一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺，以解决现有薄膜太阳能电池衬底工艺复杂、成本高、耐温低以及衬底杂质向薄膜扩散等缺陷。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺，其特征在于：将纯度为99.0～99.9％金属硅原材料经过制粉、成型和在1050～1150℃烧结(优选温度为1100℃)，制成金属硅锭子，然后将金属硅锭子切割成薄片，在薄片上采用化学气相方法或物理气相方法沉积一杂质阻挡层。
所述的烧结的保温时间为1～2小时，优选2小时。
所述的烧结在N2或H2气氛下气氛保护下进行。
作为改进，所述N2或H2的流速为10～12L/min(优选参数为10L/min)。
所述的杂质阻挡层优选由SiC靶通过物理气相沉积方式制备而成，所述的SiC靶为高纯SiC靶，其纯度为99.99％以上。
所述的薄片的厚度为300～500微米。
所述的成型为将金属硅粉末模压成型或等静压成型。
金属硅原材料优选3N级金属硅，即纯度为99.9％及以下。
所述的制粉采用湿法球磨方式，经烘干过筛处理后制得5～10微米的硅粉。
本发明的有益效果有：
(1)有效阻挡杂质扩散：金属硅衬底的杂质阻挡制备完全可借鉴现有的集成电路Cu互联中的阻挡工艺，能有效阻挡衬底杂质向薄膜的扩散。
(2)获得的薄膜质量高：经阻挡层处理的金属硅衬底本身可以充当薄膜沉积籽晶层便于制备大晶粒高质量多晶硅薄膜；衬底的热膨胀系数与薄膜相同，不会存在开裂和剥落问题。
(3)成本低：该工艺的原料采用国内自产的金属硅，原材料成本低，远远低于采用现有的6N级晶硅原材料。
(4)适于工业应用：这种衬底制备工艺简单，便于大规模工业化生产。电池后期工艺可以与现有晶体硅太阳能电池生产工艺对接，工业化前景好。
本发明将提供一种廉价制备太阳能电池的衬底材料制备工艺技术，避免了常规陶瓷衬底的复杂后处理工艺，既利于沉积大晶粒高质量多晶硅薄膜，更从根本上避免了多晶硅薄膜与衬底间因热膨胀导致的薄膜开裂问题，大大降低了晶硅太阳能电池衬底及电池芯片的成本，为太阳能电池的联网发电应用及太阳能光伏产业化打下坚实基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺包括以下步骤：
1.将3N(99.9％)及以下的金属硅原材料经过湿法球磨5小时，经烘干过筛处理后制得5～10微米的硅粉；
2.将硅粉模压成型或等静压成型；
3.在流量为10L/min的H2气氛保护下、在1100℃温度下进行烧结，保温1小时，自然降温，室温取出，制成直径300毫米以上的金属硅锭子；
4.将金属硅锭子切割成300～500微米厚的薄膜太阳能电池衬底(衬底薄片)；
5.在金属硅衬底上PVD(物理气相沉积)工艺沉积一层杂质阻挡层，杂质阻挡层的制备也可由用户自行开发制备。
关于杂质阻挡层的制备，优选以下方法：
采用磁控溅射法制备SiC扩散阻挡层薄膜，包括以下步骤：
(1)在多靶磁控溅射仪中同时安装C靶、SiC靶(为高纯SiC靶，纯度高于99.99％)。其中C靶在直流溅射位，SiC靶在射频溅射位；对金属硅衬底用去离子水、超声波、无水乙醇、丙酮进行清洗并烘干；控制溅射气氛，即往多靶磁控溅射仪充入H2气流，气压稳定在0.9～1.2Pa；
(2)采用磁控溅射法原位制备SiC薄膜；旋转基片以提高成膜均匀性。

Claims (2)

1.一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺，其特征在于：将纯度为99.0～99.9％金属硅原材料经过制粉、成型和在1050～1150℃烧结，制成金属硅锭子，然后将金属硅锭子切割成厚度为300～500微米的薄片，在薄片上采用磁控溅射法制备SiC扩散阻挡层薄膜；所述的制粉采用湿法球磨方式，经烘干过筛处理后制得5～10微米的硅粉；所述的成型为将金属硅粉末模压成型或等静压成型；所述的烧结过程为在流速为10～12L/min的N2或H2气氛下进行烧结并保温1-2小时。
2.如权利要求1所述的一种粉末冶金金属硅太阳能电池衬底制备工艺，其特征在于，金属硅原材料优选3N级金属硅，即纯度为99.9％。
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CN115101621B (zh) * 2022-05-24 2023-12-12 中南大学 一种P-topcon电池及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1469495A (zh) * 2002-07-19 2004-01-21 中国科学院广州能源研究所 一种颗粒硅带的制备方法及其专用设备
CN1547263A (zh) * 2003-12-09 2004-11-17 清华大学 一种薄膜太阳能电池衬底制备工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1469495A (zh) * 2002-07-19 2004-01-21 中国科学院广州能源研究所 一种颗粒硅带的制备方法及其专用设备
CN1547263A (zh) * 2003-12-09 2004-11-17 清华大学 一种薄膜太阳能电池衬底制备工艺

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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