CN113437184A - 一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，具体涉及一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池。一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：在N型衬底的正面和背面分别形成本征钝化层，包括：采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在N型衬底上形成第一子本征钝化层；采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层。本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，通过射频等离子体增强化学气相沉积工艺和甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺制备两层本征钝化层，既抑制了本征钝化层的外延生长，又保证了本征钝化层的整体质量，保证了异质结太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，具体涉及一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池。
背景技术
随着全球能源问题的日益凸显，太阳能电池装置被大规模地普及并且在世界上广泛地用作能够通过光伏效应将光能直接转换成电能的电子器件。异质结太阳能电池，又称HJT电池(Hetero-Junction with intrinsic Thin-layer)或SHJ电池，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，具有制备过程简单、工艺温度低、开路电压高、光电转换效率高、温度系数低等诸多优点，是目前应用最广的高效晶硅太阳能技术之一。异质结电池包括单晶硅基底、分别设置在单晶硅基底的相对两端面上的本征非晶硅层、分别设置在两面的本征非晶硅层上的p型非晶硅层和n型非晶硅层、分别设置在p型非晶硅层和n型非晶硅层上的透明导电层(TCO层)以及分别设置在两面的透明导电层上的栅电极。
本征非晶硅层通常采用等离子增强化学气相沉积(PEVCD)进行制备。PECVD技术是在低气压下，利用低温等离子体在工艺腔体的阴极产生辉光放电，利用辉光放电(或另加发热体)使样品升温到预定的温度，然后通入适量的工艺气体，这些气体经一系列化学反应和等离子体反应，最终在样品表面形成固态薄膜。异质结太阳能电池的性能与制备工艺密切相关。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服使用现有的本征非晶硅层制备方法制备的本征非晶硅层不利于异质结太阳能电池效率的提升的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在N型衬底的正面和背面分别形成本征钝化层；
在N型衬底的正面的本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层，在N型衬底的背面的本征钝化层上形成P型非晶硅或微晶硅层；
分别在N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层上形成透明导电层；
在透明导电层的表面形成电极；
其中，形成本征钝化层，包括：
采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在N型衬底上形成第一子本征钝化层；
采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层。
形成第一子本征钝化层和形成第二子本征钝化层在不同的工艺腔室内进行。
在形成第二子本征钝化层之前，还包括：采用气体等离子体对所述第一子本征钝化层进行预处理，去除射频等离子体增强化学气相沉积工艺环境在第一子本征钝化层表面的残留。
形成第一子本征钝化层的工艺条件为：射频电源的射频频率为3kHz-300GHz，加热时间均为80s-120s，N型衬底的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
形成第二子本征钝化层的工艺条件为：甚高频电源的射频频率为30MHz-300MHz，加热时间均为80s-120s，第一子本征钝化层的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
形成N型非晶硅或微晶硅层，形成P型非晶硅或微晶硅层的步骤中：采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层，工艺条件为：甚高频电源的射频频率为30MHz-300MHz，加热时间为80s-120s，第二子本征钝化层的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
本发明还提供了一种异质结太阳能电池，采用上述的异质结太阳能电池的制备方法制备而成，包括：N型衬底；在所述N型衬底的正面依次向上设置的第一本征钝化层、N型非晶硅或微晶硅层、第一透明导电层；在所述N型衬底的背面依次向下设置的第二本征钝化层、P型非晶硅或微晶硅层、第二透明导电层；所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层均包括：与所述N型衬底接触的第一子本征钝化层，以及与第一子本征钝化层接触的第二子本征钝化层。
所述第一子本征钝化层的厚度为1nm-5nm，所述第二子本征钝化层的厚度为4nm-7nm；所述第一子本征钝化层和所述第二子本征钝化层的厚度比为0.22-0.7。
所述第一子本征钝化层和所述第二子本征钝化层均为本征非晶硅钝化层。
所述N型衬底为N型硅基衬底。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：在N型衬底的正面和背面分别形成本征钝化层；在N型衬底的正面的本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层，在N型衬底的背面的本征钝化层上形成P型非晶硅或微晶硅层；分别在N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层上形成透明导电层；在透明导电层的表面形成电极；在N型衬底的正面和背面分别形成本征钝化层，包括：采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在N型衬底上形成第一子本征钝化层；采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层。通过射频等离子体增强化学气相沉积工艺和甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺制备两层本征钝化层，既抑制了本征钝化层的外延生长，又保证了本征钝化层的膜层质量，保证了异质结太阳能电池的效率。
2.本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在N型衬底上形成第一子本征钝化层的步骤和采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层的步骤在不同的工艺腔室内进行。使得工艺流程更加顺畅，不必在完成生长第一子本征钝化层的步骤后进行设备参数调节，再实施下一步骤；并且，若是使用同一腔室，由于工艺条件的不同，腔室内的环境也不同，由一种环境向另一环境的转换需要时间，并且在环境变化时容易对层体的生长产生影响；在完成了正面和背面的第一子本征钝化层生长后，再进入不同的工艺腔室进行正面和背面的第二子本征钝化层的生长，降低了交叉污染的风险。
3.本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，在采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层之前，还包括，采用气体等离子体对第一子本征钝化层进行预处理，去除射频等离子体增强化学气相沉积工艺环境在第一子本征钝化层表面的残留。降低了衬底在两个腔室之间传输时产生的界面效应。
4.本发明提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，在N型衬底的正面的本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层，在N型衬底的背面的本征钝化层上形成P型非晶硅或微晶硅层的步骤中，采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层。在完成第二子本征钝化层的生长后，可以直接使用甚高频等离子体增强化学气相沉积设备进行N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层的生长，简化了工艺过程，而且直接生长的N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层可以提升异质结太阳能电池的效率，使异质结电池的性能更加优异。
5.本发明提供的一种异质结太阳能电池，采用上述的异质结太阳能电池的制备方法制备而成，包括：N型衬底；在N型衬底的正面依次向上设置的第一本征钝化层、N型非晶硅或微晶硅层、第一透明导电层；在N型衬底的背面依次向下设置的第二本征钝化层、P型非晶硅或微晶硅层、第二透明导电层；第一本征钝化层和第二本征钝化层均包括：与N型衬底接触的第一子本征钝化层，以及与第一子本征钝化层接触的第二子本征钝化层。通过制备两层本征钝化层，既抑制了本征钝化层的外延生长，又保证了本征钝化层的膜层质量，保证了异质结太阳能电池的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的具体实施方式提供的异质结太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明的具体实施方式提供的异质结太阳能电池的制备方法的工艺流程图。
附图标记说明：
1、N型硅基衬底；2、第一子本征非晶硅钝化层；3、第二子本征非晶硅钝化层；4、N型非晶硅层；5、P型非晶硅层；6、第一透明导电层；7、第二透明导电层；8、银栅线电极。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
等离子增强化学气相沉积(PEVCD)包括射频增强等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)和甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)，两种方式各有优缺点。RF-PECVD设备所产生等离子体轰击能量大，在基体上生长薄膜不易产生外延，但整体薄膜质量较差，对异质结太阳能电池效率提升贡献有限；VHF-PECVD设备所产生的等离子体因轰击能量小，制备的薄膜质量较好，但其容易在晶硅基体上产生外延，同样不利于异质结太阳能电池效率的提升。本发明正是在研究上述方式优缺点的基础上，对异质结太阳能电池的制备工艺提出的改进。
本实施例提供了异质结太阳能电池的制备方法的一种具体实施方式，用于硅基异质结太阳能电池的制备，如图2所示，包括如下步骤：
在第一工艺腔室中，采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在清洗制绒后N型硅基衬底1的正面和背面生成第一子本征非晶硅钝化层2。其中，射频电源的射频频率为13.56MHz，加热时间均为80s-120s，N型硅基衬底1的表面温度为190℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s；第一子本征非晶硅钝化层2的厚度为1nm-5nm。
通入氢气、氩气或二氧化碳等气体等离子体对第一工艺腔室中输出的第一子本征非晶硅钝化层2进行预处理，以降低第一子本征非晶硅钝化层2在两个工艺腔室之间传输时产生的界面效应。
在第二工艺腔室中，采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在第一子本征非晶硅钝化层2上形成第二子本征非晶硅钝化层3；其中，甚高频电源的射频频率为40MHz，加热时间均为80s-120s，第一子本征非晶硅钝化层2的表面温度为190℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s；第二子本征非晶硅钝化层3的厚度为4nm-7nm。
在第二工艺腔室中，继续采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在正面的第二子本征非晶硅钝化层3上生长N型非晶硅层4，在背面的第二子本征非晶硅钝化层3上生长P型非晶硅层5；其中，甚高频电源的射频频率为30MHz-300MHz，加热时间为80s-120s，本征钝化层的表面温度为190℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。在完成第二子本征钝化层3的生长后，直接使用甚高频等离子体增强化学气相沉积设备进行N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层的生长，简化了工艺过程，而且直接生长的N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层可以提升异质结太阳能电池的效率，使异质结电池的性能更加优异；并且，第一工艺腔室和第二工艺腔室为自动化联动设备，无需人工转移，且第一工艺腔室和第二工艺腔室之间搭建有洁净棚，以保持环境的洁净度。
在PVD工艺腔室中，采用物理气相沉积工艺，在N型非晶硅层4上沉积第一透明导电层6，在P型非晶硅层5上沉积第二透明导电层7。第一透明导电层6和第二透明导电层7均为透明氧化物导电层。
通过丝网印刷方式在正面和背面的透明导电氧化物层上印制银浆料，并烧结形成对应的银栅线电极8。
在本实施例中，第一工艺腔室和第二工艺腔室为自动化设置的联动设置，无需人工转移，在第一工艺腔室破除真空后，第一工艺腔室内的工件可以自动传输至第二工艺腔室中，且第一工艺腔室和第二工艺腔室之间的联动台通过洁净棚搭建控制环境洁净度。具体的，第一工艺腔室和第二工艺腔室可以为相同或不同的镀膜设备，根据所需镀层的要求，分别设置镀膜设备内工艺参数。
如图1所示，本实施例还提供了异质结太阳能电池的一种具体实施方式，通过上述的异质结太阳能电池的制备方法制备而成，包括：N型硅基衬底1，在N型硅基衬底1正面依次向上形成的第一子本征非晶硅钝化层2、第二子本征非晶硅钝化层3、N型非晶硅层4、第一透明导电层6，以及在N型硅基衬底1背面依次向下形成的第一子本征非晶硅钝化层2、第二子本征非晶硅钝化层3、P型非晶硅层5、第二透明导电层7，第一透明导电层6和第二透明导电层7上印制银栅线电极8。第一子本征非晶硅钝化层2的厚度为1nm-5nm，第二子本征非晶硅钝化层3的厚度为4nm-7nm，且第一子本征非晶硅钝化层2和第二子本征非晶硅钝化层3的厚度比为0.22-0.7。
通过射频等离子体增强化学气相沉积工艺和甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺制备两层本征非晶硅钝化层，既抑制了本征非晶硅钝化层的界面处的外延生长，又保证了本征非晶硅钝化层的整体质量，保证了异质结太阳能电池的效率；并且，在完成第二子本征非晶硅钝化层的生长后可以直接使用甚高频等离子体增强化学气相沉积设备进行N型非晶硅层和P型非晶硅层的生长，简化了工艺过程，且使异质结电池的性能更加优异。
综上所述，通过本实施例的异质结太阳能电池的制备方法制备的异质结太阳能电池的绝对转换效率提高约0.2％。
作为替代的实施方式，射频电源的射频频率可以为3kHz-300GHz中的任一值，甚高频电源的射频频率可以为30MHz-300MHz。
作为替代的实施方式，N型硅基衬底的表面温度可以为180℃-200℃中的任一值，第一子本征非晶硅钝化层的表面温度为180℃-200℃中的任一值，第二子本征非晶硅钝化层的表面温度为180℃-200℃中的任一值。
作为替代的实施方式，形成第一子本征钝化层和形成第二子本征钝化层可以在同一腔室内进行，首先将该腔室内设置形成第一子本征钝化层的工艺条件，在形成第一子本征钝化层后，将该腔室的工艺条件转换为形成第二子本征钝化层时所需的工艺条件，以进行第二子本征钝化层的生长。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在N型衬底的正面和背面分别形成本征钝化层；
在所述N型衬底的正面的本征钝化层上形成N型非晶硅或微晶硅层，在所述N型衬底的背面的本征钝化层上形成P型非晶硅或微晶硅层；
分别在所述N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层上形成透明导电层；
在所述透明导电层的表面形成电极；
其中，形成本征钝化层，包括：
采用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在所述N型衬底上形成第一子本征钝化层；
采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在所述第一子本征钝化层上形成第二子本征钝化层。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第一子本征钝化层和形成所述第二子本征钝化层在不同的工艺腔室内进行。
3.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，在形成所述第二子本征钝化层之前，还包括：采用气体等离子体对所述第一子本征钝化层进行预处理，去除射频等离子体增强化学气相沉积工艺环境在所述第一子本征钝化层表面的残留。
4.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成所述第一子本征钝化层的工艺条件为：
射频电源的射频频率为3kHz-300GHz，加热时间均为80s-120s，所述N型衬底的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
5.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成第二子本征钝化层的工艺条件为：
甚高频电源的射频频率为30MHz-300MHz，加热时间均为80s-120s，所述第一子本征钝化层的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
6.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，形成N型非晶硅或微晶硅层，形成P型非晶硅或微晶硅层的步骤中：采用甚高频等离子体增强化学气相沉积工艺在本征钝化层上形成所述N型非晶硅或微晶硅层和P型非晶硅或微晶硅层，工艺条件为：
甚高频电源的射频频率为30MHz-300MHz，加热时间为80s-120s，所述第二子本征钝化层的表面温度为180℃-200℃，氢气的流量为15000sccm-20000sccm，四氢化硅的流量为150sccm-200sccm，掺杂气体乙硼烷的流量为10sccm-100sccm，掺杂气体磷化氢的流量为10sccm-100sccm，沉积压力为0.4torr-0.8torr，沉积功率为2000W-4000W，沉积时间为500s-1000s。
7.一种异质结太阳能电池，采用上述权利要求1-6中任意一项所述的异质结太阳能电池的制备方法制备而成，其特征在于，包括：N型衬底；在所述N型衬底的正面依次向上设置的第一本征钝化层、N型非晶硅或微晶硅层、第一透明导电层；在所述N型衬底的背面依次向下设置的第二本征钝化层、P型非晶硅或微晶硅层、第二透明导电层；所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层均包括：与所述N型衬底接触的第一子本征钝化层，以及与第一子本征钝化层接触的第二子本征钝化层。
8.根据权利要求7所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一子本征钝化层的厚度为1nm-5nm，所述第二子本征钝化层的厚度为4nm-7nm；所述第一子本征钝化层和所述第二子本征钝化层的厚度比为0.22-0.7。
9.根据权利要求7所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一子本征钝化层和所述第二子本征钝化层均为本征非晶硅钝化层。
10.根据权利要求7所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型衬底为N型硅基衬底。
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