專利名稱：一種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用了激光燒結(jié)的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，通過采用本征納米硅，既起到了鈍化作用，又利用其量子激發(fā)效應(yīng)，提高了收集效率，另外，創(chuàng)新性的引入了激光燒結(jié)技術(shù)，通過多脈沖激光打點，減小了材料損傷，同時起到了良好的鈍化效果。
背景技術(shù)：
工業(yè)革命后的經(jīng)濟高速發(fā)展同時也帶來了全球能源的短缺和氣候變暖，因為傳統(tǒng)能源如煤炭石油等都是有限的，同時這些傳統(tǒng)能源大多污染嚴重，溫室效應(yīng)明顯。在這樣的背景下，太陽能發(fā)電等可再生能源正取代傳統(tǒng)的火力發(fā)電等成為當(dāng)今能源領(lǐng)域研究的熱點和發(fā)展的趨勢。一方面因為太陽無處不在，可以在多種環(huán)境下進行利用，另一方面是太陽能資源取之不盡用之不竭。在太陽能電池的發(fā)展歷史中，晶體硅太陽能電池已經(jīng)歷了近半個多世紀的發(fā)展歷程，具有效率高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點，但是晶體硅電池使用硅料較多，生產(chǎn)成本居高不下；而非晶硅電池可以采用低溫工藝制造，且消耗原料較少，但存在光致衰退效應(yīng)，于是HIT應(yīng)運而生，人們將寬帶隙非晶硅作為窗口層，晶體硅作為襯底，形成了異質(zhì)結(jié)電池。從1990年起，日本三洋公司就開始進行HIT光伏電池的研究，1994年即制成了轉(zhuǎn)換效率為20%的電池，并于2009年取得了突破，在面積為100.3mm2，厚度為98 μ m的襯底上，得到了光電轉(zhuǎn)換效率達22.8%的電池，其開路電壓達到743mv。總的來說，HIT光伏電池既有晶體硅光伏電池的高效、穩(wěn)定，又有非晶硅光伏電池生產(chǎn)工藝的低溫、工藝時間短等優(yōu)點。但是對于HIT目前的結(jié)構(gòu)而言，如果襯底選用P型的，且摻雜較重，那么電池的背面鈍化效果就不夠理想，而且襯底的薄層化是發(fā)展趨勢，在這樣的情況下，電池的背面鈍化就顯得尤為重要，本發(fā)明利用激光燒結(jié)技術(shù)，將電池背面改為點接觸結(jié)構(gòu)，有效提升了鈍化效果O本發(fā)明人所進行的一種應(yīng)用了激光燒結(jié)的HIT電池的制備，具有與傳統(tǒng)工藝兼容、不增加設(shè)備成本、和實現(xiàn)較好背表面鈍化等特點。利用本方法，在P型硅片前表面先淀積本征納米硅薄膜，在納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜，接著在襯底背表面上淀積富氫非晶碳化硅，再于非晶硅薄膜上生長ΙΤ0，并于其上電子束蒸鍍銀電極，然后在已經(jīng)淀積好的碳化硅薄膜上熱蒸鍍鋁層，最后在鋁層上進行激光燒結(jié)，本結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)鋁背場更好的鈍化效果，對于高摻雜的襯底效果更好。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種高效 晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，在與已有的太陽能電池制備工藝兼容的前提下，提出創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和改良工藝，以期獲得良好的鈍化效果。利用該技術(shù)易于制備高性能、低成本的太陽能電池，并最終走向?qū)嵱没?、工業(yè)化，創(chuàng)造價值。( 二)技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，包括:在P型晶體硅襯底背表面進行硼擴散形成P+P結(jié)構(gòu)，形成硼的重摻背場；在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜；在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜；在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜；在η型非晶硅薄膜上生長ITO ;在ITO上電子束蒸鍍銀電極；在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層；以及進行激光燒結(jié)。上述方案中，所述P型晶體硅襯底為純度大于99.9999%的太陽能級硅襯底、純度大于99.9999999999%的集成電路級硅襯底或晶面指數(shù)為(100)的硅材料襯底，所述在P型晶體硅襯底背表面進行硼擴散是在P型晶體硅襯前表面用PECVD生長一層厚度大于IOOnm的SiNx的保護膜，而后在P型晶體硅襯底背表面進行硼的重摻雜，摻雜濃度在1Ε18-1Ε20/cm3之間，摻雜溫度為850-1100°C，摻雜時間為20m_l.5h。上述方案中，所述在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜步驟之前，進一步對P型晶體硅襯底進行RCA清洗，和/或進行制絨處理。上述方案中，所述在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和氫氣，反應(yīng)氣體流量比SiH4: SiH4+H2為0.5% 1.0%，溫度選擇為200 300°C，射頻功率為30 50W，直流偏壓為150 200V。上述方案中，所述在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷、磷烷和氫氣，沉積溫度選擇200°C，最終沉積薄膜厚度為10nm。上述方案中，所述在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和甲烷，兩者流量比為0.5，淀積溫度選擇200°C。

上述方案中，所述在η型非晶硅薄膜上生長ITO是采用電子束加熱真空蒸鍍的方法，溫度設(shè)置在200 250°C，沉積速率為10nm/min，真空度為5.0 X 10_6torr，氧氣流量為20sccmo上述方案中，所述在ITO上電子束蒸鍍銀電極，是采用預(yù)先設(shè)計好的電極掩膜版，采用光刻后電子束蒸發(fā)的方式鍍上銀電極，或者采用絲網(wǎng)印刷銀漿的方式來完成。上述方案中，所述在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層，鋁膜厚度為2 μ m ;或者絲網(wǎng)印刷一層鋁漿，鋁漿厚度達到15 μ m以上。上述方案中，所述進行激光燒結(jié)的步驟中，為消除單脈沖對電池材料的破壞，使用2kHz-lMHz頻率，355nm、532nm或者1064nm的激光，進行激光打點退火，各點之間間距為10微米-1000微米。(三)有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的這種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法至少具有下列優(yōu)點:首先，此法的薄膜生長主要利用PECVD方式進行，采用低溫工藝，過程溫度控制在300度以下，耗能較少，同時也避免了晶體硅的退化。其次，用本征納米硅薄膜代替本征非晶硅層，運用納米硅中的量子激發(fā)效應(yīng)，提高能量收集效率。本發(fā)明在襯底的背表面利用富氫碳化硅配合鋁層進行鈍化，降低表面復(fù)合，提高少子壽命，在背面的電極的處理過程中，不采用柵狀電極的形式，而是創(chuàng)新性的引入激光燒結(jié)的方法制造點狀電極，可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)鋁背場更好的鈍化效果，對于高摻雜的襯底效果更好。另外，正面的ITO上的柵狀電極也采用光刻法制作，盡量減少線寬，降低遮光面積，增加對光線的吸收，從而進一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率。此法制備的應(yīng)用了激光燒結(jié)的高效太陽能電池，其制備工藝能很好的與現(xiàn)有工藝結(jié)合，能在不增加工藝的復(fù)雜度，同時保持較低成本的前提下，制備高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。在工藝制備方面較其他工藝有如下實用優(yōu)點:1、本發(fā)明采用PECVD制備本征納米硅薄膜，η型非晶硅薄膜，富氫碳化硅薄膜，均采用低溫工藝，可以有效節(jié)約能源并能避免晶體硅的退化。另外，也可以自行改用HWCVD方式制備薄膜，雖然制備周期變長，但可以減少對等離子體損傷。2、本發(fā)明用本征納米硅薄膜代替本征非晶硅層，運用納米硅中的量子激發(fā)效應(yīng)，提高能量收集效率，并且可以通過調(diào)節(jié)本征層厚度實現(xiàn)選擇吸收。3、本發(fā)明在襯底的背表面利用富氫碳化硅配合鋁層進行鈍化，降低表面復(fù)合，提高少子壽命，在背面的電極的處理過程中，不采用柵狀電極的形式，而是創(chuàng)新性的引入激光燒結(jié)的方法制造點狀電極，可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)鋁背場更好的鈍化效果，對于高摻雜的襯底效果更好。4、本發(fā)明所制備的電池正面的ITO上的柵狀電極也采用光刻法制作，盡量減少線寬，降低遮光面積，增加對光線的吸收，從而進一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率。綜上所述，本發(fā)明一種一種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，與傳統(tǒng)方法相比，具有上述明顯的有益效果。上述諸多的優(yōu)點及實用價值，在技術(shù)上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，從而更加適于實用。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實 施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。


圖1為依照本發(fā)明實施例的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法的流程圖；圖2為依照圖1所示的方法制備的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為依照圖1所示的方法制備的太陽能電池在激光燒結(jié)后的HIT電池背表面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實施例的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法的流程圖，該方法包括以下步驟:步驟101:在P型晶體硅襯底背表面進行硼擴散形成ρ+ρ結(jié)構(gòu)，形成硼的重摻背場；其中，所述P型晶體硅襯底為純度大于99.9999%的太陽能級硅襯底、純度大于99.9999999999%的集成電路級硅襯底或晶面指數(shù)為(100)的硅材料襯底，所述在P型晶體硅襯底背表面進行硼擴散是在P型晶體硅襯前表面用PECVD生長一層厚度大于IOOnm的SiNx的保護膜，而后在P型晶體硅襯底背表面進行硼的重摻雜，摻雜濃度在lE18-lE20/cm3之間，摻雜溫度為850-1100°C，摻雜時間為20m-l.5h。步驟102:在P型晶體娃襯底前表面淀積本征納米娃薄膜；其中,所述在P型晶體娃襯底前表面淀積本征納米娃薄膜步驟之前,進一步對P型晶體硅襯底進行RCA清洗，和/或進行制絨處理。所述在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和氫氣，反應(yīng)氣體流量比SiH4: SiH4+H2為0.5% 1.0%，溫度選擇為200 300°C，射頻功率為30 50W，直流偏壓為150 200V。步驟103:在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜；其中，所述在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷、磷烷和氫氣，沉積溫度選擇200°C，最終沉積薄膜厚度為10nm。步驟104:在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜；其中，所述在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和甲烷，兩者流量比為0.5，淀積溫度選擇200°C。步驟105:在η型非晶硅薄膜上生長ITO ；其中，所述在η型非晶硅薄膜上生長ITO是采用電子束加熱真空蒸鍍的方法，溫度設(shè)置在200 250°C，沉積速率為10nm/min，真空度為5.0 X l(T6torr，氧氣流量為20sccm。步驟106:在ITO上電子束蒸鍍銀電極；其中，所述在ITO上電子束蒸鍍銀電極，是采用預(yù)先設(shè)計好的電極掩膜版，采用光刻后電子束蒸發(fā)的方式鍍上銀電極，或者采用絲網(wǎng)印刷銀漿的方式來完成。步驟107:在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層；其中，所述在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層，鋁膜厚度為2 μ m，此時具有良好導(dǎo)電性；或者絲網(wǎng)印刷一層鋁漿，鋁漿厚度達到15 μ m以上，此時具有良好的導(dǎo)電性。步驟108:進行激光燒結(jié)；在本步驟中，為消除單脈沖對電池材料的破壞，使用2kHz-lMHz頻率，355nm、532nm或者1064nm的激光，進行激光打點退火，各點之間間距為10微米-1000微米；優(yōu)選地，可使用8kHZ頻率，1064nm的激光，每個點30個脈沖。圖2和圖3示出了依照圖1所示的方法制備的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2為依照圖1所示的方法制備的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為依照圖1所示的方法制備的太陽能電池在激光燒結(jié)后的HIT電池背表面示意圖。從上述實施例可以看出，采用本發(fā)明制備的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，能與現(xiàn)有工藝結(jié)合，不增加設(shè)備成本。相比傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)電池，本方法利用非晶硅作為窗口層，提高電池的穩(wěn)定性，引入的本征納米硅層可進行良好的表面鈍化，提高開路電壓。在電池的背面，先擴散硼，再通過碳化硅介質(zhì)層實現(xiàn)鈍化，配合激光燒結(jié)可以實現(xiàn)局部點接觸，相比傳統(tǒng)鋁背場更好的鈍化效果和更好的長波響應(yīng)。此外，本方法制備工藝簡單，具有較好的工藝穩(wěn)定性。

需要說明的是，在本發(fā)明提供的實施例中，步驟101至步驟108的先后順序是可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整的，并不僅限于以上步驟101至步驟108的順序，既可以先完成在P型晶體硅襯底背表面的工藝，然后再完成在P型晶體硅襯底前表面的工藝，也可以先完成在P型晶體硅襯底前表面的工藝，然后再完成在P型晶體硅襯底背表面的工藝，或者如本發(fā)明實施例所示，在P型晶體硅襯底背表面的工藝與在P型晶體硅襯底背表面的工藝交叉完成。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同 變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括: 在P型晶體硅襯底背表面進行硼擴散形成P+P結(jié)構(gòu)，形成硼的重摻背場； 在P型晶體娃襯底前表面淀積本征納米娃薄膜； 在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜； 在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜； 在η型非晶硅薄膜上生長ITO ； 在ITO上電子束蒸鍍銀電極； 在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層；以及 進行激光燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述P型晶體硅襯底為純度大于99.9999%的太陽能級硅襯底、純度大于99.9999999999%的集成電路級娃襯底或晶面指數(shù)為(100)的娃材料襯底，所述在P型晶體娃襯底背表面進行硼擴散是在P型晶體硅襯前表面用PECVD生長一層厚度大于IOOnm的SiNx的保護膜，而后在P型晶體硅襯底背表面進行硼的重摻雜，摻雜濃度在lE18-lE20/cm3之間，摻雜溫度為850-1100°C，摻雜時間為 20m-1.5h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜步驟之前，進一步對P型晶體硅襯底進行RCA清洗，和/或進行制絨處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在P型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和氫氣，反應(yīng)氣體流量比SiH4: SiH4+H2為0.5% 1.0%，溫度選擇為200 300°C，射頻功率為30 50W，直流偏壓為150 200V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在本征納米硅薄膜上淀積η型非晶硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷、磷烷和氫氣，沉積溫度選擇200°C，最終沉積薄膜厚度為10nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜是采用PECVD方法淀積的，反應(yīng)氣體為硅烷和甲烷，兩者流量比為0.5，淀積溫度選擇200°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在η型非晶硅薄膜上生長ITO是采用電子束加熱真空蒸鍍的方法，溫度設(shè)置在200 250°C，沉積速率為10nm/min，真空度為5.0 X l(T6torr，氧氣流量為20sccm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在ITO上電子束蒸鍍銀電極，是采用預(yù)先設(shè)計好的電極掩膜版，采用光刻后電子束蒸發(fā)的方式鍍上銀電極，或者采用絲網(wǎng)印刷銀漿的方式來完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層，鋁膜厚度為2 μ m ;或者絲網(wǎng)印刷一層鋁漿，鋁漿厚度達到15 μ m以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述進行激光燒結(jié)的步驟中，為消除單脈沖對電池材料的破壞，使用2kHz-lMHz頻率，355nm、532nm或 者1064nm的激光，進行激光打點退火，各點之間間距為10微米-1000微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，包括在p型晶體硅襯底背表面進行硼擴散形成p+p結(jié)構(gòu)，形成硼的重摻背場；在p型晶體硅襯底前表面淀積本征納米硅薄膜；在本征納米硅薄膜上淀積n型非晶硅薄膜；在襯底背表面淀積富氫非晶碳化硅薄膜；在n型非晶硅薄膜上生長ITO；在ITO上電子束蒸鍍銀電極；在富氫非晶碳化硅薄膜上熱蒸鍍或絲印漿形成鋁層；以及進行激光燒結(jié)。本發(fā)明能與現(xiàn)有工藝結(jié)合，不增加設(shè)備成本，相比傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)電池，本發(fā)明利用非晶硅作為窗口層，提高電池的穩(wěn)定性，引入的本征納米硅層可進行良好的表面鈍化，提高開路電壓，相比傳統(tǒng)鋁背場更好的鈍化效果和更好的長波響應(yīng)。
文檔編號H01L31/20GK103227247SQ20131014293
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者賈銳, 丁武昌, 陳晨, 金智, 劉新宇 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所