本專利屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及太陽能電池制造領(lǐng)域，尤其涉及結(jié)合原子層沉積技術(shù)制備納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的制備方法和在太陽能電池表面鈍化及電流收集中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

表面鈍化是降低表面復(fù)合率、提高硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的重要技術(shù)手段。(solarenergymaterials&solarcells，2006，(90):82-92)鈍化發(fā)射極背面接觸技術(shù)(perc技術(shù))，在表面植絨和擴散之后用pecvd的方法鍍?nèi)趸X薄膜做背面鈍化層，搭配氮化硅薄膜減反層。由于三氧化二鋁和氮化硅是絕緣材料，后續(xù)的銀漿鋁漿電極要通過激光打孔的方法和硅表面做連接。但是激光開孔的面積是有限的，所以電極與硅的寄生電阻和接觸電阻會影響到電流的收集從而影響電池的效率，而且局部開孔導(dǎo)致perc技術(shù)的工藝復(fù)雜，并且局部開孔還會導(dǎo)致開孔處存在復(fù)合現(xiàn)象。德國弗勞恩霍夫太陽能研究所(fraunhoferise)設(shè)計了接觸鈍化技術(shù)：鈍化層為一層超薄氧化硅和一層摻雜硅薄層構(gòu)成的鈍化，無需開孔，通過金屬氧化物隧穿效應(yīng)實現(xiàn)鈍化層的導(dǎo)電，但是鈍化層本身很薄，需要的工藝相對復(fù)雜。因此，在perc技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要研制無需局部開孔的表面鈍化方法。

另一種方案是，采用可導(dǎo)電的材料作為鈍化層來代替三氧化二鋁，有望解決寄生電阻和接觸電阻大的問題，提升電池轉(zhuǎn)換效率。透明導(dǎo)電氧化物(tco)作為電極材料在光電器件領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中鋁摻雜的氧化鋅(aluminumdopedzincoxide,azo)具有制備工藝簡單、易實現(xiàn)摻雜等特點，有文獻(solarenergy，2014(110),595–602)報道，通過濕法制備的azo具有一定的鈍化性質(zhì)，但是濕法制備的工藝較為復(fù)雜，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。原子層沉積技術(shù)(ald技術(shù))是一種先進的薄膜生長技術(shù)。采用ald技術(shù)制備性能優(yōu)良、適合在perc技術(shù)中做鈍化層的透明導(dǎo)電氧化物材料尚未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明是針對現(xiàn)有的perc電池技術(shù)的工藝流程，采用ald技術(shù)進行加工，直接用可導(dǎo)電透明材料層作為鈍化層，從而解決寄生電阻和接觸電阻大的問題，提升電池轉(zhuǎn)換效率，并且適用于大批量生產(chǎn)。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案

基于原子層沉積技術(shù)(ald)制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜，用于太陽能電池表面的鈍化及電流收集。具體的技術(shù)方案如下：

納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的制備方法，采用原子層沉積技術(shù)進行制備，具體包括如下主要的步驟：

(1)將去背結(jié)清洗過后的硅電池片裝載進入鍍膜的腔體，需鍍膜的面在腔體內(nèi)呈暴露狀態(tài)，不需要鍍膜的面進行遮擋；

(2)腔體抽真空并保持腔體內(nèi)的工藝真空不變，加熱使腔體內(nèi)的溫度達到所需要的工藝溫度；

(3)循環(huán)1～200次al2o3的沉積作為過渡層，對應(yīng)的厚度范圍是0.1-20納米；

(4)循環(huán)n1次zno的沉積，循環(huán)n2次al2o3的沉積，其中n1、n2均為非零正整數(shù)；

(5)重復(fù)步驟(4)，直到制備出所需厚度的納米疊層導(dǎo)電薄膜；

(6)腔體直接降溫或增加退火步驟后降溫，破真空，取出硅電池片。

步驟(3)中優(yōu)選循環(huán)5～20次al2o3的沉積層作為過渡層。最優(yōu)的循環(huán)次數(shù)為10次。此過渡層的作用是對硅表面進行化學(xué)鍵鈍化和場效應(yīng)鈍化，特別是過渡層中的負電荷，存在于界面處1-3納米范圍內(nèi)，可以有效的排斥硅表面的電子，減少空穴與電子在界面附近的復(fù)合，從而提升電池的開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。由于納米疊層同時起到電流收集的作用，所以過渡層在保證鈍化的同時不能對電流的通過形成阻礙。當(dāng)過渡層氧化鋁薄膜的厚度在2納米以下時，電流會以隧穿的形式直接穿過，不會有阻礙。對應(yīng)的過渡層的較佳厚度范圍是0.5-2納米。

具體地，在步驟(1)中對多片硅電池片進行加工時：在電池背面鍍膜時，將多片電池面對面擺放并壓緊，在電池正面鍍膜時，將兩片電池背對背擺放并壓緊，以節(jié)省加工腔體的空間，增加產(chǎn)能。

具體地，步驟(2)中的工藝真空的選擇范圍為100帕到1000帕，工藝溫度的選擇范圍為100-300攝氏度。

具體地，步驟(3)通過完全獨立的管路向腔體內(nèi)以脈沖的方式輸送三甲基鋁和去離子水的蒸汽，載氣采用氮氣；每次沉積循環(huán)的脈沖序列為：三甲基鋁脈沖、氮氣吹掃、去離子水蒸汽的脈沖、氮氣吹掃，時間分別為0.1秒、2秒、0.1秒、2秒。

具體地，步驟(4)通過完全獨立的管路向腔體內(nèi)以脈沖的方式輸送二乙基鋅，三甲基鋁和去離子水的蒸汽，載氣采用氮氣；zno每次沉積循環(huán)的脈沖序列為：二乙基鋅脈沖、氮氣吹掃、去離子水蒸汽的脈沖、氮氣吹掃，時間分別為0.1秒、2秒、0.1秒、2秒；al2o3每次沉積循環(huán)的脈沖序列為：三甲基鋁脈沖、氮氣吹掃、去離子水蒸汽的脈沖、氮氣吹掃，時間分別為0.1秒、2秒、0.1秒、2秒。

具體地，循環(huán)的次數(shù)n1的優(yōu)選范圍是1-100，n2的優(yōu)選范圍是1-10。

具體地，在步驟(6)中，在沉積鍍膜的循環(huán)過后，腔體降溫之前還可增加退火的步驟，所需的退火時間以實際應(yīng)用需要的退火溫度為準(zhǔn)。例如500攝氏度的退火溫度采用30分鐘的退火。

將納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于太陽能電池中的鈍化層的應(yīng)用，納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜采用上述方法制備，在n-型摻雜時納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜可用于電池p發(fā)射極的場鈍化，在p-型摻雜時納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于電池n發(fā)射極的場鈍化。

具體地，所述的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜主要包括由zno層和al2o3層組成的基本單元；導(dǎo)電薄膜的總厚度＝基本單元本身的循環(huán)次數(shù)n3×(zno單層的厚度×zno單層循環(huán)次數(shù)n1+al2o3單層的厚度×al2o3單層循環(huán)次數(shù)n2)；氧化鋁在所述的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜中的摻雜度為n2/(n1+n2)at％。

具體地，納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的總厚度的范圍在5納米到200納米之間。

更具體地，當(dāng)制備薄膜時步驟(2)中的工藝真空100帕、工藝溫度為200攝氏度，zno單層的厚度為0.12nm，誤差范圍±0.01nm(根據(jù)不同的測試方法和儀器誤差范圍會不同，在本領(lǐng)域技術(shù)人員可接受的誤差范圍內(nèi)即可，下同)，al2o3單層的厚度為0.1nm，誤差范圍±0.01nm；在此條件下，當(dāng)納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的鋁摻雜度在1.0at％到7.1at％之間(此處包括端點數(shù)值)時，薄膜的電阻率在1.5×10^-3ohm·cm到3.0×10^-3ohm·cm之間(此處包括端點數(shù)值)。

將采用上述方法制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用用于perc結(jié)構(gòu)的太陽能電池中的背鈍化層，可用于在p+發(fā)射極用n-型半導(dǎo)體材料做場鈍化，或者在n+發(fā)射極用p-型半導(dǎo)體材料做場鈍化。鈍化效果比傳統(tǒng)的鋁背場電池(如solarenergy，2014(110),595–602)在光電轉(zhuǎn)換效率上至少可以提升0.8％，導(dǎo)電性能可以做到和硅鋁直接接觸的鋁背場電池相當(dāng)。

關(guān)于其他可以使用的材料，以azo為例，zno摻雜第三族的材料如b,al,ga,in；或者第七族材料如cl,i會變成n-型半導(dǎo)體材料。zno摻雜第一族的材料如li,na,k；或者第五族材料如n,p,as會變成p-型半導(dǎo)體材料。

3、有益效果：

(1)本專利制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于perc結(jié)構(gòu)的太陽能電池中的背鈍化層，鈍化效果比傳統(tǒng)的鋁背場電池在光電轉(zhuǎn)換效率上至少可以提升0.8％，導(dǎo)電性能可以做到和硅鋁直接接觸的鋁背場電池相當(dāng)。

(2)perc電池用的al2o3鈍化是基于al2o3內(nèi)部所帶的負電荷達到的界面場鈍化效應(yīng)。zno本身就是n-型半導(dǎo)體，通過al摻雜可以提供更多的自由電子以達到降低其電阻率的效果。

(3)采用透明導(dǎo)電氧化物作為鈍化層，不會遮擋光線降低太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用的循環(huán)序列

圖2納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用在p-型perc電池上的鈍化應(yīng)用的一個例子。

圖3納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用在n-型電池上的鈍化應(yīng)用的一個例子。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體的實施例，對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

本專利中采用不同的工藝條件(工藝真空、工藝溫度)、不同的配比(n1、n2、n3的數(shù)值、氧化鋁的摻雜度(n2/(n1+n2)at％)、制備出不同性質(zhì)(厚度、電阻率)的薄膜，具體各參數(shù)的關(guān)系如下：

表1制備條件、成分和性質(zhì)之間的對照表

實施例2

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用電阻率較低的材料更便于收集電流，綜合考慮制備條件、配比等因素，在工藝真空100帕、工藝溫度200攝氏度的條件下，固定n2＝1，控制氧化鋁在薄膜中的摻雜度在1at％到7at％之間時，薄膜的電阻率較小，在1.5×10^-3ohm·cm到3.0×10^-3ohm·cm之間變化，且試驗中以1.5×10^-3ohm·cm為一個最小的測量值。

表2優(yōu)選實施例的制備條件、成分和性質(zhì)之間的對照表

實施例3

將采用本專利方法制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于perc結(jié)構(gòu)的太陽能電池中的發(fā)射極鈍化。參照圖2所示，用鋁摻雜的氧化鋅薄膜代替perc電池中的氧化鋁層，其所帶負電荷會對背面的p發(fā)射極起到鈍化的作用。同時，此導(dǎo)電薄膜會起到收集電流的作用，降低因開孔面積小而升高的接觸電阻。此電池的上表面也可用p-型摻雜的透明導(dǎo)電薄膜做鈍化。

實施例4

將采用本專利方法制備的透明的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于n-型晶硅太陽能電池中的發(fā)射極鈍化。參照圖3所示，用鋁摻雜的氧化鋅薄膜對電池上表面p發(fā)射極鈍化。同時，此導(dǎo)電薄膜會起到收集電流的作用，而且此薄膜在可見光頻率的吸收較少，不會影響光的透過。此電池的背面也可用p-型摻雜的透明導(dǎo)電薄膜做鈍化。

以上示意性地對本發(fā)明的創(chuàng)造及其實施方式進行了描述，本發(fā)明的保護范圍包括但不限于上述的描述。附圖中所示的也只是本發(fā)明創(chuàng)造的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受到本發(fā)明的啟示，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與本發(fā)明的技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本專利的保護范圍。