一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，包括如下步骤：（1）衬底清洗处理、（2）薄膜沉积处理、（3）退火晶化处理、（4）冷却成型处理。本发明专利技术生产方法的工艺步骤搭配合理，整体的生产效率高、成本低，便于推广应用，生产的硅基薄膜使用品质好，性能稳定，寿命长，极具市场竞争力和生产使用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法。
技术介绍
随着社会经济的发展，能源与环境之间的矛盾日益加重，因而，采用开发可再生来取代传统能源，也成为了必然的发展趋势。太阳能电池作为新能源中最有发展前景的发电方式之一，近些年逐渐得到了越来越多的重视。然而，现阶段阻碍太阳能行业发展的主要困难是其较高的价格。目前占据主要市场份额的晶体硅电池，由于其上游产业链较长，且原材料成本占总成本的比例较大，因此价格降低的空间很小。随着近些年晶硅价格的上涨及薄膜技术的发展，晶体硅电池的优势正在逐渐削弱，而薄膜电池以其成本相对较低、应用灵活等特点，必然会成为未来太阳能电池的发展方向。多晶硅薄膜电池属于薄膜太阳能电池中的一种，其利用玻璃衬底替代晶体硅起到机械承载作用，大量降低了晶体硅使用量，节约了成本。由于硅薄膜内的非晶成分会产生光致衰退现象，太阳能电池需要高质量的多晶硅薄膜作为吸收层材料。因此，如何在异质衬底上高效生长高质量的多晶硅薄膜材料，成为了亟待解决的问题。在异质衬底（例如玻璃）上获得多晶硅薄膜的方法主要有两种，即直接沉积法和间接晶化法。由于直接沉积法需要较慢的沉积速率才能获得结晶性较好的多晶硅薄膜，考虑到沉积设备运转及沉积过程中原料的消耗情况，这种方法的成本不低，无法发挥电池的原先低成本的优势。间接晶化法将多晶硅薄膜制备过程拆分为两阶段：薄膜沉积和固相晶化。由于这两个过程都采用了标准的设备及工艺，不会增加设备及原料成本，具有较好的应用前景。通常间接法制备多晶硅薄膜，是直接在玻璃衬底上沉积非晶硅薄膜，然后在高温下，经过长时间退火过程(12-100小时)，实现薄膜由非晶向结晶的转变。随着退火温度的提高，晶化效率会提升。但是由于一般玻璃衬底的软化温度较低（600℃左右）的限制，多晶硅薄膜的生产效率不高，不利于大批量生产。而采用高耐温性的玻璃又会增加制备成本。目前，另一种间接制备多晶硅薄膜的方法是将退火过程，变为激光退火，这一方法虽然可以提高生产效率，但是会导致制造成本大幅提升，且所制备的薄膜中晶粒尺寸分布不均，同样不适于应用于实际生产中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，包括如下步骤：（1）衬底清洗处理：先将玻璃衬底置于丙酮溶液中超声清洗处理15~20min，然后将玻璃衬底取出再置于酒精溶液中超声清洗处理15~20min，之后将玻璃衬底取出用去离子水冲洗一遍，最后再用洁净的空气将玻璃衬底表面的水分吹干备用；（2）薄膜沉积处理：将步骤（1）处理后的玻璃衬底放入到等离子化学气相沉积设备内，利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜，在此期间还持续向玻璃衬底上喷射复合增强粒子，完成后得预混薄膜备用；（3）退火晶化处理：将步骤（2）得到的预混薄膜放入到退火炉内进行退火晶化处理，期间控制退火的温度为500~580℃，退火的时长控制为6~10h，完成后取出备用；（4）冷却成型处理：待步骤（3）退火结束后，向退火炉内通入低温氮气，待预混薄膜降至150℃以下后取出，自然冷却至常温即可。进一步的，步骤（1）中所述的丙酮溶液的体积分数为30~35%；所述的酒精溶液的体积分数为40~45%；所述的超声清洗处理时超声波的频率为400~500kHz。进一步的，步骤（2）中所述的利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜时，控制等离子化学气相沉积设备反应室内的真空度不大于1×10-2Pa，玻璃衬底的温度保持为180~190℃，反应气体为硅烷和氢气，其中硅烷和氢气的体积比为1:8~9，并控制反应气体的总流量为110~120sccm；控制设备内的输入电源频率为50~60MHz，功率为45~55W。进一步的，步骤（2）中所述的复合增强粒子是由纳米氧化锌和纳米氮化硅按照质量比3~4:1混合而成，所述的纳米氧化锌和纳米氮化硅的颗粒粒径为10~30nm；所述复合增强粒子喷射的添加量是预混薄膜总质量的14~18%。进一步的，步骤（3）中所述的退火处理时的保护气体为氮气，其中控制氮气的流量为35~40sccm，气压为35~50Pa。进一步的，步骤（4）中所述的低温氮气的温度为5~10℃，通入的流量为45~50sccm，气压为50~60Pa。本专利技术对硅基薄膜的生产方法进行了特殊的改进处理，有效的缩短了生产的时长，降低了生产的温度、电能强度要求等，进而降低了生产的成本，此生产方法工艺搭配合理，便于大规模的推广应用。其中先对玻璃衬底进行了清洗处理，很好的保证了玻璃表面的洁净度，便于后续的加工处理；接着利用等离子化学气相沉积法进行薄膜沉积，在此过程中又插入喷射添加了复合增强粒子成分，此成分颗粒为纳米级小颗粒，在硅基薄膜晶化的过程中提供了成核的功能，节省了形核孕育期的过程，缩短了成型的效率，提高了加工的速度，并且复合增强粒子成分的添加还能使得硅基薄膜上具有表面陷光结构，能够聚焦太阳光，增加光子密度，提升对光线的吸收效果。此外，本方法还很好的缩短了退火时长，提升了加工的效率。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术生产方法的工艺步骤搭配合理，整体的生产效率高、成本低，便于推广应用，生产的硅基薄膜使用品质好，性能稳定，寿命长，极具市场竞争力和生产使用价值。具体实施方式实施例1一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，包括如下步骤：（1）衬底清洗处理：先将玻璃衬底置于丙酮溶液中超声清洗处理15min，然后将玻璃衬底取出再置于酒精溶液中超声清洗处理15min，之后将玻璃衬底取出用去离子水冲洗一遍，最后再用洁净的空气将玻璃衬底表面的水分吹干备用；（2）薄膜沉积处理：将步骤（1）处理后的玻璃衬底放入到等离子化学气相沉积设备内，利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜，在此期间还持续向玻璃衬底上喷射复合增强粒子，完成后得预混薄膜备用；（3）退火晶化处理：将步骤（2）得到的预混薄膜放入到退火炉内进行退火晶化处理，期间控制退火的温度为500℃，退火的时长控制为6h，完成后取出备用；（4）冷却成型处理：待步骤（3）退火结束后，向退火炉内通入低温氮气，待预混薄膜降至150℃以下后取出，自然冷却至常温即可。进一步的，步骤（1）中所述的丙酮溶液的体积分数为30%；所述的酒精溶液的体积分数为40%；所述的超声清洗处理时超声波的频率为400kHz。进一步的，步骤（2）中所述的利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜时，控制等离子化学气相沉积设备反应室内的真空度不大于1×10-2Pa，玻璃衬底的温度保持为180℃，反应气体为硅烷和氢气，其中硅烷和氢气的体积比为1:8，并控制反应气体的总流量为110sccm；控制设备内的输入电源频率为50MHz，功率为45W。进一步的，步骤（2）中所述的复合增强粒子是由纳米氧化锌和纳米氮化硅按照质量比3:1混合而成，所述的纳米氧化锌和纳米氮化硅的颗粒粒径为10~30nm；所述复合增强粒子喷射的添加量是预混薄膜总质量的14%。进一步的，步骤（3）中所述的退火处理时的保护气体为氮气，其中控制氮气的流量为35sccm，气压为35Pa。进一步的，步骤（4）中所述的低温氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）衬底清洗处理：先将玻璃衬底置于丙酮溶液中超声清洗处理15~20min，然后将玻璃衬底取出再置于酒精溶液中超声清洗处理15~20min，之后将玻璃衬底取出用去离子水冲洗一遍，最后再用洁净的空气将玻璃衬底表面的水分吹干备用；（2）薄膜沉积处理：将步骤（1）处理后的玻璃衬底放入到等离子化学气相沉积设备内，利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜，在此期间还持续向玻璃衬底上喷射复合增强粒子，完成后得预混薄膜备用；（3）退火晶化处理：将步骤（2）得到的预混薄膜放入到退火炉内进行退火晶化处理，期间控制退火的温度为500~580℃，退火的时长控制为6~10h，完成后取出备用；（4）冷却成型处理：待步骤（3）退火结束后，向退火炉内通入低温氮气，待预混薄膜降至150℃以下后取出，自然冷却至常温即可。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）衬底清洗处理：先将玻璃衬底置于丙酮溶液中超声清洗处理15~20min，然后将玻璃衬底取出再置于酒精溶液中超声清洗处理15~20min，之后将玻璃衬底取出用去离子水冲洗一遍，最后再用洁净的空气将玻璃衬底表面的水分吹干备用；（2）薄膜沉积处理：将步骤（1）处理后的玻璃衬底放入到等离子化学气相沉积设备内，利用等离子化学气相沉积法制备前驱体硅薄膜，在此期间还持续向玻璃衬底上喷射复合增强粒子，完成后得预混薄膜备用；（3）退火晶化处理：将步骤（2）得到的预混薄膜放入到退火炉内进行退火晶化处理，期间控制退火的温度为500~580℃，退火的时长控制为6~10h，完成后取出备用；（4）冷却成型处理：待步骤（3）退火结束后，向退火炉内通入低温氮气，待预混薄膜降至150℃以下后取出，自然冷却至常温即可。2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用硅基薄膜的低成本生产方法，其特征在于，步骤（1）中所述的丙酮溶液的体积分数为30~35%；所述的酒精溶液的体积分数为40~45%；所述的超声清洗处理时超声波的频率为400~500kHz。3.根据权利要求1所述的一种太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭平，
申请(专利权)人：含山县领创新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34