一种硅薄膜太阳能电池的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种硅薄膜太阳能电池的制作方法，首先将纯度大于９９．９９９％的Ｐ型高纯多晶硅粉碎至粒度为５－５０微米的高纯多晶硅粉末，然后涂敷于结合有铝电极的衬底上，形成高纯ｐ型硅微米颗粒膜；通过退火工艺使硅微米颗粒和金属导电底电极界面合金化，接着在所述的硅颗粒单层膜上沉积ｎ型硅层，或者依次沉积本征硅层、ｎ型硅层；最后沉积一层透明导电电极层。本发明专利技术采用高纯多晶硅源料破碎、涂覆这一独特技术可以在玻璃、塑料、金属薄片等衬底上实现高质量多晶硅薄膜的沉积，用于太阳能电池制作工艺方法简单、生产成本低、光电转换效率高，具有非常广泛的产业化价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备廉价、高效硅薄膜太阳能电池的方法，属于 新能源、半导体光电子学等

技术介绍
当前，世界各国争相推出各种太阳能开发计划，把新世纪的全球 能源园地装点得五彩缤纷、春意盎然。据全球权威能源机构的预测， 到本世纪中期，太阳能将成为人类能源构成中的重要组成部分，而到 本世纪末将成为人类能源构成中的主力军。在现有太阳能电池种 类中，单晶硅大阳能电池技术最为成熟，大规模产业化光电转换效率最高，达到16% — 18%。但该电池缺点是能耗高，高纯硅用料多，严 峻的晶硅短缺使越来越多的太阳能电池生产设备处于停产、半停产状 态，而不断上涨的晶硅价格也在一步步吞噬太阳能电池生产商的利 润。多晶硅太阳能电池省去晶硅拉棒工序，能耗降低且生产效率大大 提高，而且方形结构较圆形单晶片更能提高晶硅利用率(因太阳能电 池组件多为方形)，因此多晶硅太阳能电池已是单晶硅太阳能电池的 替代产品。但存在的缺点是由于还是属于体硅工艺，硅片厚度一般 大于200微米，无法摆脱对晶体硅的高度依赖。硅材料是构成晶体硅 太阳电池组件成本中很难降低的部分，因此为了适应太阳电池高效 率、低成本、大规模生产发展的需要，最有效的办法是不采用由硅原 料、硅锭、硅片到太阳电池的工艺路线，而采用直接由高纯多晶硅原 料到太阳能电池的工艺路线，即发展薄膜太阳电池的技术。首先从薄膜太阳能的应用来看，薄膜太阳能由于薄和柔 性等特性，对于其在应用环境上极大地拓展了空间，相对于晶体硅 只能采用平面形式的应用不同，它可以以任意形状出现，就是说可以 覆盖在任意物体表面，或者以折叠形式储存运输，这就使得其可以在 野外运动作战为主的军事应用环境中发挥作用。在野外行动中，能源 如何解决是个很大问题，通信设备，电子计算机设备等都将是需要电 能供应的设备，而太阳能无处不在，因此可以想象未来太阳能在军事 领域的拓展性应用即将开始，而这个开始就是薄膜太阳能电池打开 的。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受 到人们的重视并得到迅速发展，目前世界上己有许多家公司在生产该 种电池产品。非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域 不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其 光电效率会随着光照时间的延续而衰减，使得电池性能不稳定。硒铟 铜和碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，成本较单晶硅 电池低，并且易于大规模生产，还没有效率衷减问题，似乎是非晶硅 薄膜电池的一种较好的替代品，在美国已有一些公司开始建设这种电 池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染，与 发展太阳电池的初衷相背离，而且硒、铟、碲等都是较稀有的金属， 对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。多晶硅薄膜电池由于所 使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，而效率高于非晶硅薄膜 电池。另外，采取将多晶硅/非晶硅层叠薄膜结构可以综合容易吸收 可视光的非晶硅特性和容易吸收红外线的薄膜多晶硅的特性来提高 转换效率。通过该叠层结构，太阳能电池光电转换效率可以超过12%, 使得产品能够作为家用产品使用。多晶硅薄膜集晶体硅材料和非晶硅薄膜优点于一体，在高效太阳 能电池领域具有重大应用价值。多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大 类 一类是高温工艺，制备过程中温度高于800°C，衬底需要使用耐 高温的昂贵石英，不适合大规模民用。另一类是低温工艺，整个加工 工艺温度低于600'C，可用廉价玻璃、塑料作衬底，因此可以大面积 制作，但由于生长的硅膜晶粒太小，未能制成高转换效率的多晶硅薄 膜太阳能电池。目前制备多晶硅薄膜多采用化学气相沉积法，包括各 种等离子体增强化争气相沉积(PECVD)。另外通过固相晶化、区熔再 结晶、激光退火、金属诱导结晶等技术晶化非晶硅薄膜也可以获得多 晶硅薄膜。但目前尚存在如下问题1)多晶硅薄膜低温沉积，质量 差，薄膜晶粒尺寸小，电池效率低。2)多晶硅薄膜高温沉积，能耗 高，尚缺少适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而优良的衬底材料。如何 在普通玻璃、塑料、金属等廉价衬底上获得大面积、高质量大晶粒多 晶硅薄膜是当前高效、廉价硅基薄膜太阳能电池制作中的重大难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺方法简单、操作方 便、生产成本低的硅薄膜太阳能电池的制作方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种硅薄膜太阳能电池的制 作方法，将纯度大于99.999%的p型高纯多晶硅粉碎至粒度为5 — 50 微米的高纯多晶硅粉末，酸洗、烘干，然后涂敷于结合有铝或者铝合 金电极的衬底上，形成高纯P型硅微米颗粒单层膜；将所述单层膜快 速退火，退火温度一般低于700°C，使硅微米颗粒和铝导电底电极界 面合金化，接着在所述的硅颗粒单层膜上依次沉积导电类型互补的n型硅层和一层透明导电电极层，为提高电池性能，在沉积n型硅层前， 可以预先沉积一层未掺杂的本征硅层。所述的涂敷方法采用静电喷涂、印刷或者压印中的一种，为方便 硅粉印刷涂敷，可以把硅粉混合成粘稠的液态。所述的n型硅和本征硅层沉积方法为等离子体增强的化学气相沉 积或物理气相沉积中的一种。所述的金属导电底电极为铝。所述的衬底为玻璃、陶瓷、塑料、不锈钢、铝合金中的一种。 本专利技术在铝电极上实现大颗粒、高纯多晶硅薄膜沉积，并利用该 多晶硅层，继续结合常规的硅薄膜生长和透明导电电极沉积技术完成 高效、廉价多晶硅薄膜电池的加工，本专利技术的工作原理及优点简述于 下本专利技术直接采用特定掺杂的高纯多晶硅作为源料，经过粉碎获得 颗粒度在5微米一50微米的高纯多晶硅粉末。经过酸洗烘干后，采用 静电喷涂、印刷或者压印等手段在导电底电极上形成高纯p型硅微米 颗粒单层膜，经退火后使硅颗粒和金属导电底电极界面合金化，接着 在该硅颗粒膜上采用等离子体增强的化学、物理气相沉积技术沉积一 层n型非晶硅或者微晶硅薄膜，最后结合常规透明导电电极沉积技术 完成基本薄膜电池制作。因而，具有光电转换效率高、成本低廉、产 业化前景广阔的优点。本专利技术与常规硅薄膜沉积技术制作太阳能电池 相比，具有如下优点1) 、工艺温度低，在普通玻璃、塑料、铝箔等廉价衬底上，室 温下就可以获得晶粒大于IO微米的晶硅层，后续快速退火温度最高 也不高于700°C 。3)、成本低廉多晶硅源料直接粉碎、经过静电喷涂、印刷等 工艺获得多晶硅颗粒膜，后续n型非晶硅、微晶硅薄膜沉积，厚度薄， 能耗低，另外，硅微米颗粒方便回收。2) 、光电转换效率高；多晶硅粒径大，电池结构为多晶硅/非晶 硅异质结结构，太阳光谱利用率高。综上所述，本专利技术采用多晶硅源料破碎、喷涂、印刷这一独特技 术沉积可以在玻璃、塑料、金属薄片等衬底上实现高质量多晶硅薄膜 的沉积，用于太阳能电池制作工艺方法简单、生产成本低、光电转换 效率高，具有非常广泛的产业化价值。 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1:购买纯度大约为7N的p型多晶硅为源料，其电阻率为l.OQ.cm。 经过球磨、气流粉碎技术获得粒径为50微米的多晶硅微粒。酸洗，烘干后采用静电喷涂技术在铝箔衬底上喷涂一层上述硅微米颗粒膜，形成P型硅微米颗粒单层膜。接着采用600'C惰性气氛快速退火工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特征是：将纯度大于９９．９９９％的ｐ型高纯多晶硅气流粉碎至粒度为５－５０微米的高纯多晶硅粉末，然后涂敷于导电衬底上，形成高纯ｐ型硅微米颗粒膜层；接着在所述的硅颗粒单层膜上沉积ｎ型硅层或者本征硅层后再叠加ｎ型硅层，最后沉积一层透明导电电极层完成原型太阳能电池。

【技术特征摘要】
1、一种硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特征是将纯度大于99.999％的p型高纯多晶硅气流粉碎至粒度为5—50微米的高纯多晶硅粉末，然后涂敷于导电衬底上，形成高纯p型硅微米颗粒膜层；接着在所述的硅颗粒单层膜上沉积n型硅层或者本征硅层后再叠加n型硅层，最后沉积一层透明导电电极层完成原型太阳能电池。2、 根据权利要求1所述的硅薄膜太阳能电池的制作方法，其特 征是所述的涂敷方法采用静电喷涂、印刷或者压印中的一种。3、 根...

【专利技术属性】
技术研发人员：万青，易宗凤，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]