一种超掺杂硅薄膜HJT电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超掺杂硅薄膜HJT电池及其制备方法，其中，所述制备方法包括：对晶体硅衬底进行湿法清洗制绒；在晶体硅衬底两侧表面沉积形成本征非晶硅薄膜；在本征非晶硅薄膜远离晶体硅衬底的两侧的表面分别沉积形成P型与N型非晶硅薄膜；在P型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜远离本征非晶硅薄膜的两侧表面形成P

【技术实现步骤摘要】
一种超掺杂硅薄膜HJT电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池领域，具体的，涉及一种超掺杂硅薄膜HJT电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能作为一种清洁能源，将在未来能源方面占据重要地位，到2050年，光伏发电预计占全球一次能源需求的20％以上。硅太阳能电池由于良好的材料质量和成熟的制造工艺备受重视。然而，作为间接带隙半导体的硅，其本征禁带宽度为1.12eV，硅基太阳能电池不能吸收转换占太阳光谱能量约22％的长近红外光(波长λ>1100nm)。因此，硅太阳能电池的理论光电转换效率极限为29.4％。此外，由于硅片缺陷复合、电极接触电阻、栅线遮光等不可避免的电池工艺损失，实际光电转换效率极限约为27％。
[0003]由于电池效率每提升1％，电池成本降低约6％，因此提高晶硅太阳能电池光电转换效率、降低成本是光伏行业一直追求的目标。近年，带有本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结(Heterojunction with Intrinsic Thin
‑
Layer，HJT)电池迅速发展，这得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用，创造了目前单结硅基太阳能电池的实验室效率记录(26.8％)，已非常临近实际光电转换效率极限。
[0004]通过深能级杂质(包括硫族或过渡金属杂质)超掺杂，可以在Si禁带中形成杂质带，在Si的本征光学吸收基础上，增加波长为1100～2500nm的子带隙红外吸收。因此，Si的室温光电吸收转换范围可扩展到整个太阳光谱(λ＝200～2500nm)。从而，超掺杂硅太阳能电池理论光电转换效率极限可以提高到30～70％。
[0005]此外，尽管HJT电池在大面积、高效率、低价格和稳定性好的太阳能电池中具有巨大的潜力。但由于非晶硅的横向导电性较差，所以在HJT电池的制作过程中，在电极和非晶硅层之间必须加一层透明导电氧化薄膜(TCO)以增加载流子的收集。因此，HJT电池的性能很大程度上受限于TCO膜的质量。一般，要求TCO膜具备光透过特性好、化学性质稳定、较低的电阻率、机械强度高以及优良的耐磨损性等特点。目前研究和应用最多的是掺锡氧化铟(ITO)薄膜和掺铝氧化锌(AZO)薄膜，但仍存在原料价格昂贵且热稳定性差等问题，且制备技术最为成熟的磁控溅射法也有靶材制造工艺技术要求高、溅射中产生的高能溅射粒子轰击造成薄膜表面损伤等不足。因此，有必要设计一种光电转换效率高、制备工艺简单的超掺杂硅薄膜HJT电池。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法。又如，本专利技术另一目的在于提供一种超掺杂硅薄膜HJT电池。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法，所述方法可包括以下步骤：S1：对晶体硅衬底进行湿法清洗制绒；S2：在晶体硅衬底两侧表
面沉积形成本征非晶硅薄膜；S3：在本征非晶硅薄膜远离晶体硅衬底的两侧的表面分别沉积形成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜；S4：在P型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜远离本征非晶硅薄膜的两侧表面形成P
+
型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜；S5：制备正、背面电极。
[0008]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述晶体硅衬底的类型可包括P型或N型晶体硅衬底，所述P型或N型晶体硅衬底的厚度可为90～150μm。
[0009]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述本征非晶硅薄膜的厚度可为5～10nm，所述P型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜厚度均可为5～10nm，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜的厚度均可为10～500nm。
[0010]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜均可采用真空镀膜结合纳秒脉冲激光形成，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜的镀膜过程均在气压小于3
×
10
‑3Pa的真空环境中进行，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜中超掺杂元素的相对含量均可为0.1～10at.％。
[0011]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述真空镀膜的方法包括真空蒸发法或磁控溅射法，其中，当使用真空蒸发法进行镀膜时，使用阻蒸镀膜装置在加热电流为20～150A时可蒸发超掺杂元素，同时使用电子束镀膜装置在束流为150～300mA时可蒸发晶体硅；当使用磁控溅射法进行镀膜时，溅射超掺杂元素靶材的直流溅射功率可为20～100W，溅射硅靶材的射频溅射功率可为150～300W。
[0012]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，当使用磁控溅射法进行镀膜时，所述真空环境中可通入0.1～10Pa的氩气。
[0013]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，在形成所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
+
型超掺杂硅薄膜的过程中，所述纳秒脉冲激光的参数可包括：
[0014]纳秒脉冲激光的波长为紫外或红外波段波长，脉冲宽度为1～800ns，纳秒脉冲激光的光斑为直径10～100μm的圆斑，纳秒脉冲激光的能量密度为0.1～2j/cm2，纳秒脉冲激光作用时的水平移动速度为3000～20000mm/s，重复频率为10～100kHz。
[0015]根据本专利技术一方面的一个或多个示例性实施例，所述正、背面电极的厚度可均为10～20μm。
[0016]根据本专利技术的一方面的一个或多个示例性实施例，所述真空镀膜所使用的晶体硅原料的纯度可≥99.9999％、所使用的超掺杂元素晶体原料的纯度可≥99.999％。
[0017]本专利技术另一方面提供了一种超掺杂硅薄膜HJT电池，所述超掺杂硅薄膜HJT电池可包括通过上述所述的超掺杂硅薄膜HJT电池制备方法所制备出的产品。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括以下内容中的至少一项：
[0019](1)本专利技术制备掺杂硅薄膜HJT电池的工艺步骤简单，操作方便；
[0020](2)本专利技术制备的掺杂硅薄膜HJT电池使用超掺杂硅薄膜取代TCO，使用纳秒脉冲激光熔融混合薄膜，对不同熔点的金属和非金属杂质均能适用，杂质源浪费较小，并且纳秒激光技术已在PERC硅电池工艺的激光开槽环节中应用，设备成本低，适合大面积快速生长；
[0021](3)本专利技术制备的超掺杂硅薄膜HJT电池能够避免在磁控溅射镀TCO膜时损伤衬底性能，并且避免硅表面被氧化和TCO薄膜有较大的晶格失配和热失配。
附图说明
[0022]通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
[0023]图1示出了本专利技术的一个示例性实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1：对晶体硅衬底进行湿法清洗制绒；S2：在晶体硅衬底两侧表面沉积形成本征非晶硅薄膜；S3：在本征非晶硅薄膜远离晶体硅衬底的两侧的表面分别沉积形成P型非晶硅薄膜与N型非晶硅薄膜；S4：在P型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜远离本征非晶硅薄膜的两侧表面形成P
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型超掺杂硅薄膜和N
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型超掺杂硅薄膜；S5：制备正面电极和背面电极。2.根据权利要求1所述的超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法，其特征在于，所述晶体硅衬底的类型包括P型或N型晶体硅衬底，所述P型或N型晶体硅衬底的厚度均为90～150μm。3.根据权利要求1所述的超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法，其特征在于，所述本征非晶硅薄膜的厚度为5～10nm，所述P型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜厚度均为5～10nm，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
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型超掺杂硅薄膜的厚度均为10～500nm。4.根据权利要求1所述的超掺杂硅薄膜HJT电池的制备方法，其特征在于，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
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型超掺杂硅薄膜均采用真空镀膜结合纳秒脉冲激光形成，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
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型超掺杂硅薄膜的镀膜过程均在气压小于3
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‑3Pa的真空环境中进行，所述P
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型超掺杂硅薄膜和N
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型超掺杂硅薄膜中超掺杂元素的相对含量均为0.1～10at.％。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：温才，杨洪旺，刘德雄，戴祺又，
申请(专利权)人：四川省普照光新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：