一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜及其制备方法，属于晶硅太阳电池钝化材料制备领域，叠层薄膜包括：晶硅衬底、超薄氧化硅层、氧化锌层和氧化铟锡层，其中，所述超薄氧化硅层生长在所述晶硅衬底表面，所述氧化锌层沉积在所述超薄氧化硅层表面，所述氧化铟锡层覆盖在所述氧化锌层表面。本发明专利技术的结构保证了钝化膜低的寄生光吸收，从而有利于实现大的短路电流，另一方面由氧化锌层和氧化铟锡层叠层膜来承担电流在电极之间的横向导电功能，从而降低了对晶硅衬底重掺杂层方块电阻的要求，有利于降低载流子的俄歇复合损失，提升太阳电池的开路电压。提升太阳电池的开路电压。提升太阳电池的开路电压。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于晶硅太阳电池钝化材料制备领域，尤其涉及一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]晶体硅多年来一直主导着光伏市场，这都得益于其高转换效率、长稳定性、材料丰富且无毒、成熟的加工技术。提高转换效率、降低成本是光伏行业发展的主题。由于晶体硅表面存在悬挂键或杂质而容易成为载流子的重复区域，因此减小表面复合损失，即表面钝化，是制备高效率晶硅太阳电池的必要手段。目前，晶硅太阳电池产业界常见的表面钝化材料有氧化硅、氢化氮化硅、氧化铝和本征氢化非晶硅薄膜。然而氧化硅、氢化氮化硅、氧化铝均是介电绝缘材料，因此应用于太阳电池中时，需要光刻或高温烧结的工艺使钝化膜局部开窗，以便金属电极能与硅接触来收集光生电流，增加了工艺的复杂性。另外，金属与晶硅直接接触区域缺少了钝化膜，导致这个区域的载流子复合比较严重，而且金属会在硅中产生深能级，这进一步加剧了金属接触区域的载流子复合。在异质结太阳电池中，一般采用本征氢化非晶硅作为钝化材料，尽管本征氢化非晶硅是一种半导体材料，可以解决上述问题，但由于其禁带宽度仅约1.7eV，容易引起寄生光吸收，导致光生电流的损失。
[0003]有学者尝试在晶硅表面通过原子层沉积掺杂氧化锌并覆盖氧化铝作为钝化材料，并且当氧化锌厚度达到75nm时，可以同时充当透明导电和减小反射损失的功能层。在这种方案中，氧化铝作为覆盖层，对钝化起到关键的作用，然而由于其是绝缘材料，因此用于太阳电池中时，需要额外的后续步骤来去除氧化铝，使电极与氧化锌相接触，这增加了工艺的复杂性。而且在工业生产中，丝网印刷完电极后需要200℃以上的热处理，此时氧化锌由于缺少了氧化铝覆盖层，导致钝化性能和其光电性能都会受到严重的影响。因此目前在晶硅太阳电池中，具有实用性的，同时具有优越钝化、透明导电和减反功能的材料还未研发成功。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜及其制备方法，工艺步骤简单，可以实现晶硅太阳电池实现全面积优越钝化，即电极接触区域也可实现钝化，同时充当透明导电功能层和减反层。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜，包括：晶硅衬底、超薄氧化硅层、氧化锌层和氧化铟锡层，其中，所述超薄氧化硅层生长在所述晶硅衬底表面，所述氧化锌层沉积在所述超薄氧化硅层表面，所述氧化铟锡层覆盖在所述氧化锌层表面。
[0006]本专利技术制备的应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜兼具表面钝化、透明导电和干涉减反功能。
[0007]优选地，所述超薄氧化硅层的厚度为0
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2nm，载流子容易以隧穿方式通过超薄氧化硅层。
[0008]优选地，所述氧化锌层的厚度为5
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50nm，氧化锌为掺杂氧化锌，掺杂元素为铝、硼、镓和铟中的一种或几种。
[0009]优选地，所述氧化铟锡层的厚度为10
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75nm，与氧化锌层叠加后的方块电阻小于100Ω/
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，并且具有优异的干涉减反效果，在制绒硅片上，可见光波段的反射率小于5％，薄膜吸收率小于1％。
[0010]一种所述应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜的制备方法，包括以下步骤：在晶硅衬底表面生长一层0
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2nm的超薄氧化硅层，再通过原子层沉积方式将氧化锌层沉积在超薄氧化硅层表面，接着在氧化锌层表面沉积一层氧化铟锡层，最后再经过200
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500℃退火。
[0011]进一步地，晶硅衬底表面生长超薄氧化硅层之前，经过抛光或制绒处理，具体方法：将晶硅放入丙酮溶液中进行清洗，然后在高浓度的碱溶液中进行抛光处理，得到抛光硅片，在此基础上进一步在低浓度的碱溶液中腐蚀制备金字塔绒面，得到制绒硅片，然后在盐酸和过氧化氢混合溶液(体积比为1:1)中去除金属离子，得到洁净的硅表面。高浓度的碱溶液是浓度为10％(质量分数)的氢氧化钠溶液；低浓度的碱溶液是浓度为2％(质量分数)的氢氧化钠溶液。
[0012]优选地，采用溶液法、臭氧氧化或热氧化法在上述方法处理后的硅表面生长超薄氧化硅层；采用溶液法时，溶液可以是盐酸和过氧化氢混合溶液，也可以是硝酸溶液。
[0013]优选地，分别以二乙基锌和超纯水为前驱体制备氧化锌，并通过调控氧化锌和掺杂源的循环比例，实现不同比例的掺杂氧化锌。
[0014]优选地，采用诸如磁控溅射的物理气相沉积方式沉积氧化铟锡层。
[0015]优选地，退火氛围为空气、氮气或氮氢混合气体，退火时间为5
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30min。退火处理后可以激活超薄氧化硅/氧化锌/氧化铟锡叠层膜的钝化性能，氧化铟锡在退火过程中主要起保护层的作用，阻碍氧化锌中氢原子的溢出，从而实现优异的钝化性能。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0017]第一：本专利技术提出的原子层沉积氧化锌/氧化铟锡叠层钝化结构在较低温度退火后就能实现优异的钝化效果，有利于节约热成本。
[0018]第二：氧化锌层和氧化铟锡层组成的叠层薄膜具有透明导电作用。这一方面保证了钝化膜低的寄生光吸收，从而有利于实现大的短路电流，另一方面由氧化锌层和氧化铟锡层叠层膜来承担电流在电极之间的横向导电功能，从而降低了对晶硅衬底重掺杂层方块电阻的要求，有利于降低载流子的俄歇复合损失，提升太阳电池的开路电压。
[0019]第三：本专利技术提出的钝化叠层薄膜结构可以在晶硅太阳电池中承担干涉减反层的功能。
[0020]第四：本专利技术提出的钝化叠层薄膜结构制备工艺简单，无需额外的工艺去除覆盖层或进行局域开窗。另外本专利技术中，可以采用较薄的氧化锌层厚度，从而减少原子层沉积的工艺时间，有利于提高生产时的产率。
[0021]综合而言，本专利技术提出的应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜同时兼具钝化、透明导电和干涉减反功能层，制备工艺简单，有利于实现高效、低成本的晶硅太阳电
池。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜的结构示意图，其中1
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晶硅衬底，2
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超薄氧化硅层，3
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氧化锌层，4
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氧化铟锡层；
[0024]图2为本专利技术实施例1的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0025]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0026]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜，其特征在于，包括：晶硅衬底、超薄氧化硅层、氧化锌层和氧化铟锡层，其中，所述超薄氧化硅层生长在所述晶硅衬底表面，所述氧化锌层沉积在所述超薄氧化硅层表面，所述氧化铟锡层覆盖在所述氧化锌层表面。2.根据权利要求1所述一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜，其特征在于，所述超薄氧化硅层的厚度为0
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2nm。3.根据权利要求1所述一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜，其特征在于，所述氧化锌层的厚度为5
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50nm，氧化锌为掺杂氧化锌，掺杂元素为铝、硼、镓和铟中的一种或几种。4.根据权利要求1所述一种应用于晶硅太阳电池的透明导电钝化叠层薄膜，其特征在于，所述氧化铟锡层的厚度为10
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75nm，与氧化锌层叠加后的方块电阻小于100Ω/
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。5.一种权利要求1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟思华，岳宗毅，张文春，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：