多晶硅薄膜太阳能电池的制造方法技术

多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，包括３Ｎ级纯度多晶硅片、尤其是３Ｎ级纯度高掺杂的具有大晶粒柱状晶的多晶硅片衬底的处理和在衬底上外延形成第一半导体层和第二半导体层步骤、形成接触电极步骤和在第二半导体层上形成一层减反射膜步骤。本发明专利技术方法工艺简单、成本低、易于产业化，制造的太阳能电池效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，特别是一种在低纯度3N级多晶硅衬底 上制造多晶硅薄膜太阳能电池的方法。 相关的
技术介绍
太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，将 太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，受到世界各国的普 遍重视。受单晶硅材料价格和单晶硅电池制备过程的影响，作为单晶硅太阳 能电池的替代产品，薄膜太阳能电池以其低成本、高转换效率、适合规模生 产等优点，引起生产厂家的广泛兴趣，薄膜太阳能电池的产量迅速增长。多 晶硅薄膜电池既具有晶体硅电池的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势，又 具有薄膜电池工艺简单、材料节省、成本大幅度降低的优点，多晶硅薄膜电 池的研究开发已成为近几年的热点。而多晶硅薄膜电池研究的关键技术是发 展性能优良的廉价衬底材料。通常的情况下，人们选择价格低廉的玻璃作为 衬底，然后在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在衬底表面。但是， 直接在玻璃上用CVD法沉积多晶硅，较难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒 之间形成孔隙，对制备较高效率的电池不利。因此对再结晶技术进一步改进， 以提高晶粒尺寸，其具体方法是先用化学气相沉积(CVD)法在衬底表面形 成一层较薄的非晶硅层，再用高温将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒， 用这层较薄的大尺寸多晶硅层作为籽晶层，在其上面用CVD法生长厚的多晶 硅膜。可以看出，这种CVD法制备多晶硅薄膜太阳电池的方法还要寻找一种 较好的再结晶技术，这样的方法也能形成效率高的多晶硅薄膜电池，但是它 增加了工艺的复杂程度，从而增加了制造电池的成本，效率的提高不能弥补 工艺增加的成本。与此同时，由于衬底与外延层晶格和膨胀系数的不匹配， 从而使外延层产生大量位错等缺陷，再次区熔结晶也不能消除。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本、高效率、易于产业化的多晶硅薄膜太 阳能电池的制造方法。为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案多晶硅薄膜太阳能电池制造 方法，包括在衬底上外延形成第一半导体层和第二半导体层步骤、形成接触 电极步骤和在第二半导体层上形成一层减反射膜步骤，衬底选择3N级纯度多 晶硅片。衬底选择3N级纯度高掺杂的具有大晶粒柱状晶的多晶硅片。 多晶硅片经高温处理在表面形成杂质耗尽层。多晶硅片高温处理步骤为把多晶硅片放入反应室中带有射频感应加热线圈的基座上，于1200土20。C加热15土5分钟，与此同时通入氢气。 多晶硅片高温处理后于1150士5-C退火处理10±5分钟。 外延形成第一半导体层步骤为把反应组分硅烷或者三氯硅烷经高纯氢 气稀释到体积浓度1% — 10%、掺杂组分B晶经高纯氢气稀释到体积浓度1% 一5%，分别同时通入反应室于115(TC进行化学气相沉积，沉积至外延层把衬 底轻微盖后停止供料，通氢气至边界层中的杂质排尽，再继续供料沉积至规 定厚度。外延形成第二半导体层步骤为在第一半导体层表面以液态扩散源Pt)Cl3 浓度为107cm3于850—90(TC扩散形成第二半导体层至规定厚度，形成p-n 结。取出带p-n结的多晶硅片清除边缘淀积的杂质，进行减反射膜淀积，再 形成太阳能电池上下电极。本专利技术过程中，既可先进行p型半导体的外延、然后进行p型半导体的 外延，也可以先进行n型半导体层的外延、然后进行p型半导体的外延,只 不过电极方向发生变化。本专利技术使用低纯度的多晶硅作为衬底，由于外延层半导体也为硅半导体 层，在进行外延时，外延层和衬底层的晶格能很好的匹配，没有晶体缺陷和 内应力，并且外延层可以以衬底为籽晶生长，生长出大晶粒的多晶层。通过对多晶硅片进行高温加热处理，使低纯度的多晶硅表面层内含有的杂质得以 扩散蒸发清除，从而减少在外延时对外延层进行扩散污染。如果再进行退火 处理，还能使衬底进行二次结晶形成大晶粒的多晶硅。外延生长用适应性广 的射频感应线圈加热，可以保证硅片内形成有效的温度梯度，使硅片表面的 温度高于背面的温度，从而减少外延时衬底表面的杂质向外延层扩散，使外 延层中杂质分布很陡，过渡层很薄，使得外延层沿着衬底晶粒的方向和大小 生长，外延层可形成良好的大粒度的柱状晶，每一个柱状晶是一个太阳能电 池，多个柱状晶相当于多个太阳能电池并联，从而实现太阳能电池的高效率。本专利技术所用的设备为非常普及的CVD系统设备，使用该方法源材料可以 预先用物理化学方法制成高纯度材料，并且设备比较简单，操作方便。加之 本专利技术相比现有技术工艺简化，易于实现大批量生产，因而可以在工业中得 到广泛应用，从而推动太阳能电池的产业化发展。本专利技术所用设备应满足如下操作要求-(1) 能够提供一个清洁、高真空度的工艺环境；(2) 能够有控制地把衬底加热到120(TC;(3) 能够有控制地把反应源气体和掺杂的气体输送到衬底位置，并且很 好的控制流量，保护气和载气能够很好的控制；(4) 能够有控制地通过感应加热线圈加热和辐射加热设置系统内的温度梯度；(5) 能够有控制地协调工艺产生的副产品气体去除和安全问题。 利用本专利技术得到的产品进行的电池效率试验如下实验仪器包括太阳能光伏组件、辐射光源300瓦卣钩灯，数字万用表2 个，接线板，负载电阻，太阳电池可用pn结二极管D、恒流源/ph、太阳电池 的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电流的并联电阻疋h组成的电 路来表示，该电路为太阳电池的等效电路，如图4所示。将太阳能光伏组件、数字万用表、负载电阻通过接线板连接成回路，改 变负载电阻i ，测量流经负载的电流/和负载上的电压K，即可得到该光伏组 件的伏-安特性曲线。测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，5以保证整个测量过程是在相同光照强度下进行的。在两端加上负载电阻后进行测量，负载/ 可以从零到无穷大。当负载^ 使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率X K，厶和Fm分 别为最佳工作电流和最佳工作电压。太阳电池的转换效率定义为太阳电池的最大输出功率A与照射到太阳 电池的总辐射能/^之比。当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏-安特性曲线如图5所示。光伏组件的输出功率尸随负载电阻^的变化。确定不同条件下光伏组件的短 路电流/sc，开路电压Zoc，最大功率/ta,最佳工作电流im、工作电压他及 负载电阻7to，填充因子尸尸，并将这些实验数据列在一表格内进行比较。Voc(Mv)Jsc(mA/cm2)填充因子FF(y。)效率(％)61825. 576.012. 161128.978.813.962126.275.612. 3利用本专利技术得到的产品进行的少子寿命测量实验如下红外半导体激光器发出的脉冲激光照射在硅片上，从而在试样中产生自由电子-空穴对。测量中采用的激光波长为904 nm，其在硅材料的透入深度 约为30 um，因而只有在距离硅片上表面《30 nm的薄层区域内才会有自由 载流子产生。当光照停止后，由于自由电子和空穴的复合，试样载流子浓度 降低，电导率随之减小。由于(从试样)反射的微波功率与试样的电导率成 正比，因而，通过记录微波反射率随时间的变化，即可监测试样电导率的(随 时间的指数)衰减。将测得的微波反射率随时间的变化关系拟合成一条指数 曲线，求出其时间常数，该常数即为试样测量区域的少子有效寿命。测得数 值为10.4 us。6Sample:001Ra本文档来自技高网...

【技术保护点】
多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，包括在衬底上外延形成第一半导体层和第二半导体层步骤、形成接触电极步骤和在第二半导体层上形成一层减反射膜步骤，其特征在于，衬底选择３Ｎ级纯度多晶硅片。

【技术特征摘要】
1、多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，包括在衬底上外延形成第一半导体层和第二半导体层步骤、形成接触电极步骤和在第二半导体层上形成一层减反射膜步骤，其特征在于，衬底选择3N级纯度多晶硅片。2、 根据权利要求1所述的多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，其特征在于， 衬底选择3N级纯度高掺杂的具有大晶粒柱状晶的多晶硅片。3、 根据权利要求1或2所述的多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，其特征 在于，多晶硅片经高温处理在表面形成杂质耗尽层。4、 根据权利要求3所述的多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，其特征在于， 多晶硅片高温处理步骤为把多晶硅片放入反应室中带有射频感应加热线圈 的基座上，于1200士20'C加热15土5分钟，与此同时通入氢气。5、 根据权利要求4所述的多晶硅薄膜太阳能电池制造方法，其特征在于， 多晶硅片高温处理后于1150土5'C退火处理10±5分钟。...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文秀，
申请(专利权)人：高文秀，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]