一种高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，包括：在p型晶体硅衬底背表面进行硼扩散形成p+p结构，形成硼的重掺背场；在p型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜；在本征纳米硅薄膜上淀积n型非晶硅薄膜；在衬底背表面淀积富氢非晶碳化硅薄膜；在n型非晶硅薄膜上生长ITO；在ITO上电子束蒸镀银电极；在富氢非晶碳化硅薄膜上热蒸镀或丝印浆形成铝层；以及进行激光烧结。本发明专利技术能与现有工艺结合，不增加设备成本，相比传统的异质结电池，本发明专利技术利用非晶硅作为窗口层，提高电池的稳定性，引入的本征纳米硅层可进行良好的表面钝化，提高开路电压，相比传统铝背场更好的钝化效果和更好的长波响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高效异质结太阳能电池制造
，特别涉及一种应用了激光烧结的高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，通过采用本征纳米硅，既起到了钝化作用，又利用其量子激发效应，提高了收集效率，另外，创新性的引入了激光烧结技术，通过多脉冲激光打点，减小了材料损伤，同时起到了良好的钝化效果。
技术介绍
工业革命后的经济高速发展同时也带来了全球能源的短缺和气候变暖，因为传统能源如煤炭石油等都是有限的，同时这些传统能源大多污染严重，温室效应明显。在这样的背景下，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电等成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。一方面因为太阳无处不在，可以在多种环境下进行利用，另一方面是太阳能资源取之不尽用之不竭。在太阳能电池的发展历史中，晶体硅太阳能电池已经历了近半个多世纪的发展历程，具有效率高、性能稳定的优点，但是晶体硅电池使用硅料较多，生产成本居高不下；而非晶硅电池可以采用低温工艺制造，且消耗原料较少，但存在光致衰退效应，于是HIT应运而生，人们将宽带隙非晶硅作为窗口层，晶体硅作为衬底，形成了异质结电池。从1990年起，日本三洋公司就开始进行HIT光伏电池的研究，1994年即制成了转换效率为20%的电池，并于2009年取得了突破，在面积为100.3mm2，厚度为98 μ m的衬底上，得到了光电转换效率达22.8%的电池，其开路电压达到743mv。总的来说，HIT光伏电池既有晶体硅光伏电池的高效、稳定，又有非晶硅光伏电池生产工艺的低温、工艺时间短等优点。但是对于HIT目前的结构而言，如果衬底选用P型的，且掺杂较重，那么电池的背面钝化效果就不够理想，而且衬底的薄层化是发展趋势，在这样的情况下，电池的背面钝化就显得尤为重要，本专利技术利用激光烧结技术，将电池背面改为点接触结构，有效提升了钝化效果O本专利技术人所进行的一种应用了激光烧结的HIT电池的制备，具有与传统工艺兼容、不增加设备成本、和实现较好背表面钝化等特点。利用本方法，在P型硅片前表面先淀积本征纳米硅薄膜，在纳米硅薄膜上淀积η型非晶硅薄膜，接着在衬底背表面上淀积富氢非晶碳化硅，再于非晶硅薄膜上生长ΙΤ0，并于其上电子束蒸镀银电极，然后在已经淀积好的碳化硅薄膜上热蒸镀铝层，最后在铝层上进行激光烧结，本结构能够实现比传统铝背场更好的钝化效果，对于高掺杂的衬底效果更好。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术的主要目的在于提供一种高效 晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，在与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新结构和改良工艺，以期获得良好的钝化效果。利用该技术易于制备高性能、低成本的太阳能电池，并最终走向实用化、工业化，创造价值。( 二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，包括:在P型晶体硅衬底背表面进行硼扩散形成P+P结构，形成硼的重掺背场；在P型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜；在本征纳米硅薄膜上淀积η型非晶硅薄膜；在衬底背表面淀积富氢非晶碳化硅薄膜；在η型非晶硅薄膜上生长ITO ;在ITO上电子束蒸镀银电极；在富氢非晶碳化硅薄膜上热蒸镀或丝印浆形成铝层；以及进行激光烧结。上述方案中，所述P型晶体硅衬底为纯度大于99.9999%的太阳能级硅衬底、纯度大于99.9999999999%的集成电路级硅衬底或晶面指数为(100)的硅材料衬底，所述在P型晶体硅衬底背表面进行硼扩散是在P型晶体硅衬前表面用PECVD生长一层厚度大于IOOnm的SiNx的保护膜，而后在P型晶体硅衬底背表面进行硼的重掺杂，掺杂浓度在1Ε18-1Ε20/cm3之间，掺杂温度为850-1100°C，掺杂时间为20m_l.5h。上述方案中，所述在P型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜步骤之前，进一步对P型晶体硅衬底进行RCA清洗，和/或进行制绒处理。上述方案中，所述在P型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜是采用PECVD方法淀积的，反应气体为硅烷和氢气，反应气体流量比SiH4: SiH4+H2为0.5% 1.0%，温度选择为200 300°C，射频功率为30 50W，直流偏压为150 200V。上述方案中，所述在本征纳米硅薄膜上淀积η型非晶硅薄膜是采用PECVD方法淀积的，反应气体为硅烷、磷烷和氢气，沉积温度选择200°C，最终沉积薄膜厚度为10nm。上述方案中，所述在衬底背表面淀积富氢非晶碳化硅薄膜是采用PECVD方法淀积的，反应气体为硅烷和甲烷，两者流量比为0.5，淀积温度选择200°C。 上述方案中，所述在η型非晶硅薄膜上生长ITO是采用电子束加热真空蒸镀的方法，温度设置在200 250°C，沉积速率为10nm/min，真空度为5.0 X 10_6torr，氧气流量为20sccmo上述方案中，所述在ITO上电子束蒸镀银电极，是采用预先设计好的电极掩膜版，采用光刻后电子束蒸发的方式镀上银电极，或者采用丝网印刷银浆的方式来完成。上述方案中，所述在富氢非晶碳化硅薄膜上热蒸镀或丝印浆形成铝层，铝膜厚度为2 μ m ;或者丝网印刷一层铝浆，铝浆厚度达到15 μ m以上。上述方案中，所述进行激光烧结的步骤中，为消除单脉冲对电池材料的破坏，使用2kHz-lMHz频率，355nm、532nm或者1064nm的激光，进行激光打点退火，各点之间间距为10微米-1000微米。(三)有益效果本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本专利技术提供的这种高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法至少具有下列优点:首先，此法的薄膜生长主要利用PECVD方式进行，采用低温工艺，过程温度控制在300度以下，耗能较少，同时也避免了晶体硅的退化。其次，用本征纳米硅薄膜代替本征非晶硅层，运用纳米硅中的量子激发效应，提高能量收集效率。本专利技术在衬底的背表面利用富氢碳化硅配合铝层进行钝化，降低表面复合，提高少子寿命，在背面的电极的处理过程中，不采用栅状电极的形式，而是创新性的引入激光烧结的方法制造点状电极，可以实现比传统铝背场更好的钝化效果，对于高掺杂的衬底效果更好。另外，正面的ITO上的栅状电极也采用光刻法制作，尽量减少线宽，降低遮光面积，增加对光线的吸收，从而进一步提高电池的转换效率。此法制备的应用了激光烧结的高效太阳能电池，其制备工艺能很好的与现有工艺结合，能在不增加工艺的复杂度，同时保持较低成本的前提下，制备高转换效率的太阳能电池。在工艺制备方面较其他工艺有如下实用优点:1、本专利技术采用PECVD制备本征纳米硅薄膜，η型非晶硅薄膜，富氢碳化硅薄膜，均采用低温工艺，可以有效节约能源并能避免晶体硅的退化。另外，也可以自行改用HWCVD方式制备薄膜，虽然制备周期变长，但可以减少对等离子体损伤。2、本专利技术用本征纳米硅薄膜代替本征非晶硅层，运用纳米硅中的量子激发效应，提高能量收集效率，并且可以通过调节本征层厚度实现选择吸收。3、本专利技术在衬底的背表面利用富氢碳化硅配合铝层进行钝化，降低表面复合，提高少子寿命，在背面的电极的处理过程中，不采用栅状电极的形式，而是创新性的引入激光烧结的方法制造点状电极，可以实现比传统铝背场更好的钝化效果，对于高掺杂的衬底效果更好。4、本专利技术所制备的电池正面的ITO上的栅状电极也采用光刻法制作，尽量减少线宽，降低遮光面积，增加对光线的吸收，从而进一步提高电池的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：在p型晶体硅衬底背表面进行硼扩散形成p+p结构，形成硼的重掺背场；在p型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜；在本征纳米硅薄膜上淀积n型非晶硅薄膜；在衬底背表面淀积富氢非晶碳化硅薄膜；在n型非晶硅薄膜上生长ITO；在ITO上电子束蒸镀银电极；在富氢非晶碳化硅薄膜上热蒸镀或丝印浆形成铝层；以及进行激光烧结。

【技术特征摘要】
1.一种高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括: 在P型晶体硅衬底背表面进行硼扩散形成P+P结构，形成硼的重掺背场； 在P型晶体娃衬底前表面淀积本征纳米娃薄膜； 在本征纳米硅薄膜上淀积η型非晶硅薄膜； 在衬底背表面淀积富氢非晶碳化硅薄膜； 在η型非晶硅薄膜上生长ITO ； 在ITO上电子束蒸镀银电极； 在富氢非晶碳化硅薄膜上热蒸镀或丝印浆形成铝层；以及 进行激光烧结。2.根据权利要求1所述的高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型晶体硅衬底为纯度大于99.9999%的太阳能级硅衬底、纯度大于99.9999999999%的集成电路级娃衬底或晶面指数为(100)的娃材料衬底，所述在P型晶体娃衬底背表面进行硼扩散是在P型晶体硅衬前表面用PECVD生长一层厚度大于IOOnm的SiNx的保护膜，而后在P型晶体硅衬底背表面进行硼的重掺杂，掺杂浓度在lE18-lE20/cm3之间，掺杂温度为850-1100°C，掺杂时间为 20m-1.5h。3.根据权利要求1所述的高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在P型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜步骤之前，进一步对P型晶体硅衬底进行RCA清洗，和/或进行制绒处理。4.根据权利要求1所述的高效晶体硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在P型晶体硅衬底前表面淀积本征纳米硅薄膜是采用PECVD方法淀积的，反应气体为硅烷和氢气，反应气体流量比SiH4: SiH4+H2为0.5% 1.0%，温度选择为200 300°C，射频功率为30 50W，直流偏压为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾锐，丁武昌，陈晨，金智，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：