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CN104952964A - 一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池 - Google Patents

一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池，所述方法包括：提供一衬底，在所述衬底的两侧设置本征层，形成异质结太阳能电池的第一结构；通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别设置掺杂层，形成第二结构；在所述第二结构的两侧分别形成透明导电层，作为前电极和后电极；或者在所述第二结构的一侧形成透明导电层作为前电极，另一侧形成透明导电氧化物与金属复合层作为复合背电极；进而提高异质结太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池
技术领域
本申请涉及新能源领域，具体涉及一种异质结太阳能电池的制备方法及异质结太阳能电池。
背景技术
太阳能电池也可以称之为光伏电池，其是一种利用光伏效应将太阳光辐射直接转换为电能的新型发电技术，因其具有资源充足、清洁、安全、寿命长等优点，被认为是最有前途的可再生的能源技术之一。
晶体硅太阳能电池，包括：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和高效晶体硅太阳能电池等，由于晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率和相对成熟的产业化技术，一直占据着整个光伏市场约85％的销售份额。高效和低成本是光伏技术生存和发展的决定性因素，随着近几年晶硅制造成本的迅速下降和屋顶电站需求量的增加，高效晶体硅技术受到业界越来越多的重视。目前已量产的高效晶体硅电池主要为硅异质结电池(Silicon Herero-junction Solar Cell)技术和IBC技术，硅异质结电池技术由于其低温制备、工艺步骤简单、温度系数良好和产品稳定性佳等优点，有望成为光伏行业主流技术之一。
通常硅异质结太阳能电池结构如图1所示，包括p型或n型单晶硅片，在单晶硅片的两侧设置有非晶硅基本征层，在本征层的一侧设置n型非晶硅或微晶硅层，另一侧设置p型非晶硅或微晶硅层；在n型非晶硅成上设置透明导电氧化层，在p型非晶硅层上设置透明导电氧化物层或复合背电极。
在上述制备硅异质结太阳能电池的过程中，由于所述本征层、p型非晶硅层和n型非晶硅层需要在不同的腔室内进行，进而导致以下问题的产生：
为了降低生产成本，硅片更换腔室以及翻片需要在大气环境中进行，该破空现象也会使本征层与p型非晶硅层，以及本征层与n型非晶硅层的界面形成氧化硅层。上述在本征层与p型非晶硅层，以及本征层与n型非晶硅层的界面形成的氧化硅层会阻碍光生电流的收集，降低短路电流Isc和填充因子FF，进而导致电池效率降低。
如何提供一种异质结太阳能电池的制备方法，以避免在i/p和i/n的界面形成氧化层，而导致电池效率降低。
发明内容
本申请提供一种异质结太阳能电池的制备方法，以解决上述技术问题。
本申请提供一种异质结太阳能电池的制备方法，包括：
提供一衬底，在所述衬底的两侧设置本征层，形成异质结太阳能电池的第一结构；
通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别设置掺杂层，形成第二结构；
在所述第二结构的两侧分别形成透明导电层，作为前电极和后电极；或者在所述第二结构的一侧形成透明导电层作为前电极，另一侧形成透明导电氧化物与金属复合层作为复合背电极。
优选的，所述通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别掺杂层，形成第二结构，具体为，将所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层在同一腔室完成，将所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层在另一同一腔室完成，或者，所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成，所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成。
优选的，所述等离子体采用氢等离子体或者氩等离子体。
优选的，采用所述氢等离子体刻蚀条件为：所述蚀刻温度范围为大于等于150度，小于等于250度。
优选的，所述氢等离子体的气压范围为大于等于0.1mbar，小于等于1.0mbar。
优选的，向所述氢等离子体的流量范围为大于等于200sccm，小于等于1200sccm。
优选的，所述氢等离子体的溅射功率范围为大于等于100w，小于等于1000w；频率范围为大于等于13.56MHz，小于等于70MHz。
优选的，所述氢等离子的刻蚀时间范围大于等于1秒，小于等于100秒。
优选的，所述氢等离子的刻蚀时间为20秒。
优选的，在形成所述第二结构中，采用等离子体增强化学气相沉积法或热丝化学气相沉积法去氧化处理。
本申请还提供一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池采用如上述的制备方法制备而成。
与现有技术相比，本申请具有以下优点:
本申请提供的一种异质结太阳能电池的制备方法，在设置掺杂层之前，通过等离子体对第一结构两侧本征层的界面进行去氧化处理，在界面氧化处理后，形成掺杂层，从而避免在掺杂层与本征层之间形成氧化硅层，进而提高光生电流的收集，使得电池效率提高。
附图说明
图1是本申请提供的一种异质结太阳能电池的制备方法第一实施例的流程图；
图2是本申请提供的一种异质结太阳能电池的制备方法第一实施例的实验数据图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
请参考图1所示，图1是本申请提供的一种异质结太阳能电池的制备方法第一实施例的流程图。本申请提供的异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤S100：提供一衬底，在所述衬底的两侧设置本征层，形成异质结太阳能电池的第一结构。
该步骤中，所述衬底可以为p型或n型单晶硅片；单晶硅片的厚度范围为大于等于70μm，小于等于300μm；本征层可以是非晶硅、或非晶硅氧等单层或多层结构，厚度范围为大于等于2nm，小于等于20nm。
在该步骤中，先对p型或n型单晶硅片进行制绒和清洗，将制绒和清洗后的p型或n型单晶硅片放入第一沉积腔室内，对p型或n型单晶硅片的一面进行硅基本征层镀膜；之后将具有硅基本征层的p型或n型单晶硅片放入第二腔室内，对p型或n型单晶硅片的另一面进行硅基本征层的镀膜，进而实现在p型或n型单晶硅片两侧分别设置本征层，形成异质结太阳能电池的第一结构。
步骤S200：通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别设置掺杂层，形成第二结构。
在该步骤中，首先可以将所述步骤S100中的异质结太阳能电池的第一结构放入第三沉积腔室内，并向所述第三沉积腔室通入氢等离子体或者氩等离子体等气体，通过所述氢等离子体或者氩等离子体能够刻蚀所述第一结构一侧本征层界面上形成的氧化层，去除氧化层后在所述本征层上设置掺杂层。
接着，再将刻蚀后的第一结构放入第四沉积腔室内，对所述第一结构另一侧本征层上界面上形成的氧化层进行刻蚀，刻蚀方式同样可以采用氢等离子体或者氩等离子体等气体实现，刻蚀后在该侧设置掺杂层，进而形成异质结太阳能电池的第二结构。
其中，等离子体刻蚀时腔室的温度范围可以为大于等于150度，小于等于250度，优选的可以控制在大于等于200度，小于等于220度；气压范围为大于等于0.1mbar，小于等于1.0mbar；流量范围为大于等于200sccm，小于等于1200sccm；溅射功率范围为大于等于100w，小于等于1000w；频率范围为大于等于13.56MHz，小于等于70MHz；刻蚀时间范围大于等于1秒，小于等于100秒，优选为20秒。
上述对所述第一结构中本征层界面通过氢(H)等离子体或者氩(Ar)等离子体等气体去氧化处理，可以采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或热丝化学气相沉积法(HWCVD)；在本实施例中，优选甚高频等离子体增强化学气相沉积法(VHF-PECVD)。
在该步骤中，所述掺杂层可以为p型非晶硅或微晶硅层，所述掺杂层可以为n型非晶硅或微晶硅层。
该步骤S200中，所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层可以在同一腔室完成；所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层可以在另一同一腔室完成。还可以是，所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成，所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成，该方式需要保证去氧化处理后进入腔室的过程中不存在破空现象。
可理解的是，所述掺杂层也可以选用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或热丝化学气相沉积法(HWCVD)沉积形成。
为更好的说明该步骤中对本征层界面氧化处理，本申请提供实验数据供参考，具体可参考图2所示，图2是是本申请提供的一种异质结太阳能电池的制备方法第一实施例的实验数据图。
实验一：将i/n和i/p之间的沉积间隔(大气环境中)控制在2小时以内，模拟正常生产状态，其包括：对界面处理和未处理两种条件；
实验二：将i/n和i/p之间的沉积间隔(大气环境中)控制在24小时以上，模拟产线设备出现故障的状态，其包括：对界面处理和未处理两种条件；
从图2的数据对比中可以看出，在正常生产状态(即实验一)，界面氢等离子体处理与未处理的平均电池效率持平，但界面氢等离子体处理后的产品离散性较小。在产线设备出现故障的情况下(即实验二)，如果产品i/n和i/p界面暴露大气时间超过24小时，经过界面氢等离子体处理后的异质结太阳能电池未出现效率降低现象，而未经过界面处理的异质结太阳能电池，效率转换(Effi)降低，短路电流(Isc)密度降低以及填充因子(FF)降低。且界面氢处理后的产品离散性同样得到了控制。
从上述数据分析可以看出，界面氢等离子体的引入，可以有效地防止产线生产中断，i/n和i/p界面暴露大气引起的效率降低现象。可很大程度上提高生产的稳定性，降低产品离散性，提高产品良率。
步骤S300：在所述第二结构的两侧分别形成透明导电层，作为前电极和后电极；或者在所述第二结构的一侧形成透明导电层作为前电极，另一侧形成透明导电氧化物与金属复合层作为复合背电极。
该步骤中可以选用In2O3:Sn、In2O3:W、ZnO或者Al等透明导电氧化物(TCO)层，作为前电极。
该步骤中可以选用TCO与Ag为复合背电极，或者选用TCO、Ag与Al为复合背电极。
需要说明的是，所述前后电极的制备可以选用丝网印刷方式实现，但并不限于该种方式形成前后电极。
基于上述，本申请还提供一种异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池选用如上述所述的制备方法，制备而得。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，在所述衬底的两侧设置本征层，形成异质结太阳能电池的第一结构；
通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别设置掺杂层，形成第二结构；
在所述第二结构的两侧分别形成透明导电层，作为前电极和后电极；或者在所述第二结构的一侧形成透明导电层作为前电极，另一侧形成透明导电氧化物与金属复合层作为复合背电极。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述通过等离子体对所述第一结构中的所述本征层界面去氧化处理，并在处理后的所述第一结构的两侧分别设置掺杂层，形成第二结构，具体为，将所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层在同一腔室完成，将所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层在另一同一腔室完成，或者，所述第一结构其中一侧本征层的界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成，所述第一结构中的另一侧本征层界面去氧化处理和设置掺杂层分别在不同腔室完成。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述等离子体采用氢等离子体或者氩等离子体。
4.根据权利要求3所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：采用所述氢等离子体刻蚀条件为：所述蚀刻温度范围为大于等于150度，小于等于250度。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述氢等离子体的气压范围为大于等于0.1mbar，小于等于1.0mbar。
6.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：向所述氢等离子体的流量范围为大于等于200sccm，小于等于1200sccm。
7.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述氢等离子体的溅射功率范围为大于等于100w，小于等于1000w；频率范围为大于等于13.56MHz，小于等于70MHz。
8.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述氢等离子的刻蚀时间范围大于等于1秒，小于等于100秒。
9.根据权利要求8所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述氢等离子的刻蚀时间为20秒。
10.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：在形成所述第二结构中，采用等离子体增强化学气相沉积法或热丝化学气相沉积法去氧化处理。
11.一种异质结太阳能电池，其特征在于：异质结太阳能电池采用如上述权利要求1至10任意一项所述的异质结太阳能电池制备方法制备而成。
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