CN102244137A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域，其可解决现有的太阳能电池效率低的问题。本发明的太阳能电池制造方法包括对太阳能电池基底进行氢处理的步骤，所述氢处理包括在含氢气氛中于800～1500℃的温度下处理太阳能电池基底。本发明的太阳能电池在制备中经历了上述氢处理。本发明可用于晶体硅太阳能电池。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池及其制造方法，尤其涉及晶体硅太阳能电池及其制造方法。
背景技术
作为清洁能源，太阳能电池的应用越来越广泛，常规太阳能电池具有如图1所示的结构，太阳能电池的基底中包括PN结，PN结的两面分别具有减反射膜1(通常为氮化硅膜)和背电极4，在减反射膜1上有前电极5(栅线)，该前电极5在电池制备的高温烧结步骤中会穿过减反射膜1而与太阳能电池的基底相接触。
太阳能电池的效率(光电转换效率)是其最重要的性能，而太阳能电池效率的损失主要包括光损失和电损失。其中，光损失包括前电极遮光造成的损失以及表面反射损失；电损失包括由电极与PN结的接触造成的损失以及复合损失。如图2所示，在太阳能电池基底中的半导体材料的原子6相互键合，同时半导体材料中还存在许多表面悬挂键7和内部缺陷8，这些悬挂键7和缺陷8会俘获半导体材料中的少数载流子，缩短少数载流子寿命，降低太阳能电池的效率，这一现象即为复合损失，由内部缺陷造成的复合为内部复合，由表面悬挂键造成的复合为表面复合；另外，太阳能电池中还存在电极复合。
现有的太阳能电池(以晶体硅太阳能电池为例)的制造流程如下：硅片清洗；表面腐蚀；制绒；扩散制PN结；刻蚀；沉积氮化硅减反射膜；前电极印刷；低温烘干；背场钝化；高温烧结；测试分档。其中，氮化硅减反射膜通常使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制造，由于沉积中需使用硅烷、氨气等含氢的气体，故在形成减反射膜的同时也会产生大量的氢原子，这些氢原子可钝化半导体材料中的内部缺陷(体钝化)和表面悬挂键(表面钝化)，从而减少复合损失，提高太阳能电池的效率。
但发明人发现现有技术至少存在如下问题：由于在现有的太阳能电池制造方法中，形成氮化硅减反射膜后还需进行温度达800～900℃的高温烧结，故大量的氢原子会在高温烧结过程中逸出，降低钝化效果，导致所制得的太阳能电池的效率低。
发明内容
本发明的实施例提供一种太阳能电池制造方法，其所制得的太阳能电池的效率高。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种太阳能电池制造方法，包括：对太阳能电池基底进行氢处理，所述氢处理包括在含氢气氛中于800摄氏度～1500摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
由于本发明实施例的太阳能电池制造方法中的氢处理步骤的处理温度高，可使氢原子与半导体材料牢固结合，故在之后的高温烧结中氢原子不会大量逸出，钝化效果好，所得太阳能电池的效率高。
本发明的实施例还提供一种效率高的太阳能电池。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种太阳能电池，包括具有P型层和N型层的基底，所述基底的一侧有背电极，所述基底的另一侧有减反射膜，所述减反射膜上有穿过所述减反射膜并与所述基底接触的前电极，所述太阳能电池在制造过程中经历过氢处理，所述氢处理包括在含氢气氛中于800摄氏度～1500摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
由于本发明实施例的太阳能电池在制造过程中经历过氢处理，故其中氢原子与半导体材料的结合牢固，钝化效果好，太阳能电池的效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为太阳能电池的剖面结构图；
图2为太阳能电池基底中内部缺陷和表面悬挂键的示意图；
图3为本发明实施例的太阳能电池制造方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例旨在提供一种太阳能电池及其制造方法，其可提高太阳能电池的效率。
本发明实施例提供一种太阳能电池制造方法，包括：对太阳能电池基底进行氢处理，所述氢处理包括在含氢气氛中于800摄氏度～1500摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
由于本发明实施例的太阳能电池制造方法中的氢处理步骤的处理温度高，可使氢原子与半导体材料牢固结合，故在之后的高温烧结中氢原子不会大量逸出，钝化效果好，所得太阳能电池的效率高。
实施例一
如图3所示，本发明实施例提供一种太阳能电池制造方法(以晶体硅太阳能电池的制造方法为例)，其包括以下步骤：
S01、硅片(太阳能电池基底)清洗：清洗裸硅片；
S02、表面腐蚀：使用10～30％的碱溶液在80～100℃下对硅片进行0.5～1min的腐蚀，以去除油污、切割损伤层等，其腐蚀速率可达6～10μm/min。
S03、制绒：通过机械刻槽、化学腐蚀、反应离子刻蚀、激光刻槽等方法，在硅片表面形成绒面(类似倒金字塔形的表面织构)，以降低表面反射损失。
S04、扩散法制PN结：将携带有所需掺杂杂质的载流气输运至硅片表面，使杂质扩散至约几百纳米的深度，再进行高温处理，使杂质原子继续向硅片内扩散，形成PN结，其中，可使氮气通过液态的三氯氧磷(POC13)以得到携带有所需掺杂杂质的载流气。
S05、刻蚀：用等离子体刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀等去除硅片周边(主要指侧面)的多余扩散层。
S06、氢处理：将硅片放入一个腔室，将腔室抽真空至0.2Pa；通入流量2000ccm(标准状态立方厘米/分钟)的氢气(即含氢气体)，并用蝶阀控制压力在10Pa，使用红外灯管进行加热处理，其加热温度为800℃、处理时间为200s，在处理过程中氢分子被热激发为离子态，离子态有助于氢与硅片中的缺陷、表面悬挂键等结合，从而达到钝化效果。
S07、沉积减反射膜：将硅片在不暴露大气的情况下直接传入PECVD设备，沉积氮化硅减反射膜，在氢处理后立即进行沉积减反射薄膜操作可以充分利用硅片的残余温度，节省能量。
S08、前电极印刷：在硅片上印刷含银和铝的浆料以制备前电极，该前电极优选具有较小的串联电阻和表面覆盖率。
S09、低温烘干：在较低温度下进行烘干，以使所印刷的浆料获得一定的强度而不会坍塌。
S10、背场钝化：在硅片背面制备背电极，该背电极可同时起到钝化的作用。
S11、高温烧结：在800～900℃下对硅片进行高温烧结，以干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触(实际为使浆料中的银穿过减反射膜而与硅片接触，形成类似图1的结构)。
S12、测试分档：对所得电池的效率进行测试，用自动分拣机根据不同的效率进行分档。
实施例二
如图3所示，本发明实施例提供一种太阳能电池制造方法(以晶体硅太阳能电池的制造方法为例)，其包括以下步骤：
S01、硅片(太阳能电池基底)清洗：清洗裸硅片；
S02、表面腐蚀：使用10～30％的碱溶液在80～100℃下对硅片进行0.5～1min的腐蚀。
S03、制绒：通过机械刻槽、化学腐蚀、反应离子刻蚀、激光刻槽等方法，在硅片表面形成绒面(类似倒金字塔形的表面织构)。
S04、扩散法制PN结：将携带有所需掺杂杂质的载流气输运至硅片表面，使杂质扩散至约几百纳米的深度，再进行高温处理，使杂质原子继续向硅片内扩散，形成PN结。
S05、刻蚀：用等离子体刻蚀、激光刻蚀、湿法刻蚀等去除硅片周边的多余扩散层。
S06、氢处理：将硅片放入PECVD设备的加热腔室中，将腔室抽真空至0.01Pa；通入流量5000sccm的氢气(即含氢气体)，并用蝶阀控制压力在200Pa，使用红外灯管进行加热处理，其加热温度为900℃、处理时间为30s，在处理过程中氢分子被热激发为离子态，离子态有助于氢与硅片中的缺陷、表面悬挂键等结合，从而达到钝化效果；在PECVD设备的加热腔室中进行氢处理可更方便的连接氢处理和沉积减反射膜步骤，简化工艺、节约能源。
S07、沉积减反射膜：将硅片传入PECVD设备的工艺腔室中，继续在硅片上沉积氮化硅减反射膜，其沉积参数为：功率1200W，压力50Pa，温度450℃，硅烷流量800sccm，氨气流量1200sccm，氮气流量800sccm。
S08、前电极印刷：在硅片上印刷含银和铝的浆料以制备前电极。
S09、低温烘干：在较低温度下进行烘干。
S10、背场钝化：在硅片背面制备背电极，该背电极可同时起到钝化的作用。
S11、高温烧结：在800～900℃下对硅片进行高温烧结，以干燥硅片上的浆料，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触(实际为使浆料中的银穿过减反射膜而与硅片接触，形成类似图1的结构)。
S12、测试分档：对所得电池的效率进行测试，用自动分拣机根据不同的效率进行分档。
实施例三
本实施例的太阳能电池制造方法与上述实施例类似，区别在于：
在氢处理步骤(S06)中，将腔室抽真空至0.5Pa，通入流量8000sccm的氢气(即含氢气体)，控制压力在500Pa，加热至1500℃并处理10s；
实施例四
本实施例的太阳能电池制造方法与上述实施例类似，区别在于：
在氢处理步骤(S06)中，含氢气体流量为2000sccm，含氢气体为氢气和氦气的混合气体，其中氢气体积比为20％。
实施例五
本实施例的太阳能电池制造方法与上述实施例类似，区别在于：
在氢处理步骤(S06)中，含氢气体流量为5000sccm，含氢气体为氢气和氦气的混合气体，其中氢气体积比为30％。
实施例六
本实施例的太阳能电池制造方法与上述实施例类似，区别在于：
在氢处理步骤(S06)中，含氢气体流量为8000sccm，含氢气体为氢气和氦气的混合气体，其中氢气体积比为40％。
显然，上述各实施例的太阳能电池制造方法还可进行许多变化，如增加某步骤、去掉某步骤、改变某些步骤的先后顺序、改变某步骤的参数或细节过程、用其它工艺取代某些步骤(例如用沉积法代替扩散法制造PN结，此时还可省去刻蚀步骤)等；但不论制造方法如何变化，只要其中包括氢处理步骤，即属于本发明的保护范围。
虽然上述实施例以制造晶体硅太阳能电池为例，但显而易见，本发明对任何利用半导体光伏效应工作的太阳能电池均适用，例如从材料上分可用于多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池等，从形式上分可用于平板型太阳能电池、薄膜太阳能电池等。
由于本发明实施例的太阳能电池制造方法中的氢处理步骤的处理温度高，可使氢原子与半导体材料牢固结合，故在之后的高温烧结中氢原子不会大量逸出，钝化效果好，所得太阳能电池的效率高。
实施例七
本发明实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，太阳能电池包括具有P型层3和N型层2的基底，所述基底的一侧有背电极4，另一侧有减反射膜1，所述减反射膜上有前电极5，该前电极5穿过减反射膜1并与基底接触；该太阳能电池在制造过程中经历过氢处理，所述氢处理可为上述任意一实施例中的氢处理操作。
由于本发明实施例的太阳能电池在制造过程中经历过氢处理，故其中氢原子与半导体材料的结合牢固，钝化效果好，太阳能电池的效率高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种太阳能电池制造方法，其特征在于，包括：
对太阳能电池基底进行氢处理，所述氢处理包括在含氢气氛中于800摄氏度～1500摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述氢处理包括在含氢气氛中于900摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，
所述对太阳能电池基底进行氢处理之前还包括：在所述太阳能电池基底中制造PN结，并对所述太阳能电池基底进行刻蚀；
所述对太阳能电池基底进行氢处理之后还包括：在所述太阳能电池基底上沉积减反射膜。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述对太阳能电池基底进行氢处理包括：
将所述太阳能电池基底置于一个腔室中；
将所述腔室抽真空至第一压力；
以特定流量向所述腔室通入含氢气体，并使所述腔室保持第二压力；
将所述太阳能电池基底加热至800摄氏度～1500摄氏度并处理特定时间。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述第一压力为0.01Pa～0.5Pa。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述含氢气体为氢气或氢气和氦气的混合气体。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述混合气体中氢气所占的体积比为20％～40％。
8.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述特定流量为2000sccm～8000sccm。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述特定流量为5000sccm。
10.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述第二压力为10Pa～500Pa。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述第二压力为200Pa。
12.根据权利要求4所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述特定时间为10秒～200秒。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池制造方法，其特征在于，所述特定时间为30秒。
14.一种太阳能电池，包括具有P型层和N型层的基底，所述基底的一侧有背电极，所述基底的另一侧有减反射膜，所述减反射膜上有穿过所述减反射膜并与所述基底接触的前电极，其特征在于，所述太阳能电池在制造过程中经历过氢处理，所述氢处理包括在含氢气氛中于800摄氏度～1500摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其特征在于，所述氢处理包括在含氢气氛中于900摄氏度的温度下处理太阳能电池基底。
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