CN102386253A - 一种异质结太阳能电池的界面处理技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异质结太阳电池界面处理的技术，其特征在于：该技术能够应用薄膜/晶硅异质结太阳电池的制备中，利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统或者热丝化学气相沉积(HWCVD)系统使反应气体电离产生H，经过气相输运到达晶硅衬底并与晶硅表面发生作用，有效钝化晶硅表面未饱和悬键等缺陷态，减小了异质结界面复合，有利于改善异质结太阳电池的整体性能。

Description

一种异质结太阳能电池的界面处理技术

技术领域

本发明涉及异质结太阳电池的制备，特别是一种有关改善异质结太阳电池性能的界面处理方法。

技术背景

异质结太阳电池是在N型(P型)晶体硅片上沉积P型(N型)硅薄膜作为发射区，在薄膜和晶体硅界面处形成异质结结构，晶硅表面状况对异质结性能起到了决定性作用，通常情况下，晶硅表面存在大量未饱和悬挂键等缺陷态，增加了异质结界面的复合，严重影响了电池开路电压，限制了太阳电池的转换效率，可见，晶硅界面处理对提高异质结太阳电池效率和改善电池的稳定性有至关重要的作用。

目前主要采用在晶硅表面沉积重掺杂硅薄膜、制备氧化层薄膜等方法对表面进行钝化处理。其中，表面沉积掺杂硅薄膜主要采用PECVD等技术实现，对PECVD工艺要求较高，而且掺杂浓度过高会引起开路电压的降低；采用热氧化法在晶硅表面制备氧化层能够较好的钝化表面，但是超薄的氧化层厚度很难控制，产业化工艺难度大，甚者由于二氧化硅过低的折射率，难于同时满足高效电池的有效减反与表面钝化的双重作用。

发明内容

针对以上分析，本发明的目的是提供一种有效改善异质结太阳电池性能的界面处理方法---晶硅表面的氢原子处理技术。

一种采用氢原子处理异质结界面的技术，其特征在于：

1.该技术能够应用到非晶硅/晶硅异质结太阳电池制备中；

2.该技术在等离子增强化学气相沉积(PECVD)或者热丝化学气相沉积(HWCVD)系统中进行；

3.该技术是在特征2所述的沉积系统中利用等离子体或者高温热丝使反应气体电离产生H；

4.该技术是在低压下进行，反应气体分解产生的H有大的自由程，直接输运至底进行刻蚀钝化；

5.该技术在工艺上可调参数有功率、压强、衬底温度、气体流量；

6.该技术H的处理时间一般为20s-5min，通过优化处理时间，可得到性能优良的晶硅表面，提高界面处异质结性能；

7.该技术中H只与硅表面或者亚表面的悬挂键等缺陷态相互作用，对基区硅衬底无损伤，有利于电池载流子的产生、输运、收集；

8.该技术采用H处理晶硅表面有效的减少表面的未饱和悬挂键、薄膜/晶硅界面的表面态，最大限度的减小异质结界面复合产生的漏电流，从而提高异质结太阳电池的转换效率。

本发明提出的氢原子处理晶硅表面技术具有以下特点和优点：

1)该技术可操作性强，工艺简单；

2)该技术采用的H处理工艺对晶硅基区无损伤，有利于制备高质量异质结结构；

3)该技术处理后的晶硅衬底清洁度高，异质结界面性能得到改善，能够为载流子提供良好的输运通道，从而提高电池的转换效率；

4)该技术采用的H处理能够达到对晶硅表面和亚表面的双重钝化作用。

一种采用氢原子处理晶硅表面的技术应用到薄膜/晶硅异质结太阳电池中，其特征在于：将N型晶体硅片经过常规清洗，送入沉积系统，利用腔体中反应基元H的物理、化学特性，低压下和晶硅表面相互作用，起到钝化悬键、降低表面态的作用，使得薄膜/晶硅界面复合减小，改善了薄膜/晶硅异质结的性能，背表面沉积掺杂钝化层薄膜，并在钝化层上沉积导电膜作为背电极，正表面沉积硅薄膜作为p型发射区并在其上沉积透明导电膜作为顶电极；整个工艺温度低、操作简单。

一种采用氢原子处理技术制备硅薄膜/晶硅异质结太阳电池的步骤为：

1)采用n型硅片衬底作为基区，并对其进行常规清洗；

2)进入满足条件的沉积系统，通入反应气体H₂；

3)设定衬底温度、反应气压、处理时间等参数

4)利用反应气体分解产生的基元H的物理、化学特性对晶硅表面进行钝化处理；

5)在处理后的硅片背表面沉积N型重掺杂硅薄膜作为钝化层，并在钝化层上沉积导电层作为背电极；

6)在H处理后的硅片正表面沉积p型硅薄膜作为发射区，并在发射层上沉积透明导电膜及形成顶电极。

所述的衬底采用N型单晶硅或多晶硅硅片；

所述清洗方法采用常规清洗；

所述沉积系统包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、热丝化学气相沉积(HWCVD)系统；

所述的满足沉积条件是指氢原子处理之前，腔体背景真空、衬底温度、反应气压等参数满足优化值；

所述的H是指反应气体H₂在PECVD或HWCVD系统中H₂分解产生的气相基元；

所述的H物理、化学特性指低压下大自由程和到达晶硅表面对未饱和悬键的结合，从而达到钝化目的；

所述的钝化层是指10-100nm厚度的重掺杂层或者本征缓冲层和掺杂层组成的多层膜结构；

所述背电极是指1-3μm的金属铝膜，也可以是掺杂ZnO膜，还可以是透明导电薄膜与金属铝膜形成的多层膜；

所述发射区可以是P型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜；

所述顶电极是指厚度为50-100nm的透明导电膜，并在其上丝网印刷金属栅线。

附图说明

附图是本发明提供的采用氢原子处理技术制备异质结太阳电池的流程图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、优点更加清楚，结合具体实例对发明进一步详细说明：

1)采用厚度200μm，电阻率为5Ωcm的N型单晶硅片作为衬底，并对表面进行常规清洗。

2)将清洗后的N型晶硅衬底送入PECVD系统，在等离子体作用下使反应气体H₂电离产生H；

3)在低温下(＜250℃)H处理硅表面40s；

4)在处理后的N型单晶硅片衬底沉积一层20nm厚度的重掺杂的a-Si:H构成的钝化层；

5)在钝化层表面用MOCVD方法沉积ZnO:B导电膜作为背电极；

6)如2)、3)所述对N型单晶硅片正面再进行H处理；

6)在处理后的N型单晶硅片衬底正面用PECVD方法依次沉积5nm本征a-Si:H层和10nm的p型a-Si:H层作为发射区；

7)在p型发射层上采用磁控溅射技术沉积一层70nm厚的透明导电薄膜；

8)在透明导电薄膜上丝网印刷低温银浆，并在低于300℃条件下低温烘干形成金属电极，完成电池制备。

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用氢原子处理技术的硅异质结太阳电池，其特征在于：它采用硅薄膜/晶硅异质结结构，衬底采用N型晶体硅片，晶硅表面采用氢原子处理，背表面沉积硅薄膜作为钝化层，并在其上沉积导电层作为背电极，正表面沉积p型掺杂硅薄膜或本征缓冲层和p型掺杂作为发射区，在P型薄膜层上沉积透明导电层，并在透明导电膜上设置电极。

2.如权利要求1所述的N型晶体硅片可以是单晶也可以是多晶硅片。

3.如权利要求1所述的晶硅表面采用氢原子处理指在沉积系统中利用反应气体分解基元H与晶硅表面进行相互作用。

4.如权利要求3所述的沉积系统可以是射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统，也可以是甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)系统，还可以是热丝化学气相沉积(HWCVD)系统。

5.如权利要求3所述的氢原子处理晶硅表面技术在工艺上采用所有可调参数的优化值。

6.如权利要求1所述的背表面钝化层可以是重掺杂n型硅薄膜，也可以是本征层和重掺杂n型薄膜组成的双层或多层硅膜结构。

7.如权利要求1所述的背电极可以是金属铝膜，也可以是掺杂ZnO膜，还可以是透明导电膜与金属铝膜形成的多层膜。

8.如权利要求1所述的正面膜结构，其特征在于：p型发射区可以是p型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与p型掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜。

9.如权利要求1所述的在透明导电膜设置电极指采用丝网印刷制备前电极。

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