CN102637780A - 一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，采用预沉积非晶硅薄膜来降低产业化硅薄膜电池的污染问题，属于薄膜太阳能电池生产技术领域。技术方案是：在硅薄膜电池制备方法的等离子体清洗/沉积工序中引入预沉积非晶硅薄膜工艺，反应腔室经过氟等离子体刻蚀清洗后，采用等离子增强化学气相沉积工艺，控制辉光功率和硅烷浓度，预沉积非晶硅薄膜，降低残留在反应腔室内的氟、硫或氧浓度，进而提高产业化硅薄膜电池组件的光电转换效率。本发明不需要停止设备，不影响系统的嫁动率，又降低了污染，同时有效提高电池效率。

Description

一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法
技术领域
本发明涉及一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，采用预沉积非晶硅薄膜来降低产业化硅薄膜电池的污染问题，属于薄膜太阳能电池生产技术领域。
背景技术
硅薄膜太阳能电池是基于等离子体增强化学气相沉积（PECVD）制备的硅薄膜技术。然而，在PECVD工艺中，硅薄膜不仅沉积在玻璃基地上，还沉积在反应腔室壁上，因此需要周期性清除，防止硅薄膜生长至一定厚度并掉落到玻璃上，造成电池性能降低或者报废。通常，在产业化来说，设备的嫁动率对于产能非常重要，因此PECVD反应腔室的清洗利用F2、NF3或SF6 + O2的等离子体刻蚀技术进行清洗，不需要停止PECVD设备的连续生产。然而，对于铝或不锈钢材质的PECVD反应腔室，在基于氟等离子体刻蚀清洗过程中，氟会和反应腔室材质反应生产MFX（反应腔室清洗的副产品），并且残留在反应腔室中。使用SF6 + O2的等离子体刻蚀技术，还会产生硫和氧，残留在反应腔室。对于上述的残留物，在紧接着的硅薄膜沉积过程中，氟、硫或氧会被重新释放并进入到硅薄膜电池中，影响硅薄膜的质量并对电池性能产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，改善因氟等离子体刻蚀清洗而对硅薄膜材料污染的影响，进而提高硅薄膜电池性能，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，在硅薄膜电池制备方法的等离子体清洗/沉积工序中引入预沉积非晶硅薄膜工艺，反应腔室经过氟等离子体刻蚀清洗后，采用等离子增强化学气相沉积工艺，控制辉光功率和硅烷浓度，预沉积非晶硅薄膜，降低残留在反应腔室内的氟、硫或氧浓度，进而提高产业化硅薄膜电池组件的光电转换效率。
所述的预沉积非晶硅薄膜工艺，采用离子体增强气相沉积法或热丝技术。
所述预沉积非晶硅薄膜工艺，所用的辉光激励频率范围在13.56MHz至100MHz；所用的氢稀释硅烷浓度SC=([SiH4]/( [SiH4]+ [H2]))%≤20%；沉积时间范围5s-200s；所述的预沉积非晶硅膜厚度范围2nm-50nm。
本发明适用于非晶硅基、微晶硅基的硅薄膜太阳能电池，或者由单结非晶、微晶硅基构成的双结或三结叠层薄膜太阳电池。非晶硅基或微晶硅基薄膜太阳电池中的污染元素为氟、硫或氧元素。
本发明的积极效果：本发明在传统的硅薄膜电池制备方法的等离子体清洗/沉积顺序中引入预沉积工艺，反应腔室经过氟等离子体刻蚀清洗后，采用等离子增强化学气相沉积技术，控制辉光功率和硅烷浓度预沉积非晶硅薄膜，降低残留在反应腔室内的氟、硫或氧浓度，进而提高产业化硅薄膜电池组件的光电转换效率。本发明不需要停止设备，不影响系统的嫁动率，又降低了污染，同时有效提高电池效率。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2为背景技术制备方法生产非晶硅电池组件的I-V曲线图；
图3为本发明预沉积时间20s的产业化非晶硅电池组件I-V曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
本实施例是以制备单结p/i/n型非晶硅硅薄膜太阳电池，采用预沉积非晶硅薄膜来降低电池的污染，提高电池的光电转换效率。
本发明包括以下步骤：
第一、将完成沉积的pin型硅薄膜电池从反应腔室中传输到反应腔室外部；
第二、利用等离子体增强化学气相沉积工艺，控制沉积功率和三氟化氮浓度，对完成沉积电池后的反应腔室进行氟等离子体刻蚀清洗；
第三、采用等离子增强化学气相沉积，控制沉积功率和硅烷浓度，去除残留在反应腔室中的氟、硫或氧元素，同时在反应器腔室内壁沉积一层非晶硅薄膜，保证腔室环境和制备电池所需环境相同或相近；
第四、将带有经过激光划刻的透明导电薄膜衬底放在真空反应腔室内；
在本发明的实施例中，该衬底选用玻璃衬底，真空控制在0.01-0.5mbar；
第五、在衬底上一次沉积非晶硅电池的非晶p层、本征i层和非晶n层；完成p/i/n工序后，送入激光划刻硅薄膜电池；
第六、采用低压化学气相沉积掺B的ZnO背导电电极，完成后进行激光划刻；
第七、采用丝网印刷制备背反层，进行电极连接和层压封装，获得电池组件，进行J-V测试。
本实施例中预沉积非晶硅薄膜的较为优选的一个实施条件如下：反应气中硅烷流量=10.4slm，氢气流量=10.4slm。反应腔室中的反应气压为0.5mbar，反应腔室温度200℃，设定射频功率为380W，射频激励频率为40MHz，沉积时间20s，后续制备的1100×1300mm2电池组件填充因子和最大输出功率分别为70.3%和129.23W，如图3所示。
附图2给出的是没有采用预沉积工艺条件下制备电池组件的填充因子和最大输出功率分别为69.2%和126.64W。

Claims (3)

1.一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，其特征在于：在硅薄膜电池制备方法的等离子体清洗/沉积工序中引入预沉积非晶硅薄膜工艺，反应腔室经过氟等离子体刻蚀清洗后，采用等离子增强化学气相沉积工艺，控制辉光功率和硅烷浓度，预沉积非晶硅薄膜，降低残留在反应腔室内的氟、硫或氧浓度，进而提高产业化硅薄膜电池组件的光电转换效率。
2.根据权利要求1所述之一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，其特征在于所述的预沉积非晶硅薄膜工艺，采用离子体增强气相沉积法或热丝技术。
3.根据权利要求1或2所述之一种提高产业化硅薄膜电池组件性能的制备方法，其特征在于所述预沉积非晶硅薄膜工艺，所用的辉光激励频率范围在13.56MHz至100MHz；所用的氢稀释硅烷浓度SC=([SiH4]/( [SiH4]+ [H2]))%≤20%；沉积时间范围5s-200s；所述的预沉积非晶硅膜厚度范围2nm-50nm。
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