CN103236470A - 一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将待处理的硅片放入扩散炉进行磷扩散；(2)将硅片保持在扩散炉中，以1~10℃/min的降温速率降温至780~800℃，通入干氧和大氮进行氧化处理，在硅片表面形成二氧化硅薄膜；(3)出舟；(4)将上述硅片放于HF溶液中进行清洗；(5)干燥处理。本发明开发了一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，采用了“一步扩散和选择性清洗”的方法，既减少了太阳能电池制作的工序，又提升了太阳能电池的电性能，制得的太阳能电池组件又具有抗电位衰减效应的能力。

Description

一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，属于太阳能技术领域。 
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，晶体硅太阳电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能。因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。 
目前，常规的晶体硅太阳电池的生产工艺是从晶体硅片出发，进行制绒，扩散，刻蚀清洗，镀膜，丝印烧结。其中，晶体硅片的扩散（通常是管式磷扩散制结）步骤是制备太阳电池的一个核心步骤，它决定了硅片能否发电。而镀膜主要是镀设减反射膜，现有的镀膜主要是采用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)沉积SiNx薄膜；由于SiNx中的氢可释放出来，部分氢分子通过与硅中的空位结合等方式，转为氢原子或氢-空位对，扩散进入晶硅体内，氢与表面上的悬挂键或电池体内其他缺陷、杂质结合，从而起到钝化晶界、缺陷或杂质的作用。
然而，在硅片表面直接沉积SiNx薄膜，会使SiNx/Si界面处的晶格失配严重，钝化效果不好。因此，现有技术中，在SiNx与Si之间增加一层二氧化硅薄膜，该二氧化硅膜对硅表面有很好的钝化效果，能明显提升太阳能电池的钝化效果。此外，由于二氧化硅薄膜对钠离子、钙离子和镁离子等具有很好的阻挡作用，在硅片表面制备一层二氧化硅薄膜可以降低太阳能电池组件的“电位诱发衰退”(PID)效应。 
现有技术中，二氧化硅减反射膜是在磷扩散后，采用干氧氧化法或湿法氧化法进行制备的。然而，该方法面临着增加工序、增加设备、增加人力和提高工艺条件等诸多增加成本的问题，同时面临着由于增加工序而增加过程污染，以及抬高碎片率等降低产出等实际问题。同时，由于常规的晶体硅太阳能电池制造车间的净化程度较低，在实际的生产过程中硅片极易受到环境的污染而使生长出的二氧化硅薄膜失效。因此，开发一种低成本且可靠的晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，具有积极的现实意义。 
发明内容
本发明目的是提供一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法。 
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，包括如下步骤： 
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉进行磷扩散；
(2) 将硅片保持在扩散炉中，以1~10℃/min的降温速率降温至780~800℃，通入干氧和大氮进行氧化处理，在硅片表面形成二氧化硅薄膜；
其中，干氧的流量为5~30 L/min，大氮的流量为0~30 L/min，氧化处理时间为20~100 min；
(3) 出舟；
(4) 将上述硅片放于HF溶液中进行清洗；其中，HF溶液的体积浓度为1~10%，溶液温度为10~30℃，清洗时间为20~200s；
(5) 干燥处理。
上文中，所述步骤(2)中，将硅片保持在扩散炉中，即硅片扩散后不出舟，而继续留在扩散炉中进行氧化，形成二氧化硅薄膜。 
所述硅片可以是N型硅片，也可以是P型硅片。所述磷扩散可以是一次通源扩散，也可以是二次通源扩散，也可以是SE扩散中的任意一种磷扩散。所述步骤(5)中的干燥处理可以是热风干燥，也可以是甩干机甩干干燥。 
上述技术方案中，所述步骤(2)中，二氧化硅薄膜的厚度为20~160 nm。 
上述技术方案中，所述步骤(4)中，清洗后的二氧化硅薄膜的厚度为5~40 nm。 
本发明的工作机理是：对硅片进行磷扩散（磷掺杂）之后不出炉管，而直接进行降温氧化处理，使得疏松的磷硅玻璃层下方直接又生成了一层较为致密的二氧化硅层，完成了一步扩散制备二氧化硅薄膜的扩散工艺；然后通过控制HF溶液的浓度和硅片在HF溶液中的时间将硅片表面较为疏松的磷硅玻璃层洗去，留下致密的二氧化硅层。 
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点： 
1．本发明开发了一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，采用了“一步扩散和选择性清洗”的方法，未增加任何设备和工序，既完成了磷扩散，又生成了二氧化硅钝化膜；实验证明，相对于现有工艺，采用本发明的方法制备的电池片的开路电压可以提高4mV，短路电流提高70mA，同时填充因子提高0.2，最终的光电转换效率提高了0.3%以上，取得了良好的技术效果。
2．本发明开发了一步扩散，采用了先掺杂后氧化的一步扩散方法，二氧化硅薄膜的生长发生在刚刚生成的磷硅玻璃下的洁净硅片表面，这一制备方法杜绝了硅片表面受到车间环境污染的可能，制备的二氧化硅薄膜厚薄均一，颜色均匀；提高了太阳能电池的电性能。 
3. 本发明制备的二氧化硅薄膜能有效阻止钠离子、钙离子和镁离子的污染，使得制备的太阳电池组件具有良好的抗电位诱发衰退效应；实验证明，相对于现有工艺，采用本发明的方法制备的电池片组件在经过-1000V偏压下96小时的PID后，功率衰减1.45%。 
4．本发明的制备方法简单易行，操作简单，不增加任何其它设备、工序和附加成本，因而具有良好的可行性和适应性。 
附图说明
图1是本发明实施例一和对比例一制得的电池片的内量子效率测试对比图。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述： 
实施例一
一种制备二氧化硅薄膜的方法，其步骤包括：
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉进行磷扩散；
(2) 将硅片保持在扩散炉中，以5℃/min的降温速率降温至790℃，通入干氧和大氮进行氧化处理，干氧的流量为10 L/min，大氮的流量为8 L/min，氧化处理时间为80 min；
(3) 出舟；
(4)  将扩散后的晶体硅片放于HF溶液中，HF溶液的体积浓度为4%，溶液温度为22℃，处理时间为40s；
(5) 使用甩干机甩干。
对比例一 
一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，与实施例一采用相同的硅片，相同的扩散管位置，制备出掺磷硅片，具体如下：
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉进行磷扩散；
(2) 出舟；
(3) 清洗：将待处理的晶体硅片放于HF溶液中，HF溶液浓度为4%，溶液温度为22℃，处理时间为200s；
(4) 使用甩干机甩干； 
(5) 氧化：将硅片放入氧化管内，以1~10℃/min的升温速率升温至750℃，通入干氧和大氮进行氧化处理，干氧的流量为5 L/min，大氮的流量为17 L/min，氧化处理时间为10 min；退火：停止通入干氧，缓慢降温至700℃，降温时间为60min；出舟。
  
为了证明本申请生成了高质量的二氧化硅薄膜，将上述实施例一和对比例一得到的硅片使用WT-2000进行少子寿命测试；再将实施例一和对比例一得到的硅片双面镀SiNx再烧结后使用WT-2000进行少子寿命测试，结果如下表所示：
Figure 2013101510863100002DEST_PATH_IMAGE001
由上表可见，实施例一制得硅片的少子寿命远高于对比例一制得硅片的少子寿命。镀膜烧结后实施例一制得硅片的少子寿命仍高于对比例一制得的少子寿命。
  
然后，将上述实施例一和对比例一制得的电池片进行内量子效率测试，结果如图1所示，由图可见，实施例一制得的电池片的短波响应明显好于对比例一制得的电池片的短波响应。
  
在AM1.5、光强1000W、温度25℃的条件下，测得实施例一和对比例一的电性能参数以及组件PID后功率衰减比例，如下表所示：
Figure 825344DEST_PATH_IMAGE002
其中，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，EFF为光电转换效率，PID后功率衰减为组件在-1000V偏压下进行96小时的PID后测试的功率衰减数据。从测试所得的电性能参数可见，相对于对比例一，实施例一所制备的电池片开压高4mV，短路电流高70mA，填充因子增加约0.2，转换效率高0.33%，抗PID能力较好。
综上所述，本发明使用常规太阳能电池生产的工序和设备，通过一步扩散实现了磷掺杂及二氧化硅薄膜的制备，减少了太阳能电池生产的制作工序，同时使得光电转换效率明显提升，太阳能电池组件具有抗电位诱发衰减效应，具有意想不到的技术效果。 

Claims (3)

1.一种晶体硅太阳电池二氧化硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将待处理的硅片放入扩散炉进行磷扩散；
(2) 将硅片保持在扩散炉中，以1~10℃/min的降温速率降温至780~800℃，通入干氧和大氮进行氧化处理，在硅片表面形成二氧化硅薄膜；
其中，干氧的流量为5~30 L/min，大氮的流量为0~30 L/min，氧化处理时间为20~100 min；
(3) 出舟；
(4) 将上述硅片放于HF溶液中进行清洗；其中，HF溶液的体积浓度为1~10%，溶液温度为10~30℃，清洗时间为20~200s；
(5) 干燥处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，二氧化硅薄膜的厚度为20~160 nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，清洗后的二氧化硅薄膜的厚度为5~40 nm。
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