CN103594550A - 一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是先利用低温气相沉积技术制备图形化的掺杂非晶硅或微晶硅薄膜，然后利用快速热处理方法获得图形化的掺杂晶硅薄膜。本发明可获得更加丰富的图形式样、可更加方便的调节掺杂薄膜的厚度、掺杂元素的种类和掺杂浓度的分布，为进一步改善晶硅太阳能电池器件结构和工艺提供了空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池材料的制备方法，尤其涉及一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法。
背景技术
太阳能发电是人类最重要的可再生清洁能源的利用方式之一。其中晶硅太阳能电池以其丰富的原材料来源及相对成熟的制备技术受到人们的广泛关注，是太阳能电池的主流产品类别。
晶硅太阳能电池器件结构不断被优化改进，从最简单的pn结结构，发展到选择发射极、选择背电场、背结电池等各种新型结构。在上述各种结构中，其掺杂硅薄层的获得主要还是依赖于高温扩散工艺。例如p型单晶硅太阳能电池的选择发射极的制备（参考：包诞文，发明专利CN 102723401 A; 穆汉等，发明专利：CN101976707A ），主要还是依靠磷元素的高温扩散掺杂获得。高温扩散掺杂会导致pn结的不同掺杂元素的互扩散，形成缓变结结构；而且对先于高温扩散步骤制备的器件结构的性能造成影响。增加了工艺控制的复杂程度，限制了器件结构和工艺条件的可调节范围，不利于太阳能电池性能的提高。
欲进一步改进器件结构，完善工艺条件，提高晶硅太阳能电池的转换效率，开发高温扩散掺杂的替代工艺是一个较好的选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，突破现有工艺对晶硅太阳能电池器件结构改进和工艺调节范围的限制，降低其制备难度，节约生产成本，最终获得更高转换效率的太阳能电池。
为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案。一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其步骤如下：
一、首先采用低温薄膜制备技术，包括等离子体辅助化学气相沉积、热丝化学气相沉积等化学气相沉积方法，或者磁控溅射、离子束溅射等物理气相沉积方法，在硅片或者部分完成的晶硅太阳能电池上沉积图形化的掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜。其中：1）图形化非晶硅或者微晶硅薄膜的图形化式样由在沉积过程中覆盖于样片上的掩膜板决定。2）硅薄膜的导电类型和掺杂浓度可由沉积薄膜所用原料的类别、成份比例以及薄膜沉积工艺参数来调节。3）硅薄膜的厚度由沉积工艺和沉积时间进行调控，薄膜沉积时的衬底温度不超过300 oC。
二、随后采用快速热处理的方法使得制备的非晶硅或者微晶硅薄膜晶化，并激活薄膜中的掺杂元素，使得在掺杂元素不发生明显扩散的条件下获得所需性能的图形化的晶硅薄膜。热处理过程中采用Ar、H2等气氛进行保护并改善薄膜质量。
三、如需梯度掺杂的薄膜或者不同性能匹配的组合薄膜，可多次运用步骤一和（或）步骤二进行搭配组合以达到设计目标。
本发明相比于常规的高温扩散制备方法，具有以下方面的优点，从而可进一步提高太阳能电池的性能和改善工艺环境：
1）图形的式样可有更多的选择。
2）掺杂薄膜的厚度、掺杂元素的种类和掺杂浓度的分布可有更广的选择范围。减少器件在高温的存放时间，减弱了热过程对器件性能的影响，并且可节省能源。
附图说明
图1为采用图形化掺杂硅薄膜作为选择发射极的晶硅太阳能电池的结构示意图。
图2为晶硅太阳能电池的区域化背电场的结构示意图。
图3为背结晶硅太阳能电池的结构示意图。
在图中 1、单晶硅片 2、浅掺杂的n型晶硅薄膜发射极 3、图形化的选择发射极硅薄膜 4、SiNx减反射薄膜 5、正面银栅线电极 6、背面铝背场 7、背表面钝化层 8、背电极 9、重掺杂图形化硅薄膜 10、前表面电场层 11、前表面钝化层 12、背电场硅薄膜 13、发射极硅薄膜 14、背电场导电电极 15、发射极导电栅线。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合优选实施例对本发明进一步详细阐明。
实施例1
如图1所示采用图形化掺杂硅薄膜作为选择发射极的晶硅太阳能电池按下述步骤制备：
1) 在单晶硅片1上磷（或硼）扩散，然后去除表面杂质层获得浅掺杂的n型晶硅薄膜发射极2；也可采用气相沉积方法在单晶硅片1上沉积掺杂硅薄膜并通过后继处理工艺改性获得浅掺杂的n型晶硅薄膜发射极2（PECVD法沉积，工艺参数为：源气体流量SiH4:PH3:H2= 1 sccm:0.2 sccm:100 sccm，沉积气压35 Pa，功率密度0.2W/cm2, 基片温度240 oC，沉积厚度 200 nm；沉积结束后采用H2保护进行1050 oC，20s的快速热处理改性）；
2) 采用图形化掩膜作为模板在浅掺杂的n型晶硅薄膜发射极2上沉积图形化的选择发射极硅薄膜3。掩膜板根据设计需要进行加工，材质选不锈钢材料制备。沉积薄膜选择等离子辅助化学气相沉积，采用硅烷、磷烷（或硼烷）和氢气作为反应气体，沉积薄膜厚度50 nm，掺杂浓度达到1×1019 cm-3，需远高于浅掺杂的n型晶硅薄膜发射极2；
3) 高温快速热处理使得所获得的图形化的选择发射极硅薄膜3晶化。沉积了图形化的选择发射极硅薄膜3的样片在H2气氛保护情况下快速热处理，热处理保温温度800 oC，时间为200 s，使沉积的薄膜晶化，并激活掺杂元素，使薄膜达到较好导电效果。
4) 沉积SiNx减反射薄膜4；按照晶硅电池通用的减反射薄膜的制备方法沉积SiNx减反射薄膜4。
5) 印刷正面银浆及背面铝浆料，并进行烧结合金化，正面银栅线电极5的印刷必须与样片上图形化的选择发射极硅薄膜3的位置对应；后表面Al浆料的印刷以及前后表面电极的烧结均按照晶硅太阳能电池常规工艺进行，得到背面铝背场6。
实施例2
如图2所示的晶硅太阳能电池的区域化背电场采用如下工艺流程获得：
1） 采用图形化的掩膜板覆盖单晶硅片（1）表面，采用PECVD的方法沉积背表面区域化的重掺杂图形化硅薄膜9，薄膜厚度40 nm。
2） 采用快速热处理工艺对制备的重掺杂图形化硅薄膜9进行晶化，并激活其中的掺杂元素，热处理保温温度1300 oC，时间为5 s。
3） 对除了重掺杂硅薄膜覆盖的区域以外的裸露的硅片表面上沉积背表面钝化层7；
4） 背电极8的印刷和烧结：电极的印刷要能覆盖区域化的重掺杂晶硅薄膜，且二者要形成良好的欧姆接触。
实施例3
如图3所示背结晶硅太阳能电池按下述方法制备：
1） 依次采用不同的掩膜板在单晶硅片1上沉积背电场硅薄膜12（厚度为30 nm）和发射极硅薄膜13（厚度为100 nm）；两种种模板间必须对位准确，保证最终的两类薄膜覆盖整个背表面且不相互影响。掩膜板根据设计需要进行加工，材质选不锈钢；
2） 发射极薄膜13和背电场硅薄膜12的快速热处理晶化，采用Ar气保护，进行1050 oC，20s的快速热处理改性；
3） 背表面钝化层7的沉积，采用掩膜板覆盖发射极和背电场的区域进行沉积，所沉积的钝化层需覆盖发射极和背电场以外所有的区域。
4） 沉积前表面电场层10；
5） 沉积前表面钝化层11；
6） 印刷和烧结背电场导电电极14和发射极导电栅线15。背电场导电电极和发射极的导电栅线的位置和覆盖面积必须与背电场和发射极一一对应。
上述实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但并不能理解为对本发明保护范围的限制，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是包括如下步骤：步骤一：采用低温薄膜制备方法，在硅片或者部分完成的晶硅太阳能电池上沉积图形化的掺杂非晶硅或者微晶硅薄膜，沉积过程中采用不同的掩膜板覆盖于样片上以获得图形化非晶硅或者微晶硅薄膜的图形化式样；步骤二：采用快速热处理的方法使得制备的非晶硅或者微晶硅薄膜晶化，并激活薄膜中的掺杂元素，使得在掺杂元素不发生明显扩散的条件下获得所需性能的图形化的晶硅薄膜；重复步骤一和或步骤二获得不同梯度掺杂的薄膜或者不同性能匹配的组合薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是所述图形化掺杂晶硅薄膜的厚度为30-50 nm。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是步骤二中热处理保温温度为800 -1300oC，时间为5-200 s。
4.根据权利要求1至3所述的一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是热处理过程中采用Ar、H2等气氛进行保护并改善薄膜质量。
5.根据权利要求1至4所述的一种太阳能电池用的图形化掺杂晶硅薄膜制备方法，其特征是所述掩膜板根据需要进行图形形状加工。
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| 李亚丹: "硅太阳能电池关键技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105405924A (zh) * | 2014-11-28 | 2016-03-16 | 南昌大学 | 一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法 |
| CN105023971A (zh) * | 2015-07-18 | 2015-11-04 | 广东爱康太阳能科技有限公司 | 一种低表面复合背面电极太阳能电池的制备方法 |
| CN105702809A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-06-22 | 南昌大学 | 一种低温气相沉积固态扩散源制备用于太阳电池的掺杂硅的方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103594550B (zh) | 2016-10-26 |
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