CN103904155B - 硅基异质结太阳能电池真空处理系统及电池制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅基异质结太阳能电池的真空处理系统及电池的制备方法，所述硅基异质结太阳能电池真空处理系统包括：将装有硅片的托盘传入或传出所述真空处理系统的进/出片腔，至少一个反应腔，在所述反应腔内对硅片进行化学气相沉积处理以沉积非晶硅薄膜，所述真空处理系统中还含有保持真空环境的氧化层蚀刻腔，用于去除硅片表面的氧化物。本发明通过将氧化层蚀刻过程和沉积非晶硅薄膜过程集中于一个真空处理系统中，可以避免大气传输中的大气污染，有利于提高电池转换效率，同时，降低了制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，有利于实现大规模生产并且提高产品的生产良率。

Description

硅基异质结太阳能电池真空处理系统及电池制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池领域和半导体制造领域，尤其涉及硅基异质结太阳能电池真空处理系统及硅基异质结太阳能电池的制备方法。
技术背景
太阳能光伏发电是一种利用光伏效应将太阳光辐射能直接转换为电能的发电技术，目前商品化的晶体硅太阳能电池仍占主流，但受到材料纯度和制备工艺限制，很难再提高其转化效率或降低成本；而非晶硅太阳能电池虽然能大面积生产，造价又低廉，但其转换效率仍比较低，并且稳定性差。为了降低成本同时保持高转换效率，人们将非晶硅与晶体硅太阳能电池结合起来，进行优势互补，形成非晶/晶体硅异质结太阳能电池。硅基异质结太阳能电池具有的显著优势主要有：1)电池量产效率可到成21％左右，高于目前单晶硅18％的电池效率。2)温度系数为-0.3％/度左右，低于晶体硅数值(-0.45到-0.5之间)，同时弱光性能好。3)可双面受光，4)衰减效应极小。由于硅基异质结太阳能电池的光电转换效率高，所以也能够节省光伏系统的安装成本；同时，由于硅基异质结太阳能电池的温度系数低且弱光性能好，其在常规工作环境下，比同样效率的晶硅电池产出多约16％的电力。
在制作硅基异质结太阳能电池的过程中，为了增加光电转换效率，需要改善电池的光吸收情况。人们通常通过在硅片表面进行织构化处理(制绒)，来使入射光在电池表面多次反射延长光程，从而增加对光子的吸收。相应地，更多的光生载流子会在PN结附近产生，从而增加了光生载流子的收集机率。此外，制绒还能去除硅片表面损伤层，制绒后的清洗步骤主要是除去残余在硅片表面的金属离子和硅片表面形成的自然氧化膜等杂质。目前常用的制绒方法有湿法和干法，其中湿法制绒包括酸性制绒和碱性制绒。
在制作硅基异质结太阳能电池的过程中，减少异质结表面的缺陷，增加少数载流子寿命，对于获得高性能太阳能电池至关重要。为了钝化晶体硅的表面，通常在异质结界面插入一层I型的非晶硅薄膜作为钝化层。
然而，尽管采取了制绒和钝化的手段，也很难得到高质量的非晶硅/晶体硅异质结界面。其中一个很重要的原因是制绒后具有较大比表面积的硅片在反应腔中沉积非晶硅薄膜之前需要在大气中进行传输，这个过程硅片很容易被氧化，在界面形成一层很薄的SiO2层，绝缘的SiO2层会阻止载流子在异质结界面处的传输，并且异质结界面处的杂质也成为界面的复合中心，增加了少数载流子在界面处的复合速率，减少少子的有效寿命。所以人们通常需要在制绒工艺完成后迅速采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)方法制备非晶硅薄膜，这样就对制绒工序和钝化工序间提出了严格的时间要求，这不利于产品的大规模生产。另外，在工业生产过程中，在产线发生不稳定情况时也会因硅片在PECVD成膜前等待的时间过长而会造成产品质量的波动，降低产品的生产良率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统及硅基异质结太阳能电池的制备方法，将硅片去氧化层的蚀刻过程和沉积非晶硅薄膜过程集中于一个真空处理系统中，既可以避免大气传输中的大气污染，有利于提高电池转换效率，同时，也降低了制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，有利于实现大规模生产并且提高产品的生产良率。
为了达到以上目的，本法明提供了一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，包括：将装有硅片的托盘传入或传出所述真空处理系统的进/出片腔，至少一个反应腔，在所述反应腔内对硅片进行化学气相沉积处理以沉积非晶硅薄膜，其特征在于：所述真空处理系统中还含有保持真空环境的氧化层蚀刻腔，用于去除硅片表面的氧化物。
可选地，所述至少一个反应腔中沉积I型非晶硅薄膜。
可选地，所述真空处理系统含有能够保持真空环境的传输腔。
可选地，所述真空处理系统为团簇式系统，所述传输腔设置在系统中间，所述进/出片腔、反应腔和氧化层蚀刻腔分别连接在所述传输腔的四周。
可选地，所述真空处理系统为串行式系统，进片腔、氧化层蚀刻腔、反应腔、出片腔依次沿直线排列。
可选地，所述氧化层蚀刻腔的包括：蚀刻腔腔体、气体喷淋头、基座和至少两个进气口，所述气体喷淋头设置于所述蚀刻腔腔体内的顶壁位置用于气体分布均匀，所述基座设置于所述蚀刻腔腔体内用于放置所述硅片托盘。
可选地，所述至少两个进气口中的一个进气口用于向所述蚀刻腔腔体内通入HF气体，另一个进气口用于向所述蚀刻腔腔体内通入纯水蒸汽。
可选地，所述反应腔为PECVD反应腔，所述化学气相沉积处理为PECVD方法处理。
可选地，所述PECVD反应腔中包括反应腔腔体、气体喷淋头、电源、进气口和基座。
可选地，所述电源为射频电源。
可选地，所述射频电源的频率为13.56MHZ或40MHz。
可选地，所述反应腔中用于沉积I型非晶硅薄膜的腔体个数为1-5个。
可选地，所述硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片或N型多晶硅片或P型多晶硅片中的一种。
可选地，所述真空处理系统既可以生产单面硅基异质结太阳能电池，也可以生产双面硅基异质结太阳能电池。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
第一步，提供装有硅片的托盘；
第二步，提供包含能去除硅片表面氧化物的氧化层蚀刻腔、沉积非晶硅薄膜的反应腔、以及将硅片托盘传入或传出进/出片腔的真空处理系统；
第三步，采用碱溶液或酸溶液对所述托盘中的硅片进行表面处理；
第四步，利用湿法氧化方法在所述硅片表面形成氧化物保护层；
第五步，在大气中将所述硅片传输至所述真空处理系统中；
第六步，在所述真空处理系统中的氧化层蚀刻腔内利用HF溶液去除所述硅片表面的氧化物保护层；
第七步，在所述真空处理系统中的所述反应腔内利用化学气相沉积方法在所述硅片表面制备非晶硅薄膜；
第八步，采用物理气相沉积或化学气相沉积方法在所述非晶硅薄膜表面沉积透明导电膜，作为表面电极。
可选地，所述硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片或N型多晶硅片或P型多晶硅片中的一种。
可选地，所述的碱溶液为NaOH或KOH或其组合。
可选地，所述的酸溶液为HNO3，HF,HCl或其组合；
可选地，利用所述湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层是在将硅片放置于H2O2溶液中以形成SiO2保护层；
具体地，所述H2O2溶液的温度为50-100℃，H2O2与去离子水的体积比为10％～20％，硅片放置于所述H2O2溶液的时间为60～300秒。
可选地，利用所述湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层时，还辅助有超声波以增强钝化效果。
可选地，所述利用所述酸溶液去除所述硅片表面的氧化物保护层，包括以下步骤：
第一步，在真空环境中通入纯水蒸汽，使之在硅片表面形成一层水覆层；
第二步，停止通入纯水蒸汽后，向所述真空环境中通入HF气体，HF气体遇水覆层形成HF酸，HF酸与所述硅片表面的氧化物保护层发生反应，从而去除所述氧化物保护层。
可选地，去除所述硅片表面的氧化物保护层需要通入所述HF气体的时间为20-60秒，流量为200-2000sccm。
可选地，去除所述硅片表面的氧化物保护层需要通入所述纯水蒸汽的时间为10-40秒，气体压强达到0.5-1mbar。
可选地，所述化学气相沉积方法为PECVD方法或者热丝化学气相沉积方法。
可选地，所述PECVD方法中使用的电源为射频电源。
具体地，所述射频电源的频率为13.56MHZ或40MHz。
可选地，所述化学气相沉积方法中通入的反应气体为硅烷、氢气、含硼的气体、含磷的气体。
可选地，在所述真空处理系统中利用化学气相沉积方法先在所述N型单晶硅片或者N型多晶硅片表面制备I型非晶硅薄膜，然后再在所述I型非晶硅薄膜上制备P型非晶硅薄膜。
可选地，在所述真空处理系统中利用化学气相沉积方法先在所述P型单晶硅片或者P型多晶硅片表面制备I型非晶硅薄膜，然后再在所述I型非晶硅薄膜上制备N型非晶硅薄膜。
可选地，所述硅基异质结太阳能电池的制备方法既可以制备单面硅基异质结太阳能电池，也可以制备双面硅基异质结太阳能电池。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1)将氧化层蚀刻腔集成于硅基异质结太阳能电池真空处理系统中，使得去除氧化层的过程也能够在真空环境中进行，可以避免现有技术中将硅片进行非晶硅薄膜沉积前因在大气环境中运输所引起的大气污染，有利于电池光电转换效率的提高和获得高质量的硅基异质结太阳能电池。同时，去除氧化层的过程在真空环境中进行，可以极大地降低制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，从而降低工业化生产的难度。另外，在工业生产过程中，产线有时会出现不稳定的情况，将氧化层蚀刻腔集成于真空处理系统内能够避免因硅片在PECVD成膜前等待的时间过长而会造成产品质量的波动，从而可以提高产品的生产良率。
2)将去除氧化物保护层的工序、钝化工序、非晶硅的P/N层沉积工序完全在一台真空设备中进行，可以避免中间大气污染，并且增加系统整机的集成性，使得机械化程度更高，有利于工业的大规模生产。
3)在对硅片进行清洗和制绒等表面处理后，利用湿法氧化方法在硅片基板表面形成一层致密的氧化物保护层，可以防止运输过程中空气中的杂质离子被包裹到硅片中，然后，当硅片被运送至真空环境中再在钝化前通过HF酸去除该氧化物保护层从而形成干净清洁的表面，从而可以提高电池转换效率和改善硅基异质结太阳能电池的质量。
4)在可选方案中，硅基异质结太阳能电池真空处理系统中的非晶硅薄膜反应腔可以全部用于沉积I层非晶硅薄膜，这样用于放置硅片的托盘可以不需要清洗就可以直接重复使用，并且沉积I层非晶硅薄膜腔体的数量可以根据客户对产量的需求来决定，达到产能最大化的目的。
附图说明
图1是本发明一实施例中团簇式真空处理系统的结构示意图；
图2是本发明实施方式中反应腔内部示意图；
图3是本发明实施方式中氧化层蚀刻腔内部示意图；
图4是本发明一实施例中串行式真空处理系统的结构示意图；
图5是本发明实施方式中一种硅基异质结太阳能电池制备方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方法来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如背景技术所描述的，制绒工序完成后具有较大比表面积的硅片在反应腔中沉积非晶硅薄膜之前需要在大气中进行传输，容易发生氧化在界面形成SiO2层，绝缘的SiO2层会阻止载流子在异质结界面处的传输，增加少数载流子在界面处的复合速率。使得工艺流程上需要在制绒工艺完成后迅速送入PECVD反应腔中制备非晶硅薄膜，这就对制绒工序和钝化工序间提出了严格的时间要求，不利于大规模生产。
本发明提供了一种将氧化层蚀刻过程与沉积非晶硅薄膜过程共同集成于同一真空系统的硅基异质结太阳能电池的制造技术，其能够避免现有技术中因硅片在大气环境中传输所引起的大气污染，有利于电池光电转换效率的提高和获得高质量的硅基异质结太阳能电池。更进一步地，由于去除氧化层的过程在真空环境中进行，从而可以极大地降低制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，从而降低工业化生产的难度。在工业生产过程中，产线有时会出现不稳定的情况，将氧化层蚀刻腔集成于真空处理系统内能够避免因硅片在PECVD成膜前等待的时间过长而会造成产品质量的波动，从而可以提高产品的生产良率。
下面将结合附图对本发明的真空处理系统的布局和架构进行说明。
实施例一：
图1示出了根据本发明的一个具体实施例的真空处理系统的布局示意图。所述真空处理系统1是一个包含多个反应腔的团簇式处理系统，其典型的为PECVD真空处理系统。具体而言，所述PECVD真空处理系统包括一个大致位于其中央位置的真空传输腔11，传输腔11大体上呈现多边形结构，优选地，传输腔11大体上为五边形结构，并具有多个连接面112,113,114,115和116。在传输腔11内的多个连接面112,113,114的位置处可以依实际需要配置多个反应腔12,13和14。每个反应腔12,13和14的内部都设置有一个或者多个托盘(图中未画)所述每一个托盘上都可以放置多片待处理的硅片，所述硅片可以是N型单晶硅片或P型单晶硅片或N型多晶硅片或P型多晶硅片中的一种，例如所述硅片为N型单晶硅片。在传输腔11连接面115的位置处设置有一个进/出片腔15，所述进/出片腔15用于连接所述传输室11和外界的大气环境，以在不损失所述传输室11内的真空的前提下在外界大气环境和所述传输室11之间对所述托盘进行传输。进/出片腔内部设置有单层或多层的托盘托架，每一托盘托架上可以放置一个托盘。在传输腔11连接面116的位置处设置有氧化层蚀刻腔16，所述氧化层蚀刻腔16能够保持真空环境，当硅片托盘从进片腔15中进入传输腔11后，由传输腔11中的机械手将托盘先传输至氧化层蚀刻腔16中，以去除硅片表面的氧化物SiO2，然后由传输腔11中的机械手将托盘传输至反应腔12、13或14中的一个或者多个腔内沉积非晶硅薄膜，薄膜沉积结束后最终从出片腔15传出所述的真空处理系统1。
在本实施例中，将氧化层蚀刻腔16集成于硅基异质结太阳能电池真空处理系统1中，使得去除氧化层的过程也能够在真空环境中进行，可以避免现有技术中将硅片进行非晶硅薄膜沉积前因在大气环境中运输所引起的大气污染，有利于电池光电转换效率的提高和获得高质量的硅基异质结太阳能电池。同时，去除氧化层的过程在真空环境中进行，可以极大地降低制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，从而降低工业化生产的难度。另外，在工业生产过程中，产线有时会出现不稳定的情况，将氧化层蚀刻腔集成于真空处理系统内能够避免因硅片在PECVD成膜前等待的时间过长而会造成产品质量的波动，从而可以提高产品的生产良率。
另外，将去除氧化物保护层的工序、钝化工序、非晶硅的P/N层沉积工序完全在一台真空设备中进行，可以避免中间大气污染，并且增加系统整机的集成性，使得机械化程度更高，有利于工业的大规模生产。
在本实施例中，所述反应腔12、13和14中可以分别沉积I型非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜中的任意一种。例如此处反应腔12中沉积P型非晶硅薄膜，反应腔13中沉积I型非晶硅薄膜，反应腔14中沉积N型非晶硅薄膜。这样搭配的真空处理系统1通常用作研发型设备，其可以在一个真空处理系统中完成全部的不同类型的非晶硅薄膜，而不需要使用多个真空处理系统，从而节约研发成本。
在本实施例中，所述真空处理系统既可以生产单面硅基异质结太阳能电池，也可以生产双面硅基异质结太阳能电池。单面或双面异质结太阳能电池的结构为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。例如，当以N型单晶硅片作为衬底在所述真空处理系统1中生产单面硅基异质结太阳能电池时，将首先在氧化层蚀刻腔16中去除硅片表面SiO2，然后将所述单晶硅片传输至反应腔13中沉积I型非晶硅薄膜，接着再传输至反应腔12中沉积P型非晶硅薄膜，最后将所述单晶硅片经所述传输腔11、所述出片腔15传输至所述真空处理系统1外进行清洗，目的是为了去除在沉积P型非晶硅薄膜过程中托盘所受到的污染。再例如，当以N型单晶硅片为衬底在所述真空处理系统1中生产双面硅基异质结太阳能电池时，在重复上述同样的单面硅基异质结太阳能电池步骤后，再在氧化层蚀刻腔16中去除硅片另一表面的SiO2，然后，将所述托盘传输至反应腔13沉积I型非晶硅薄膜，再传输至反应腔14中沉积N型非晶硅薄膜，最后将所述托盘经所述传输腔11、所述出片腔15传输至所述真空处理系统1外进行清洗，以去除在沉积N型非晶硅薄膜过程中托盘所受到的污染。
可选地，为了不使所述托盘因为清洗而反复地出入所述真空处理系统1中，也可以在不同的反应腔中使用不同的托盘，即使用“专腔专用”的托盘。具体地，在完成沉积P型非晶硅薄膜或者N型非晶硅薄膜沉积后，将所述硅片在传输腔11中更换至另一个托盘上。
在本实施例中，所述反应腔12、13和14中也可都用于沉积同一类型的非晶硅薄膜，具体地，三个反应腔12、13和14中均沉积I型非晶硅薄膜，这样的真空处理系统1通常为量产型的设备结构。由于这种设备专门用于沉积I型非晶硅薄膜，所以所述硅片托盘可以不需要清洗就可以直接重复使用。
在本实施例中，所述传输腔11的形状不限于五边形，依据其周边配置的各腔体个数其传输腔的形状可以发生改变，进/出片腔可以为进片腔与出片腔两个腔体，反应腔12、13和14的数量可以根据客户对产量的需求来决定，具体地可以为1-5个，通过与硅基异质结太阳能电池生产线其它设备的合理配比，以达到产能最大化的目的。工业上为了提高产能，所述真空处理系统1中还可以增加高度，所述反应腔12、13和14不再为单层的反应腔体，具体的，反应腔12、13、14中包含有2-10个多层的相同子反应腔，这样可以同时处理2-10个所述硅片托盘，相应地，进/出片腔15和氧化层蚀刻腔16也将为多层结构。
在本实施例中，所述反应腔12、13和14为PECVD反应腔，图2为所述PECVD反应腔的结构示意图，包括反应腔腔体203、气体喷淋头201,射频电源204、基座202和进气口205。所述气体喷淋头201和所述基座202位于所述反应腔腔体203内，所述气体喷淋头201固定于所述反应强腔体的顶壁上。所述气体喷淋头201为含有若干小孔的极板并与射频电源204相连，所述若干小孔的目的是为了是气体分布均匀，所述基座202接地，所述反应腔腔体203顶壁设置有进气口205，反应气体通过所述进气口205进入腔体203内，并通过所述气体喷淋头201使反应气体在所述反应腔腔体203内均匀扩散。
具体地，在PECVD反应腔沉积非晶硅薄膜的过程中，将硅片托盘206放置于基座202上，向反应腔体中通入硅烷及氢气，电源204向气体喷淋头201通入射频信号以产生辉光放电，从而在气体喷淋头201和基座202之间形成等离子体，等离子体中的电子与硅烷反应产生活性基，所述活性基扩散至硅片上，从而形成非晶硅薄膜。
可选地，所述PECVD反应腔可以为电容耦合PECVD反应腔或电感耦合PECVD反应腔。
可选地，所述射频电源204频率可以为13.56MHZ或40MHz。
图3所示为氧化层蚀刻腔16的内部结构示意图，所述氧化层蚀刻腔16主要包括蚀刻腔腔体163、气体喷淋头161,基座162，其中气体喷淋头161以及基座162位于腔体163内。其中所述喷淋头161为具有若干小孔的板，所述喷淋头161靠近所述腔体163的顶壁，腔体163顶壁设置有进气口165，HF气体通过所述进气口165进入腔体163内，并通过气体喷淋头161使HF气体在腔体163内均匀扩散。腔体163底部设置有进气口166，纯水气体(H2O)通过所述进气口166进入腔体163。在氧化层蚀刻腔16去除氧化物的过程中，将衬底托盘206放置于基座162上，在真空环境中先通过进气口166向所述蚀刻腔腔体163内通入纯水蒸汽，纯水蒸汽在硅片表面会形成一层水覆层；然后停止通入纯水蒸汽，再通过进气口165向所述蚀刻腔腔体163内通入HF气体，HF气体遇水覆层形成HF酸，HF酸与硅片表面的氧化层SiO2发生反应，从而去除SiO2。
可选地，所述纯水蒸汽的进气口166还可以设置在所述蚀刻腔腔体163的任一侧壁上，并且进气口数量可为多个。
在本实施例中，所述PECVD真空处理系统1中还包括气路控制系统，电控系统及真空机组。气路控制系统用于控制向氧化层蚀刻腔腔16、反应腔12、13和14中通入的气体的流量、压强及各种气体之间配比等相关参量；电控系统用于控制对各腔体的供电状况，特别是控制反应腔12、13和14的射频电源功率等参量；真空机组用于产生和保持整个PECVD处理系统中各腔体所需要达到的真空环境。
实施例二：
图4示出了根据本发明的第二个具体实施例的真空处理系统的布局示意图。所述真空处理系统是一个串行式系统，其典型的为PECVD真空处理系统。具体而言，所述PECVD真空处理系统包括依次沿直线排列的进片腔31、氧化层蚀刻腔32、反应腔33和34、出片腔35，各腔体之间依次密封连接，硅片托盘在各腔体之间的传输依靠滑轨或者机械手完成。所述反应腔33用于沉积I型非晶硅薄膜，所述反应腔34用于沉积P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜，例如当硅片为N型单晶硅片时，反应腔34为P型非晶硅薄膜反应腔；而当硅片为P型单晶硅片时，反应腔34为N型非晶硅薄膜反应腔。在图4所示的串行式真空处理系统中，装有硅片的托盘由进片腔31传入真空环境中，先在氧化层蚀刻腔32中去除掉硅片表面的SiO2，然后再在反应腔33和34中沉积非晶硅薄膜，最终由出片腔35传出真空处理系统。这种既能沉积I型非晶硅也能沉积P型或者N型的非晶硅薄膜的真空处理系统为串行式研发型设备结构，其能够在一个真空处理系统中完成所需要的不同类型的非晶硅薄膜，可以节约研发成本。
可选的，本实施例中也可以不含反应腔34，即该PECVD真空处理系统中在反应腔33中完成沉积I型非晶硅薄膜后，直接从出片腔35传输至真空处理系统外，此时的串行式真空处理系统为串行式量产型设备结构，由于这种设备专门用于沉积I型非晶硅薄膜，所以用于放置硅片的托盘可以不需要清洗就可以直接重复使用。
可选地，本实施例中反应腔33或反应腔34的个数可以为1-5个。
本实施例中的反应腔33或34的结构与实施例一中的反应腔12、13和14的结构相似，本实施例中的氧化层蚀刻腔32与实施例一中的氧化层蚀刻腔16结构相似，进片腔31、出片腔35与实施例一中的进/出片腔15的结构相似，此处将不再赘述。
实施例三：
本发明提供了一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，图5示出了一实施例的流程示意图，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，提供装有硅片的托盘；
步骤S2，提供包含能去除硅片表面氧化物的氧化层蚀刻腔、沉积非晶硅薄膜的反应腔、以及将硅片托盘传入或传出进/出片腔的真空处理系统；
步骤S3，采用碱溶液或酸溶液对所述托盘中的硅片进行表面处理；
步骤S4，利用湿法氧化方法在所述硅片表面形成氧化物保护层；
步骤S5，在大气中将所述硅片传输至沉积非晶硅薄膜的真空处理系统；
步骤S6，在所述真空处理系统中的氧化层蚀刻腔内利用HF溶液去除所述硅片表面的氧化物保护层；
步骤S7，在所述真空处理系统中的所述反应腔内利用化学气相沉积方法在所述硅片表面制备非晶硅薄膜；
步骤S8，采用物理气相沉积或化学气相沉积方法在所述非晶硅薄膜表面沉积透明导电膜，作为表面电极。
下面对各个步骤进行详细说明：
对于步骤S1，所述硅片可以为N型单晶硅片、P型单晶硅片、N型多晶硅片或者P型多晶硅片。
对于步骤S2，所述真空处理系统包含能去除硅片表面氧化物的氧化层蚀刻腔、沉积P型、I型或者N型非晶硅薄膜的反应腔、以及将硅片托盘传入或传出进/出片腔；
对于步骤S3，所述碱溶液可以为NaOH或KOH或其组合，所述酸溶液可以为HNO3、HF、HCl或其组合，对托盘中的硅片进行的表面处理包括制绒和清洗，表面处理的作用主要是为了：去除硅片表面的机械损伤层；清洗表面油污和金属杂质；形成起伏不平的绒面，以增加硅片对太阳光的吸收，从而提高电池的光电转换效率。
对于步骤S4，所述利用湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层是指在H2O2溶液中形成致密的SiO2保护层，可以避免空气中自然氧化形成的杂质离子污染。具体地，所述H2O2溶液的温度为50-100℃，H2O2与去离子水的体积比为10％～20％，硅片放置于所述H2O2溶液的时间为60～300秒。优选地，在利用所述湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层时，还可辅助超声波以增强钝化效果。
对于步骤S5，在大气中将硅片运输至沉积非晶硅薄膜的所述真空处理系统处，由于步骤S3中已经人为形成致密的SiO2保护层，所以可以防止传输过程中受因到大气污染而吸附杂质粒子等。
对于步骤S6，在所述真空处理系统中的氧化层蚀刻腔内利用HF酸溶液去除硅片表面的氧化物保护层，主要包括以下步骤：
第一步，在真空环境中通入纯水蒸汽，使之在硅片表面形成一层水覆层；
第二步，停止通入纯水蒸汽后，向所述真空环境中通入HF气体，HF气体遇水覆层形成HF溶液，HF溶液与所述硅片表面的氧化物保护层SiO2发生反应，从而去除SiO2。
HF溶液对SiO2与Si有着极高的选择性，可以有效地去除去除SiO2最终使得沉积非晶硅薄膜前硅片的表面是非常洁净的。另外，氢原子与硅的悬挂键结合，也减小了界面态密度。
优选地，去除所述硅片表面的氧化物保护层需要通入所述HF气体的时间为20-60秒，流量为200-2000sccm。
优选地，去除所述硅片表面的氧化物保护层需要通入所述纯水蒸汽的时间为10-40秒，压强为0.5-1mbar。
对于步骤S7，在所述真空处理系统中的所述反应腔内利用化学气相沉积方法在硅片表面制备非晶硅薄膜。利用此方法可以制备单面硅基异质结太阳能电池，也可以制备双面硅基异质结太阳能电池。具体地，当硅片衬底为N型硅片时，在衬底上可以依次形成I型非晶硅薄膜，P型非晶硅薄膜以制作单面电池，然后继续在衬底的另一面依次形成I型非晶硅薄膜，N型非晶硅薄膜以制作双面电池；当硅片衬底为P型硅片时，在衬底上可以依次形成I型非晶硅薄膜，N型非晶硅薄膜以制作单面电池，然后继续在衬底的另一面依次形成I型非晶硅薄膜，P型非晶硅薄膜以制作双面电池。在单面或者双面硅基异质结太阳能电池的制作过程中，一般来说，在P型或者N型非晶硅薄膜沉积后，需要将硅片传输至所述真空处理系统外进行清洗，目的是为了去除在沉积P型或者N型非晶硅薄膜过程中托盘所受到的污染。可选地，为了不使所述托盘因为清洗而反复地出入所述真空处理系统中，也可以在不同的反应腔中使用不同的托盘，即使用“专腔专用”的托盘。具体地，在完成沉积P型非晶硅薄膜或者N型非晶硅薄膜沉积后，将所述硅片在传输腔中更换至另一个托盘上。
可选地，所述化学气相沉积方法可以为PECVD方法或者热丝化学气相沉积方法。
优选地，采用PECVD方法沉积非晶硅薄膜，产生等离子体所使用的射频功率为13.56MHZ或40MHz。
可选地，所述化学气相沉积方法中通入的反应气体可以为硅烷、氢气、含硼的气体、含磷的气体等。
对于步骤S8，可以采用物理气相沉积或化学气相沉积方法在所述非晶硅薄膜表面沉积透明导电膜，可选地，可以采用物理溅射方法或者低压化学气相沉积方法沉积透明导电膜，透明导电膜可以为ITO、TCO、AZO、BZO等，优选地，沉积透明导电膜ITO作为表面电极；
在本实施例中，在真空处理系统中去除氧化物保护层SiO2可以避免现有技术中将硅片进行非晶硅薄膜沉积前因在大气环境中运输所引起的大气污染，有利于电池光电转换效率的提高和获得高质量的硅基异质结太阳能电池。并且，可以极大地降低制绒工序和钝化工序间严格的时间要求，从而降低工业化生产的难度。另外，在工业生产过程中，产线有时会出现不稳定的情况，在真空处理系统中去除氧化物保护层SiO2能够避免因硅片在PECVD成膜前等待的时间过长而会造成产品质量的波动，从而可以提高产品的生产良率。
在本实施例中，将去除氧化物保护层、钝化和非晶硅的P/N层沉积等工序完全在一台真空处理系统中进行，可以避免中间大气污染，并且增加系统整机的集成性，使得机械化程度更高，有利于工业的大规模生产。
在本实施例中，在对硅片进行清洗和制绒等表面处理后，利用湿法氧化方法在硅片基板表面形成一层致密的氧化物保护层，可以防止运输过程中空气中的杂质离子被包裹到硅片中，然后，当硅片被运送至真空环境中时再在钝化前通过HF酸去除该氧化物保护层从而形成干净清洁的表面，从而可以提高电池转换效率和改善硅基异质结太阳能电池的质量。
虽然本法明已以较佳的实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本法明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (22)

1.一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，包括：位于所述真空处理系统中央位置的传输腔(11)，所述传输腔(11)呈现多边形结构，且具有第一连接面(112)，第二连接面(113)，第三连接面(114)，第四连接面(115)，第五连接面(116)；在所述第一连接面(112)，第二连接面(113)，第三连接面(114)的位置分别配置有多个反应腔(12，13，14)，每个所述反应腔(12，13，14)的内部设置有一个或多个用于放置待处理硅片的托盘，所述反应腔(12，13，14)中至少一个反应腔用于对硅片进行I型非晶硅薄膜的化学气相沉积处理；在所述第四连接面(115)的位置配置有进/出片腔(15)，所述进/出片腔(15)用于连接所述传输腔(11)和外界的大气环境；在所述第五连接面(116)的位置配置有与其相接的氧化层蚀刻腔(16)，所述氧化层蚀刻腔(16)用于去除硅片表面的氧化层；设置在传输腔(11)中的机械手用于将放置有硅片的托盘在反应腔(12，13，14)与蚀刻腔(16)之间传输。
2.根据权利要求1所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述氧化层蚀刻腔包括：蚀刻腔腔体、气体喷淋头、基座和至少两个进气口，所述气体喷淋头设置于所述蚀刻腔腔体内的顶壁位置用于使气体分布均匀，所述基座设置于所述蚀刻腔腔体内用于放置所述硅片托盘。
3.根据权利要求2所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述至少两个进气口中的一个进气口用于向所述蚀刻腔腔体内通入HF气体，另一个进气口用于向所述蚀刻腔腔体内通入纯水蒸汽。
4.根据权利要求1所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述反应腔为等离子体增强型化学气相沉积反应腔，所述化学气相沉积处理为等离子体增强型化学气相沉积处理。
5.根据权利要求4所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述等离子体增强型化学气相沉积反应腔中包括反应腔腔体、气体喷淋头、射频电源、进气口和基座。
6.根据权利要求5所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述射频电源的频率为13.56MHZ或40MHz。
7.根据权利要求1所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述反应腔中用于沉积I型非晶硅薄膜的腔体个数为1-5个。
8.根据权利要求1所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片或N型多晶硅片或P型多晶硅片中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种硅基异质结太阳能电池真空处理系统，其特征在于：所述真空处理系统既可以生产单面硅基异质结太阳能电池，也可以生产双面硅基异质结太阳能电池。
10.一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，提供装有硅片的托盘；
第二步，提供包含能去除硅片表面氧化物的氧化层蚀刻腔、沉积非晶硅薄膜的反应腔、以及将硅片托盘传入或传出进/出片腔的真空处理系统；
第三步，采用碱溶液或酸溶液对所述托盘中的硅片进行表面处理；
第四步，利用湿法氧化方法在所述硅片表面形成氧化物保护层；
第五步，在大气中将所述硅片传输至所述真空处理系统中；
第六步，在所述真空处理系统中的氧化层蚀刻腔内利用HF溶液去除所述硅片表面的氧化物保护层；
第七步，在所述真空处理系统中的所述反应腔内利用化学气相沉积方法在所述硅片表面制备非晶硅薄膜；
第八步，采用物理气相沉积或化学气相沉积方法在所述非晶硅薄膜表面沉积透明导电膜，作为表面电极。
11.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片或N型多晶硅片或P型多晶硅片中的一种。
12.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的碱溶液为NaOH或KOH或其组合；所述酸溶液为HNO3，HF,HCl或其组合。
13.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：利用所述湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层是将所述硅片放置于H2O2溶液中以形成SiO2保护层。
14.根据权利要求13所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述H2O2溶液的温度为50-100℃，H2O2与去离子水的体积比为10％～20％，硅片放置于所述H2O2溶液的时间为60～300秒。
15.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：利用所述湿法氧化方法在硅片表面形成氧化物保护层时，还辅助有超声波以增强钝化效果。
16.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：利用所述酸溶液去除所述硅片表面的氧化物保护层，包括以下步骤：
第一步，在真空环境中通入纯水蒸汽，使之在硅片表面形成一层水覆层；
第二步，停止通入纯水蒸汽后，向所述真空环境中通入HF气体，HF气体遇水覆层形成HF酸，HF酸与所述硅片表面的氧化物保护层发生反应，从而去除所述氧化物保护层。
17.根据权利要求16所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：去除所述硅片表面的氧化物保护层需要通入所述HF气体的时间为20-60秒，流量为200-2000sccm，需要通入所述纯水蒸汽的时间为10-40秒，气体压强为0.5-1mbar。
18.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述化学气相沉积方法为等离子体增强型化学气相沉积方法或者热丝化学气相沉积方法。
19.根据权利要求10所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述化学气相沉积方法中通入的反应气体为硅烷、氢气、含硼的气体、含磷的气体。
20.根据权利要求11所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述真空处理系统中利用化学气相沉积方法先在所述N型单晶硅片或者N型多晶硅片表面制备I型非晶硅薄膜，然后再在所述I型非晶硅薄膜上制备P型非晶硅薄膜。
21.根据权利要求11所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述真空处理系统中利用化学气相沉积方法先在所述P型单晶硅片或者P型多晶硅片表面制备I型非晶硅薄膜，然后再在所述I型非晶硅薄膜上制备N型非晶硅薄膜。
22.根据权利要求11所述的一种硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法既可以制备单面硅基异质结太阳能电池，也可以制备双面硅基异质结太阳能电池。
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