CN104112795A - 一种硅异质结太阳能电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅异质结太阳能电池的制作方法，采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；采用第二温度对沉积有第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，第二温度大于第一温度。由于采用较低的第一温度沉积第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层并采用较高的第二温度对异质结进行退火处理相结合的方式，通过测试数据可知，可以使硅异质结太阳能电池中的a-Si:H/c-Si界面获得较好的钝化效果，有利于获得较长的少子寿命，进而提升硅异质结太阳能电池的开路电压，增强硅异质结太阳能电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池的制作方法。
背景技术
随着能源危机和环境污染问题的日益加重，人们对新能源的研究和应用开发更加关注。其中，太阳能光伏发电技术以其洁净、安全、可再生成为新能源领域的研究热点。其中，硅异质结太阳能电池凭借其较低的制备工艺温度、较高的光电转换效率、优异的高温/弱光发电以及较低的衰减等优势，成为目前太阳能行业的重要发展方向。
硅异质结太阳能电池一般包括单晶硅片衬底，分别位于单晶硅片衬底两侧的非晶硅本征层，以及位于非晶硅本征层外侧的前电极和背电极；其中，非晶硅本征层/单晶硅片/非晶硅本征层(i/c-Si/i)结构是核心结构。当太阳光照射到PN结时，内建电场使得光照产生的光生空穴电子对分离，从而形成非平衡载流子，产生电流。在硅异质结太阳能电池的制备过程中，对非晶硅和单晶硅(a-Si:H/c-Si)界面的钝化成为硅异质结太阳能电池的核心技术之一。钝化处理可以对硅片表面的悬挂键等表面缺陷进行处理，降低表面活性，从而降低少数载流子表面复合的速率，以获得较长的少子寿命，增强硅异质结太阳能电池的性能。
目前，提升a-Si:H/c-Si界面的钝化效果的工艺有通过提高硅烷的解离度、降低本征层沉积温度或在非晶硅向微晶硅转化区沉积高质量的非晶硅本征层等方式。但是，目前提升a-Si:H/c-Si界面钝化的工艺窗口比较窄，存在工艺较复杂或难以稳定控制的问题。
因此，如何采用一种易于实现且易于控制的方式来提高a-Si:H/c-Si界面的钝化效果，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种硅异质结太阳能电池的制作方法，用以采用易于实现且易于控制的方式提高a-Si:H/c-Si界面的钝化效果。
因此，本发明实施例提供了一种硅异质结太阳能电池的制作方法，包括：
采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；
采用所述第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；
采用第二温度对沉积有所述第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，所述第二温度大于所述第一温度。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，在采用第二温度对沉积有所述第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理时，所述退火处理的加热时长与采用的所述第二温度成反比。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，所述退火处理的加热时长为10min至60min。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，所述第一温度为135℃至175℃，所述第二温度为185℃至240℃。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，所述第一温度为135℃、150℃或175℃，所述第二温度为185℃、200℃或240℃。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，所述第一温度为150℃，所述第二温度为240℃。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，在所述采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之后，在进行所述采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之前，还包括：在所述第一非晶硅本征层上沉积N型掺杂非晶硅层；
在所述采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之后，在进行所述退火处理之前，还包括：在所述第二非晶硅本征层上沉积P型掺杂非晶硅层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，在所述采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之前，还包括：
对所述单晶硅片进行制绒处理，并在所述制绒处理之后进行清洗处理。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，对所述单晶硅片进行制绒处理，包括：
将所述单晶硅片放入预先制备的制绒溶液中；
在设定的制绒时间内，对所述单晶硅片和/或所述制绒溶液进行间歇性晃动；
将所述单晶硅片从所述制绒溶液中取出。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，在对所述单晶硅片进行清洗处理，包括：
对所述单晶硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的所述单晶硅片进行刻蚀处理。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的一种硅异质结太阳能电池的制作方法，采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；采用第二温度对沉积有第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，第二温度大于第一温度。由于在制作硅异质结太阳能电池的过程中对于温度的控制较容易实现，因此，采用较低的第一温度沉积第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层并采用较高的第二温度对异质结进行退火处理相结合的方式，通过测试数据可知，可以使硅异质结太阳能电池中的a-Si:H/c-Si界面获得较好的钝化效果，有利于获得较长的少子寿命，进而提升硅异质结太阳能电池的开路电压，增强硅异质结太阳能电池的性能。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的硅异质结太阳能电池的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例中提供的实例一中硅异质结的制作方法的流程图；
图3为本发明实施例中提供的实例二中硅异质结太阳能电池的制作方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池的制作方法的具体实施方式进行详细地说明。
本发明实施例提供了一种硅异质结太阳能电池的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101、采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；
S102、采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；
S103、采用第二温度对沉积有第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，该第二温度大于第一温度。
在本发明实施例提供的上述硅异质结太阳能电池的制作方法中，由于在制作硅异质结太阳能电池的过程中对于温度的控制较容易实现，因此，采用较低的第一温度沉积第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层并采用较高的第二温度对异质结进行退火处理相结合的方式，通过测试数据可知，可以使硅异质结太阳能电池中的a-Si:H/c-Si界面获得较好的钝化效果，有利于获得较长的少子寿命，进而提升硅异质结太阳能电池的开路电压，增强硅异质结太阳能电池的性能。
在具体实施时，本发明实施例提供硅异质结太阳能电池的制作方法中的第一温度一般控制在为135℃至175℃之间，第二温度一般控制在为185℃至240℃之间，通过测试可知，在上述温度范围内实施本发明提供的上述方法可以获得较好的钝化效果，有利于获得较长的少子寿命，进而提升硅异质结太阳能电池的开路电压，增强硅异质结太阳能电池的性能。
进一步地，本发明实施例提供的上述制作方法在具体实施时，第一温度可以选取135℃、150℃或175℃，第二温度可以选取185℃、200℃或240℃。
进一步地，通过实验测试对比可知，本发明实施例提供的上述制作方法在具体实施时，在第一温度选取150℃，且第二温度选取240℃时，可以获得最佳的钝化效果，从而获得最长的少子寿命，进而得到最高的硅异质结太阳能电池的开路电压。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述方法中，在执行步骤S103采用第二温度对沉积有第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理时，可以根据退火处理中采用的第二温度来决定退火处理的时长，一般地，退火处理的加热时长与采用的第二温度成反比，即第二温度越高，退火处理的加热时长可以越短。
一般地，在具体实施时，本发明实施例提供的上述制作方法中，在进行退火处理时的加热时长一般控制在为10min至60min之间为佳，例如：当第二温度选取220℃-240℃时，退火处理时的加热时长控制在10min左右即可得到较好地效果。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述制作方法中，为了使单晶硅片最大限度地减少光反射，提高短路电流(Isc)，增加PN结面积，最终提高光电转换效率，在执行步骤S101采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之前，还可以包括对单晶硅片进行制绒处理和清洗处理的步骤。
制绒处理的具体实现方式有多种，以其中一种为例具体说明对单晶硅片进行制绒处理的步骤。
在具体实施时，先将单晶硅片放入预先制备的制绒溶液中；然后在设定的制绒时间内，对单晶硅片和/或制绒溶液进行间歇性晃动；最后，将单晶硅片从制绒溶液中取出。
其中，制绒溶液可以是由氢氧化钠、硅酸钠、异丙醇和水混合后形成的制绒溶液，也可以是由氢氧化钠、水和制绒添加剂混合后形成的制绒溶液。并且，间歇性晃动的次数和间隔时间是根据制绒时间预先确定的，一般制绒时间越长，间歇性晃动的次数越多，具体地，制绒时间一般为25min至40min，间隔时间为3min至10min，间歇性晃动的次数一般为4次至8次。这样可以在采用现有制绒溶液的基础上，就能获得绒面形貌稳定、外观整洁均匀和陷光性能良好的单晶硅片。
在对单晶硅片进行制绒处理之后，为了清除单晶硅片表面的污染，一般在制绒处理之后还需进行清洗处理。
清洗处理的具体实现方式有多种，以其中一种为例具体说明对单晶硅片进行清洗处理的步骤。
在具体实施时，先对单晶硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，然后进行刻蚀处理；其中，可以采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的单晶硅片进行刻蚀处理。
其中，氧化处理和刻蚀处理交替执行，重复1-3次，并且刻蚀处理时间为30s至5min。这样利用了硅片与双氧水、氢氟酸和水的混合溶液的界面化学变化，促进了对硅片表面进行微刻蚀，从而进一步降低了硅片表面的金属污染。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述方法中，为了形成最终的太阳能电池，一般执行步骤S101采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之后，且执行步骤S102采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之前，还可以包括：在第一非晶硅本征层上沉积N型掺杂非晶硅层的步骤；一般执行步骤S102采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之后，且在执行步骤S103退火处理之前，还包括：在第二非晶硅本征层上沉积P型掺杂非晶硅层。
通过执行上述步骤后，形成了N型掺杂非晶硅层/非晶硅本征层/单晶硅片/非晶硅本征层/P型掺杂非晶硅层(ni/c-Si/ip)结构，之后可以制作前电极和背电极完成太阳能电池的制作。
下面通过两个具体的实例对本发明实施例提供的上述的硅异质结太阳能电池的制作方法进行详细的说明。
实例一：制作i/c-Si/i结构后测试少子寿命以及开路电压，如图2所示，具体包括以下步骤：
S201、对单晶硅片进行制绒处理；在具体实施时，可以选用厚度为195μm，电阻率为1-5Ω·cm的N型单晶硅片，浸泡在由1.2wt％NaOH、0.8wt％Na2SiO3和8vol％IPA组成的混合溶液中，在80℃的条件下经过40min处理后，采用去离子水(DI water)冲洗5min至10min。
S202、对经过制绒处理后的单晶硅片进行清洗处理；在具体实施时，清洗处理可以包括三个步骤：(1)SC1清洗，将单晶硅片放入NH3·H2O∶H2O2∶H2O配比为1∶1∶5的混合液中，在75℃的条件下浸泡15min，之后DI water冲洗5min至10min；(2)SC2清洗，将单晶硅片放入HCl∶H2O2∶H2O配比为1∶1∶5的混合液中，在75℃的条件下浸泡15min，之后DI water冲洗5min至10min；(3)HF清洗，用2wt％的HF溶液清洗单晶硅片2min，之后DI water冲洗2min至5min。之后，对经过前述第三次清洗后的单晶硅片进行甩干处理。
S203、采用第一温度，在单晶硅片的一面沉积40nm的第一非晶硅本征层；
S204、采用第一温度，在单晶硅片的另一面沉积40nm的第二非晶硅本征层，以形成i/c-Si/i结构；
S205、采用第二温度在退火炉中，在大气气氛下对i/c-Si/i结构退火30min；
S206、对经过退火处理后的i/c-Si/i结构进行少子寿命的测试，以及开路电压的测试。
下表1中列出了四组测试样品的参数。
表1
| 样品 | 第一温度/℃ | 第二温度/℃ | 少子寿命/μs | 开路电压/mV |
| 样品一 | 135 | 200 | 1000-1500 | 710-730 |
| 样品二 | 150 | 185 | 1000-1500 | 710-730 |
| 样品三 | 150 | 240 | 2000 | 740 |
| 样品四 | 175 | 200 | 1000-1800 | 710-730 |
从表1可以看出，四个样品的少子寿命均达到1000μs以上，最高可以达到2000μs，并且开路电压均达到710mV以上，最高可以达到740mV。从表1中可以直观地看出，样品三的效果最佳，即采用150℃在单晶硅片的双面沉积非晶硅本征层，并采用240℃对其进行退火处理后，i/c-Si/i结构的少子寿命以及开路电压最高。
实例二：制作ni/c-Si/ip结构异质结电池后测试开路电压，如图3所示，具体包括以下步骤：
S301、对单晶硅片进行制绒处理；在具体实施时，可以选用厚度为195μm，电阻率为1-5Ω·cm的N型单晶硅片，浸泡在由1.2wt％NaOH、0.8wt％Na2SiO3和8vol％IPA组成的混合溶液中，在80℃的条件下经过40min处理后，采用去离子水(DI water)冲洗5min至10min。
S302、对经过制绒处理后的单晶硅片进行清洗处理；在具体实施时，清洗处理可以包括三个步骤：(1)SC1清洗，将单晶硅片放入NH3·H2O∶H2O2∶H2O配比为1∶1∶5的混合液中，在75℃的条件下浸泡15min，之后DI water冲洗5min至10min；(2)SC2清洗，将单晶硅片放入HCl∶H2O2∶H2O配比为1∶1∶5的混合液中，在75℃的条件下浸泡15min，之后DI water冲洗5min至10min；(3)HF清洗，用2wt％的HF溶液清洗单晶硅片2min，之后DI water冲洗2min至5min。之后，对经过前述第三次清洗后的单晶硅片进行甩干处理。
S303、采用第一温度，在单晶硅片的一面沉积10nm的第一非晶硅本征层之后沉积20nm的N型掺杂非晶硅层；
S304、采用第一温度，在单晶硅片的另一面沉积10nm的第二非晶硅本征层之后沉积20nm的P型掺杂非晶硅层，以形成ni/c-Si/ip结构；
S305、在ni/c-Si/ip结构制作前电极和背电极；具体地，可以采用PVD设备在ni/c-Si/ip结构上沉积TCO导电膜层，之后采用丝网印刷制作金属电极；
S306、采用第二温度在退火炉中，在大气气氛下对ni/c-Si/ip结构退火30min；
S307、对经过退火处理后的ni/c-Si/ip结构进行开路电压的测试。
下表2中列出了四组测试样品的参数。
表2
| 样品 | 第一温度/℃ | 第二温度/℃ | 开路电压/mV |
| 样品五 | 135 | 200 | 720 |
| 样品六 | 150 | 185 | 726 |
| 样品七 | 150 | 200 | 720 |
从表2可以看出，三个样品的开路电压均达到720mV以上，最高可以达到726mV。
本发明实施例提供的一种硅异质结太阳能电池的制作方法，采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；采用第二温度对沉积有第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，第二温度大于第一温度。由于在制作硅异质结太阳能电池的过程中对于温度的控制较容易实现，因此，采用较低的第一温度沉积第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层并采用较高的第二温度对异质结进行退火处理相结合的方式，通过测试数据可知，可以使硅异质结太阳能电池中的a-Si:H/c-Si界面获得较好的钝化效果，有利于获得较长的少子寿命，进而提升硅异质结太阳能电池的开路电压，增强硅异质结太阳能电池的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种硅异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层；
采用所述第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层；
采用第二温度对沉积有所述第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理；其中，所述第二温度大于所述第一温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用第二温度对沉积有所述第一非晶硅本征层和第二非晶硅本征层的单晶硅片进行退火处理时，所述退火处理的加热时长与采用的所述第二温度成反比。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述退火处理的加热时长为10min至60min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为135℃至175℃，所述第二温度为185℃至240℃。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一温度为135℃、150℃或175℃，所述第二温度为185℃、200℃或240℃。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一温度为150℃，所述第二温度为240℃。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在所述采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之后，在进行所述采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之前，还包括：在所述第一非晶硅本征层上沉积N型掺杂非晶硅层；
在所述采用第一温度在单晶硅片的另一面沉积第二非晶硅本征层之后，在进行所述退火处理之前，还包括：在所述第二非晶硅本征层上沉积P型掺杂非晶硅层。
8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在所述采用第一温度在单晶硅片的一面沉积第一非晶硅本征层之前，还包括：
对所述单晶硅片进行制绒处理，并在所述制绒处理之后进行清洗处理。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述单晶硅片进行制绒处理，包括：
将所述单晶硅片放入预先制备的制绒溶液中；
在设定的制绒时间内，对所述单晶硅片和/或所述制绒溶液进行间歇性晃动；
将所述单晶硅片从所述制绒溶液中取出。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在对所述单晶硅片进行清洗处理，包括：
对所述单晶硅片进行预清洗使得硅片表面产生氧化后，进行刻蚀处理；其中，
采用双氧水、氢氟酸和水混合后的刻蚀溶液对经过预清洗后的所述单晶硅片进行刻蚀处理。
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