CN106024964B - 一种n型背结双面太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种n型背结双面太阳电池的制备方法，属于太阳电池领域。相比传统硅异质结太阳电池，本发明采用背结结构，即将pn结置于电池背面，并采用n型非晶硅氧代替n型非晶硅，大大提高了电池的短路电流。同时在掺氢的氧化铟与n型非晶硅氧之间，插入了极薄的一层重掺杂的n型非晶硅，进一步改善了接触特性。通过以上几点对传统硅异质结电池结构进行优化，电池转换效率得到了明显的提升，同时整个工艺过程与传统异质结电池相比并未发生变化，其制备时间段、工艺简单，无需特别工艺，在成本方面也有显著优势。

Description

一种n型背结双面太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池领域，是一种a-Si/c-Si异质结太阳电池的制备方法。
背景技术
近年来，能源紧缺问题和全球变暖的环境问题日益严重，人类对清洁的可再生能源需求空前急切。光伏太阳能是一种重要的可再生能源，具有能源广泛，地域限制少，安全可靠等诸多优势。
自1954年第一块硅太阳电池应用至今，太阳电池经过了第一代单晶硅太阳电池，第二代薄膜电池的发展，但是当前高的发电成本仍然严重限制太阳电池的进一步广泛应用，因此降低太阳电池成本成为当前研究的重点。从目前光伏太阳电池的发展来看，其技术发展趋势是成本降低，效率提高。
带有本征薄层的a-Si/c-Si异质结太阳电池目前最高转换效率高达25.6％，保持晶硅太阳电池的世界纪录。A-Si/c-Si异质结太阳电池的技术难度很高，对于n型衬底，TCO/p-a-Si/n-c-Si实际上是一种n/p/n的结构，这种结构要求p层非晶硅必须具备较高的掺杂浓度和较厚的厚度才能保证良好的接触和高质量的pn结。但是这种p层会造成严重的寄生吸收，从而导致电池的电流密度较低。本发明优化了电池结构，将p层置于电池背面，n层置于电池正面，并进一步优化了正面n层材料，进一步降低了寄生吸收，大大提高了硅异质结太阳电池短路电流。这种方法制备时间段、工艺简单，在成本方面也有显著优势。
发明内容
本发明旨在解决a-Si/c-Si异质结太阳电池中的寄生吸收问题。本发明的实施例提出一种n型背结双面太阳电池的制备方法。
所述方法包括以下步骤：
(1)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，以SiH4、H2为反应气体，在n型晶硅衬底的一面沉积制备5-10nm本征非晶硅薄膜，然后以SiH4、H2、PH3以及CO2为反应气体，在本征非晶硅薄膜上沉积3-8nm的n型非晶硅氧薄膜，进一步的以SiH4、H2、以及PH3为反应气体，在n型非晶硅氧薄膜上沉积1-3nm的n型非晶硅薄膜(正面，n面)；
(2)采用PECVD方法，以SiH4、H2为反应气体，在晶硅衬底另一面沉积制备5-10nm本征非晶硅薄膜，继而以SiH4、H2以及B2H6为反应气体，在本征非晶硅薄膜上继续沉积8-15nmp型非晶硅薄膜(背面，p面)；
(3)在步骤(1)和(2)晶硅衬底的n型非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜上分别采用磁控溅射制备氢掺杂的氧化铟(IOH)薄膜；然后采用丝网印刷，在n、p两面丝网印刷电池并固化，完成电池制备。
优选：以SiH4、H2、PH3以及CO2为反应气体，沉积3-8nm的n型非晶硅氧薄膜，其CO2与SiH4的气体流量比控制在0.5-1之间。
以SiH4、H2、以及PH3为反应气体，沉积1-3nm的n型非晶硅薄膜，其PH3与SiH4的气体流量比为0.03-0.05。
以SiH4、H2以及B2H6为反应气体，沉积8-20nm p型非晶硅薄膜，其B2H6与SiH4的气体流量比应大于0.015。
丝网印刷制备的电池栅线，其中n面栅线间距为2-2.5mm，p面栅线间距为0.6-1.5mm。
本发明的一种n型背结双面太阳电池的制备方法，本发明采用背结结构，即将pn结置于电池背面，并采用n型非晶硅氧代替n型非晶硅，大大提高了电池的短路电流。同时在掺氢的氧化铟与n型非晶硅氧之间，插入了极薄的一层重掺杂的n型非晶硅，进一步改善了接触特性。通过以上几点对传统硅异质结电池结构进行优化，电池转换效率得到了明显的提升，同时整个工艺过程与传统异质结电池相比并未发生变化。能够显著提高a-Si/c-Si异质结太阳电池的短路电流，电池效率得到明显提高，见下表1；并且制备方法简单、高效，无需退火工艺，大大降低了能耗。另外本发明提出的工艺与现有a-Si/c-Si异质结太阳电池的制备工艺完全兼容，利于产业化发展。
表1
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的电池的制备流程图；
图2至图5为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
本发明通常涉及一种用于a-Si/c-Si异质结太阳电池的高效非晶硅钝化膜的制备方法。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并不构成本发明的限制。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
实施例1
参考图1，图1为本发明实施例的电池的制备流程图。
(1)在步骤101中，以纯SiH4以及H2为反应气体，洁净的单晶硅衬底201上沉积本征非晶硅202，然后在非晶硅202上依次沉积n型非晶硅氧203和n型非晶硅204，如图2所示。VHF-PECVD制备本征非晶硅的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为15sccm，H2流量为20sccm，压强为0.4mbar，沉积功率50mW/cm2，制备的本征非晶硅缓冲层202的厚度5-10nm。VHF-PECVD制备n型非晶硅氧的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为15sccm，CO2的流量为10sccm，氢稀释的PH3(PH3浓度为20％)的流量为15sccm，压强为0.3mbar，沉积功率50mW/cm2，制备的n型非晶硅氧203的厚度3-8nm。VHF-PECVD制备n型非晶硅的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，气体SiH4流量为10sccm，氢稀释的PH3(PH3浓度为20％)15sccm，压强为0.3mbar，沉积功率60mW/cm2，制备的n型非晶硅204的厚度1-3nm。
(2)接着在步骤102中，n型晶硅衬底另一面沉积本征非晶硅202，继而生长p型非晶硅205，如图3所示。制备本征非晶硅的条件如上，VHF-PECVD制备p型非晶硅的条件为：背底真空高于10-3Pa，衬底温度200℃，硅烷稀释的B2H6(B2H6浓度为3％)的流量为15sccm，，压强为0.4mbar，沉积功率80mW/cm2，制备的p型非晶硅205的厚度8-15nm。
(3)接着在步骤103中，采用磁控溅射分别在两面沉积掺杂氢的氧化铟206，如图4所示。具体工艺条件为：温度200℃，压强0.4Pa，氩气(掺杂1％氢气)流量30sccm，氧气流量1sccm，直流电源功率密度为300mW/cm2，靶材为纯In2O3。
(4)接着在步骤104中，采用丝网印刷，在n、p两面丝网印刷银栅线207并固化，完成电池制备，如图5所示。
需要指出的是，上述关于步骤101到步骤104的具体实施例方式仅为简单清楚描述本发明原理的示意性举例，并非对本发明作任何形式上的限制，尤其是一些可通过现有工艺实现的步骤。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。本领域普通技术人员显然可知，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种n型背结双面太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，以SiH4、H2为反应气体，在n型晶硅衬底的一面沉积制备5-10nm本征非晶硅薄膜，然后以SiH4、H2、PH3以及CO2为反应气体，在本征非晶硅薄膜上沉积3-8nm的n型非晶硅氧薄膜，进一步的以SiH4、H2、以及PH3为反应气体，在n型非晶硅氧薄膜上沉积1-3nm的n型非晶硅薄膜，即正面，n面；
(2)采用PECVD方法，以SiH4、H2为反应气体，在晶硅衬底另一面沉积制备5-10nm本征非晶硅薄膜，继而以SiH4、H2以及B2H6为反应气体，在本征非晶硅薄膜上继续沉积8-15nm p型非晶硅薄膜，即背面，p面；
(3)在步骤(1)和(2)晶硅衬底的n型非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜上分别采用磁控溅射制备氢掺杂的氧化铟(IOH)薄膜；然后采用丝网印刷，在n、p两面丝网印刷电池并固化，完成电池制备。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，以SiH4、H2、PH3以及CO2为反应气体，沉积3-8nm的n型非晶硅氧薄膜，其CO2与SiH4的气体流量比控制在0.5-1之间。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，以SiH4、H2、以及PH3为反应气体，沉积1-3nm的n型非晶硅薄膜，其PH3与SiH4的气体流量比为0.03-0.05。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，以SiH4、H2以及B2H6为反应气体，沉积8-20nmp型非晶硅薄膜，其B2H6与SiH4的气体流量比应大于0.015。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的丝网印刷制备的栅线，其中n面细栅线间距为2-2.5mm，p面细栅线间距为0.6-1.5mm。
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