CN106601861A - 一种异质结太阳能电池的退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结太阳能电池的退火方法，包括步骤如下：在n型硅衬底一面沉积本征非晶硅层及n型非晶硅层，另一面沉积本征非晶硅层及p型非晶硅层，并在n型非晶硅层和p型非晶硅层上沉积透明导电氧化物薄膜；在透明导电氧化物层上沉积阻挡层及非银金属晶种层；在非银金属晶种层上形成非银金属栅线；其中，所述方法还包括退火步骤：将太阳能电池置于120度‑190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气体的气氛；将退火后的太阳能电池冷却。本发明以非银金属栅线替代印刷银线且与异质结电池技术的高温退火工艺相兼容，提升电池性能，工艺过程简单，增大了退火的工艺区间，退火条件符合非晶硅层的温度稳定性要求。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池的退火方法。
背景技术
异质结太阳能电池技术中透明导电氧化物薄膜层对异质结电池性能至关重要，需要具有良好的导电率以帮助收集载流子，以及作为减反层降低入射光在硅片表面的反射，以利于更多的光进入半导体吸光层。透明导电氧化物薄膜沉积成膜后，经过退火处理工艺能有效的改善透明导电氧化物的结晶度，提高电导率及透光率。不仅如此在异质结电池的本征及掺杂非晶硅层，透明导电氧化物薄膜的溅射沉积过程中会受到等离子轰击及辉光的破坏，也需要退火修复。
异质结太阳能电池一般采用丝网印刷金属成栅技术，印刷的银浆需要通过200度左右的温度烧结，退火是制备硅基异质结太阳能电池最后一道也是非常重要的一道工序，然而退火工艺的区间非常有限，对烧结工艺和银浆有着较高的要求，工艺难度大。其主要表现在：1、透明导电氧化物的退火条件受银浆烧结工艺限制，退火温度和气氛要根据银浆烧结后的电阻率及焊接性能优化，不能根据透明导电氧化物的薄膜质量进行退火优化；2、银浆烧结过程中挥发的有机物，容易附着在透明导电氧化物表面，导致透明导电氧化物的膜层质量变差，甚至可能渗入到透明导电氧化物以下破坏电池的p-n结和晶硅表面钝化层；3、异质结太阳能电池的非晶硅层在过高温度下会被破坏，影响太阳能电池的性能。
用非网印方法形成非银金属栅线替代印刷银线是解决上述问题的新技术之一，除可提高太阳能电池的电性能表现外，也可为烧结条件创造更大的工艺空间，但目前该技术与异质结电池技术的高温退火工艺不相兼容。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种质结太阳能电池的退火方法，用非银金属栅线技术替代印刷银浆，解决了异质结太阳能电池的退火工艺区间小，烧结工艺和银浆要求高，工艺难度大的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种异质结太阳能电池的退火方法包括步骤如下：在n型硅衬底一面沉积本征非晶硅层及n型非晶硅层，另一面沉积本征非晶硅层及p型非晶硅层，并在n型非晶硅层和p型非晶硅层上沉积透明导电氧化物薄膜；在透明导电氧化物层上沉积阻挡层及非银金属晶种层；在非银金属晶种层上形成非银金属栅线；其中，所述方法还包括退火步骤：将太阳能电池置于120度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气体的气氛；将退火后的太阳能电池冷却。
进一步的，所述退火步骤可为在沉积阻挡层及非银金属晶种层后进行，退火条件为：在170度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气体的气氛，退火时间在5-90min，退火气压为10-760torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量在小于0.5％的范围，并在氧化性气氛中1分钟内冷却至80度以下。
进一步的，所述退火步骤可为在非银金属晶种层上形成非银金属栅线之后进行，退火条件为：在170度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气氛，退火时间在5-90min，退火气压为10-760torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量在小于0.5％的范围，并在非氧化性气氛中冷却至80度以下。
进一步的，所述非银金属晶种层为铜、镍、铬、锡、钛、钨中的一种或多种混合物。
进一步的，所述非银金属晶种层通过磁控溅射、蒸镀或湿化学沉积在透明导电氧化物层上。
进一步的，所述透明导电氧化物层包括：ITO、AZO、IGZO及掺杂的氧化铟或氧化锌。
进一步的，所述在非银金属晶种层形成非银金属栅线采用电化学沉积，丝网印刷，或喷墨打印的方式。
进一步的，所述非氧化性气体中的氧含量小于0.5％，包括氮气、氩气、氢气中的一种或多种混合气。
进一步的，退火时间5-90min。
进一步的，退火气压为10-760torr。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：以非银金属栅线替代印刷银线且与异质结电池技术的高温退火工艺相兼容，改善透明导电氧化物膜层与金属栅线层的界面，降低接触电阻和表面功函数，从而提升电池性能，工艺过程简单，增大了退火的工艺区间，退火条件符合非晶硅层的温度稳定性要求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种异质结太阳能电池的退火方法实施例1的工艺流程图；
图2为本发明一种异质结太阳能电池的退火方法实施例2的工艺流程图；
图3为本发明为n型硅衬底沉积本征非晶硅层的结构示意图；
图4为本发明为本征非晶硅层沉积一面沉积p型非晶硅层，另一面沉积n型非晶硅层的结构示意图；
图5为本发明为在n型非晶硅层和p型非晶硅层上沉积透明导电氧化物薄膜的结构示意图；
图6为本发明透明导电氧化物薄膜上沉积非银金属晶种层的结构示意图；
图7为本发明非银金属晶种层上形成非银金属栅线的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1～图7所示，本发明一种异质结太阳能电池的退火方法，具体操作步骤如下：
步骤S101、在有绒面并清洁后的n型硅衬底1一面沉积本征非晶硅层2及n型非晶硅层3，另一面沉积本征非晶硅层2及p型非晶硅层4，并在n型非晶硅层3和p型非晶硅层4上沉积透明导电氧化物薄膜5。
步骤S102、透明导电氧化物层5上通过磁控溅射、蒸镀或湿化学沉积非银金属晶种层6及阻挡层；所述非银金属晶种层6为铜、镍、铬、锡、钛、钨中的一种或多种混合物，透明导电氧化物层5可以为ITO、AZO、IGZO及掺杂的氧化铟或氧化锌。
步骤S103、在非银金属晶种层6通过电化学沉积、丝网印刷、或喷墨打印的方式形成非银金属栅线7。
步骤S104、将形成非银金属栅7线后的电池，置于120度-190度的温度范围退火，退火气氛为不含氧化性气体的气氛，包括氮气、氩气、氢气中的一种或多种混合气，退火时间5-90min、退火气压为10-760torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量保证在小于0.5％的范围。
步骤S105、将退火后的电池在非氧化性气氛中冷却至80度以下或者在氧化性气氛中1分钟内冷却至80度以下。
上述步骤S103、也可在进行完步骤S105后进行，可以使用电化学沉积，丝网印刷，或喷墨打印的方式来实现。本发明退火条件符合非晶硅层的温度稳定性要求，能最大修复非晶硅层在透明导电氧化物层沉积过程中经历的破坏，且不会由于退火环境造成二次损伤；工艺过程简单，适于工业化生产，能够提升异质结太阳能产品的性能，降低单位生产成本。
本发明具体实施例如下所示：
实施例1
如图1所示：
步骤S101、在有绒面并清洁后的n型硅衬底一面沉积薄层本征非晶硅层及n型非晶硅层共10nm，在硅衬底另一面沉积薄本征非晶硅层及p型非晶硅层共10nm，之后此硅片两面的非晶硅薄层上沉积透明导电氧化物ITO薄膜100nm。
步骤S102、在步骤S101的透明导电氧化物ITO层上磁控溅射沉积阻挡层及晶种层100nm。
步骤S103、在步骤S102的磁控溅射沉积阻挡层及晶种层上通过图形化及电化学沉积工艺形成Cu栅线。
步骤S104、将步骤S103形成Cu栅线的太阳能电池，置于170度-190度的温度范围退火，退火气氛为氮气，退火时间在70分钟间，退火气压为300torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量保证在小于0.5％的范围。
步骤S105、退火结束后所退火太阳能电池在空气中1分钟内冷却至80度以下再取出。
实施例2
如图2所示：
步骤S101、在有绒面并清洁后的p型硅衬底一面沉积薄层本征非晶硅层及p型非晶硅层共10nm，在硅衬底另一面沉积薄本征非晶硅层及n型非晶硅层共10nm，然后在两面的非晶硅薄层上沉积透明导电氧化物ITO薄膜90nm。
步骤S102、在透明导电氧化物ITO层上磁控溅射沉积阻挡层及晶种层150nm。
步骤S104、将沉积了阻挡层及晶种层的电池半成品片置于170度-190度的温度范围退火，退火气氛为氮气，退火时间在50分钟间，退火气压为300torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量保证在小于0.5％的范围。
步骤S105、退火结束后将太阳能电池半成品片在氮气中冷却至80度以下再取出。
步骤S103、在太阳能电池半成品片上通过图形化及电化学沉积工艺形成Cu栅线。
本发明根据透明导电氧化物薄膜特性进行退火处理工艺优化，有效的改善透明导电氧化物的膜层质量包括获得低电阻及保持电阻的稳定性，提升电池性能；透明导电氧化物薄膜与金属晶种层或金属栅线同时做退火处理，改善透明导电氧化物膜层与金属栅线层的界面，降低接触电阻和表面功函数，从而提升电池性能；金属晶种层做退火处理后，有助于消除晶界缺陷，改善了金属晶种层与透明导电氧化物层及金属栅线与金属晶种层之间的内应力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，包括步骤如下：
在n型硅衬底一面沉积本征非晶硅层及n型非晶硅层，另一面沉积本征非晶硅层及p型非晶硅层，并在n型非晶硅层和p型非晶硅层上沉积透明导电氧化物薄膜；
在透明导电氧化物层上沉积阻挡层及非银金属晶种层；
在非银金属晶种层上形成非银金属栅线；
其中，所述方法还包括退火步骤：将太阳能电池置于120度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气体的气氛；将退火后的太阳能电池冷却。
2.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述退火步骤为可在沉积阻挡层及非银金属晶种层后进行，退火条件为：在170度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气体的气氛，退火时间在5-90min，退火气压为10-760torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量在小于0.5％的范围，并在氧化性气氛中1分钟内冷却至80度以下。
3.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述退火步骤为可在非银金属晶种层上形成非银金属栅线之后进行，退火条件为：在170度-190度的温度范围退火，退火气氛为非氧化性气氛，退火时间在5-90min，退火气压为10-760torr，整个退火过程氧气在退火气氛中的含量在小于0.5％的范围，并在非氧化性气氛中冷却至80度以下。
4.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述非银金属晶种层为铜、镍、铬、锡、钛、钨中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述非银金属晶种层通过磁控溅射、蒸镀或湿化学沉积在透明导电氧化物层上。
6.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述透明导电氧化物层包括：ITO、AZO、IGZO及掺杂的氧化铟或氧化锌。
7.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述在非银金属晶种层形成非银金属栅线采用电化学沉积、丝网印刷或喷墨打印的方式。
8.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述非氧化性气体中的氧含量小于0.5％。
9.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述非氧化性气体包括氮气、氩气、氢气中的一种或多种混合气。
10.根据权利要求1所述一种异质结太阳能电池的退火方法，其特征在于，所述退火时间5-90min、退火气压为10-760torr。
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