CN110400858A - 一种hjt电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射技术于压强为0.8Pa～2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层；采用磁控溅射技术于压强为0.1Pa～0.8Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，完成对HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备。本发明HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法具有成本低廉、沉积速率高等优点，不仅能够制备得到高质量透明导电氧化物薄膜，同时能够减少衬底损伤，对于提高异质结电池的转换效率和应用范围具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法。
背景技术
异质结电池，又称HJT电池(Hetero-junction with IntrinsicThin-layer)，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，特点在于制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好。透明导电氧化物(TCO)薄膜由于兼具透明性和导电性两大特性，发展尤为迅速，在太阳能电池的发展过程中，其由于具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性，已广泛应用于异质结电池中。
目前，TCO薄膜的制备采用的是磁控溅射法，且现有的生产过程中广泛采用磁控溅射法在低压强状态下(0.1-0.8Pa)制备TCO薄膜(如ITO薄膜)，然而，溅射过程中产生的高能负离子(如氧负离子O-、O2-)具有很高的能量会轰击衬底表面薄膜，造成衬底表面薄膜的损伤，使得衬底表面薄膜的局部特性变差，这不仅会影响TCO薄膜的质量，也会进一步影响到太阳能电池的性能，造成电池性能的下降，如出现被轰击过的衬底薄膜的界面缺陷增加，轰击造成的PN结损坏使局部区域漏电等问题。此外，只采用磁控溅射法在高压强状态下制备TCO薄膜时，虽然对衬底薄膜造成的损伤很小，但势必会降低TCO薄膜的沉积速率和性能，增加TCO薄膜的制备成本。因此，如何克服现有技术中存在的技术问题，提供一种成本低廉、沉积速率高的高质量透明导电氧化物薄膜的制备方法，对于提高异质结电池的转换效率具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、沉积速率高的HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，该制备方法不仅能够高质量透明导电氧化物薄膜，同时能够减少衬底损伤，对于提高异质结电池的转换效率具有十分重要的意义。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用磁控溅射技术于压强为0.8Pa～2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层；
S2、采用磁控溅射技术于压强为0.1Pa～0.8Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，完成对HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度为5nm～20nm。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述第一透明导电氧化物薄膜层为氧化铟锡、氧化铟掺钨、氧化铟掺钼、氧化锌中的其中一种。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度为50nm～100nm。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述第二透明导电氧化物薄膜层为氧化铟锡、氧化铟掺钨、氧化铟掺钼、氧化锌中的其中一种。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述沉积过程中通过控制氧气和氩气的流量调控反应体系的压强；所述氧气和氩气的流量比为0.5～4∶100；所述氧气的流量为2sccm～25sccm；所述氩气的流量为400sccm～600sccm。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述沉积过程中通过控制氧气和氩气的流量调控反应体系的压强；所述氧气和氩气的流量比为0.5～4∶100；所述氧气的流量为2sccm～16sccm；所述氩气的流量为300sccm～400sccm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，先采用磁控溅射技术于压强为0.8Pa～2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层，然后采用磁控溅射技术于压强为0.1Pa～0.8Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，完成对HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备。本发明中，先在高压强状态(压强为0.8Pa～2Pa)下沉积第一透明导电氧化物薄膜层，由于高压强能够增加高能粒子的碰撞，从而能够降低高能粒子的能量，减少溅射粒子对衬底薄膜(N型掺杂非晶硅层和P型掺杂非晶硅层)造成的轰击损失，进而避免电池性能下降，且在高压强状态下制得的第一透明导电氧化物薄膜层能够作为保护层，减少后续工艺对衬底薄膜的损伤，起到保护作用；进一步的，在低压强状态(压强为0.1Pa～0.8Pa)下沉积第二透明导电氧化物薄膜层，由于在高压强状态下制得的第一透明导电氧化物薄膜层能够保护衬底薄膜，因而能够避免低压强状态下的高能量溅射粒子对衬底薄膜的轰击损伤，进而可以有效利用低压强状态下的高能量溅射粒子在衬底薄膜上制备高质量的透明导电氧化物薄膜，该透明导电氧化物薄膜的结晶度、迁移率和透光性均得到了显著的改善，从而有利于提高电池的转换效率。若采用先低压后高压的制备顺序，则无法减少制备过程中高能粒子的溅射损伤，难以减少衬底损伤。本发明HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法具有成本低廉、沉积速率高等优点，不仅能够制备得到高质量透明导电氧化物薄膜，同时能够减少衬底损伤，对于提高异质结电池的转换效率和应用范围具有十分重要的意义。
(2)本发明制备方法中，第一透明导电氧化物薄膜层的厚度为5nm～20nm，有利于减少高能粒子对衬底薄膜造成的轰击损伤；第二透明导电氧化物薄膜层的厚度为50nm～100nm，有利于获得更好的光电性能，从而达到更有利于减少衬底损伤以及提高光电性能。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1中制得的HJT电池的结构示意图。
图例说明：
1、N型硅片；2、本征非晶硅层；3、P型掺杂非晶硅层；4、N型掺杂非晶硅层；5、第一透明导电氧化物薄膜层；6、第二透明导电氧化物薄膜层；7、金属栅线电极。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，具体为在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一ITO薄膜层和第二ITO薄膜层，其制备工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1、采用磁控溅射法于压强为1.2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层，具体为在N型掺杂非晶硅层和P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一ITO薄膜层，该第一ITO薄膜层的厚度为10nm，且沉积条件为：沉积温度为170℃，靶材为ITO(氧化铟锡，TCO中的一种)靶材，通入工艺气体为氩气和氧气，氧气和氩气的流量比为1.5∶100，氧气的流量为8sccm，氩气的流量为600sccm，功率为4kW。该步骤中，在此压强范围(1.2Pa)下制备ITO薄膜时，增加了高能粒子的碰撞，减少了高能粒子的能量，使到达衬底表面薄膜的溅射粒子能量较低，对衬底表面薄膜的损伤较小。因此，制备出的ITO薄膜沉积均匀，同时ITO薄膜与衬底之间形成了良好的界面，降低了界面的缺陷密度，改善了开路电压和填充效果，从而使ITO薄膜与衬底之间形成了良好的电性接触，为进一步制备高质量的ITO薄膜以及提高太阳能电池的转换效率提供了良好的基础。
S2、采用磁控溅射技术于压强为0.2Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层(ITO薄膜)上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，具体为在步骤S1制得的ITO薄膜上沉积第二ITO薄膜层，该第二ITO薄膜层的厚度为70nm，且沉积条件为：沉积温度为170℃，靶材为ITO靶材，通入工艺气体为氩气和氧气，氧气和氩气的流量比为1.5∶100，氧气的流量为6sccm，氩气的流量为400sccm，该步骤S2中氩气和氧气气量整体小于步骤S1，功率为6kW，完成对HJT电池双层ITO薄膜的制备。该步骤中，由于高压强状态下制备的第一ITO薄膜层对衬底薄膜起到了很好的保护作用，因此，避免了在采用较低压强下制备的第二ITO薄膜层时，溅射粒子对衬底薄膜造成轰击损伤的问题。同时，在第一ITO薄膜层的基础上制备的第二ITO薄膜层的质量更好，ITO薄膜的结晶度、迁移率和透光性都有了很大改善，有利于太阳能电池转换效率的提高。
本发明HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，先采用磁控溅射技术于压强为0.8Pa～2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层，然后采用磁控溅射技术于压强为0.1Pa～0.8Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，完成对HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备。本发明中，先在高压强状态(压强为0.8Pa～2Pa)下沉积第一透明导电氧化物薄膜层，由于高压强能够增加高能粒子的碰撞，从而能够降低高能粒子的能量，减少溅射粒子对衬底薄膜(N型掺杂非晶硅层和P型掺杂非晶硅层)造成的轰击损失，进而避免电池性能下降，且在高压强状态下制得的第一透明导电氧化物薄膜层能够作为保护层，减少后续工艺对衬底薄膜的损伤，起到保护作用；进一步的，在低压强状态(压强为0.1Pa～0.8Pa)下沉积第二透明导电氧化物薄膜层，由于在高压强状态下制得的第一透明导电氧化物薄膜层能够保护衬底薄膜，因而能够避免低压强状态下的高能量溅射粒子对衬底薄膜的轰击损伤，进而可以有效利用低压强状态下的高能量溅射粒子在衬底薄膜上制备高质量的透明导电氧化物薄膜，该透明导电氧化物薄膜的结晶度、迁移率和透光性均得到了显著的改善，从而有利于提高电池的转换效率。若采用先低压后高压的制备顺序，则无法减少制备过程中高能粒子的溅射损伤，难以减少衬底损伤。本发明HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法具有成本低廉、沉积速率高等优点，不仅能够制备得到高质量透明导电氧化物薄膜，同时能够减少衬底损伤，对于提高异质结电池的转换效率和应用范围具有十分重要的意义。
本实施例中，步骤S1中背光面设有N型掺杂非晶硅层和受光面设有P型掺杂非晶硅层的N型硅片，由本领域常规工艺制备得到。
本实施例中，步骤S2中沉积有双层ITO薄膜的N型硅片通过丝网印刷和烧制，制成异质结电池(HJT电池)并对该电池的电学性能进行测试。该制得的异质结电池的结构示意图如图2所示。由图2可知，该异质结电池包括N型硅片1，N型硅片1的受光面和背光面上分别设有本征非晶硅层2，N型硅片1受光面的本征非晶硅层2上设有P型掺杂非晶硅层3，N型硅片1背光面的本征非晶硅层2上设有N型掺杂非晶硅层4，N型硅片1受光面的P型掺杂非晶硅层3和背光面的N型掺杂非晶硅层4上依次设有第一透明导电氧化物薄膜层5(具体为第一ITO薄膜层)和第二透明导电氧化物薄膜层6(具体为第二ITO薄膜层)，即在N型硅片的受光面和背光面上分别设有双层透明导电氧化物薄膜(双层ITO薄膜)，在N型硅片受光面和背光面的双层透明导电氧化物薄膜上分别设有金属栅线电极7(银栅线电极)。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用磁控溅射技术于压强为0.8Pa～2Pa下在N型硅片背光面的N型掺杂非晶硅层和受光面的P型掺杂非晶硅层上分别沉积第一透明导电氧化物薄膜层；
S2、采用磁控溅射技术于压强为0.1Pa～0.8Pa下在N型硅片背光面和受光面的第一透明导电氧化物薄膜层上分别沉积第二透明导电氧化物薄膜层，完成对HJT电池双层透明导电氧化物薄膜的制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度为5nm～20nm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一透明导电氧化物薄膜层为氧化铟锡、氧化铟掺钨、氧化铟掺钼、氧化锌中的其中一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度为50nm～100nm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第二透明导电氧化物薄膜层为氧化铟锡、氧化铟掺钨、氧化铟掺钼、氧化锌中的其中一种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述沉积过程中通过控制氧气和氩气的流量调控反应体系的压强；所述氧气和氩气的流量比为0.5～4∶100；所述氧气的流量为2sccm～25sccm；所述氩气的流量为400sccm～600sccm。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述沉积过程中通过控制氧气和氩气的流量调控反应体系的压强；所述氧气和氩气的流量比为0.5～4∶100；所述氧气的流量为2sccm～16sccm；所述氩气的流量为300sccm～400sccm。
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