CN113921661B - 用于制造异质结太阳能电池的方法及异质结太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于制造异质结太阳能电池的方法以及异质结太阳能电池。所述方法首先通过制绒清洗工艺对N型单晶硅片进行制绒清洗；然后通过本征PECVD工艺在N型单晶硅片的正反面上分别形成第一、第二本征非晶硅层；接着通过第一、第二、第三N型PECVD工艺分别在第一本征非晶硅层上依次形成第一、第二以及第三N型非晶微晶混合层；接着通过P型PECVD工艺在第二本征非晶硅层上形成P型非晶硅层；然后在第三N型非晶微晶混合层以及P型非晶硅层上分别形成第一以及第二透明导电膜；最后通过丝网印刷工艺在第一以及所述第二透明导电膜上分别形成第一电极以及第二电极。本发明能解决生产节拍过慢、产能较低、低温下非晶硅薄膜品质差的问题，提高电池效率。

Description

用于制造异质结太阳能电池的方法及异质结太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能制造领域，特别涉及用于制造异质结太阳能电池的方法及异质结太阳能电池。
背景技术
薄膜/晶硅异质结太阳能电池(以下简称异质结太阳能电池，又可称HIT或HJT或SHJ太阳能电池)属于第三代高效太阳能电池技术，它结合了晶体硅与硅薄膜的优势，具有转换效率高、温度系数低等特点，将会逐步替代PERC(Passivated Emitterand Rear Cell)电池，成为光伏电池的主流。
异质结电池采用非晶硅钝化，可以得到较好的开路电压和填充因子，目前量产效率在24.5％。微晶硅具有更好的电子迁移率，其对太阳光的吸收系数远大于非晶硅层，可以实现更高浓度的掺杂，能降低与透明导电膜ITO的接触电阻，提高电池的填充因子和短路电流，因此异质结电池量产效率进一步提高需要进行掺杂层的微晶化。
目前异质结电池中微晶硅的成膜温度为160～170℃，此温度较低，使得初期微晶硅生长过程中包含大量的非晶硅相，品质比较差，会严重影响载流子的传输，导致电池效率比较低。为此，现有技术中采用极低速的成膜方法来提高微晶硅成膜品质，但是成膜时间过长，影响设备的产能。
因此，如何提供一种用于制造异质结太阳能电池的方法及异质结太阳能电池，以解决解决生产节拍过慢、产能较低、低温下非晶硅薄膜品质差的问题，提高电池效率，已成为业内亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种用于制造异质结太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a).通过制绒清洗工艺对N型单晶硅片进行制绒及清洗；
(b).通过本征PECVD工艺在N型单晶硅片的正反两面上分别形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层；
(c).通过第一N型PECVD工艺在所述第一本征非晶硅层上形成第一N型非晶微晶混合层；
(d).通过第二N型PECVD工艺在所述第一N型非晶微晶混合层上形成第二N型非晶微晶混合层；
(e).通过第三N型PECVD工艺在所述第二N型非晶微晶混合层上形成第三N型非晶微晶混合层；
(f).通过P型PECVD工艺在所述第二本征非晶硅层上形成P型非晶硅层；
(g).通过反应等离子沉积工艺或者物理气相沉积工艺在所述第三N型非晶微晶混合层以及所述P型非晶硅层上分别形成第一透明导电膜以及第二透明导电膜；以及
(h).通过丝网印刷工艺在所述第一透明导电膜以及所述第二透明导电膜上分别形成第一电极以及第二电极；
其中所述第一N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为0.1～1mbar、150～220℃、1～20S、100～3000sccm、50～5000sccm、50～500sccm、0～200sccm、50～1000W，所述第二N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、1000～50000sccm、100～1000sccm、50～500sccm、1500～10000W，所述第三N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、100～2000sccm、1000～50000sccm、200～2000sccm、50～500sccm、1500～10000W，其中所述第三N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比为所述第二N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比的2～2.5倍。
在一实施例中，所述第一N型非晶微晶混合层的厚度为1～5nm，其中微晶硅所占比率为0～30％。
在一实施例中，所述第二N型非晶微晶混合层的厚度为3～20nm，其中微晶硅所占比率为40～60％。
在一实施例中，所述第三N型非晶微晶混合层的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8，其中微晶硅所占比率为50～80％。
在一实施例中，所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括2MHz，还包括13.56MHz或40.68MHz，所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
本发明还提供一种异质结太阳能电池，其包括具有第一表面和第二表面的N型单晶硅片，所述异质结太阳能电池还包括依次层叠在所述第一表面上的第一本征非晶硅层、第一N型非晶微晶混合层、第二N型非晶微晶混合层、第三N型非晶微晶混合层、第一透明导电膜以及第一电极，还包括依次层叠上所述第二表面上的第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二透明导电膜以及第二电极；其中所述第一N型非晶微晶混合层、第二N型非晶微晶混合层以及第三N型非晶微晶混合层分别通过权利要求1中所述第一N型PECVD工艺、所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺沉积形成。
在一实施例中，所述第一N型非晶微晶混合层的厚度为1～5nm，其中微晶硅所占比率为0～30％。
在一实施例中，所述第二N型非晶微晶混合层的厚度为3～20nm，其中微晶硅所占比率为40～60％。
在一实施例中，所述第三N型非晶微晶混合层的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8，其中微晶硅所占比率为50～80％。
在一实施例中，所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括13.56MHz或40.68MHz，还包括2MHz，所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
与现有技术中微晶硅的成膜温度较低且对应工艺未划分明显阶段相比，本发明的用于制造异质结太阳能电池的方法先通过第一N型PECVD工艺在所述第一本征非晶硅层上形成第一N型非晶微晶混合层；然后通过第二N型PECVD工艺在所述第一N型非晶微晶混合层上形成第二N型非晶微晶混合层；接着通过第三N型PECVD工艺在所述第二N型非晶微晶混合层上形成第三N型非晶微晶混合层；其中所述第一N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为0.1～1mbar、150～220℃、1～20S、100～3000sccm、50～5000sccm、50～500sccm、0～200sccm、50～1000W，所述第二N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、1000～50000sccm、100～1000sccm、50～500sccm、1500～10000W，所述第三N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、100～2000sccm、1000～50000sccm、100～1000sccm、50～500sccm、1500～10000W。本发明能解决生产节拍过慢、产能较低、低温下非晶硅薄膜品质差的问题，提高电池效率。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1为本发明的用于制造异质结太阳能电池的方法的流程示意图。
图2为通过图1所示的方法制成的异质结太阳能电池的组成结构示意图。
具体实施方案
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
参见图1，其为本发明的用于制造异质结太阳能电池的方法的流程示意图。如图2所示，其显示了通过图1所示的制造方法形成的异质结太阳能电池的组成结构。如图2所示，异质结太阳能电池2包括具有第一表面S1和第二表面S2的N型单晶硅片20，所述异质结太阳能电池2还包括依次层叠在所述第一表面S1上的第一本征非晶硅层21、第一N型非晶微晶混合层22、第二N型非晶微晶混合层23、第三N型非晶微晶混合层24、第一透明导电膜25和第一电极26，还包括依次层叠上所述第二表面S2上的第二本征非晶硅层27、P型非晶硅层28、第二透明导电膜29和第二电极30。
所述第一N型非晶微晶混合层22的厚度为1～5nm，其中微晶硅所占比率为0～30％。所述第二N型非晶微晶混合层23的厚度为3～20nm，其中微晶硅所占比率为40～60％。所述第三N型非晶微晶混合层24的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8，其中微晶硅所占比率为50～80％。
所述第一本征非晶硅层21以及第二本征非晶硅层27各自可以包括第一本征非晶硅子层、第二本征非晶硅子层以及第三本征非晶硅子层，形成第一本征非晶硅子层以及第二本征非晶硅子层的PECVD工艺均为纯硅烷氛围，不掺杂氢气，形成第一本征非晶硅子层时的射频功率高于形成第二本征非晶硅子层的射频功率。形成第三本征非晶硅子层的PECVD工艺中硅烷与氢气的流量或体积比为1:5～1:10。
所述第一N型非晶微晶混合层22通过图1中的第一N型PECVD工艺形成，所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括13.56MHz或40.68MHz，还包括2MHz，即所述射频频率为13.56MHz与2MHz的混合频率，或者40.68MHz与2MHz的混合频率。第二N型非晶微晶23混合层通过图1中第二N型PECVD工艺形成，第三N型非晶微晶混合层24通过图1中第三N型PECVD工艺沉积形成。所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。具体请参见下文中的描述。
继续参见图1，并结合参见图2，所述用于制造异质结太阳能电池的方法10首先进行步骤S100，通过制绒清洗工艺对N型单晶硅片20进行制绒及清洗。在本实施例中，步骤S100中可通过碱腐蚀溶液(例如氢氧化钠溶液、异丙醇和Na2SiO3的混合液)对单晶硅片进行去损伤层和形成类似金字塔形的绒面。
方法10继续进行步骤S110，通过本征PECVD工艺在N型单晶硅片20的正反两面S1和S2上分别形成第一本征非晶硅层21以及第二本征非晶硅层27。步骤S110中的第一本征非晶硅层21以及第二本征非晶硅层27的形成可以在同一步骤中进行，也可以在不同的步骤中进行。步骤S110沉积形成的第一本征非晶硅层21、第二本征非晶硅层27的厚度均可为4～10nm(纳米)，所述第一本征非晶硅层21以及第二本征非晶硅层27各自可以包括第一本征非晶硅子层、第二本征非晶硅子层以及第三本征非晶硅子层，形成第一本征非晶硅子层以及第二本征非晶硅子层的PECVD工艺均为纯硅烷氛围，不掺杂氢气，形成第一本征非晶硅子层时的射频功率高于形成第二本征非晶硅子层的射频功率。形成第三本征非晶硅子层的PECVD工艺中硅烷与氢气的流量或体积比为1:5～1:10。
方法10继续进行步骤S120，通过第一N型PECVD工艺在所述第一本征非晶硅层21上形成第一N型非晶微晶混合层22，其中所述第一N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为0.1～1mbar、150～220℃、1～20S、100～3000sccm(标准毫升/分钟)、50～5000sccm、50～500sccm、0～200sccm、50～1000W。步骤S120形成的所述第一N型非晶微晶混合层22的厚度为1～5nm，其中微晶硅所占比率为0～30％。步骤S120中的所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括两种，其中较低的射频频率为2MHz，较高的射频频率为13.56MHz或40.68MHz。
方法10继续进行步骤S130，通过第二N型PECVD工艺在所述第一N型非晶微晶混合层22上形成第二N型非晶微晶混合层23，所述第二N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、1000～50000sccm、100～1000sccm、50～500sccm、1500～10000W。步骤S130中所述第二N型非晶微晶混合层的厚度为3～20nm，其中微晶硅所占比率为40～60％。步骤S130中所述第二N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
方法10继续进行步骤S140，通过第三N型PECVD工艺在所述第二N型非晶微晶混合层23上形成第三N型非晶微晶混合层24，所述第三N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢、二氧化碳、射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、100～2000sccm、1000～50000sccm、200～2000sccm、50～500sccm、1500～10000W，其中所述第三N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比为所述第二N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比的2～2.5倍。步骤S140中的所述第三N型非晶微晶混合层24的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8，其中微晶硅所占比率为50～80％。步骤S140中的第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
方法10继续进行步骤S150，通过P型PECVD工艺在所述第二本征非晶硅层27上形成P型非晶硅层28。在本实施例中，步骤S150中的沉积P型非晶硅层28时所需的气体包括硅烷和硼烷乙硼烷或三甲基硼，沉积形成的P型非晶硅层15的厚度为4～10nm。
方法10继续进行步骤S160，通过反应等离子沉积工艺或者物理气相沉积工艺在第三N型非晶微晶混合层24以及P型非晶硅层28上分别形成第一透明导电膜25以及第二透明导电膜29。第一透明导电膜25以及第二透明导电膜29均可为氧化铟锡ITO或ZnO基或IWO或ITIO透明导电薄膜，其可以通过溅射的方式沉积在第三N型非晶微晶混合层24以及P型非晶硅层28上。
方法10继续进行步骤S170，通过丝网印刷工艺在所述第一透明导电膜25以及所述第二透明导电膜29上分别形成第一电极26以及第二电极30。第一电极26以及第二电极30可由业界通常使用的银浆丝网印刷和烧结而成。
本发明的用于制造异质结太阳能电池的方法首先通过本征PECVD工艺在N型单晶硅片的正反两面上分别形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层；然后通过第一N型PECVD工艺、第二N型PECVD工艺、第三N型PECVD工艺在所述第一本征非晶硅层上依次形成第一N型非晶微晶混合层、第二N型非晶微晶混合层、第三N型非晶微晶混合层；接着通过P型PECVD工艺在所述第二本征非晶硅层上形成P型非晶硅层；然后通过反应等离子沉积工艺或者物理气相沉积工艺在所述第三N型非晶微晶混合层以及所述P型非晶硅层上分别形成第一透明导电膜以及第二透明导电膜；最后通过丝网印刷工艺在所述第一透明导电膜以及所述第二透明导电膜上分别形成第一电极以及第二电极。本发明能解决解决生产节拍过慢、产能较低、低温下非晶硅薄膜品质差的问题，提高电池效率。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种用于制造异质结太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
(a).通过制绒清洗工艺对N型单晶硅片进行制绒及清洗；
(b).通过本征PECVD工艺在N型单晶硅片的正反两面上分别形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层；
(c).通过第一N型PECVD工艺在所述第一本征非晶硅层上形成第一N型非晶微晶混合层；
(d).通过第二N型PECVD工艺在所述第一N型非晶微晶混合层上形成第二N型非晶微晶混合层；
(e).通过第三N型PECVD工艺在所述第二N型非晶微晶混合层上形成第三N型非晶微晶混合层；
(f).通过P型PECVD工艺在所述第二本征非晶硅层上形成P型非晶硅层；
(g).通过反应等离子沉积工艺或者物理气相沉积工艺在所述第三N型非晶微晶混合层以及所述P型非晶硅层上分别形成第一透明导电膜以及第二透明导电膜；以及
(h).通过丝网印刷工艺在所述第一透明导电膜以及所述第二透明导电膜上分别形成第一电极以及第二电极；
其中所述第一N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为0.1～1mbar、150～220℃、1～20S、100～3000sccm、50～5000sccm、50～500sccm、0～200sccm以及50～1000W，所述第二N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、1000～50000sccm、100～1000sccm、50～500sccm以及1500～10000W，所述第三N型PECVD工艺的沉积压力、沉积温度、沉积时间、氢气流量、硅烷流量、磷化氢流量、二氧化碳流量以及射频功率分别为1.5～3.5mbar、150～220℃、1～20S、100～2000sccm、1000～50000sccm、200～2000sccm、50～500sccm以及1500～10000W，其中所述第三N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比为所述第二N型PECVD工艺中磷化氢流量与硅烷流量之比的2～2.5倍；
所述第一N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为0～30％，所述第二N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为40～60％，所述第三N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为50～80％。
2.如权利要求1所述的用于制造异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述第一N型非晶微晶混合层的厚度为1～5nm。
3.如权利要求1所述的用于制造异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述第二N型非晶微晶混合层的厚度为3～20nm。
4.如权利要求1所述的用于制造异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述第三N型非晶微晶混合层的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8。
5.如权利要求1所述的用于制造异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括13.56MHz或40.68MHz，还包括2MHz，所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
6.一种异质结太阳能电池，其包括具有第一表面和第二表面的N型单晶硅片，所述异质结太阳能电池还包括依次层叠在所述第一表面上的第一本征非晶硅层、第一N型非晶微晶混合层、第二N型非晶微晶混合层、第三N型非晶微晶混合层、第一透明导电膜以及第一电极，还包括依次层叠上所述第二表面上的第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、第二透明导电膜以及第二电极；其中所述第一N型非晶微晶混合层、第二N型非晶微晶混合层以及第三N型非晶微晶混合层分别通过权利要求1中所述第一N型PECVD工艺、所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺沉积形成；
其中所述第一N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为0～30％，所述第二N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为40～60％，所述第三N型非晶微晶混合层中微晶硅所占比率为50～80％。
7.如权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一N型非晶微晶混合层的厚度为1～5nm。
8.如权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二N型非晶微晶混合层的厚度为3～20nm。
9.如权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第三N型非晶微晶混合层的厚度为1～10nm，折射率为2.7～2.8。
10.如权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一N型PECVD工艺中用于将反应气体激发成等离子体的射频电源的射频频率包括13.56MHz或40.68MHz，还包括2MHz，所述第二N型PECVD工艺以及所述第三N型PECVD工艺中射频电源的射频频率均为13.56MHz或40.68MHz。
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