CN114300546A - 一种太阳能电池的制备方法以及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的制备方法以及太阳能电池，涉及太阳能光伏技术领域。其中，提供硅基底后，先在硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，第一传输层与硅基底的导电类型不同；在第一传输层上设置掩膜，硅基底呈现由掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据掩膜对第一钝化层、第一传输层进行刻蚀，再在掩膜上依次沉积第二钝化层和第二传输层，移除掩膜后在硅基底的一面形成叉指背接触排列的两传输层。此时，在过程中仅发生了一次刻蚀，一次设置掩膜，有效简化了工艺步骤，降低了制备成本，并避免了对位精度不准的问题，提高了成品质量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种太阳能电池的制备方法以及太阳能电池。
背景技术
晶硅-非晶硅异质结(Silicon Hetero-Junction，SHJ)电池是一种结构对称、开路电压高、工艺温度低、温度特性好、光照稳定且具有高双面率太阳能电池，因其上述优势得到广泛应用。同时，为了提升SHJ电池的短路电流，避免入光面栅线、透明导电薄膜和非晶硅等造成的损失，可以采用背接触异质结太阳能电池，电极设置于电池背面可以有效降低短路电流损失。
背接触异质结太阳能电池需要在电池背面同时设置电子传输层和空穴传输层，两种传输层之间通常采用叉指排列，即在指状、梳状的面内周期性排列。目前，在电池背面选择性沉积两传输层常采用光刻、激光刻蚀、丝网印刷、掩膜、遮罩等工艺。如，可以采用沉积、刻蚀工艺，根据基底的导电类型，先沉积一种传输层，并刻蚀该传输层对应的图案，再沉积另一种传输层，并刻另一种传输层对应的图案；或者，采用沉积、掩膜工艺，根据基底的导电类型，先采用一种传输层的掩膜板沉积该传输层，再更换另一种传输层对应的掩膜板沉积另一种传输层，以获得两传输层交叉排列的电池背面。
可以看出，常用工艺中通常需要至少两次刻蚀，或至少两次放置掩膜板，重复刻蚀不同图形或更换不同的掩膜板使得工艺步骤较为复杂、成本较高，同时也可能存在对位精度低问题，影响成品质量。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池的制备方法以及太阳能电池，旨在简化太阳能电池的制备工艺、降低成本，同时提高对位精度以提高成品质量。
第一方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，该方法可以包括：
提供硅基底；
在所述硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，所述第一传输层与所述硅基底的导电类型不同；
在所述第一传输层上设置掩膜，所述硅基底呈现由所述掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据所述掩膜对所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀；
在所述硅基底靠近所述掩膜的一侧依次沉积第二钝化层和第二传输层，所述第二传输层与所述第一传输层的导电类型不同；
移除所述掩膜。
可选地，所述根据所述掩膜对所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀，包括：
采用刻蚀气体对所述掩膜上所述未覆盖区域中的所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀，所述刻蚀气体用于在电离作用下生成氟原子。
可选地，所述刻蚀气体包括三氟化氮、六氟乙烷、四氟化碳、八氟丙烷中的至少一种。
可选地，所述刻蚀气体包括氩气和三氟化氮；
所述氩气的体积在所述氩气与所述三氟化氮的总体积中的占比范围为1％～25％。
可选地，所述掩膜包括掩膜板、掩膜层中的任一种。
可选地，所述移除所述掩膜之后，还包括：
在所述第一传输层和所述第二传输层上制备透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备背面电极。
可选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层包含本征氢化非晶硅、本征氧化硅中的任一种，或其他可钝化表面悬挂键的含硅薄膜；
所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度小于或等于30纳米。
可选地，所述第一传输层和所述第二传输层包括掺杂的非晶硅薄膜、掺杂的微晶硅薄膜、掺杂的氧化硅薄膜中的任一种或它们的组合；
所述第一传输层和所述第二传输层的厚度小于或等于30纳米。
可选地，所述掩膜的材质为金属、玻璃、陶瓷中的任一种。
第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池，该太阳能电池采用第一方面所述的太阳能电池的制备方法制备得到。
在本发明实施例中，提供硅基底后，先在硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，其中，第一传输层与硅基底的导电类型不同；在第一传输层上设置掩膜，硅基底呈现由掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据掩膜对第一钝化层、第一传输层进行刻蚀，使其形成与掩膜对应的叉指型缝隙，再在掩膜上依次沉积第二钝化层和第二传输层，使第二钝化层和第二传输层部分沉积在叉指型缝隙中，部分沉积在掩膜上，移除掩膜后在硅基底的一面形成叉指背接触排列的两传输层。此时，在太阳能电池背面的制备过程中仅发生了一次刻蚀，一次放置掩膜，避免了多次重复刻蚀不同图形，或多次更换不同图形的掩膜，有效简化了工艺步骤，降低了太阳能电池的制备成本，并避免了对位精度不准的问题，提高了太阳能电池的成品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的一种太阳能电池的制备方法的步骤流程图；
图2示出了本发明实施例提供的硅基底的一面上沉积第一钝化层和第一传输层的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种在第一传输层上放置掩膜板的结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的一种根据掩膜板刻蚀第一钝化层和第一传输层的结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的在掩膜板上沉积第二钝化层和第二传输层的结构示意图；
图6示出了本发明实施例提供的移除掩膜板的结构示意图；
图7示出了本发明实施例提供的在第一传输层和第二传输层上制备透明导电薄膜的结构示意图；
图8示出了本发明实施例提供的在透明导电薄膜上制备背面电极的结构示意图。
附图标记说明：
1-硅基底；2-第一钝化层；3-第一传输层；4-掩膜板；5-第二钝化层；6-第二传输层；7-透明导电薄膜；8-第三钝化层；9-减反射层；10-背面电极；41-覆盖区域；42-未覆盖区域。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，图1示出了本发明实施例提供的一种太阳能电池的制备方法的步骤流程图，如图1所示，该方法可以包括：
步骤101、提供硅基底。
本发明实施例中，硅基底可以是N型硅片、P型硅片等，可以对硅片进行清洗、制绒、抛光等工艺，以提供硅基底。
步骤102、在所述硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，所述第一传输层与所述硅基底的导电类型不同。
本发明实施例中，可以在硅基底的一面上依次沉积第一钝化层和第一传输层，其中，第一钝化层在硅基底与第一传输层之间起到钝化硅基底的表面悬挂键的作用；第一传输层与硅基底的导电类型不同，如在硅基底的导电类型为N型时，第一传输层为空穴传输层，在硅基底的导电类型为P型时，第一传输层为电子传输层，从而使得第一传输层与硅基底形成异质结，作为太阳能电池的发射极。另外，该面为成品太阳能电池的背面。
本发明实施例中，可以采用化学气相沉积工艺(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，PECVD)进行第一钝化层和第一传输层的沉积，在PECVD腔室内先沉积第一钝化层，再沉积第一传输层。
图2示出了本发明实施例提供的硅基底1的一面上沉积第一钝化层2和第一传输层3的结构示意图，如图2所示，其中包括硅基底1、第一钝化层2、第一传输层3，硅基底1为经过清洗、制绒的N型单晶硅片，在单晶硅片上采用PECVD工艺沉积本征氢化非晶硅层作为第一钝化层2，再沉积P型非晶硅层作为第一传输层3，第一钝化层2的厚度在3纳米至10纳米之间，第一传输层3的厚度在5纳米至30纳米之间。
步骤103、在所述第一传输层上设置掩膜板，所述硅基底呈现由所述掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据所述掩膜板对所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀。
本发明实施例中，在依次沉积第一钝化层和第一传输层后，可以在第一传输层上设置掩膜，该掩膜为部分镂空设计，设置在第一传输层上后，在硅基底上形成了呈叉指状排列的覆盖区域与未覆盖区域，即第一传输层上覆盖区域与未覆盖区域之间呈指状、齿状等交叉周期性排列，此时，可以根据掩膜对第一钝化层和第一传输层进行刻蚀，未覆盖区域的第一传输层、第一钝化层被刻蚀，覆盖区域的第一传输层、第一钝化层由于掩膜的保护得以保留，以使被刻蚀部分与未被刻蚀部分呈叉指排列，其中，刻蚀可以在PECVD腔室内进行，也可以在PECVD腔室以外进行，本发明实施例对此不作具体限制。
可选地，所述掩膜包括掩膜板、掩膜层中的任一种。
本发明实施例中，掩膜可以是掩膜板，也可以是掩膜层，其中，掩膜层可以是通过沉积方式沉积到硅基底表面的掩膜层，也可以是采用印刷方式印刷得到的掩膜层。
图3示出了本发明实施例提供的一种在第一传输层3上放置掩膜板4的结构示意图，如图3所示，在第一传输层3上放置掩膜板4，硅基底1呈现由掩膜板4的覆盖区域41与未覆盖区域42之间呈叉指状的排列，从而使得硅基底1上覆盖区域41的第一传输层3、第一钝化层2被覆盖，未覆盖区域41的第一传输层3、第一钝化层2被暴露。
可选地，所述掩膜的材质为金属、玻璃、陶瓷中的任一种。
本发明实施例中，掩膜的材质可以选择金属、玻璃、陶瓷中的任一种，根据加工条件、工艺需求，本领域技术人员可以具体选择掩膜板的材质。
可选地，所述步骤103具体包括：
采用刻蚀气体对所述掩膜板上所述未覆盖区域中的所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀，所述刻蚀气体用于在电离作用下生成氟原子。
本发明实施例中，刻蚀气体可以在电离作用下生成氟原子，氟原子具有强氧化性，在刻蚀气体经射频电源的作用下电离获得氟原子，氟原子可透过掩膜板上未覆盖区域到达第一传输层和第一钝化层，从而其未被覆盖区域与氟原子反应生成气态的四氟化硅并重新露出硅基底，实现对第一钝化层和第一传输层进行刻蚀。
可选地，所述刻蚀气体包括三氟化氮、六氟乙烷、四氟化碳、八氟丙烷中的至少一种。
本发明实施例中，刻蚀气体可以是三氟化氮、六氟乙烷、四氟化碳、八氟丙烷中一种或两种以上气体与载气(例如氩气)的混合，刻蚀气体的流量、配比可能会影响刻蚀形貌、反应速率等。
可选地，所述刻蚀气体包括氩气和三氟化氮；
所述氩气的体积在所述氩气与所述三氟化氮的总体积中的占比范围为1％～25％。
本发明实施例中，以三氟化氮为例，采用刻蚀气体对所述掩膜上未覆盖区域中的第一钝化层和第一传输层进行刻蚀，通入NF3(三氟化氮)与Ar(氩气)进入薄膜沉积腔室，并启动RF(Radio Frequency，射频)电源离解NF3，生成强氧化性的F原子，F原子与硅基底、掩膜和薄膜沉积腔壁上的非晶硅、氧化硅反应生成SiF4(四氟化硅)气体被抽走。发生如下化学反应(1)、(2)：
4F+Si→SiF············(1)
4F+SiO2→SiF4+O2·········(2)
其中，刻蚀气体可以包括氩气和三氟化氮，氩气的体积在氩气与三氟化氮的总体积中占比可以是Ar/(NF3+Ar)＝1％～25％，如可以是1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、21％、22％、23％、24％、25％等任意占比，进一步的，氩气的体积在氩气与三氟化氮的总体积中占比可以是Ar/(NF3+Ar)＝5％～20％，刻蚀速率的范围为2～30nm/s。
图4示出了本发明实施例提供的一种根据掩膜板4刻蚀第一钝化层2和第一传输层3的结构示意图，如图4所示，第一钝化层2和第一传输层3未被掩膜板4覆盖的区域被三氟化氮等离子体刻蚀，使得掩膜板4未覆盖区域42下的硅基底1被重新暴露。
步骤104、在所述掩膜上依次沉积第二钝化层和第二传输层，所述第二传输层与所述第一传输层的导电类型不同。
本发明实施例中，在刻蚀后可以在掩膜上依次沉积第二钝化层和第二传输层，此时，在掩膜覆盖区域上第二钝化层和第二传输层沉积在掩膜上，在掩膜未覆盖区域上第二钝化层和第二传输层沉积在露出的硅衬底上，从而与第一传输层和第二传输层之间形成叉指排列，其中，第二传输层与第一传输层的导电类型不同，如第一传输层为空穴传输层，则第二传输层为电子传输层，第一传输层为电子传输层，则第二传输层为空穴传输层。
可选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层包含本征氢化非晶硅、本征氧化硅中的任一种。
本发明实施例中，第一钝化层和第二钝化层可以选择本征氢化非晶硅，本征氧化硅等材料中的一种，其中，第一钝化层和第二钝化层的材料可以相同，也可以不同。
可选地，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度小于或等于30纳米。
本发明实施例中，第一钝化层和第二钝化层的厚度可以小于或等于30纳米，如可以是30纳米、25纳米、20纳米、10纳米、5纳米、1纳米等等。
可选地，所述第一传输层和所述第二传输层包括掺杂的非晶硅薄膜、掺杂的微晶硅薄膜、掺杂的氧化硅薄膜中的任一种或其组合。
本发明实施例中，第一传输层和第二传输层可以采用掺杂的非晶硅薄膜、掺杂的微晶硅薄膜，其中，第一传输层与第二传输层的导电类型不同，则第一传输层和第二传输层的掺杂元素种类不同。
可选地，所述第一传输层和所述第二传输层的厚度小于或等于30纳米。
本发明实施例中，第一传输层和所述第二传输层的厚度可以小于或等于30纳米，如可以是30纳米、10纳米、5纳米、3纳米、1纳米等等
图5示出了本发明实施例提供的在掩膜4上沉积第二钝化层5和第二传输层6的结构示意图，如图5所示，在掩膜4的覆盖区域41第二钝化层5和第二传输层6沉积在掩膜4上，在掩膜4的未覆盖区域42第二钝化层5和第二传输层6沉积在硅基底1上，第二钝化层5可对应参照前述第一钝化层2的相关描述，为避免重复，在此不再赘述；第二传输层6为N型非晶硅层。
步骤105、移除所述掩膜。
本发明实施例中，在步骤104后可以直接移除掩膜，从而移除掩膜以及掩膜覆盖区域上的第二钝化层和第二传输层，暴露硅基底背面上叉指排列的第一传输层与第二传输层。
图6示出了本发明实施例提供的移除掩膜板4的结构示意图，如图6所示，移除掩膜板4后，硅基底1的一面上分布着交叉排列的第一钝化层2和第二钝化层5，在第一钝化层2和第二钝化层5上交叉排列的第一传输层3和第二传输层6。
可选地，所述步骤105之后，还包括：
步骤S11、在所述硅基底的另一面依次制备第三钝化层和减反射层。
本发明实施例中，主要对太阳能电池的背面制备过程进行改进，此时，还需要在太阳能电池的正面依次制备第三钝化层和减反射层，其中，第三钝化层可以对应参考前述第一钝化层和第二钝化层的相关描述，为避免重复在此不再赘述；减反射层，又名增透层，用于减少太阳能电池入光面的反射光，从而提升太阳能电池的效率。
可选地，所述步骤105之后，还包括：
步骤S21、在所述第一传输层和所述第二传输层上制备透明导电薄膜。
本发明实施例中，在硅衬底的背面制备叉指排列的第一传输层和第二传输层后，可以进一步在第一传输层和第二传输层上制备透明导电薄膜，透明导电薄膜导电性能好、透明率高，可以更好地实现载流子的收集、传输，提高太阳能电池的效率，其中，透明导电薄膜可以采用掩膜法、光刻法等工艺进行图形化。
图7示出了本发明实施例提供的在第一传输层3和第二传输层6上制备透明导电薄膜的结构示意图，如图7所示，在第一传输层3和第二传输层6上制备透明导电薄膜7，透明导电薄膜7经图形化呈现如图7所示的结构，其中，在制备透明导电薄膜7之前，还可以对硅基底1进行翻面，在另一面制备第三钝化层8和减反射层9。
步骤S22、在所述透明导电薄膜上制备背面电极。
本发明实施例中，还可以在透明导电薄膜上进一步制备背面电极，其中，可以是银电极、铜电极等等，其中，背面电极可以采用丝网印刷法、掩膜蒸镀法、电镀法等工艺进行图形化。
图8示出了本发明实施例提供的在透明导电薄膜7上制备背面电极10的结构示意图，如图8所示，在透明导电薄膜7上制备背面电极10，背面电极10经图形化呈现如图8所示的结构。
在本发明实施例中，提供硅基底后，先在硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，其中，第一传输层与硅基底的导电类型不同；在第一传输层上设置掩膜，硅基底呈现由掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据掩膜对第一钝化层、第一传输层进行刻蚀，使其形成与掩膜对应的叉指型缝隙，再在掩膜上依次沉积第二钝化层和第二传输层，使第二钝化层和第二传输层部分沉积在叉指型缝隙中，部分沉积在掩膜上，移除掩膜后在硅基底的一面形成叉指背接触排列的两传输层。此时，在太阳能电池背面的制备过程中仅发生了一次刻蚀，一次放置掩膜，避免了多次重复刻蚀不同图形，或多次更换不同图形的掩膜，有效简化了工艺步骤，降低了太阳能电池的制备成本，并避免了对位精度不准的问题，提高了太阳能电池的成品质量。
本发明实施例提供还了一种太阳能电池，该太阳能电池采用图1至图8所示的太阳能电池的制备方法制备得到。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必须的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供硅基底；
在所述硅基底的一面依次沉积第一钝化层和第一传输层，所述第一传输层与所述硅基底的导电类型不同；
在所述第一传输层上设置掩膜，所述硅基底呈现由所述掩膜的覆盖区域与未覆盖区域之间呈叉指状的排列，并根据所述掩膜对所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀；
在所述硅基底靠近所述掩膜的一侧依次沉积第二钝化层和第二传输层，所述第二传输层与所述第一传输层的导电类型不同；
移除所述掩膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述掩膜对所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀，包括：
采用刻蚀气体对所述掩膜上所述未覆盖区域中的所述第一钝化层和所述第一传输层进行刻蚀，所述刻蚀气体用于在电离作用下生成氟原子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括三氟化氮、六氟乙烷、四氟化碳、八氟丙烷中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括氩气和三氟化氮；
所述氩气的体积在所述氩气与所述三氟化氮的总体积中的占比范围为1％～25％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜包括掩膜板、掩膜层中的任一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移除所述掩膜之后，还包括：
在所述第一传输层和所述第二传输层上制备透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备背面电极。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一钝化层和所述第二钝化层包含本征氢化非晶硅、本征氧化硅中的任一种，或其他可钝化表面悬挂键的含硅薄膜；
所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度小于或等于30纳米。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一传输层和所述第二传输层包括掺杂的非晶硅薄膜、掺杂的微晶硅薄膜、掺杂的氧化硅中的任一种或其组合；
所述第一传输层和所述第二传输层的厚度小于或等于30纳米。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜的材质为金属、玻璃、陶瓷中的任一种。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池采用权利要求1～9所述的太阳能电池的制备方法制备得到。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20090293948A1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-03 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method of manufacturing an amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cell |
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2021
- 2021-11-17 CN CN202111359507.2A patent/CN114300546B/zh active Active
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