CN114628533A - 异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种异质结太阳能电池及其制作方法,其中所涉及的异质结太阳能电池包括:硅衬底,依次层叠设置于硅衬底受光面的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于硅衬底背光面的第二本征层、掺杂类型与第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;第一本征层包括设置于硅衬底受光面的至少一层本征非晶硅膜及设置于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜,第二本征层包括设置于硅衬底背光面的至少一层本征微晶硅膜及设置于最外层本征微晶硅膜外表面的本征微晶氧化硅膜;本发明中受光面一侧的第一本征层具有较优的透光率,而背光面一侧的第二本征层具有较优的导电性,两者综合能够有效提高异质结太阳能电池的性能。

Description

异质结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及光伏制造领域,尤其涉及一种异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
异质结太阳能电池是目前一种较为高效的晶硅太阳能电池,其结合了晶体硅电池和硅基薄膜电池的特征,具有制造流程短、工艺温度低、转换效率高和发电量多等优点。图1所示为现有技术所涉及异质结太阳能电池的结构示意图,其自上至下依次包括第一集电极51'、第一透明导电膜层41'、第一掺杂层31'、第一本征层21'、硅衬底10'、第二本征层22'、第二掺杂层32'、第二透明导电膜层42'、第二集电极52'。
异质结太阳能电池由于在硅衬底10'和掺杂的非晶层(包括第一掺杂层31'与第二掺杂层32')之间插入一层本征层(包括第一本征层21'与第二本征层 22'),能够优化硅衬底10'界面位置处的钝化,进而有效提高开路电压和填充因子,并提高电池的效率。然现有技术中,第一本征层21'与第二本征层22'通常采用相同的材质制成,如都采用单层的本征非晶硅制成,如此设计方式无法进一步优化异质结太阳能电池的转换效率。
有鉴于此,有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一,为实现上述发明目的,本发明提供了一种异质结太阳能电池,其具体设计方式如下。
一种异质结太阳能电池,包括:硅衬底,依次层叠设置于所述硅衬底受光面的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于所述硅衬底背光面的第二本征层、掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;所述第一本征层包括设置于所述硅衬底受光面的至少一层本征非晶硅膜及设置于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜,所述第二本征层包括设置于所述硅衬底背光面的至少一层本征微晶硅膜及设置于最外层本征微晶硅膜外表面的本征微晶氧化硅膜。
进一步,靠近所述硅衬底的所述本征非晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的所述本征非晶硅膜中的氢含量。
进一步,所述本征非晶硅膜包括依次层叠设置于所述硅衬底受光面的第一本征非晶硅膜与第二本征非晶硅膜,所述第一本征非晶硅膜中的氢原子含量为 1x1022~1.5x1023个/cm3,所述第二本征非晶硅膜中的氢原子含量为 5x1021~2x1022个/cm3
进一步,靠近所述硅衬底的所述本征非晶硅膜的晶化率小于远离所述硅衬底的所述本征非晶硅膜的晶化率。
进一步,靠近所述硅衬底的所述本征微晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的所述本征微晶硅膜中的氢含量。
进一步,所述本征微晶硅膜包括依次层叠设置于所述硅衬底背光面的第一本征微晶硅膜与第二本征微晶硅膜,所述第一本征微晶硅膜中的氢原子含量为 1x1022~1.5x1023个/cm3,所述第二本征微晶硅膜中的氢原子含量为 5x1021~2x1022个/cm3
进一步,所述第一掺杂层与所述第二掺杂层中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
进一步,所述掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。
进一步,构成所述第一掺杂层的掺杂膜为磷掺杂膜,所述磷掺杂膜包括依次层叠设置于所述第一本征层外的第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜,所述第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜中的磷掺杂浓度分别为 50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
进一步,构成所述第二掺杂层的掺杂膜为硼掺杂膜,所述硼掺杂膜包括依次层叠设置于所述第二本征层外的第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜,所述第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、400-600ppm。
本发明还提供了一种异质结太阳能电池的制作方法,其包括以下步骤:
提供硅衬底;
在所述硅衬底受光面形成至少一层本征非晶硅膜,并在最外层本征非晶硅膜外表面形成一层本征非晶氧化硅膜;
在所述硅衬底背光面形成至少一层本征微晶硅膜,并在最外层本征微晶硅膜外表面形成一层本征微晶氧化硅膜;
在所述本征非晶氧化硅膜表面形成第一掺杂层;
在所述本征微晶氧化硅膜表面形成第二掺杂层,所述第二掺杂层掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反。
进一步,所述本征非晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于所述硅衬底受光面的第一本征非晶硅膜与第二本征非晶硅膜,沉积所述第一本征非晶硅膜与所述第二本征非晶硅膜时的硅片衬底温度为200-300℃,反应气体均包括H2与 SiH4;且沉积所述第一本征非晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积所述第二本征非晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-1%。
进一步,所述本征非晶氧化硅膜为通过PECVD沉积于所述第二本征非晶硅膜外表面,沉积所述所述本征非晶氧化硅膜时的硅片衬底温度为200-300℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积所述本征非晶氧化硅膜时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。
进一步,所述本征微晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于所述硅衬底背光面的第一本征微晶硅膜与第二本征微晶硅膜,沉积所述第一本征微晶硅膜与所述第二本征微晶硅膜时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2与 SiH4;且沉积所述第一本征微晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积所述第二本征微晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-1%。
进一步,所述本征微晶氧化硅膜为通过PECVD沉积于所述第二本征微晶硅膜外表面,沉积所述所述本征微晶氧化硅膜时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积所述本征微晶氧化硅膜时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。
进一步,在所述本征非晶硅膜、所述本征非晶氧化硅膜、所述本征微晶硅膜及本所述征微晶氧化硅膜形成步骤之后,所述制作方法还包括朝相应膜层表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
进一步,所述第一掺杂层形成步骤与所述第二掺杂层形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
进一步,所述第一掺杂层形成步骤包括在所述本征非晶氧化硅膜表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述磷掺杂膜时的 PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
进一步,所述第二掺杂层形成步骤包括在所述本征微晶氧化硅膜表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述硼掺杂膜时的 B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
本发明的有益效果:基于本发明所涉及异质结太阳能电池的具体结构,可以使得受光面一侧的第一本征层具有较优的透光率,而背光面一侧的第二本征层具有较优的导电性,两者综合能够有效提高异质结太阳能电池的性能;此外,通过硅膜与氧化硅膜的搭配方式,能够进一步优化第一本征层与第二本征层各自的膜层性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1所示为现有技术异质结太阳能电池的结构示意图;
图2所示为本发明异质结太阳能电池的第一种实施结构示意图;
图3所示为本发明异质结太阳能电池的第二种实施结构示意图。
图中,10为硅衬底,21为第一本征层,211为第一本征非晶硅膜,212为第二本征非晶硅膜,213为本征非晶氧化硅膜,31为第一掺杂层,311为第一磷掺杂膜,312为第二磷掺杂膜,313为第三磷掺杂膜,41为第一透明导电膜层,51为第一集电极,22为第二本征层,221为第一本征微晶硅膜,222为第二本征微晶硅膜,223为本征微晶氧化硅膜,32为第二掺杂层,321为第一硼掺杂膜,322为第二硼掺杂膜,323为第三硼掺杂膜,42为第二透明导电膜层,52为第二集电极。
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,所描述的实施例仅仅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做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。
参考图2所示,本发明所涉及的异质结太阳能电池包括:硅衬底10,依次层叠设置于硅衬底10受光面的第一本征层21、第一掺杂层31,依次层叠设置于硅衬底10背光面的第二本征层22、第二掺杂层32。其中,第一掺杂层31 与第二掺杂层32的掺杂类型相反,其中一个为n型掺杂,即采用磷掺杂;另一个为p型掺杂,即采用硼掺杂。
更为具体地,参考图2所示,在本具体实施例中,所涉及的异质结太阳能电池还包括:依次层叠设置于第一掺杂层31外的第一透明导电膜层41与第一集电极51,依次层叠设置于第二掺杂层32外的第二透明导电膜层42与第二集电极52。
在具体实施过程中,所涉及的硅衬底10的受光面为异质结太阳能电池直接接收太阳光照射的面,背光面为异质结太阳能电池非直接接收太阳光照射的面,即与受光面相对的面。
在本发明中,第一本征层21包括设置于硅衬底10受光面的至少一层本征非晶硅膜及设置于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜213,第二本征层22包括设置于硅衬底10背光面的至少一层本征微晶硅膜及设置于最外层本征微晶硅膜外表面的本征微晶氧化硅膜223。
参考图2所示,在本具体实施例中,硅衬底10的受光面设置有两层本征非晶硅膜,具体而言,该两层本征非晶硅膜包括依次层叠设置于硅衬底10受光面的第一本征非晶硅膜211与第二本征非晶硅膜212;硅衬底10的背光面设置有两层本征微晶硅膜,具体而言,该两层本征微晶硅膜包括依次层叠设置于硅衬底10背光面的第一本征微晶硅膜221与第二本征微晶硅膜222。
基于本发明的以上设置结构,可以使得受光面一侧的第一本征层21具有较优的透光率,而背光面一侧的第二本征层22具有较优的导电性,两者综合能够有效提高异质结太阳能电池的性能;此外,通过硅膜与氧化硅膜的搭配方式,能够进一步优化第一本征层21与第二本征层22各自的膜层性能。
具体而言,对于异质结太阳能电池而言,由于第一本征层21位于硅衬底 10的受光面,而第二本征层22位于硅衬底10的背光面,所以第一本征层21 的透光率对电池效率的影响比其第二本征层22的透光率对电池效率的影响大。本发明中第一本征层由本征非晶硅与本征非晶氧化硅构成,第二本征层由本征微晶硅与本征微晶氧化硅构成,而本征非晶硅与本征非晶氧化硅的透光率分别优于本征微晶硅与本征微晶氧化硅的透光率,如此可使第一本征层21相对第二本征层22具有更优的透光性,可以提高异质结太阳能电池的短路电流。
其次,由于本征微晶硅与本征微晶氧化硅的导电率分别优于本征非晶硅与本征非晶氧化硅的导电率,在硅衬底10的背光面设置由本征微晶硅与本征微晶氧化硅构成的第二本征膜22,可有效降低异质结太阳能电池的电阻,提高填充因子。
再者,对于第一本征层21与第二本征层22而言,其最外层分别设置为本征非晶氧化硅膜213与本征微晶氧化硅膜223,可以提高异质结太阳能电池的场钝化,而且可以分别提高第一本征层21与第二本征层22的透光率,在一定程度上能够进一步优化异质结太阳能电池的光电转化效率。
此外,在本发明的又一些优选实施例中,第二本征层22中非晶氧化硅膜的层数不大于第一本征层21中微晶氧化硅膜的层数。对于异质结太阳能电池而言,其受光面作为光生电流的主要面,对第一本征层21的性能要求更高,通过设置层数更多的本征膜,可以更好的优化第一本征层21综合性能。
进一步,在本发明中,第一本征层21的厚度小于或等于第二本征层22的厚度,其中优选的,第一本征层21的厚度小于第二本征层22的厚度。通常,第一本征层21的厚度为4-10nm,第二本征层22的厚度为4-20nm。
对于异质结太阳能电池而言,其受光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响远大于背光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响,第一本征层21的厚度相对较小能有效降低受光面的太阳光在经过第一本征层21时的损耗,可提高异质结太阳能电池的短路电流,使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率;背光面不需要过多考虑吸光问题,第二本征层22的厚度相对较厚可以更好提高对硅衬底10的钝化效果。
作为本发明的进一步优选,靠近硅衬底10的本征非晶硅膜中的氢含量大于远离硅衬底的本征非晶硅膜中的氢含量。具体地,结合图2所示,在该实施例中,即第一本征非晶硅膜211中的氢含量大于第二本征非晶硅膜212中的氢含量。
较为容易理解,第一本征层21中距离硅衬底10越近的本征非晶硅膜对硅衬底10钝化作用越明显,第一本征非晶硅膜211直接附于硅衬底10上,其具有最高的氢含量可以使得第一本征层21对硅衬底10具有最优的钝化效果。具体而言,第一本征非晶硅膜211中的氢含量较高,可以更好的对硅衬底10表面位置处的悬挂键进行钝化。
具体实施过程中,在本实施例中,第一本征非晶硅膜211中的氢原子含量为1x1022~1.5x1023个/cm3,第二本征非晶硅膜中的氢原子含量为5x1021~2x1022个/cm3
此外,在本发明的进一步优选实施例中,靠近硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率小于远离硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率。结合图2所示,在该实施例中,即第一本征非晶硅膜211的晶化率小于第二本征非晶硅膜212的晶化率。一些具体实施例中,第一本征非晶硅膜211的晶化率小于5%,第二本征非晶硅膜 212的晶化率为10%-20%。
对于本征非晶硅膜而言,晶化率越低,钝化效果越好;而晶化率越高导电性越好。本发明中第一本征非晶硅膜211直接附于硅衬底10受光面成型,具有相对较低的晶化率可以优化对硅衬底10的钝化效果;而第二本征非晶硅膜212 距离硅衬底10较远,对硅衬底10的钝化作用有限,其晶化率相对较高可以优化第一本征层21的导电性能。
相应地,在本发明中,靠近硅衬底10的本征微晶硅膜中的氢含量大于远离硅衬底的本征微晶硅膜中的氢含量。具体地,结合图2所示,在该实施例中,即第一本征微晶硅膜221中的氢含量大于第二本征微晶硅膜222中的氢含量。
同理,第一本征层21中距离硅衬底10越近的本征微晶硅膜对硅衬底10 钝化作用越明显,第一本征微晶硅膜221直接附于硅衬底10上,其具有最高的氢含量可以使得第一本征层21对硅衬底10具有最优的钝化效果。
具体实施过程中,在本实施例中,第一本征微晶硅膜221中的氢原子含量为1x1022~1.5x1023个/cm3,第二本征微晶硅膜中的氢原子含量为5x1021~2x1022个/cm3
进一步地,在本发明中,第一掺杂层31与第二掺杂层32中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两掺杂膜中,远离硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度。
基于本发明所涉及异质结太阳能电池的具体结构,第一掺杂层31或/和第二掺杂层32中靠近硅衬底10的掺杂膜由于具有较低掺杂浓度,能够最大程度降低掺杂原子进入相应本征层(即第一本征层21与第二本征层22)中,进而可以降低相应本征层的缺陷密度。第一掺杂层31或/和第二掺杂层32中远离硅衬底10的掺杂膜由于具有较高掺杂浓度,有利于场钝化,还能降低第一掺杂层 31或/和第二掺杂层32与相应外层(本具体实施例中,相应外层为第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42)之间的接触电阻。
在本发明具体实施过程中,所涉及的掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。其中优选的,构成第一掺杂层31 的多层掺杂膜包括掺杂非晶硅膜和/或掺杂非晶氧化硅膜,构成第二掺杂层32 的多层掺杂膜包括掺杂微晶硅膜和/或掺杂微晶氧化硅膜。具体理由可参考针对第一本征层21与第二本征层22采用非晶结构膜与微晶结构膜的原因陈述,在此不做赘述。
优选地,在本发明的一些实施例中,第一掺杂层31的平均掺杂浓度小于第二掺杂层32的平均掺杂浓度。对于异质结太阳能电池而言,其受光面为光生电流的主要面,第一掺杂层31由于平均浓度低相对较低,可以具有更高的迁移率,进而有利于异质结太阳能电池受光面电流的传输;而在异质结太阳能电池的背光面一侧,由于第二掺杂层32的平均掺杂浓度相对较高,可以降低异质结太阳能电池的电阻。
在本发明的又一些优选实施例中,第二掺杂层32中掺杂膜的层数不大于第一掺杂层31中掺杂膜的层数。对于异质结太阳能电池而言,其受光面作为光生电流的主要面,对第一掺杂层31的性能要求更高,通过设置层数更多的掺杂膜,可以更好的优化第一掺杂层31综合性能。
进一步,第一掺杂层31的厚度小于或等于第二掺杂层32的厚度,其中优选的,第一掺杂层31的厚度小于第二掺杂层32的厚度。通常,第一掺杂层31 与第二掺杂层32的厚度范围在5-30nm范围内;其中优选的,第一掺杂层31 的厚度为5-11nm,第二掺杂层32的厚度为5-13nm。
对于异质结太阳能电池而言,其受光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响远大于背光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响,第一掺杂层31的厚度相对较小能有效降低受光面的太阳光在经过第一掺杂层31时的损耗,可提高异质结太阳能电池的短路电流,使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率;背光面不需要过多考虑吸光问题,第二掺杂层32的厚度相对较厚可以具有更好的电导率,进而降低其与第二透明导电膜42之间的接触电阻。
本发明中所涉及的硅衬底10具体可以选择p型单晶硅衬底,也可以选择n 型单晶衬底硅;但作为本发明的一种优选实施方式,单晶硅衬底10为n型单晶硅衬底。当单晶硅衬底10为n型单晶硅衬底时,第一掺杂层31为n型掺杂,即采用磷掺杂;第二掺杂层32为p型掺杂,即采用硼掺杂。
更为具体的一些实施例中,结合图3所示,在该实施例中,构成第一掺杂层31的掺杂膜为磷掺杂膜。具体而言,磷掺杂膜包括依次层叠设置于第一本征层21外的第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜313,其中,第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜312中的磷掺杂浓度分别为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
优选地,第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜313的厚度分别为2-4nm、2-4nm、1-3nm。
进一步地,在图3所示实施例中,构成第二掺杂层32的掺杂膜为硼掺杂膜,硼掺杂膜包括依次层叠设置于第二本征层22外的第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323。其中,第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322 及第三硼掺杂膜323中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、 400-600ppm。由于第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323 中的硼掺杂浓度依次大于第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜312中的磷掺杂浓度,可以使得第一掺杂层31的平均掺杂浓度小于第二掺杂层32的平均掺杂浓度。
优选地,第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323中的厚度分别为2-5nm、2-5nm、1-3nm。
本发明以下还提供了一种异质结太阳能电池的制作方式。其具体包括以下步骤:
提供硅衬底10;
在硅衬底10受光面形成至少一层本征非晶硅膜,并在最外层本征非晶硅膜外表面形成一层本征非晶氧化硅膜213;
在硅衬底10背光面形成至少一层本征微晶硅膜,并在最外层本征微晶硅膜外表面形成一层本征微晶氧化硅膜223;
在本征非晶氧化硅膜213表面形成第一掺杂层31;
在本征微晶氧化硅膜223表面形成第二掺杂层32,其中,第二掺杂层32 掺杂类型与第一掺杂层31掺杂类型相反。
可以理解,在本发明中,形成于硅衬底10受光面的全部本征非晶硅膜与形成于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜213共同构成第一本征层21;形成于硅衬底10背光面的全部本征微晶硅膜与形成于最外层本征微晶硅膜外表面的本征微晶氧化硅膜223共同构成第二本征层22。
其中,提供硅衬底10步骤一种具体实施方式为:选取n型单晶硅片,优选电阻率0.3~3.3Ω·cm,厚度为155~220μm;先利用体积浓度为5%的HF溶液去除表面氧化层,再利用单晶硅的各向异性腐蚀特性,采用KOH或NaOH加醇的溶液进行制绒,利用单晶硅的各项异性腐蚀,在n型单晶硅片表面形成较浅的金字塔结构,即获得硅衬底10。其中,KOH或NaOH加醇的溶液温度为 85℃,KOH或NaOH的体积浓度为10%,腐蚀时间为120~180s;要求清洗后的硅片表面无斑点、划痕、水迹,硅片表面干净程度高。
本发明中的第一本征层21、第一掺杂层31、第二本征层22与第二掺杂层 32均是通过PECVD工艺形成。
在本发明的图2所示具体实施例中,本征非晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于硅衬底10受光面的第一本征非晶硅膜211与第二本征非晶硅膜212,其中,沉积第一本征非晶硅膜211与第二本征非晶硅膜212时的硅片衬底温度为 200-300℃,反应气体均包括H2与SiH4;且沉积第一本征非晶硅膜211时H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积第二本征非晶硅膜212时H2的体积浓度为 0.5%-1%。
更为具体地,在PECVD设备的真空室真空度达到大致1x10-4Pa后,在硅衬底100温度为200~300℃条件下,以H2与SiH4为反应气体,沉积气压为 60~300Pa,氢气体积浓度0.5%~2%,在硅衬底10受光面沉积第一本征非晶硅膜211;接着继续以H2与SiH4为反应气体,沉积气压为60~300Pa,氢气体积浓度0.5%~1%,在第一本征非晶硅膜211表面沉积第二本征非晶硅膜212。
进一步地,图2所示实施例中的本征非晶氧化硅膜213为通过PECVD沉积于第二本征非晶硅膜212外表面,沉积本征非晶氧化硅膜213时的硅片衬底温度为200-300℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积本征非晶氧化硅膜213时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。通常,沉积气压也为60~300Pa。
具体实施时,形成第一本征非晶硅膜211时的氢气体积浓度大于形成第二本征非晶硅膜212时的氢气体积浓度,形成第二本征非晶硅膜212时的氢气体积浓度大于形成本征非晶氧化硅膜213时的氢气体积浓度。如此,可使得第一本征非晶硅膜211中的氢含量高于第二本征非晶硅膜212中的氢含量,而第二本征非晶硅膜212中的氢含量高于本征非晶氧化硅膜213中的氢含量。
相应地,在本发明图2所示实施例中,本征微晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于硅衬底10背光面的第一本征微晶硅膜221与第二本征微晶硅膜222,其中,沉积第一本征微晶硅膜221与第二本征微晶硅膜222时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2与SiH4;且沉积第一本征微晶硅膜221时 H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积第二本征微晶硅膜222时H2的体积浓度为 0.5%-1%。通常,沉积气压为60~300Pa。
进一步地,图2所示实施例中的本征微晶氧化硅膜223为通过PECVD沉积于第二本征微晶硅膜222外表面,沉积本征微晶氧化硅膜223时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积本征微晶氧化硅膜223时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。通常,沉积气压也为60~300Pa。
在具体实施过程中,通过控制各本征膜的成型时间,即可以控制各本征膜的厚度。
具体实施时,形成第一本征微晶硅膜221时的氢气体积浓度大于形成第二本征微晶硅膜222时的氢气体积浓度,形成第二本征微晶硅膜222时的氢气体积浓度大于形成本征微晶氧化硅膜223时的氢气体积浓度。如此,可使得第一本征微晶硅膜221中的氢含量高于第二本征微晶硅膜222中的氢含量,而第二本征微晶硅膜222中的氢含量高于本征微晶氧化硅膜223中的氢含量。
在图2所示实施例中,通过控制沉积过程中硅衬底10的温度不同,可以在硅衬底10的受光面与背光面分别实现非晶结构与微晶结构的成型。进一步,在具体实施时,通过控制使得第一本征非晶硅膜211沉积时的硅衬底10温度小于第二本征非晶硅膜212沉积时的硅衬底10温度,即可使得第一本征非晶硅膜211的晶化率小于第二本征非晶硅膜212的晶化率。
优选地,在本征非晶硅膜、本征非晶氧化硅膜213、本征微晶硅膜及本征微晶氧化硅膜223形成步骤之后,本发明所涉及的制作方法还包括朝相应膜层表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
具体而言,在第一本征非晶硅膜211沉积形成之后,具有朝第一本征非晶硅膜211通入纯H2进行等离子体处理的步骤;在第二本征非晶硅膜212沉积形成之后,具有朝第二本征非晶硅膜212通入纯H2进行等离子体处理的步骤;在本征非晶氧化硅膜213沉积形成之后,具有朝本征非晶氧化硅膜213通入纯H2进行等离子体处理的步骤;在第一本征微晶硅膜221沉积形成之后,具有朝第一本征微晶硅膜221通入纯H2进行等离子体处理的步骤;在第二本征微晶硅膜 222沉积形成之后,具有朝第二本征微晶硅膜222通入纯H2进行等离子体处理的步骤;在第三本征微晶硅膜223沉积形成之后,具有朝第三本征微晶硅膜22 通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
本发明中,通过增加纯H2进行等离子体处理,可以进一步提高相应本征膜中的含氢量,进一步提高第一本征层21与第二本征层22对硅衬底10的钝化作用。
可以理解,在本发明的一些次优选实施方式中,也可以仅在本征非晶氧化硅膜213与本征微晶氧化硅膜223形成之后分别增加一次纯H2进行等离子体处理。
本发明的又一具体实施例中,第一掺杂层31形成步骤与第二掺杂层32形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻掺杂膜中,远离硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
其中,对于图3所示实施结构的异质结太阳能电池而言,第一掺杂层31 形成步骤包括在第一本征层21表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离硅衬底的方向上,形成三层磷掺杂膜时的PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、 100-300ppm、200-400ppm。第二掺杂层32形成步骤包括在第二本征层22表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离硅衬底的方向上,形成三层硼掺杂膜时的 B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
更为具体地,第一掺杂层31的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第一本征层21表面通入PH3、SiH4和H2,控制PH3/SiH4流量比例值为50-150ppm,沉积形成第一磷掺杂膜311;然后调整PH3/SiH4流量比例值至100-300ppm,沉积形成第二磷掺杂膜312;最后调整PH3/SiH4流量比例值至200-400ppm,沉积形成第三磷掺杂膜313。通过该步骤形成的第一掺杂层31中的全部掺杂膜均为掺杂非晶硅膜,在第一掺杂层 31形成过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
在本发明的又一些实施例中,当第一掺杂层31的全部掺杂膜均为掺杂非晶氧化硅膜时,第一掺杂层31的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第一本征层21表面通入PH3、SiH4、 CO2和H2,控制PH3/SiH4流量比例值为50-150ppm,CO2/SiH4的流量比例值为 0.5-2,沉积形成第一磷掺杂膜311;然后调整PH3/SiH4流量比例值至 100-300ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第二磷掺杂膜312;最后调整PH3/SiH4流量比例值至200-400ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第三磷掺杂膜313。通过该步骤形成第一掺杂层31的过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
相应地,第二掺杂层32的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第二本征层22表面通入B2H6、SiH4和 H2,控制B2H6/SiH4流量比例值为50-150ppm,沉积形成第一硼掺杂膜321;然后调整B2H6/SiH4流量比例值至100-250ppm,沉积形成第二硼掺杂膜322;最后调整B2H6/SiH4流量比例值至200-300ppm,沉积形成第三硼掺杂膜323。通过该步骤形成的第二掺杂层32全部掺杂膜均为掺杂非晶硅膜,在第二掺杂层32形成过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
在本发明的又一些实施例中,当第二掺杂层32全部掺杂膜均为掺杂非晶氧化硅膜时,第二掺杂层32的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第二本征层22表面通入B2H6、SiH4、CO2和H2,控制B2H6/SiH4流量比例值为50-150ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第一硼掺杂膜321;然后调整B2H6/SiH4流量比例值至100-250ppm, CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第二硼掺杂膜322;最后调整 B2H6/SiH4流量比例值至200-300ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第三硼掺杂膜323。通过该步骤形成第二掺杂层32的过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
可以理解,在具体实施过程中,通过控制各掺杂膜的成型时间,即可以控制各掺杂膜的厚度。
可以理解,本发明所涉及的异质结太阳能电池制作方法还包括:
透明导电膜制作步骤:在第一掺杂层31与第二掺杂层32的表面分别采用 PVD沉积、RPD沉积或磁控溅射沉积工艺制作第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42。
集电极制作步骤:用丝网印刷的方法在第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42上再分别印刷一层低温导电银浆,然后在150~300℃的低温下进行烧结形成良好的欧姆接触,进而形成第一集电极51以及第二集电极52。
其中,第一透明导电膜41与第二透明导电膜42的一种具体实现方式为:将PVD设备的沉积腔室升温到190℃;将完成第一掺杂层31与第二掺杂层32 的硅衬底10放置在载板上并送至沉积腔室内;在第一掺杂层31表面采用ITO (In2O3:SnO2=97:3)靶进行镀膜以沉积形成70-100nm的第一透明导电膜层 41;在第二掺杂层32表面采用ITO(In2O3:SnO2=90:10)靶进行镀膜以沉积形成70-100nm的第二透明导电膜层42。
可以理解,ITO(In2O3:SnO2=97:3)靶指的是ITO靶材中的In2O3与SnO2质量比重为97:3,ITO(In2O3:SnO2=90:10)靶指的是ITO靶材中的In2O3与SnO2质量比重为90:10。第一透明导电膜层41中掺杂氧化物SnO2的含量相对较低使得第一透明导电膜层41透光性更好,有利于异质结太阳能电池的受光面收光效果;第二透明导电膜层42中掺杂氧化物SnO2的含量相对较高使得第二透明导电膜层42具有更好的导电性,可优化第二透明导电膜层42与第二集电极之间的接触电阻。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种异质结太阳能电池,包括:硅衬底,依次层叠设置于所述硅衬底受光面的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于所述硅衬底背光面的第二本征层、掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;其特征在于,所述第一本征层包括设置于所述硅衬底受光面的至少一层本征非晶硅膜及设置于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜,所述第二本征层包括设置于所述硅衬底背光面的至少一层本征微晶硅膜及设置于最外层本征微晶硅膜外表面的本征微晶氧化硅膜。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池,其特征在于,靠近所述硅衬底的所述本征非晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的所述本征非晶硅膜中的氢含量。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述本征非晶硅膜包括依次层叠设置于所述硅衬底受光面的第一本征非晶硅膜与第二本征非晶硅膜,所述第一本征非晶硅膜中的氢原子含量为1x1022~1.5x1023个/cm3,所述第二本征非晶硅膜中的氢原子含量为5x1021~2x1022个/cm3
4.根据权利要求1-3任意一项所述的异质结太阳能电池,其特征在于,靠近所述硅衬底的所述本征非晶硅膜的晶化率小于远离所述硅衬底的所述本征非晶硅膜的晶化率。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的异质结太阳能电池,其特征在于,靠近所述硅衬底的所述本征微晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的所述本征微晶硅膜中的氢含量。
6.根据权利要求5所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述本征微晶硅膜包括依次层叠设置于所述硅衬底背光面的第一本征微晶硅膜与第二本征微晶硅膜,所述第一本征微晶硅膜中的氢原子含量为1x1022~1.5x1023个/cm3,所述第二本征微晶硅膜中的氢原子含量为5x1021~2x1022个/cm3
7.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第一掺杂层与所述第二掺杂层中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
8.根据权利要求7所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。
9.根据权利要求7或8所述的异质结太阳能电池,其特征在于,构成所述第一掺杂层的掺杂膜为磷掺杂膜,所述磷掺杂膜包括依次层叠设置于所述第一本征层外的第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜,所述第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜中的磷掺杂浓度分别为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
10.根据权利要求7或8所述的异质结太阳能电池,其特征在于,构成所述第二掺杂层的掺杂膜为硼掺杂膜,所述硼掺杂膜包括依次层叠设置于所述第二本征层外的第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜,所述第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、400-600ppm。
11.一种异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供硅衬底;
在所述硅衬底受光面形成至少一层本征非晶硅膜,并在最外层本征非晶硅膜外表面形成一层本征非晶氧化硅膜;
在所述硅衬底背光面形成至少一层本征微晶硅膜,并在最外层本征微晶硅膜外表面形成一层本征微晶氧化硅膜;
在所述本征非晶氧化硅膜表面形成第一掺杂层;
在所述本征微晶氧化硅膜表面形成第二掺杂层,所述第二掺杂层掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反。
12.根据权利要求11所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述本征非晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于所述硅衬底受光面的第一本征非晶硅膜与第二本征非晶硅膜,沉积所述第一本征非晶硅膜与所述第二本征非晶硅膜时的硅片衬底温度为200-300℃,反应气体均包括H2与SiH4;且沉积所述第一本征非晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积所述第二本征非晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-1%。
13.根据权利要求12所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述本征非晶氧化硅膜为通过PECVD沉积于所述第二本征非晶硅膜外表面,沉积所述所述本征非晶氧化硅膜时的硅片衬底温度为200-300℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积所述本征非晶氧化硅膜时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。
14.根据权利要求11-13任意一项所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述本征微晶硅膜包括通过PECVD依次沉积于所述硅衬底背光面的第一本征微晶硅膜与第二本征微晶硅膜,沉积所述第一本征微晶硅膜与所述第二本征微晶硅膜时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2与SiH4;且沉积所述第一本征微晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-2%,沉积所述第二本征微晶硅膜时H2的体积浓度为0.5%-1%。
15.根据权利要求14所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述本征微晶氧化硅膜为通过PECVD沉积于所述第二本征微晶硅膜外表面,沉积所述所述本征微晶氧化硅膜时的硅片衬底温度为250-400℃,反应气体均包括H2、SiH4和CO2;且沉积所述本征微晶氧化硅膜时H2的体积浓度为0.1%-0.5%,CO2的体积浓度为0.1%-10%。
16.根据权利要求11-13任意一项所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,在所述本征非晶硅膜、所述本征非晶氧化硅膜、所述本征微晶硅膜及本所述征微晶氧化硅膜形成步骤之后,所述制作方法还包括朝相应膜层表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
17.根据权利要求11所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层形成步骤与所述第二掺杂层形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
18.根据权利要求17所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层形成步骤包括在所述本征非晶氧化硅膜表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述磷掺杂膜时的PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
19.根据权利要求17或18所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第二掺杂层形成步骤包括在所述本征微晶氧化硅膜表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述硼掺杂膜时的B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
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