一种制备HBC太阳能电池的方法及其HBC太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域,具体涉及一种制备HBC太阳能电池的方法及其HBC太阳能电池。
背景技术
硅基光伏电池历经三代产品的更迭,新的技术不断涌现,进而推动光伏发电的性价比不断提升。光伏电池早期以铝背场电池(BSF)为主要技术路线,随着光伏产业对发电效率的不断提高以及背面电池(PERC)技术的逐渐成熟,并且相应的制作成本不断下降,光伏电池近年来转向以PERC技术为主路线。然而,PERC技术目前已相对成熟,并逐步逼近其转换效率的理论极限,研究人员开始寻求转化效率更高的产品,现有技术中光伏电池的技术路线主要包括隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)、异质结(HJT)或叉指式背接触(IBC)等。
IBC电池技术与TOPCon以及HJT采用新的钝化接触结构来提高钝化效果,从而提高光电转换效率的技术思路不同,IBC电池技术则是将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面,利用减少栅线对阳光的遮挡来提高转换效率,实质上是通过结构的改变捕获更多的阳光,是一种结构简单的单面电池,这种结构可以与TOPCon、HJT或钙钛矿等多种技术叠加,因此具有良好的应用前景。其中,IBC电池技术与HJT技术的叠加则被统称为异质结背接触晶硅(HBC)电池。
现有技术中应用的HBC太阳能电池的制备工艺比较复杂以及工序时间长,同时需要掩模、开槽、掺杂和清洗才能完成制备背面PN异质结区,并且正负电极都处于背面,电极印刷和电极隔离工艺对设备精度要求高。此外,相关的生产设备投资成本高和量产难度大。
因此,在本领域中,亟需开发一种HBC太阳能电池的制备工艺,不仅操作简单,容易量产,对设备的要求低,同时还能制备出具有良好的光电性能的HBC太阳能电池。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种制备HBC太阳能电池的方法及其HBC太阳能电池。本发明能够提供一种质量更好且缺陷更少的非晶硅薄膜,进而提升了HBC太阳能电池的光电性能,并且正面无栅线遮挡,进而能够捕获更多的太阳光,同时制备工艺步骤简化,不需要在多台设备间切换。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种制备HBC太阳能电池的方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将清洗制绒后的硅片传入热丝化学气相沉积(HWCVD)设备中第一个工艺腔进行抽真空,而后热丝加热,并通入硅烷和氢气,调节腔体内的温度和压强,沉积得到正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空后热丝加热,并通入硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内的温度和压强,沉积得到正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空后热丝加热,并通入硅烷和氨气,调节腔体内的温度和压强,沉积得到正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空后热丝加热,并通入硅烷和氢气,调节腔体内的温度和压强,沉积得到背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,并装上第一掩模版,随后传入第五工艺腔,抽真空后热丝加热,并通入硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内的温度和压强,沉积后得到背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,随后传入第六个工艺腔,抽真空后热丝加热,并通入硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内的温度和压强,沉积得到背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版,传入物理气相沉积(PVD)腔内,沉积得到背面透明导电氧化物(TCO)薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面透明导电氧化物(TCO)薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
在本发明中,通过采用上述催化气相沉积的方法进行制备,不仅没有现有技术中利用等离子体对薄膜和衬底进行轰击,从而使得薄膜的质量更好,还具备沉积速率快、工艺简化的优势,有利于进一步提高生产线的产能,并无需进行掩膜沉积、掩模去除和开槽等工序,整个制备过程能够在同一台设备上完成,进而降低了设备成本以及能耗。
此外,本发明通过掩模的技术实现背面的PN异质结的制备,此方法无需进行掩膜沉积和去掩膜工艺,也无需进行激光开槽进行PN异质结分离,避免在多台设备上进行操作,提高薄膜的质量。
在本发明中,步骤(1)中清洗制绒的过程具体为采用RCA标准清洗法进行清洗。
优选地,步骤(1)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(1)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(1)中所述热丝加热的温度为1600~1800℃,例如可以为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过控制步骤(1)中所述热丝加热的温度,控制加热丝的温度,使得硅烷和氢气分解成对成膜速率和钝化质量有益的基团。温度过低,则硅烷和氢气无法分解,导致不能成膜或者成膜速率低;温度过高,则硅烷和氢气会完全分解,氢原子获得更高的能量,高能的氢原子对薄膜进行刻蚀,导致成膜速率下降,且在薄膜表面引入大量缺陷。
优选地,步骤(1)中所述硅烷和氢气的质量比为1:(5~10),例如可以为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过调整步骤(1)中所述硅烷和氢气的质量比,使得成膜速率和钝化质量维持在一个相对较高的水平。若硅烷的含量相对较高时,虽然成膜速率较快,但薄膜呈完全的非晶态,钝化效果较弱;若氢气的含量相对较高,则成膜速率会下降,且氢原子含量过大,对薄膜造成刻蚀,同样会影响薄膜质量。
优选地,步骤(1)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为100~200℃,例如可以为100℃、120℃、150℃、180℃、200℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过调整步骤(1)中所述腔体内的温度和压强,使得薄膜的沉积速率和晶化率维持在一个比较有益的水平。具体为一方面,腔体内的压强过低,则腔体内参加反应的气体的含量低,成膜速率慢;腔体内的压强过高,虽然SiH4的含量有所增加,有利于提高成膜速率;但是氢气的含量也随之提高,氢气的含量过高则会对薄膜进行刻蚀,影响晶化率。
另一方面,腔体内的温度过低,即衬底温度过低,不利于硅原子在衬底表面扩散,影响成膜速率和晶化率;随着腔体温度的提高,成膜速率和晶化率均会提升;但是温度越高,所需要的能耗越大,同时温度的不均匀性也会导致硅片发生翘曲,造成良品率下降。此外,催化气相沉积(即HWCVD)的优势之一即能够在低温下制备高质量的薄膜,因此不必一味升高温度。
优选地,步骤(1)中所述正面本征氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(2)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(2)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(2)中所述热丝加热的温度为1800~2000℃,例如可以为1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过控制步骤(2)中所述热丝加热的温度,控制加热丝的温度,使硅烷、氢气和磷烷得到相对充分的分解,得到一个比较理想的成膜速率和掺杂比率。温度过低,则硅烷、氢气和磷烷无法分解,导致不能成膜或者成膜速率低;温度过高,则氢原子能量过大,高能氢原子会将已经进行有效掺杂的Si-P键打断,从而降低掺杂浓度,影响薄膜性能。
优选地,步骤(2)中所述硅烷、氢气和磷烷的质量比为1:(5~10):(0.01~0.1),例如可以为1:5:0.01、1:6:0.02、1:7:0.03、1:8:0.04、1:9:0.05、1:10:0.08、1:10:0.1,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过控制步骤(2)中所述硅烷、氢气和磷烷的质量比,使得成膜速率和掺杂质量都在一个相对较高的水平。氢气的量在步骤(1)中已做解释;磷烷比例过低,则会导致参与掺杂的磷原子数量过少,则掺杂浓度低;磷烷比例过高,则大量的P-H基团会在薄膜表面聚集,与化学吸附在薄膜表面的P-H基团发生反应生成P-H-Si复合体,这种复合体属于无效复合。
优选地,步骤(2)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为200~300℃,例如可以为200℃、220℃、250℃、280℃、300℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过控制步骤(2)中所述腔体内的温度和压强,使得薄膜的沉积速率、晶化率和掺杂浓度在一个比较有益的水平。具体为一方面,腔体内的压强过低,则参与掺杂的P原子含量较低,从而造成掺杂浓度低;腔体内的压强过高,虽然参与反应的P原子含量增加,但是过量的P原子会与气相中SiH3相互反应生成Si-H-P,该复合体不具有电活性,因此掺杂原子无法被激活。
另一方面,腔体内的温度过低,P原子在表面的扩散较弱,不利于P原子扩散到Si-位置,结合生成Si-P;腔体内的温度过高,过多的化学吸附与表面的-PH2/-PH基团发生反应,生成Si-H-P不具有电活性的基团。
优选地,步骤(2)中所述正面磷掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm。
优选地,步骤(3)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(3)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(3)中所述热丝加热的温度为1600~1800℃,例如可以为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(3)中所述硅烷和氨气的质量比为1:(5~10) ,例如可以为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,利用调控步骤(3)中热丝加热的温度以及硅烷和氨气的质量比,目的是为了达到和步骤(1)中相应的参数起到的相同的技术效果。
优选地,步骤(3)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为150~250℃,例如可以为150℃、180℃、200℃、220℃、250℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(3)中所述正面氮化硅减反射膜层的厚度为60~100nm,例如可以为60nm、70nm、80nm、90nm、100nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(4)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(4)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(4)中所述热丝加热的温度为1600~1800℃,例如可以为1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(4)中所述硅烷和氢气的质量比为1:(5~10),例如可以为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(4)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为100~200℃,例如可以为100℃、120℃、150℃、180℃、200℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,步骤(4)中热丝加热温度、气体比例、腔体内的温度和压强的调整是为了达到和步骤(1)中相应的参数起到的相同的技术效果。
优选地,步骤(4)中所述背面本征氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(5)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(5)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(5)中所述热丝加热的温度为1800~2000℃,例如可以为1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(5)中所述硅烷、氢气和磷烷的质量比为1:(5~10):(0.01~0.1),例如可以为1:5:0.01、1:6:0.02、1:7:0.03、1:8:0.04、1:9:0.05、1:10:0.08、1:10:0.1,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(5)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为200~300℃,例如可以为200℃、220℃、250℃、280℃、300℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,步骤(5)中热丝加热温度、气体比例、腔体内的温度和压强的调整是为了达到和步骤(2)中相应的参数起到的相同的技术效果。
优选地,步骤(5)中所述背面磷掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(6)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(6)中所述抽真空至压力为<10-3Pa,例如可以为9×10-4Pa、7×10- 4Pa、5×10-4Pa、3×10-4Pa、1×10-4Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(6)中所述热丝加热的温度为1800~2000℃,例如可以为1800℃、1850℃、1900℃、1950℃、2000℃,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(6)中所述硅烷、氢气和乙硼烷的质量比为1:(5~10):(0.01~0.1),例如可以为1:5:0.01、1:6:0.02、1:7:0.03、1:8:0.04、1:9:0.05、1:10:0.08、1:10:0.1,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(6)中所述调节腔体内的温度和压强至:温度为200~300℃,例如可以为200℃、220℃、250℃、280℃、300℃;压强为1~10Pa,例如可以为1Pa、2Pa、5Pa、8Pa、10Pa,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,步骤(6)中所述背面硼掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm。
在本发明中,步骤(6)中热丝加热温度、气体比例、腔体内的温度和压强的调整是为了达到和步骤(2)中相应的参数起到的相同的技术效果。
优选地,步骤(8)包括下述至少一种情形:
优选地,步骤(8)中所述印刷为丝网印刷。
优选地,步骤(8)中所述烧结的温度为200-250℃,例如可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃,时间为30min-60min,例如可以为30min、40min、50min、60min。
第二方面,本发明提供一种HBC太阳能电池,所述HBC太阳能电池采用根据第一方面所述的方法制备得到。
在本发明中,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面透明导电氧化物(TCO)薄膜层。
本发明通过提供了一种上述结构的HBC太阳能电池,其采用本征氢化非晶硅作为双面钝化层,在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构,基于高质量的非晶硅钝化,能够获得高开路电压。同时,HBC太阳能电池前表面无遮光损失和减少了电阻损失,从而拥有较高的短路电流。此外,本发明采用热丝化学气相沉积的方法进行原位掺杂,其具有镀膜速率快、成膜质量好和掺杂效率高等优势。
优选地,所述HBC太阳能电池包括下述至少一种情形:
优选地,所述HBC太阳能电池中正面本征氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,所述HBC太阳能电池中正面磷掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,所述HBC太阳能电池中正面氮化硅减反射膜层的厚度为60~100nm,例如可以为60nm、70nm、80nm、90nm、100nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,所述HBC太阳能电池中背面本征氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,所述HBC太阳能电池中背面磷掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
优选地,所述HBC太阳能电池中背面硼掺杂氢化非晶硅层的厚度为5~10nm,例如可以为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm,出于篇幅简短的考虑,对上述范围内的数值不再一一列举。
在本发明中,通过控制正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层的厚度,使得其具有轻量化的功能以及阻抗较小的优势。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供了一种HBC太阳能电池,其采用本征氢化非晶硅作为双面钝化层,在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构,基于高质量的非晶硅钝化,能够获得高开路电压。同时,HBC太阳能电池前表面无遮光损失和减少了电阻损失,从而拥有较高的短路电流。
本发明过采用上述催化气相沉积的方法进行制备,不仅没有现有技术中利用等离子体对薄膜和衬底进行轰击,从而使得薄膜的质量更好,还具备沉积速率快、工艺简化的优势,有利于进一步提高生产线的产能,并无需进行掩膜沉积、掩模去除和开槽等工序,整个制备过程能够在同一台设备上完成,进而降低了设备成本以及能耗。
此外,本发明通过掩模的技术实现背面的PN异质结的制备,此方法无需进行掩膜沉积和去掩膜工艺,也无需进行激光开槽进行PN异质结分离,避免在多台设备上进行操作,提高薄膜的质量。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层。
制备方法如下:
(1)将清洗制绒后的硅片装入载板中,传入HWCVD设备中第一个工艺腔进行抽真空至底压<10-3Pa,而后加热热丝温度至1700℃,并通入质量比为1:7的硅烷和氢气,调节腔体内温度为150℃,压强为5Pa,沉积得到厚度为7nm的正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度为1900℃,并通入质量比为1:7:0.05的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为250℃,压强为5Pa,沉积得到厚度为7nm的正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1700℃,并通入质量比为1:7的硅烷和氨气,调节腔体内温度为200℃,压强为5Pa,沉积得到厚度为80nm的正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1700℃,并通入质量比为1:7的硅烷和氢气,调节腔体内温度为150℃,压强为5Pa,沉积得到厚度为7nm的背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,在载板上装载上第一掩模版,只留下需要进行镀n+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后传入第五个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1900℃,并通入质量比为1:7:0.05的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为250℃,压强为5Pa,沉积后得到厚度为7nm的背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,只留下需要进行镀p+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后将传入第六工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1900℃,并通入质量比为1:7:0.05的硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内温度为250℃,压强为5Pa,沉积得到厚度为7nm的背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版(第三掩模版非遮蔽区域为第一掩模版非遮蔽区域和第二掩模版非遮蔽区域的叠加),只留下需要进行镀TCO薄膜的区域,传入PVD腔内,沉积得到背面TCO薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面TCO薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
实施例2
本实施例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层。
制备方法如下:
(1)将清洗制绒后的硅片装入载板中,传入HWCVD设备中第一个工艺腔进行抽真空至底压<10-3Pa,而后加热热丝温度至1650℃,并通入质量比为1:6的硅烷和氢气,调节腔体内温度为120℃,压强为2Pa,沉积得到厚度为6nm的正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度为1850℃,并通入质量比为1:6:0.03的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为220℃,压强为2Pa,沉积得到厚度为6nm的正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1650℃,并通入质量比为1:6的硅烷和氨气,调节腔体内温度为180℃,压强为2Pa,沉积得到厚度为70nm的正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1650℃,并通入质量比为1:6的硅烷和氢气,调节腔体内温度为120℃,压强为2Pa,沉积得到厚度为6nm的背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,在载板上装载上第一掩模版,只留下需要进行镀n+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后传入第五个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1850℃,并通入质量比为1:6:0.03的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为220℃,压强为2Pa,沉积后得到厚度为6nm的背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,只留下需要进行镀p+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后将传入第六个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1850℃,并通入质量比为1:6:0.03的硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内温度为220℃,压强为2Pa,沉积得到厚度为6nm的背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版(第三掩模版非遮蔽区域为第一掩模版非遮蔽区域和第二掩模版非遮蔽区域的叠加),只留下需要进行镀TCO薄膜的区域,传入PVD腔内,沉积得到背面TCO薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面TCO薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
实施例3
本实施例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层。
制备方法如下:
(1)将清洗制绒后的硅片装入载板中,传入HWCVD设备中第一个工艺腔进行抽真空至底压<10-3Pa,而后加热热丝温度至1750℃,并通入质量比为1:8的硅烷和氢气,调节腔体内温度为180℃,压强为8Pa,沉积得到厚度为8nm的正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度为1950℃,并通入质量比为1:8:0.08的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为280℃,压强为8Pa,沉积得到厚度为8nm的正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1750℃,并通入质量比为1:8的硅烷和氨气,调节腔体内温度为220℃,压强为8Pa,沉积得到厚度为90nm的正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1750℃,并通入质量比为1:8的硅烷和氢气,调节腔体内温度为180℃,压强为8Pa,沉积得到厚度为8nm的背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,在载板上装载上第一掩模版,只留下需要进行镀n+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后传入第五个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1950℃,并通入质量比为1:8:0.08的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为280℃,压强为8Pa,沉积后得到厚度为8nm的背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,只留下需要进行镀p+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后将传入第六个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1950℃,并通入质量比为1:8:0.08的硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内温度为280℃,压强为8Pa,沉积得到厚度为8nm的背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版(第三掩模版非遮蔽区域为第一掩模版非遮蔽区域和第二掩模版非遮蔽区域的叠加),只留下需要进行镀TCO薄膜的区域,传入PVD腔内,沉积得到背面TCO薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面TCO薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
实施例4
本实施例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层。
制备方法如下:
(1)将清洗制绒后的硅片装入载板中,传入HWCVD设备中第一个工艺腔进行抽真空至底压<10-3Pa,而后加热热丝温度至1600℃,并通入质量比为1:5的硅烷和氢气,调节腔体内温度为100℃,压强为1Pa,沉积得到厚度为5nm的正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度为1800℃,并通入质量比为1:5:0.01的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为200℃,压强为1Pa,沉积得到厚度为5nm的正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1600℃,并通入质量比为1:5的硅烷和氨气,调节腔体内温度为150℃,压强为1Pa,沉积得到厚度为60nm的正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1600℃,并通入质量比为1:5的硅烷和氢气,调节腔体内温度为100℃,压强为1Pa,沉积得到厚度为5nm的背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,在载板上装载上第一掩模版,只留下需要进行镀n+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后传入第五个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1800℃,并通入质量比为1:5:0.01的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为200℃,压强为1Pa,沉积后得到厚度为5nm的背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,只留下需要进行镀p+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后将传入第六个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1800℃,并通入质量比为1:5:0.01的硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内温度为200℃,压强为1Pa,沉积得到厚度为5nm的背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版(第三掩模版非遮蔽区域为第一掩模版非遮蔽区域和第二掩模版非遮蔽区域的叠加),只留下需要进行镀TCO薄膜的区域,传入PVD腔内,沉积得到背面TCO薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面TCO薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
实施例5
本实施例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,所述HBC太阳能电池包括依次层叠的硅衬底层、正面本征氢化非晶硅层、正面磷掺杂氢化非晶硅层、正面氮化硅减反射膜层、背面本征氢化非晶硅层、背面磷掺杂氢化非晶硅层、背面硼掺杂氢化非晶硅层和背面TCO薄膜层。
制备方法如下:
(1)将清洗制绒后的硅片装入载板中,传入HWCVD设备中第一个工艺腔进行抽真空至底压<10-3Pa,而后加热热丝温度至1800℃,并通入质量比为1:10的硅烷和氢气,调节腔体内温度为200℃,压强为10Pa,沉积得到厚度为10nm的正面本征氢化非晶硅层;
(2)将步骤(1)沉积完成的正面本征氢化非晶硅层传入第二个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度为2000℃,并通入质量比为1:10:0.1的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为300℃,压强为10Pa,沉积得到厚度为10nm的正面磷掺杂氢化非晶硅层;
(3)将步骤(2)沉积完成的正面磷掺杂氢化非晶硅层传入第三个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1800℃,并通入质量比为1:10的硅烷和氨气,调节腔体内温度为250℃,压强为10Pa,沉积得到厚度为100nm的正面氮化硅减反射膜层;
(4)将步骤(3)沉积完成的正面氮化硅减反射膜层传入第四个工艺腔内,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至1800℃,并通入质量比为1:10的硅烷和氢气,调节腔体内温度为200℃,压强为10Pa,沉积得到厚度为10nm的背面本征氢化非晶硅层;
(5)将步骤(4)沉积完成的背面本征氢化非晶硅层从第四个工艺腔内传出,在载板上装载上第一掩模版,只留下需要进行镀n+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后传入第五个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至2000℃,并通入质量比为1:10:0.1的硅烷、氢气和磷烷,调节腔体内温度为300℃,压强为10Pa,沉积后得到厚度为10nm的背面磷掺杂氢化非晶硅层;
(6)将步骤(5)沉积完成的背面磷掺杂非晶硅层从第五个工艺腔内传出,取下第一掩模版,装上第二掩模版,只留下需要进行镀p+氢化非晶硅的区域,对其他非镀膜区域进行遮蔽。随后将传入第六个工艺腔,抽真空至底压<10-3Pa后加热热丝温度至2000℃,并通入质量比为1:10:0.1的硅烷、氢气和乙硼烷,调节腔体内温度为300℃,压强为10Pa,沉积得到厚度为10nm的背面硼掺杂氢化非晶硅层;
(7)将步骤(6)沉积完成的背面硼掺杂氢化非晶硅层从第六个工艺腔内传出,取下第二掩模版,装上第三掩模版(第三掩模版非遮蔽区域为第一掩模版非遮蔽区域和第二掩模版非遮蔽区域的叠加),只留下需要进行镀TCO薄膜的区域,传入PVD腔内,沉积得到背面TCO薄膜层;
(8)将步骤(7)得到的背面TCO薄膜层传出,进行印刷和烧结,得到所述HBC太阳能电池。
实施例6
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)中热丝加热的温度为1500℃,其他均与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)中热丝加热的温度为1900℃,其他均与实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)中热丝加热的温度为1700℃,其他均与实施例1相同。
实施例9
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)中热丝加热的温度为2100℃,其他均与实施例1相同。
实施例10
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)中硅烷和其余气体的质量比为1:2,其他均与实施例1相同。
实施例11
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)中硅烷和其余气体的质量比为1:15,其他均与实施例1相同。
实施例12
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)和步骤(5)中硅烷、氢气和磷烷的质量比为1:2:1,步骤(6)中硅烷、氢气和乙硼烷的质量比为1:2:1,其他均与实施例1相同。
实施例13
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)和步骤(5)中硅烷、氢气和磷烷的质量比为1:15:0.01,步骤(6)中硅烷、氢气和乙硼烷的质量比为1:15:0.01,其他均与实施例1相同。
实施例14
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)和步骤(4)中腔体内温度为50℃,压强为0.5Pa,其他均与实施例1相同。
实施例15
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(1)和步骤(4)中腔体内温度为250℃,压强为15Pa,其他均与实施例1相同。
实施例16
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)中腔体内的温度为150℃,压强为0.5Pa,其他均与实施例1相同。
实施例17
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)中腔体内的温度为350℃,压强为15Pa,其他均与实施例1相同。
实施例18
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(3)中腔体内的温度为100℃,压强为0.5Pa,其他均与实施例1相同。
实施例19
本实施例与实施例1的区别之处在于,步骤(3)中腔体内温度的为300℃,压强为15Pa,其他均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种HBC太阳能电池及其制备方法,采用PECVD制备HBC太阳能电池,制备方法如下:
依次进行如下处理:清洗制绒、本征氢化非晶硅(正面)、减反射膜(正面)、本征氢化非晶硅(背面)、硼掺杂非晶硅(背面)、掩膜、激光开槽、刻蚀、本征氢化非晶硅(背面)、磷掺杂非晶硅(背面)、刻蚀、透明导电膜(背面)、激光开槽(PN隔离丝网印刷、银浆固化)。
测试条件
将实施例1至实施例19以及对比例1提供的HBC太阳能电池进行测试,测试方法如下:
光电测试:大气质量为AM1.5;电池温度为25℃;太阳能辐照强度为1000W/m2。
测试结果如表1所示:
表1
由表1可以看出,本发明提供的HBC太阳能电池的光电转化效率在24%以上,填充因子高达81%以上,进一步表明本发明提供的HBC太阳能电池具有优异的光电性能和稳定性。
与实施例1相比,实施例6-7为步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)加热的热丝温度超范围的情况,表明控制加热丝的温度,使得气体分解成对成膜速率和钝化质量有益的基团,其制备得到的HBC太阳能电池的光伏参数均有所下降;实施例8-9为步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)中热丝的温度超范围的情况,表明控制加热丝的温度,使气体得到相对充分的分解,得到理想的成膜速率和掺杂比率;实施例10-11为步骤(1)、步骤(3)和步骤(4)中硅烷和其余气体的质量比超范围的情况,影响了电池的光电效率。实施例12-13为步骤(2)、步骤(5)以及步骤(6)中硅烷、氢气和磷烷/乙硼烷的质量比超范围的情况,降低了成膜的速率和掺杂质量;实施例14-15为步骤(1)和步骤(4)中腔体内的温度和压强超范围的情况,实施例16-17为步骤(2)、步骤(5)和步骤(6)腔体内的温度和压强超范围的情况,实施例18-19为步骤(3)中腔体内的温度和压强超范围的情况,上述实施例表明调整腔体内的温度和压强在适宜的范围,有利于提高薄膜的沉积速率和晶化率。
对比例1为现有技术提供的PECVD制备HBC太阳能电池的方法,实施例1与对比例1比较可知,实施例1制备的HBC太阳能电池的光电性能和稳定性更优,同时制备工艺更加简单。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法,但本发明并不局限于上述工艺步骤,即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。