CN115995512B - 太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳电池及其制备方法，制备方法包括：在单晶硅衬底正面和背面分别沉积第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层；在第一本征非晶硅层上沉积n型掺杂非晶硅层；在第二本征非晶硅层上沉积p型掺杂非晶硅层；在n型掺杂非晶硅层上沉积n型掺杂微晶硅层；在p型掺杂非晶硅层上沉积p型掺杂微晶硅层；沉积n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的气体压力为3Torr～5Torr，SiH4、掺杂气体和H2的流量比为1：(1～1.5)：(150～200)，启辉功率为2000W～3500W，启辉时间为100s～230s；利用碱溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行碱抛。制备的太阳电池光电性能较好、转化效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及其制备方法。
背景技术
随着RESH(Rear Emitter Si Heterojunction)电池效率的不断提高和成本的不断降低，高效RESH电池的市场份额也在不断地增加。
然而，为了更好地满足市场需要，微晶RESH电池的光电性能和转换效率仍然有待进一步提高。因此，如何进一步提升RESH电池的光电性能和转换效率已经成为本领域的研究热点之一。
发明内容
基于此，有必要提供一种光电性能较好、转化效率较高的太阳电池及其制备方法。
本发明提出的技术方案如下：
根据本发明的第一方面，提供了一种太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
提供制绒后的单晶硅衬底；
在所述单晶硅衬底的正面和背面分别沉积第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层；
通过PECVD方法在所述第一本征非晶硅层上沉积n型掺杂非晶硅层；通过PECVD方法在所述第二本征非晶硅层上沉积p型掺杂非晶硅层；
通过PECVD方法在所述n型掺杂非晶硅层上沉积n型掺杂微晶硅层；通过PECVD方法在所述p型掺杂非晶硅层上沉积p型掺杂微晶硅层；沉积所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层的气体压力为3Torr～5Torr，工艺气体中SiH4、掺杂气体和H2的流量比为1：(1～1.5)：(150～200)，启辉功率为2000W～3500W，启辉时间为100s～230s；
利用碱溶液对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行碱抛；
在碱抛后的所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层上分别沉积透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备电极。
在一些实施方式中，所述碱溶液为质量分数0.5％～1.2％的碱金属氢氧化物溶液。
在一些实施方式中，所述碱抛的温度为45℃～60℃。
在一些实施方式中，在所述碱抛之前，所述n型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm，所述p型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm。
在一些实施方式中，在所述碱抛之后，所述n型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm，所述p型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm。
在一些实施方式中，沉积所述n型掺杂非晶硅层和所述p型掺杂非晶硅层的气体压力为0.50Torr～0.57Torr，工艺气体中SiH4、掺杂气体和H2流量比为1：(0.25～1)：(1～1.5)，启辉功率为200W～800W，启辉时间为20s～35s。
在一些实施方式中，所述n型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm，所述p型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm。
在一些实施方式中，在所述碱抛之后，且在沉积所述透明导电薄膜之前，还包括利用含有双氧水的酸溶液对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行清洗的步骤。
在一些实施方式中，在利用含有双氧水的酸溶液进行清洗之后，且在沉积所述透明导电薄膜之前，还包括利用氢氟酸对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行钝化的步骤。
根据本发明的第二方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池由本发明第一方面所述的太阳电池的制备方法制得。
在一些实施方式中，所述太阳电池包括单晶硅衬底、第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、n型掺杂非晶硅层、p型掺杂非晶硅层、n型掺杂微晶硅层、p型掺杂微晶硅层、第一透明导电薄膜、第二透明导电薄膜、第一电极和第二电极；
所述第一本征非晶硅层、所述n型掺杂非晶硅层、所述n型掺杂微晶硅层、所述第一透明导电薄膜和所述第一电极依次层叠设置于所述单晶硅衬底的正面；
所述第二本征非晶硅层、所述p型掺杂非晶硅层、所述p型掺杂微晶硅层、所述第二透明导电薄膜和所述第二电极依次层叠设置于所述单晶硅衬底的背面。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过调控微晶硅层的沉积工艺参数，在特定的气体压力、气体比例、启辉功率和启辉时间下沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层，使得微晶硅层的晶化率得到提高；并且，通过碱抛处理等步骤使微晶硅层的厚度减薄，避免了微晶硅层的厚度过大对电池性能造成的不利影响，且减少了微晶硅层的损伤、降低了不良比例。本发明的制备方法能够有效地提高微晶RESH电池的光电性能和转换效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的太阳电池的制备方法的流程图；
图2为本发明一实施例的太阳电池的结构示意图。
附图标记说明：
11、单晶硅衬底；12、第一本征非晶硅层；13、第二本征非晶硅层；14、n型掺杂非晶硅层；15、p型掺杂非晶硅层；16、n型掺杂微晶硅层；17、p型掺杂微晶硅层；18、第一透明导电薄膜；19、第二透明导电薄膜；20、第一电极；21、第二电极；100、太阳电池。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
请参阅图1，本发明的一些实施方式提供了一种太阳电池的制备方法。该制备方法包括如下步骤S100至步骤S900：
步骤S100：提供制绒后的单晶硅衬底。
在其中一些实施例中，将单晶硅片在制绒清洗机台上利用制绒药液进行制绒清洗处理，在单晶硅片的表面形成绒面结构，得到制绒后的单晶硅衬底。在一些具体示例中，单晶硅衬底为n型单晶硅衬底。
需要说明的是，本发明中对单晶硅衬底的电阻率、制绒清洗机台的设备具体结构以及制绒清洗的工艺条件不做具体限定。可以采用现有的单晶硅衬底、制绒清洗机台以及常规的制绒清洗工艺条件。
步骤S200：在单晶硅衬底的正面和背面分别沉积第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层。
在其中一些实施例中，通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积)方法在制绒后的单晶硅衬底的正面和背面分别沉积形成一层第一本征非晶硅层和一层第二本征非晶硅层。
需要说明的是，本发明中对第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的制备机台结构、制备工艺条件等不做具体限定。可以采用现有的制备本征非晶硅层的常规机台设备和工艺条件。
在其中一些实施例中，第一本征非晶硅层包括依次沉积在单晶硅衬底正面的三层本征非晶硅层。其中，沉积第一层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和CO2，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，SiH4和CO2流量比为1:1～1.5，启辉时间为5s～8s；沉积第二层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，启辉时间为8s～13s；沉积第三层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和H2，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，SiH4和H2流量比为1:1～1.5，启辉时间为3s～7s。
在其中一些实施例中，第二本征非晶硅层包括依次沉积在单晶硅衬底背面的三层本征非晶硅层。其中，沉积第一层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和CO2，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，SiH4和CO2流量比为1:1～1.5，启辉时间为5s～8s；沉积第二层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，启辉时间为8s～13s；沉积第三层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和H2，工艺气体压力为0.5Torr～0.57Torr，启辉功率为600W～800W，SiH4和H2流量比为1:1～1.5，启辉时间为3s～7s。
步骤S300：通过PECVD方法在第一本征非晶硅层上沉积n型掺杂非晶硅层；通过PECVD方法在第二本征非晶硅层上沉积p型掺杂非晶硅层。
本发明中通过PECVD方法在第一本征非晶硅层上沉积形成n型掺杂非晶硅层，作为后续的微晶硅层的孵化层；通过PECVD方法在第二本征非晶硅层上沉积形成p型掺杂非晶硅层，作为后续的微晶硅层的孵化层。
在其中一些实施例中，沉积形成n型掺杂非晶硅层的气体压力为0.50Torr～0.57Torr，腔体内气氛中SiH4、掺杂气体和H2流量比为1：(0.25～1)：(1～1.5)，启辉功率为200W～800W，启辉时间为20s～35s。
可以理解，沉积形成n型掺杂非晶硅层的气体压力可以为但不限于0.50Torr、0.51Torr、0.52Torr、0.53Torr、0.54Torr、0.55Torr、0.56Torr、0.57Torr；腔体内气氛中SiH4与掺杂气体(如PH3)流量比可以为但不限于1：0.25、1：0.3、1：0.35、1：0.4、1：0.45、1：0.5、1：0.55、1：0.6、1：0.65、1：0.7、1：0.75、1：0.8、1：0.85、1：0.9、1：0.95、1：1；SiH4与H2流量比可以为但不限于1：1、1：1.1、1：1.2、1：1.3、1：1.4、1：1.5；启辉功率可以为但不限于200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W；启辉时间可以为但不限于20s、22s、24s、26s、28s、30s、32s、34s、35s。
在其中一些实施例中，沉积形成p型掺杂非晶硅层的气体压力为0.50Torr～0.57Torr，腔体内气氛中SiH4、掺杂气体和H2流量比为1：(0.25～1)：(1～1.5)，启辉功率为200W～800W，启辉时间为20s～35s。
可理解，沉积形成p型掺杂非晶硅层的气体压力可以为但不限于0.50Torr、0.51Torr、0.52Torr、0.53Torr、0.54Torr、0.55Torr、0.56Torr、0.57Torr；腔体内气氛中SiH4与掺杂气体(如B2H6)流量比可以为但不限于1：0.25、1：0.3、1：0.35、1：0.4、1：0.45、1：0.5、1：0.55、1：0.6、1：0.65、1：0.7、1：0.75、1：0.8、1：0.85、1：0.9、1：0.95、1：1；SiH4与H2流量比可以为但不限于1：1、1：1.1、1：1.2、1：1.3、1：1.4、1：1.5；启辉功率可以为但不限于200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W；启辉时间可以为但不限于20s、22s、24s、26s、28s、30s、32s、34s、35s。
在其中一些实施例中，沉积形成的n型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm，沉积形成的p型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm。
可以理解，在沉积形成n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层的工艺条件(如腔体内气体压力、SiH4与H2流量比、启辉功率)确定的情况下，可以通过控制启辉时间来控制沉积形成的n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层的厚度。启辉时间越长，n型掺杂非晶硅层、p型掺杂非晶硅层的厚度也会越厚。
步骤S400：通过PECVD方法在n型掺杂非晶硅层上沉积n型掺杂微晶硅层；通过PECVD方法在p型掺杂非晶硅层上沉积p型掺杂微晶硅层。
在其中一些实施例中，沉积形成n型掺杂微晶硅层的腔体内气体压力为3Torr～5Torr，腔体内气氛中SiH4、掺杂气体(如PH3)与H2流量比为1：(1～1.5)：150～200，启辉功率为2000W～3500W，启辉时间为100s～230s。如此，通过高功率、高H2比例以及较大的气体压力下，可以制备得到晶化率较高的n型掺杂微晶硅层。而在一定的晶化范围内，晶化率越高，薄膜的光学带隙越窄，吸收系数越小，从而可以提高太阳电池的光电性能和转换效率。
可以理解，沉积形成n型掺杂微晶硅层的腔体内气体压力可以为但不限于3Torr、3.2Torr、3.5Torr、3.8Torr、4Torr、4.2Torr、4.5Torr、4.8Torr、5Torr；腔体内气氛中SiH4与H2流量比可以为但不限于1：150、1：160、1：170、1：180、1：190、1：200；SiH4与掺杂气体流量比可以为但不限于1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5；启辉功率可以为但不限于2000W、2100W、2200W、2300W、2400W、2500W、2600W、2700W、2800W、2900W、3000W、3100W、3200W、3300W、3400W、3500W；启辉时间可以为但不限于100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s。
在其中一些实施例中，沉积形成p型掺杂微晶硅层的腔体内气体压力为3Torr～5Torr，腔体内气氛中SiH4、掺杂气体(如B2H6)和H2流量比为1：(1～1.5)：(150～200)，启辉功率为2000W～3500W，启辉时间为100s～230s。同样地，通过高功率、高H2比例以及较大的气体压力下，可以制备得到晶化率较高的p型掺杂微晶硅层，从而提高太阳电池的光电性能和转换效率。
可理解，沉积形成p型掺杂微晶硅层的腔体内气体压力可以为但不限于3Torr、3.2Torr、3.5Torr、3.8Torr、4Torr、4.2Torr、4.5Torr、4.8Torr、5Torr；腔体内气氛中SiH4与H2流量比可以为但不限于1：150、1：160、1：170、1：180、1：190、1：200；SiH4与掺杂气体流量比可以为但不限于1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5；启辉功率可以为但不限于2000W、2100W、2200W、2300W、2400W、2500W、2600W、2700W、2800W、2900W、3000W、3100W、3200W、3300W、3400W、3500W；启辉时间可以为但不限于100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s、180s、190s、200s、210s、220s、230s。
在其中一些实施例中，沉积形成的n型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm，沉积形成的p型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm。n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的晶化率均在45％～55％之间。
在沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的工艺条件(如腔体内气体压力，SiH4、掺杂气体和H2流量比，启辉功率)确定的情况下，可以通过控制启辉时间来控制沉积形成的n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度以及晶化率。启辉时间越长，n型掺杂微晶硅层、p型掺杂微晶硅层的厚度也会越厚；并且，在提高微晶硅层的厚度的同时也会提升微晶硅层的晶化率。
可理解，n型掺杂微晶硅层的厚度可以为但不限于100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm；p型掺杂微晶硅层的厚度可以为但不限于100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm。
步骤S500：利用碱溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行碱抛。
通过PECVD方法在较高的启辉功率、较高H2比例以及较大的气体压力条件下沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层，虽然能够制备晶化率较高的微晶硅层，但是同时微晶硅层的厚度也会比较厚；而较大厚度的微晶硅层会使RESH电池的光电性能和转换效率下降。
本发明在PECVD沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层之后，利用碱溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行碱抛处理，通过碱抛处理可以有效减薄n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度，将提升晶化率导致的过大的膜层厚度减薄到合适的膜厚范围，从而有利于提高RESH电池的光电性能和转换效率。
碱抛处理过程中发生的主要化学反应如下(以氢氧化钾为例)：
2KOH+Si+H2O＝K2SiO3+2H2
K2SiO3+3H2O＝H4SiO4+2KOH
H4SiO4＝H2SiO3(偏硅酸)+H2O
H2SiO3+2KOH＝K2SiO3+2H2O
H2SiO3+KOH＝KHSiO3+H2O
在其中一些实施例中，碱抛处理所采用的碱溶液为质量分数0.5％～1.2％的碱金属氢氧化物溶液。在碱抛处理过程中，若采用的碱溶液的浓度过高，会使微晶硅层的腐蚀速率较快，产生各项异性腐蚀对微晶硅层产生较大的破坏，并且腐蚀速率过快也会导致碱抛后微晶硅层的厚度难以控制。本发明采用低浓度的碱溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行碱抛处理，可以以合适的速率对微晶硅层进行减薄，避免对微晶硅层的各项异性腐蚀，提高碱抛后微晶硅层的质量，并且易于控制膜层厚度。
可以理解，碱溶液的质量分数可以为但不限于0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％。碱溶液的种类可以为氢氧化钾、氢氧化钠等碱金属氢氧化物溶液。
在其中一些实施例中，碱抛处理的温度为45℃～60℃。若碱抛处理的温度过高，同样会使微晶硅层的腐蚀速率过快，使得微晶膜层的厚度难以控制。本发明中将碱抛处理的温度控制在45℃～60℃的较低温度，可以进一步使微晶硅层的腐蚀减薄速率适中，进一步提高碱抛后微晶硅层的质量，更加易于控制膜层厚度。
可理解，碱抛处理的温度可以为但不限于45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃。
在其中一些实施例中，在碱抛之后控制n型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm，控制p型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm。本发明通过碱抛处理，使n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度均达到40nm～70nm，可以有效提高RESH电池的光电性能和转换效率。
可理解，碱抛之后n型掺杂微晶硅层的厚度可以为但不限于40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm；碱抛之后p型掺杂微晶硅层的厚度可以为但不限于40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm。
步骤S600：利用含有双氧水的酸溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行清洗。
在碱抛处理之后，本发明采用含有双氧水的酸溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行清洗处理，可以有效去除碱抛后的微晶硅层表面的脏污以及金属离子，有利于提高RESH电池的光电性能和转换效率。
在其中一些实施例中，含有双氧水的酸溶液为双氧水和盐酸的混合溶液。将碱抛处理后的硅衬底置于盛装有双氧水和盐酸混合溶液的清洗槽中进行清洗处理，以去除n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层表面的脏污和金属离子。
可以理解，上述清洗处理中酸溶液的浓度、双氧水的浓度、清洗时间、清洗温度等具体工艺条件可以根据微晶硅层的清洗效果进行具体确定，以能够有效地去除微晶硅层表面的脏污和金属离子为准。在本发明中对清洗处理的工艺条件不做具体限定。
步骤S700：利用氢氟酸对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行钝化处理。
在碱抛处理之后，本发明采用氢氟酸溶液对n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层进行钝化处理，可以有效去除碱抛后的微晶硅层表面的氧化层，更加有利于提高RESH电池的光电性能和转换效率。
需要说明的是，在上述的钝化处理过程中，氢氟酸溶液的浓度、钝化处理的温度和时间等具体工艺条件可以根据微晶硅层的钝化效果进行具体确定，以能够有效地去除微晶硅层表面的氧化层为准。因此，在本发明中对钝化处理的工艺条件不做具体限定。
步骤S800：在n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层上分别沉积透明导电薄膜(TCO)。
在其中一些实施例中，可以通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)方法在n型掺杂微晶硅层上沉积形成第一透明导电薄膜，通过PVD方法在p型掺杂微晶硅层上沉积形成第二透明导电薄膜。
可以理解，本发明中对透明导电薄膜的具体制备方法、工艺条件、沉积厚度以及透明导电薄膜的材料种类不做具体限定。
步骤S900：在透明导电薄膜上制备电极。
在其中一些实施例中，通过丝网印刷或电镀等方法在第一透明导电薄膜和第二透明导电薄膜上分别制备第一电极和第二电极。
在其中一些实施例中，该第一电极和第二电极可以为银电极或铜电极。当电极为银电极时，一般采用丝网印刷的方法制备；当电极为铜电极时，一般采用电镀的方法制备。
本发明的一些实施方式提供了一种通过上述的制备方法制备得到的太阳电池。该太阳电池中微晶硅层的晶化率较高，且厚度较薄，具有较好的光电性能和较高的转化效率。
请参阅图2，在其中一些实施例中，太阳电池100包括单晶硅衬底11、第一本征非晶硅层12、第二本征非晶硅层13、n型掺杂非晶硅层14、p型掺杂非晶硅层15、n型掺杂微晶硅层16、p型掺杂微晶硅层17、第一透明导电薄膜18、第二透明导电薄膜19、第一电极20和第二电极21。
其中，第一本征非晶硅层12、n型掺杂非晶硅层14、n型掺杂微晶硅层16、第一透明导电薄膜18和第一电极20依次层叠设置于单晶硅衬底11的正面(图2中单晶硅衬底11的上表面)；第二本征非晶硅层13、p型掺杂非晶硅层15、p型掺杂微晶硅层17、第二透明导电薄膜19和第二电极21依次层叠设置于单晶硅衬底11的背面(图2中单晶硅衬底11的下表面)。
总体而言，本发明通过调控微晶硅层的沉积工艺参数，在特定的气体压力、气体比例、启辉功率和启辉时间下沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层，使得微晶硅层的晶化率提高；并且通过碱抛、双氧水酸溶液清洗、钝化处理等步骤使微晶硅层的厚度减薄并去除表面脏污、金属离子和氧化层，从而有效提高了RESH电池的光电性能和转换效率。
相比于传统的微晶RESH电池，本发明制备的太阳电池中微晶硅层的晶化率提升约10％(传统微晶RESH电池晶化率约为43％)，其光电转换效率(Eta)提升约0.4％；并且电池的脏污及微晶硅层表面损伤减少，PECVD后不良片(划伤、吸盘印、手指印等)比例降低约0.15％；太阳电池的串联电阻(Rs)明显降低，短路电流(Isc)和填充因子(FF)明显提升。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
通过PECVD方法在制绒后的n型单晶硅衬底的正面和背面分别沉积形成第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层。第一本征非晶硅层包括依次沉积的三层本征非晶硅层，其中，沉积第一层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和CO2，工艺气体压力为0.57Torr，启辉功率为650W，SiH4和CO2流量比为1:1，启辉时间为5s；沉积第二层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4，工艺气体压力为0.57Torr，启辉功率为650W，启辉时间为8s；沉积第三层本征非晶硅层的工艺气体为SiH4和H2，工艺气体压力为0.57Torr，启辉功率为800W，SiH4和H2流量比为1:1.5，启辉时间为7s。第二本征非晶硅层同样包括依次沉积的三层本征非晶硅层，各层本征非晶硅层的工艺条件与沉积第一层本征非晶硅层时相对应层的本征非晶硅层的工艺条件相同。
通过PECVD方法在第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层上分别沉积形成n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层。沉积n型掺杂非晶硅层的工艺气体为SiH4、PH3和H2，工艺气体压力为0.57Torr，启辉功率为600W，工艺气体的流量比为SiH4：PH3＝1：1、SiH4：H2＝1：1.2，启辉时间为25s。沉积p型掺杂非晶硅层的工艺气体为SiH4、B2H6和H2，工艺气体压力为0.57Torr，启辉功率为600W，工艺气体的流量比为SiH4：B2H6＝1：1、SiH4：H2＝1：1.2，启辉时间为25s。
通过PECVD方法在n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层上分别沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层。沉积n型掺杂微晶硅层的工艺气体为SiH4、PH3、H2，工艺气体压力为3Torr，SiH4、PH3和H2的流量分别为160sccm、160sccm、30000sccm，启辉功率为2000W，启辉时间为150s。沉积p型掺杂微晶硅层的工艺气体为SiH4、B2H6、H2，工艺气体压力为3Torr，SiH4、B2H6和H2的流量分别为160sccm、160sccm、30000sccm，启辉功率为2000W，启辉时间为150s。n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度均为150nm左右。使用椭偏仪测试得出微晶硅层的吸收系数，并通过微晶硅层的吸收系数得出各微晶硅层的晶化率均在55％左右。
利用质量分数为1％的KOH溶液，在50℃温度下对微晶硅层进行碱抛处理，使n型掺杂微晶硅层的厚度减薄至60nm，使p型掺杂微晶硅层的厚度也减薄至60nm。
利用含有双氧水的盐酸溶液对碱抛后的硅片进行清洗，去除微晶硅层表面的脏污和金属离子。其中，盐酸溶液中双氧水的质量分数为30％，盐酸的质量分数为37％，清洗的时间为15s。
将盐酸溶液清洗后的硅片在氢氟酸溶液中进行钝化处理，去除微晶硅层表面的氧化层。其中，氢氟酸的质量分数为49％，钝化处理的时间为10s。
在钝化处理后的n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层上分别沉积第一透明导电薄膜和第二透明导电薄膜，然后在第一透明导电薄膜和第二透明导电薄膜上分别制备第一电极和第二电极，得到RESH电池。
对所制备的RESH电池的光电性能和转换效率进行测试。通过模拟太阳光照，再通过探针接触电池电极测试电池电性能。具体测试结果如表1所示。
实施例2：
本实施例的电池制备方法与实施例1基本一致，区别仅在于：在通过PECVD方法在n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层上分别沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的步骤中，调整微晶膜层启辉功率为2500W；经碱抛处理减薄后n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度与实施例1相同。
对所制备的电池的光电性能和转换效率进行测试。测试方法与实施例1相同，具体测试结果如表1所示。
实施例3：
本实施例的电池制备方法与实施例1基本一致，区别仅在于：在通过PECVD方法在n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层上分别沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的步骤中，调整微晶膜层启辉功率为3000W；经碱抛处理减薄后n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度与实施例1相同。
对所制备的电池的光电性能和转换效率进行测试。测试方法与实施例1相同，具体测试结果如表1所示。
实施例4：
本实施例的电池制备方法与实施例1基本一致，区别仅在于：在通过PECVD方法在n型掺杂非晶硅层和p型掺杂非晶硅层上分别沉积形成n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的步骤中，调整微晶膜层启辉功率为3500W；经碱抛处理减薄后n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的厚度与实施例1相同。
对所制备的电池的光电性能和转换效率进行测试。测试方法与实施例1相同，具体测试结果如表1所示。
表1
| 组别 | Eta[％] | Uoc[V] | Isc[mA] | FF[％] | Rs[mΩ] |
| 实施例1 | 24.36 | 0.7486 | 8.607 | 83.35 | 3.127 |
| 实施例2 | 24.43 | 0.7482 | 8.593 | 83.79 | 3.066 |
| 实施例3 | 24.55 | 0.7458 | 8.641 | 83.98 | 2.521 |
| 实施例4 | 24.74 | 0.7477 | 8.664 | 84.20 | 2.544 |
表1中，Eta为电池的转换效率；Uoc为电池的开路电压；Isc为电池的短路电流；FF为电池的填充因子；Rs为电池的串联电阻。
由表1中的数据可知：沉积n型掺杂微晶硅层和p型掺杂微晶硅层的步骤中，在2000W～3500W的启辉功率范围内，启辉功率越高电池的Isc和FF提升越明显，对应的电池转换效率(Eta)就越高。而启辉功率越大就代表着微晶硅膜层的沉积速率越大、膜层的晶化率越大。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供制绒后的单晶硅衬底；
在所述单晶硅衬底的正面和背面分别沉积第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层；
通过PECVD方法在所述第一本征非晶硅层上沉积n型掺杂非晶硅层；通过PECVD方法在所述第二本征非晶硅层上沉积p型掺杂非晶硅层；
通过PECVD方法在所述n型掺杂非晶硅层上沉积n型掺杂微晶硅层；通过PECVD方法在所述p型掺杂非晶硅层上沉积p型掺杂微晶硅层；沉积所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层的气体压力为3Torr～5Torr，工艺气体中SiH4、掺杂气体和H2的流量比为1：(1～1.5)：(150～200)，启辉功率为2000W～3500W，启辉时间为100s～230s；
利用碱溶液对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行碱抛；
在碱抛后的所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层上分别沉积透明导电薄膜；
在所述透明导电薄膜上制备电极。
2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下(1)～(2)中的至少一项：
(1)所述碱溶液为质量分数0.5％～1.2％的碱金属氢氧化物溶液；
(2)所述碱抛的温度为45℃～60℃。
3.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述碱抛之前，所述n型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm，所述p型掺杂微晶硅层的厚度为100nm～150nm。
4.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述碱抛之后，所述n型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm，所述p型掺杂微晶硅层的厚度为40nm～70nm。
5.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，沉积所述n型掺杂非晶硅层和所述p型掺杂非晶硅层的气体压力为0.50Torr～0.57Torr，工艺气体中SiH4、掺杂气体和H2流量比为1：(0.25～1)：(1～1.5)，启辉功率为200W～800W，启辉时间为20s～35s。
6.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述n型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm，所述p型掺杂非晶硅层的厚度为3nm～8nm。
7.根据权利要求1至6任一项所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在所述碱抛之后，且在沉积所述透明导电薄膜之前，还包括利用含有双氧水的酸溶液对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行清洗的步骤。
8.根据权利要求7所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在利用含有双氧水的酸溶液进行清洗之后，且在沉积所述透明导电薄膜之前，还包括利用氢氟酸对所述n型掺杂微晶硅层和所述p型掺杂微晶硅层进行钝化的步骤。
9.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池由权利要求1至8中任一项所述的太阳电池的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的太阳电池，其特征在于，包括单晶硅衬底、第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、n型掺杂非晶硅层、p型掺杂非晶硅层、n型掺杂微晶硅层、p型掺杂微晶硅层、第一透明导电薄膜、第二透明导电薄膜、第一电极和第二电极；
所述第一本征非晶硅层、所述n型掺杂非晶硅层、所述n型掺杂微晶硅层、所述第一透明导电薄膜和所述第一电极依次层叠设置于所述单晶硅衬底的正面；
所述第二本征非晶硅层、所述p型掺杂非晶硅层、所述p型掺杂微晶硅层、所述第二透明导电薄膜和所述第二电极依次层叠设置于所述单晶硅衬底的背面。
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| CN115995512A (zh) | 2023-04-21 |
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