CN117133828A - 异质结电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种异质结电池及其制备方法，涉及电池技术领域，该制备方法通过单面沉积并配合退火处理来提高第一透明导电薄膜的抗腐蚀能力，即抗酸抗碱能力，然后以第一透明导电薄膜作为保护层，进行后续的单面制绒，从而能够避免在制程中引入热氧化和链式单面酸洗等工艺，在简化工艺制程的同时，能够降低制程中发生片脏及划伤现象的风险，改善电池的EL发黑，提高电池的电性能。
Description
技术领域
本申请涉及太阳电池技术领域，具体而言，涉及一种异质结电池及其制备方法。
背景技术
异质结电池作为新一代超高效太阳电池技术，其具有工艺温度低、界面钝化性能好、光电转换性能高以及生产成本低的商业价值，近年来得到了快速发展。
异质结电池由于具有完美的对称结构，正面、背面受光照后都能发电。封装成双面电池组件后，年平均发电量比单面电池组件多出10％以上。为了能对光实现更好的利用，一种新技术是将异质结电池的两侧表面分别制成绒面、光面。为形成该结构，现有异质结电池通常采用双面制绒、双面热氧化、链式单面酸洗、碱抛以及双面沉积等工艺进行制备，其制备过程繁琐复杂，细节难以控制，容易造成制备后的电池整体EL(Electroluminescence，电致发光)发黑，影响电性能。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种异质结电池及其制备方法。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
本申请实施例的一方面，提供一种异质结电池制备方法，方法包括：
提供半导体基底，半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
在半导体基底的第一表面沉积第一晶硅叠层；
在第一晶硅叠层上沉积第一透明导电层；
对第一透明导电层进行退火处理；
通过制绒工艺在半导体基底的第二表面形成织构化绒面；
在织构化绒面依次沉积第二晶硅叠层和第二透明导电层。
可选的，对第一透明导电层进行退火处理包括：
在温度为150至180℃、时间为6至8min的条件下，对第一透明导电层进行退火处理，以增强抗碱性和耐酸性。
可选的，第一透明导电层的材质为金属氧化物。
可选的，通过制绒工艺在半导体基底的第二表面形成织构化绒面包括：
通过碱性溶液腐蚀半导体基底的第二表面形成织构化绒面。
可选的，在半导体基底的第一表面沉积第一晶硅叠层之前，方法还包括：
对半导体基底的第一表面和第二表面进行抛光和清洗。
可选的，方法还包括：
在第一透明导电层和第二透明导电层分别背离半导体基底的一侧形成栅线，形成栅线的方式包括丝网印刷、电镀或一体化覆膜技术。
可选的，第一晶硅叠层和/或第二晶硅叠层包括依次形成的本征层和掺杂层。
可选的，第一晶硅叠层的掺杂层为P型掺杂，第二晶硅叠层的掺杂层为N型掺杂。
本申请实施例的另一方面，提供一种异质结电池，包括：
具有相对设置的第一表面和第二表面的半导体基底；
在半导体基底的第一表面依次层叠第一晶硅叠层和第一透明导电层，其中，第一透明导电层经过退火处理；
在半导体基底的第二表面设有织构化绒面；
在织构化绒面依次层叠第二晶硅叠层和第二透明导电层。
可选的，第一透明导电层的材质为金属氧化物。
可选的，第一晶硅叠层和/或第二晶硅叠层包括依次层叠的本征层和掺杂层。
本申请的有益效果包括：
本申请提供了一种异质结电池及其制备方法，通过单面沉积并配合退火处理来提高第一透明导电薄膜的抗腐蚀能力，即抗酸抗碱能力，然后以第一透明导电薄膜作为保护层，进行后续的单面制绒，从而能够避免在制程中引入热氧化和链式单面酸洗等工艺，在简化工艺制程的同时，能够降低制程中发生片脏及划伤现象的风险，改善电池的EL发黑，提高电池的电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种异质结电池制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种异质结电池制备的状态示意图之一；
图3为本申请实施例提供的一种异质结电池制备的状态示意图之二；
图4为本申请实施例提供的一种异质结电池制备的状态示意图之三；
图5为本申请实施例提供的一种异质结电池制备的状态示意图之四；
图6为本申请实施例提供的一种异质结电池的结构示意图。
图标：
110-半导体基底；120-第一晶硅叠层；121-本征层；122-掺杂层；130-第一透明导电层；140-第二晶硅叠层；150-第二透明导电层；160-栅线。
具体实施方式
下文陈述的实施方式表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方式所必需的信息，并且示出了实践所述实施方式的最佳模式。在参照附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本申请的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和随附权利要求的范围内。
应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。
应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。
诸如“在…下方”或“在…上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
在异质结电池的制备中，现有制程通常需要先对原硅片进行双面制绒，然后通过双面热氧化的方式在硅片的两个绒面分别形成氧化薄膜，接着通过链式单面酸洗的方式去除其中一个绒面上所附着的氧化薄膜，使得该侧绒面露出，以便于后续通过碱性溶液对露出的绒面进行腐蚀抛光得到抛光表面，由此，获得一侧表面为绒面、另一侧表面为抛光面的硅片结构，以便异质结电池的正面、背面能获得更好的光利用。接着，后续再以该硅片结构为基础通过双面沉积的方式制备异质结电池。在此制程中，由于引入的热氧化和链式单面酸洗等工艺，因此，使得工艺制程繁琐复杂的同时，容易在制程中发生片脏及划伤现象，造成所制备的电池整体EL发黑，电性能受限。
有鉴于此，本申请实施例的一方面，提供一种异质结电池及其制备方法，通过单面沉积并配合退火处理来提高第一透明导电薄膜的抗腐蚀能力，即抗酸抗碱能力，然后以第一透明导电薄膜作为保护层，进行后续的单面制绒，从而能够避免在制程中引入热氧化和链式单面酸洗等工艺，在简化工艺制程的同时，能够降低制程中发生片脏及划伤现象的风险，改善电池的EL发黑，提高电池的电性能。为便于理解，以下将结合附图对本申请的实施例进行描述。
请参照图1所示，提供一种异质结电池制备方法，方法包括：
S010：提供半导体基底，半导体基底具有相对的第一表面和第二表面。
S020：在半导体基底的第一表面沉积第一晶硅叠层。
S030：在第一晶硅叠层上沉积第一透明导电层。
S040：对第一透明导电层进行退火处理。
请参照图2所示，首先提供半导体基底110，该半导体基底110的材质可以是硅、硅锗等，当然本申请对其具体材质并不做限制，只要能够满足异质结电池光电转换载流子传输的要求即可，例如对于太阳光进行吸收等。当然，本申请的半导体基底110还可以是具有掺杂的硅基体，例如半导体基底110为N型掺杂的硅基体，以便于提高电池性能。
该半导体基底110具有相对的第一表面和第二表面，例如图2，第一表面为半导体基底110的下表面(即背面)，第二表面为半导体基底110的上表面(也即正面)，应当理解的是，所描述的“上”、“下”、“正”和“背”，仅是基于附图方位所进行的描述，不应当被理解为所必须具有的特定方位。
请继续参照图2，通过单面沉积的方式在半导体基底110的下表面形成第一晶硅叠层120，然后在第一晶硅叠层120背离半导体基底110的一侧表面继续沉积第一透明导电层130，以便于在半导体基底110的背面构建背表面场。
然后对图2所示的结构进行退火处理，在退火过程中，能够明显改善第一透明导电层130的结晶性能(结晶程度会随退火温度升高而增大)，使其变成具有体心立方的多晶态结构，晶粒尺寸变大，内部晶体缺陷特别是晶界处缺陷减少，使其化学键更加稳定，对应的，第一透明导电层130在较高温度(70-100℃)条件下耐碱性能得到增强，配合第一透明导电层130自身难以与碱发生化学反应，从而增强第一透明导电层130在退火后的抗碱性和耐酸性。在此基础上，通过退火还能够改善第一透明导电层130的光电性能，具体的以氧化铟锡材质的第一透明导电层130为例：由于未退火的第一透明导电层130为非晶态，大量的晶体缺陷对载流子造成散射作用而使其迁移率较低。同时未退火的第一透明导电层130中存在的Sn2+离子取代In3+是一种P型掺杂，使得第一透明导电层130中电子浓度较低。因此未退火的第一透明导电层130电学性能较差，电阻率较高。退火后第一透明导电层130的电阻率明显下降，这是因为退火过程中Sn2+被进一步氧化成Sn4+，Sn4+取代In3+提供一个电子将增加第一透明导电层130中载流子浓度，并且退火过程中第一透明导电层130在沉积时产生的吸附氧和间隙氧原子挥发到退火气氛中使得第一透明导电层130中氧空位浓度增加。这两个原因都能促进第一透明导电层130中的载流子浓度增加，使其电学性能改善。退火后的另一个明显变化是XRD图谱上第一透明导电层130的吸收边发生蓝移，特别是在提高退火温度后，第一透明导电层130的带隙明显增加并且吸收边更加陡峭，这意味着第一透明导电层130在退火后发生了莫斯-布尔斯坦效应现象，产生这一现象的主要原因是当宽禁带半导体中载流子浓度很高时，第一透明导电层130的费米能级进入导带而引起光学带隙增加，进而使得第一透明导电层130短波段透过率有所增加，光学性能改善。
S050：通过制绒工艺在半导体基底的第二表面形成织构化绒面。
请参照图3所示，通过单面制绒工艺在半导体基底110的上表面形成织构化绒面，其中，织构化绒面即指在半导体基底110的上表面形成起伏不平的绒面，以便于增加电池对太阳光的吸收能力。在制绒工艺时，需要通过碱性溶液对半导体基底110的上表面进行腐蚀处理，鉴于硅单晶体在不同晶面上原子排列密度不同，例如(100)晶面的原子排列密度最小，而(111)晶面的原子排列密度最大，所以会呈现出各向异性，且各晶面的刻蚀速率又取决于晶面原子晶格密度和有效键密度，所以在利用碱性溶液(可以是低浓度碱，例如1.5-4的浓度)对晶体各个晶面进行腐蚀时，各晶面的腐蚀速率不同，由此来获得制绒槽，利用制绒槽形成金字塔绒面，从而作为半导体基底110上表面的织构化绒面，在半导体基底110上表面形成织构化绒面的过程中，碱性溶液也会与半导体基底110下表面的各膜层进行接触，此时就可以利用预先经过退火强化的第一透明导电层130来作为抗碱掩膜对半导体基底110下表面的各膜层提供保护，避免半导体基底110下表面的各膜层在单面制绒工艺中受到损伤。同时，在制绒工艺后，还需要通过酸性溶液，例如氢氟酸等，对上述已经形成部分结构的电池片进行清洗，在此过程中，依然可以利用预先经过退火强化的第一透明导电层130来对半导体基底110下表面的各膜层进行保护，避免半导体基底110下表面的各膜层受到损伤。
S060：在织构化绒面依次沉积第二晶硅叠层和第二透明导电层。
通过上述单面沉积、退火处理以及单面制绒工艺，能够使得半导体基底110的上表面形成织构化绒面，同时，利用预先经过退火强化的第一透明导电层130保护半导体基底110下表面的膜层不受损伤，从而保持原有的平面特性。
接着请参照图4所示，通过单面沉积的方式在半导体基底110的上表面形成第二晶硅叠层140，如图5所示，然后在第二晶硅叠层140背离半导体基底110的一侧表面继续沉积第二透明导电层150，利用第一透明导电层130和第二透明导电层150不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到减反作用。由此所制备得到的异质结电池，能够采用上表面为织构化绒面以实现最大程度的光吸收，下表面为平面以进一步降低下表面复合的电池结构，有利于大幅改善其各项电性能。另外，这样的背面抛光结构一定程度上也有益于增加下表面反射，提升电池长波吸收进而提升电池短路电流。
综上，本申请异质结电池制备方法通过对现有制程进行改进，从而采用单面沉积工艺并配合退火处理的方式在半导体基底110的下表面形成抗碱性和耐酸性较好的第一透明导电层130，并以预先经过退火强化的第一透明导电层130为保护，以便通过单面制绒工艺在半导体基底110的上表面形成织构化绒面以及第二晶硅叠层140和第二透明导电层150，从而组成异质结电池的基础结构。通过该种制程，一方面能够相比现有制程减少热氧化和链式酸洗等步骤，在简化工艺制程的同时，能够降低制程中发生片脏及划伤现象的风险，改善电池的EL发黑，提高电池的电性能，另一方面，相比原有双面沉积的方式改为单面沉积方式，总体工艺制程时间变化幅度小，且可将原有化学气相沉积镀膜设备和物理气相沉积镀膜设备长度减半拆分，优化电池生产设备空间布局，提高生产效率，降低设备端成本。
可选的，通过S040对第一透明导电层130进行退火处理时，可以在温度大于90℃、时间大于5min的条件下进行，由此，能够使得第一透明导电层130得到充分退火，以便于使其结晶性能得到有效增加，使得第一透明导电层130的抗碱性和耐酸性能够满足后续制绒工艺的需求，从而对半导体基底110下表面的膜层提供较为有效的保护能力。
进一步的，可以在温度为150至180℃、时间为6至8min的条件下，对第一透明导电层130进行退火处理，由此，既能够有效的提高第一透明导电层130的抗碱性和耐酸性，同时，无需进行单面抛光，减少相关设备，进而能够降低成本。
可选的，第一透明导电层130和/或第二透明导电层150的材质为金属氧化物，即金属氧化物既需要满足可见光的高透光要求，还需要具有一定的导电能力，以便于其在减少串联电阻的同时，还能起到减反作用，实现电池对于太阳光的顺利吸收，从而实现较好的光电转换效率。具体的，金属氧化物可以是氧化铟锡、氧化钨、氧化铝等多种材质，本申请对其不做具体限制。
可选的，在半导体基底110的第一表面沉积第一晶硅叠层120之前，可以先对半导体基底110的第一表面和第二表面进行抛光和清洗，以便于获得洁净度和抛光度更好的第一表面和第二表面。
具体的，可以先对半导体基底110进行SDE粗抛，例如，通过碱性溶液(例如氢氧化钾溶液)腐蚀半导体基底110，从而去除半导体基底110的第一表面和第二表面的切割损伤层，可以配合纯水清洗。然后再进行工业标准湿法清洗工艺，即标准RCA清洗，从而去除半导体基底110的第一表面和第二表面的脏污及金属离子，由此，获得洁净度和抛光度更好的第一表面和第二表面。
在此之后，通过前述的S010至S060制备异质结电池时，能够使得半导体基底110的下表面具有较好的抛光度和洁净度，利用预先经过退火强化的第一透明导电层130能够对其进行有效保护。
可选的，在S060之后，还可以在第一透明导电层130和第二透明导电层150的相对两侧表面制作栅线160，具体的，可以通过丝网印刷制作，请参照图6，方法还包括可选的，第一晶硅叠层120和/或第二晶硅叠层140的本征层121可以是非晶硅、微晶硅、纳米晶硅中的任一种，同理，第一晶硅叠层120和/或第二晶硅叠层140的掺杂层122也可以是非晶硅、微晶硅、纳米晶硅中的任一种。例如，在一种实施方式中，本征层121可以是非晶硅，掺杂层122可以是微晶硅。
可选的，请参照图6所示，第一晶硅叠层120的掺杂层122为P型掺杂，第二晶硅叠层140的掺杂层122为N型掺杂。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异质结电池制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一表面和第二表面；
在所述半导体基底的第一表面沉积第一晶硅叠层；
在所述第一晶硅叠层上沉积第一透明导电层；
对所述第一透明导电层进行退火处理；
通过制绒工艺在所述半导体基底的第二表面形成织构化绒面；
在所述织构化绒面依次沉积第二晶硅叠层和第二透明导电层。
2.如权利要求1所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述对所述第一透明导电层进行退火处理包括：
在温度为150至180℃、时间为6至8min的条件下，对所述第一透明导电层进行退火处理，以增强抗碱性和耐酸性。
3.如权利要求1所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述第一透明导电层的材质为金属氧化物。
4.如权利要求1所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述通过制绒工艺在所述半导体基底的第二表面形成织构化绒面包括：
通过碱性溶液腐蚀所述半导体基底的第二表面形成织构化绒面。
5.如权利要求1所述的异质结电池制备方法，其特征在于，在所述半导体基底的第一表面沉积第一晶硅叠层之前，所述方法还包括：
对所述半导体基底的第一表面和第二表面进行抛光和清洗。
6.如权利要求1-5任一项所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一透明导电层和所述第二透明导电层分别背离所述半导体基底的一侧形成栅线，形成所述栅线的方式包括丝网印刷、电镀或一体化覆膜技术。
7.如权利要求1-5任一项所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述第一晶硅叠层和/或所述第二晶硅叠层包括依次形成的本征层和掺杂层。
8.如权利要求7所述的异质结电池制备方法，其特征在于，所述第一晶硅叠层的掺杂层为P型掺杂，所述第二晶硅叠层的掺杂层为N型掺杂。
9.一种异质结电池，其特征在于，包括：
具有相对设置的第一表面和第二表面的半导体基底；
在所述半导体基底的第一表面依次层叠第一晶硅叠层和第一透明导电层，其中，所述第一透明导电层经过退火处理；
在所述半导体基底的第二表面设有织构化绒面；
在所述织构化绒面依次层叠第二晶硅叠层和第二透明导电层。
10.如权利要求9所述的异质结电池，其特征在于，所述第一晶硅叠层和/或所述第二晶硅叠层包括依次层叠的本征层和掺杂层。
Priority Applications (1)
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| CN202311124788.2A CN117133828A (zh) | 2023-08-31 | 2023-08-31 | 异质结电池及其制备方法 |
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