TWI809987B - 用於製造異質結太陽能電池的方法及異質結太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於製造異質結太陽能電池的方法以及異質結太陽能電池。所述方法首先通過製絨清洗製程對N型單晶矽片進行製絨清洗；然後通過本徵PECVD製程在N型單晶矽片的正反面上分別形成第一、第二本徵非晶矽層；接著通過第一、第二、第三N型PECVD製程分別在第一本徵非晶矽層上依次形成第一、第二以及第三N型非晶微晶混合層；接著通過P型PECVD製程在第二本徵非晶矽層上形成P型非晶矽層；然後在第三N型非晶微晶混合層以及P型非晶矽層上分別形成第一以及第二透明導電膜；最後通過絲網印刷製程在第一以及所述第二透明導電膜上分別形成第一電極以及第二電極。本發明能解決生產節拍過慢、產能較低、低溫下非晶矽薄膜品質差的問題，提高電池效率。

Description

用於製造異質結太陽能電池的方法及異質結太陽能電池
本發明涉及太陽能製造領域，特別涉及用於製造異質結太陽能電池的方法及異質結太陽能電池。
薄膜/晶矽異質結太陽能電池(以下簡稱異質結太陽能電池，又可稱HIT或HJT或SHJ太陽能電池)屬於第三代高效太陽能電池技術，它結合了晶體矽與矽薄膜的優勢，具有轉換效率高、溫度係數低等特點，將會逐步替代PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)電池，成為光伏電池的主流。
異質結電池採用非晶矽鈍化，可以得到較好的開路電壓和填充因子，目前量產效率在24.5%。微晶矽具有更好的電子遷移率，其對太陽光的吸收係數遠大於非晶矽層，可以實現更高濃度的摻雜，能降低與透明導電膜ITO的接觸電阻，提高電池的填充因子和短路電流，因此異質結電池量產效率進一步提高需要進行摻雜層的微晶化。
目前異質結電池中微晶矽的成膜溫度為160～170℃，此溫度較低，使得初期微晶矽生長過程中包含大量的非晶矽相，品質比較差，會嚴重影響載流子的傳輸，導致電池效率比較低。為此，現有技術中採用極低速的成膜方法來提高微晶矽成膜品質，但是成膜時間過長，影響設備的產能。
因此，如何提供一種用於製造異質結太陽能電池的方法及異質結太陽能電池，以解決解決生產節拍過慢、產能較低、低溫下非晶矽薄膜品質差的問題，提高電池效率，已成為業內亟待解決的技術問題。
針對現有技術的上述問題，本發明提出了一種用於製造異質結太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟：
（a）.通過製絨清洗製程對N型單晶矽片進行製絨及清洗；
（b）.通過本徵PECVD製程在N型單晶矽片的正反兩面上分別形成第一本徵非晶矽層以及第二本徵非晶矽層；
（c）.通過第一N型PECVD製程在所述第一本徵非晶矽層上形成第一N型非晶微晶混合層；
（d）.通過第二N型PECVD製程在所述第一N型非晶微晶混合層上形成第二N型非晶微晶混合層；
（e）.通過第三N型PECVD製程在所述第二N型非晶微晶混合層上形成第三N型非晶微晶混合層；
（f）.通過P型PECVD製程在所述第二本徵非晶矽層上形成P型非晶矽層；
（g）.通過反應等離子沉積製程或者物理氣相沉積製程在所述第三N型非晶微晶混合層以及所述P型非晶矽層上分別形成第一透明導電膜以及第二透明導電膜；以及
（h）.通過絲網印刷製程在所述第一透明導電膜以及所述第二透明導電膜上分別形成第一電極以及第二電極；
其中所述第一N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為0.1～1 mbar、150～220℃、1～20 S、100～3000 sccm、50～5000 sccm、50～500 sccm、0～200 sccm、50～1000 W，所述第二N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、1000～50000 sccm、100～1000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W，所述第三N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、100～2000 sccm、1000～50000 sccm、200～2000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W，其中所述第三N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比為所述第二N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比的2～2.5倍。
在一實施例中，所述第一N型非晶微晶混合層的厚度為1～5nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。
在一實施例中，所述第二N型非晶微晶混合層的厚度為3～20nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。
在一實施例中，所述第三N型非晶微晶混合層的厚度為1～10nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。
在一實施例中，所述第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括2 MHz，還包括13.56 MHz或40.68 MHz，所述第二N型PECVD製程以及所述第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
本發明還提供一種異質結太陽能電池，其包括具有第一表面和第二表面的N型單晶矽片，所述異質結太陽能電池還包括依次層疊在所述第一表面上的第一本徵非晶矽層、第一N型非晶微晶混合層、第二N型非晶微晶混合層、第三N型非晶微晶混合層、第一透明導電膜以及第一電極，還包括依次層疊上所述第二表面上的第二本徵非晶矽層、P型非晶矽層、第二透明導電膜以及第二電極；其中所述第一N型非晶微晶混合層、第二N型非晶微晶混合層以及第三N型非晶微晶混合層分別通過權利要求1中所述第一N型PECVD製程、所述第二N型PECVD製程以及所述第三N型PECVD製程沉積形成。
在一實施例中，所述第一N型非晶微晶混合層的厚度為1～5nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。
在一實施例中，所述第二N型非晶微晶混合層的厚度為3～20nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。
在一實施例中，所述第三N型非晶微晶混合層的厚度為1～10nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。
在一實施例中，所述第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括13.56 MHz或40.68 MHz，還包括2MHz，所述第二N型PECVD製程以及所述第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
與現有技術中微晶矽的成膜溫度較低且對應製程未劃分明顯階段相比，本發明的用於製造異質結太陽能電池的方法先通過第一N型PECVD製程在所述第一本徵非晶矽層上形成第一N型非晶微晶混合層；然後通過第二N型PECVD製程在所述第一N型非晶微晶混合層上形成第二N型非晶微晶混合層；接著通過第三N型PECVD製程在所述第二N型非晶微晶混合層上形成第三N型非晶微晶混合層；其中所述第一N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為0.1～1 mbar、150～220℃、1～20 S、100～3000 sccm、50～5000 sccm、50～500 sccm、0～200 sccm、50～1000 W，所述第二N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、1000～50000 sccm、100～1000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W，所述第三N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、100～2000 sccm、1000～50000 sccm、100～1000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W。本發明能解決生產節拍過慢、產能較低、低溫下非晶矽薄膜品質差的問題，提高電池效率。
以下結合附圖和具體實施例對本發明作詳細描述，以便更清楚理解本發明的目的、特點和優點。應理解的是，以下結合附圖和具體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應被理解為對本發明的保護範圍進行任何限制。除非上下文明確地另外指明，否則單數形式“一”和“所述”包括複數指代物。需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。
參見圖1，其為本發明的用於製造異質結太陽能電池的方法的流程示意圖。如圖2所示，其顯示了通過圖1所示的製造方法形成的異質結太陽能電池的組成結構。如圖2所示，異質結太陽能電池2包括具有第一表面S1和第二表面S2的N型單晶矽片20，所述異質結太陽能電池2還包括依次層疊在所述第一表面S1上的第一本徵非晶矽層21、第一N型非晶微晶混合層22、第二N型非晶微晶混合層23、第三N型非晶微晶混合層24、第一透明導電膜25和第一電極26，還包括依次層疊上所述第二表面S2上的第二本徵非晶矽層27、P型非晶矽層28、第二透明導電膜29和第二電極30。
所述第一N型非晶微晶混合層22的厚度為1～5nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。所述第二N型非晶微晶混合層23的厚度為3～20nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。所述第三N型非晶微晶混合層24的厚度為1～10nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。
所述第一本徵非晶矽層21以及第二本徵非晶矽層27各自可以包括第一本徵非晶矽子層、第二本徵非晶矽子層以及第三本徵非晶矽子層，形成第一本徵非晶矽子層以及第二本徵非晶矽子層的PECVD製程均為純矽烷氛圍，不摻雜氫氣，形成第一本徵非晶矽子層時的射頻功率高於形成第二本徵非晶矽子層的射頻功率。形成第三本徵非晶矽子層的PECVD製程中矽烷與氫氣的流量或體積比為1:5～1:10。
所述第一N型非晶微晶混合層22通過圖1中的第一N型PECVD製程形成，所述第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括13.56 MHz或40.68 MHz，還包括2MHz，即所述射頻頻率為13.56 MHz與2MHz的混合頻率，或者40.68 MHz與2MHz的混合頻率。第二N型非晶微晶23混合層通過圖1中第二N型PECVD製程形成，第三N型非晶微晶混合層24通過圖1中第三N型PECVD製程沉積形成。所述第二N型PECVD製程以及所述第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。具體請參見下文中的描述。
繼續參見圖1，並結合參見圖2，所述用於製造異質結太陽能電池的方法10首先進行步驟S100，通過製絨(texturing)清洗製程對N型單晶矽片20進行製絨及清洗。在本實施例中，步驟S100中可通過鹼腐蝕溶液（例如氫氧化鈉溶液、異丙醇和Na 2SiO 3的混合液）對單晶矽片進行去損傷層和形成類似金字塔形的絨面。
方法10繼續進行步驟S110，通過本徵PECVD製程在N型單晶矽片20的正反兩面S1和S2上分別形成第一本徵非晶矽層21以及第二本徵非晶矽層27。步驟S110中的第一本徵非晶矽層21以及第二本徵非晶矽層27的形成可以在同一步驟中進行，也可以在不同的步驟中進行。步驟S110沉積形成的第一本徵非晶矽層21、第二本徵非晶矽層27的厚度均可為4～10 nm（奈米），所述第一本徵非晶矽層21以及第二本徵非晶矽層27各自可以包括第一本徵非晶矽子層、第二本徵非晶矽子層以及第三本徵非晶矽子層，形成第一本徵非晶矽子層以及第二本徵非晶矽子層的PECVD製程均為純矽烷氛圍，不摻雜氫氣，形成第一本徵非晶矽子層時的射頻功率高於形成第二本徵非晶矽子層的射頻功率。形成第三本徵非晶矽子層的PECVD製程中矽烷與氫氣的流量或體積比為1:5～1:10。
方法10繼續進行步驟S120，通過第一N型PECVD製程在所述第一本徵非晶矽層21上形成第一N型非晶微晶混合層22，其中所述第一N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為0.1～1 mbar、150～220℃、1～20 S、100～3000 sccm（標準毫升/分鐘）、50～5000 sccm、50～500 sccm、0～200 sccm、50～1000 W。步驟S120形成的所述第一N型非晶微晶混合層22的厚度為1～5nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。步驟S120中的所述第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括兩種，其中較低的射頻頻率為2 MHz，較高的射頻頻率為13.56 MHz或40.68 MHz。
方法10繼續進行步驟S130，通過第二N型PECVD製程在所述第一N型非晶微晶混合層22上形成第二N型非晶微晶混合層23，所述第二N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、1000～50000 sccm、100～1000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W。步驟S130中所述第二N型非晶微晶混合層的厚度為3～20nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。步驟S130中所述第二N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
方法10繼續進行步驟S140，通過第三N型PECVD製程在所述第二N型非晶微晶混合層23上形成第三N型非晶微晶混合層24，所述第三N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫、二氧化碳、射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、100～2000 sccm、1000～50000 sccm、200～2000 sccm、50～500 sccm、1500～10000 W，其中所述第三N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比為所述第二N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比的2～2.5倍。步驟S140中的所述第三N型非晶微晶混合層24的厚度為1～10nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。步驟S140中的第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
方法10繼續進行步驟S150，通過P型PECVD製程在所述第二本徵非晶矽層27上形成P型非晶矽層28。在本實施例中，步驟S150中的沉積P型非晶矽層28時所需的氣體包括矽烷和硼烷乙硼烷或三甲基硼，沉積形成的P型非晶矽層15的厚度為4～10 nm。
方法10繼續進行步驟S160，通過反應等離子沉積製程或者物理氣相沉積製程在第三N型非晶微晶混合層24以及P型非晶矽層28上分別形成第一透明導電膜25以及第二透明導電膜29。第一透明導電膜25以及第二透明導電膜29均可為氧化銦錫ITO或ZnO基或IWO或ITIO透明導電薄膜，其可以通過濺射的方式沉積在第三N型非晶微晶混合層24以及P型非晶矽層28上。
方法10繼續進行步驟S170，通過絲網印刷製程在所述第一透明導電膜25以及所述第二透明導電膜29上分別形成第一電極26以及第二電極30。第一電極26以及第二電極30可由業界通常使用的銀漿絲網印刷和燒結而成。
本發明的用於製造異質結太陽能電池的方法首先通過本徵PECVD製程在N型單晶矽片的正反兩面上分別形成第一本徵非晶矽層以及第二本徵非晶矽層；然後通過第一N型PECVD製程、第二N型PECVD製程、第三N型PECVD製程在所述第一本徵非晶矽層上依次形成第一N型非晶微晶混合層、第二N型非晶微晶混合層、第三N型非晶微晶混合層；接著通過P型PECVD製程在所述第二本徵非晶矽層上形成P型非晶矽層；然後通過反應等離子沉積製程或者物理氣相沉積製程在所述第三N型非晶微晶混合層以及所述P型非晶矽層上分別形成第一透明導電膜以及第二透明導電膜；最後通過絲網印刷製程在所述第一透明導電膜以及所述第二透明導電膜上分別形成第一電極以及第二電極。本發明能解決解決生產節拍過慢、產能較低、低溫下非晶矽薄膜品質差的問題，提高電池效率。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合申請專利範圍提到的創新性特徵的最大範圍。
10:方法 2:異質結太陽能電池 20:矽片 21:第一本徵非晶矽層 22:第一N型非晶微晶混合層 23:第二N型非晶微晶混合層 24:第三N型非晶微晶混合層 25:第一透明導電膜 26:第一電極 27:第二本徵非晶矽層 28:P型非晶矽層 29:第二透明導電膜 30:第二電極 S1:第一表面 S2:第二表面 S100~S170:步驟
在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之後，能夠更好地理解本發明的上述特徵和優點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪製，並且具有類似的相關特性或特徵的組件可能具有相同或相近的附圖標記。 圖1為本發明的用於製造異質結太陽能電池的方法的流程示意圖。 圖2為通過圖1所示的方法製成的異質結太陽能電池的組成結構示意圖。
2:異質結太陽能電池 20:矽片 21:第一本徵非晶矽層 22:第一N型非晶微晶混合層 23:第二N型非晶微晶混合層 24:第三N型非晶微晶混合層 25:第一透明導電膜 26:第一電極 27:第二本徵非晶矽層 28:P型非晶矽層 29:第二透明導電膜 30:第二電極 S1:第一表面 S2:第二表面

Claims (10)

  1. 一種用於製造異質結太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟： （a）.通過一製絨清洗製程對一N型單晶矽片進行製絨及清洗； （b）.通過一本徵PECVD製程在該N型單晶矽片的正反兩面上分別形成一第一本徵非晶矽層以及一第二本徵非晶矽層； （c）.通過一第一N型PECVD製程在該第一本徵非晶矽層上形成一第一N型非晶微晶混合層； （d）.通過一第二N型PECVD製程在該第一N型非晶微晶混合層上形成一第二N型非晶微晶混合層； （e）.通過一第三N型PECVD製程在該第二N型非晶微晶混合層上形成一第三N型非晶微晶混合層； （f）.通過一P型PECVD製程在該第二本徵非晶矽層上形成一P型非晶矽層； （g）.通過一反應等離子沉積製程或者一物理氣相沉積製程在該第三N型非晶微晶混合層以及該P型非晶矽層上分別形成一第一透明導電膜以及一第二透明導電膜；以及 （h）.通過絲網印刷製程在該第一透明導電膜以及該第二透明導電膜上分別形成一第一電極以及一第二電極； 其中該第一N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為0.1～1 mbar、150～220℃、1～20 S、100～3000 sccm、50～5000 sccm、50～500 sccm、0～200 sccm以及50～1000 W，該第二N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、1000～50000 sccm、100～1000 sccm、50～500 sccm以及1500～10000 W，該第三N型PECVD製程的沉積壓力、沉積溫度、沉積時間、氫氣流量、矽烷流量、磷化氫流量、二氧化碳流量以及射頻功率分別為1.5～3.5 mbar、150～220℃、1～20 S、100～2000 sccm、1000～50000 sccm、200～2000 sccm、50～500 sccm以及1500～10000 W，其中該第三N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比為該第二N型PECVD製程中磷化氫流量與矽烷流量之比的2～2.5倍。
  2. 如請求項1所述的用於製造異質結太陽能電池的方法，其中，該第一N型非晶微晶混合層的厚度為1～5 nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。
  3. 如請求項1所述的用於製造異質結太陽能電池的方法，其中，該第二N型非晶微晶混合層的厚度為3～20 nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。
  4. 如請求項1所述的用於製造異質結太陽能電池的方法，其中，該第三N型非晶微晶混合層的厚度為1～10 nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。
  5. 如請求項1所述的用於製造異質結太陽能電池的方法，其中，該第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括13.56 MHz或40.68 MHz，還包括2 MHz，該第二N型PECVD製程以及該第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
  6. 一種異質結太陽能電池，其包括具有一第一表面和一第二表面的一N型單晶矽片，該異質結太陽能電池還包括依次層疊在該第一表面上的一第一本徵非晶矽層、一第一N型非晶微晶混合層、一第二N型非晶微晶混合層、一第三N型非晶微晶混合層、一第一透明導電膜以及一第一電極，還包括依次層疊上該第二表面上的一第二本徵非晶矽層、一P型非晶矽層、一第二透明導電膜以及一第二電極；其中該第一N型非晶微晶混合層、該第二N型非晶微晶混合層以及該第三N型非晶微晶混合層分別通過請求項1中所述的該第一N型PECVD製程、該第二N型PECVD製程以及該第三N型PECVD製程沉積形成。
  7. 如請求項6所述的異質結太陽能電池，其中，該第一N型非晶微晶混合層的厚度為1～5 nm，其中微晶矽所占比率為0～30%。
  8. 如請求項6所述的異質結太陽能電池，其中，該第二N型非晶微晶混合層的厚度為3～20nm，其中微晶矽所占比率為40～60%。
  9. 如請求項6所述的異質結太陽能電池，其中，該第三N型非晶微晶混合層的厚度為1～10 nm，折射率為2.7～2.8，其中微晶矽所占比率為50～80%。
  10. 如請求項6所述的異質結太陽能電池，其中，該第一N型PECVD製程中用於將反應氣體激發成等離子體的射頻電源的射頻頻率包括13.56 MHz或40.68 MHz，還包括2 MHz，該第二N型PECVD製程以及該第三N型PECVD製程中射頻電源的射頻頻率均為13.56 MHz或40.68 MHz。
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