WO2020082151A1 - Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления - Google Patents

Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2020082151A1
WO2020082151A1 PCT/BY2018/000019 BY2018000019W WO2020082151A1 WO 2020082151 A1 WO2020082151 A1 WO 2020082151A1 BY 2018000019 W BY2018000019 W BY 2018000019W WO 2020082151 A1 WO2020082151 A1 WO 2020082151A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
silicon
wafer
solar cell
plate
Prior art date
Application number
PCT/BY2018/000019
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Яковлевич ШИРИПОВ
Евгений Александрович ХОХЛОВ
Александр Сергеевич МЫСЛИВЕЦ
Original Assignee
Владимир Яковлевич ШИРИПОВ
Евгений Александрович ХОХЛОВ
Александр Сергеевич МЫСЛИВЕЦ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Яковлевич ШИРИПОВ, Евгений Александрович ХОХЛОВ, Александр Сергеевич МЫСЛИВЕЦ filed Critical Владимир Яковлевич ШИРИПОВ
Priority to PCT/BY2018/000019 priority Critical patent/WO2020082151A1/ru
Publication of WO2020082151A1 publication Critical patent/WO2020082151A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the proposed technical solutions relate to semiconductor devices, in particular to devices for generating electrical energy by converting the energy of light radiation into electrical energy, the technologies for their manufacture and can be used for mass production of solar cells.
  • the main device used to directly convert the energy of sunlight into electricity is the solar cell (SE).
  • the maximum efficiency of a silicon solar cell made according to the classical scheme cannot be more than 19.8%. [1].
  • One way to increase the efficiency of silicon solar cells is to use a heterostructure with a thin layer of amorphous hydrogenated silicon (HIT structure — Heterojunction with Intrinsic Thin-layer), the development of which began in the early 90's.
  • HIT structure Heterojunction with Intrinsic Thin-layer
  • transparent conductive coating / p-type hydrogenated amorphous silicon / intrinsic hydrogenated amorphous silicon / p-type crystalline silicon / intrinsic hydrogenated amorphous silicon / n-type hydrogenated amorphous silicon managed to achieve conversion efficiency up to 24 in the laboratory ,5 %.
  • amorphous hydrogenated silicon is carried out at a low temperature (about 200 ° C).
  • amorphous silicon / crystalline silicon provides good passivation of the surface of crystalline silicon with amorphous hydrogenated silicon.
  • Such layers prevent chemical reactions and eliminate interface states in the space charge region of the solar cell, increasing its technical characteristics and durability, which leads to a significant increase in the efficiency of solar cells.
  • a typical design of a heterostructure SC based on amorphous and microcrystalline silicon used in the mass production of solar modules includes a textured silicon wafer, on which two layers of amorphous are successively deposited hydrogenated silicon, doped amorphous p- or p-type silicon, transparent conductive oxide and slip electrodes.
  • one of the ways to increase the efficiency of amorphous hydrogenated silicon solar cells is to improve technological processes aimed at reducing the concentration of defects in undoped and doped layers of amorphous hydrogenated silicon. This allows you to get a higher efficiency.
  • the problem is the high cost of silicon solar cells in the solar energy market.
  • the task of reducing the cost of solar electricity is solved, first of all, by switching to cheaper vacuum thin-film technologies for manufacturing solar cells.
  • Prior art vacuum methods for manufacturing silicon solar cells of the type design described above involve depressurizing the vacuum system after applying each of the thin film layers and flipping the silicon wafer after forming a functional structure on one of its sides.
  • the number of processing operations leads to a large number of technological equipment, which makes the SC production process expensive, and a long residence time of the plate in the atmosphere introduces a large number of defects into thin-film layers.
  • the standard manufacturing process for solar cells involves the manufacture of a current collection topology on the surface of a photoconverting structure using silver conductive paste [2, 3, 4] or other materials based on silver [4]. At the same time, the use of silver can add up to 30% to the prime cost of solar cells. In the case of making the current collection topology using a photoresist mask using electrochemical deposition [5] or applying in vacuum [6, 7], it is necessary to cover the entire surface of the silicon wafer with an expensive photoresist, leaving narrow areas for the current collection topology to be deposited. These methods not only increase the cost of solar cells, but also introduce a large number of defects into the surface thin-film layers.
  • the solar cell contains a textured silicon wafer on which amorphous hydrogenated silicon layers, p- or n-type doped amorphous silicon layers, transparent conductive oxide layers, and current collector topology are sequentially arranged on both sides.
  • a layer of undoped amorphous hydrogenated silicon is deposited on both flat surfaces of a textured silicon wafer, on top of which a layer of p-type doped amorphous silicon is deposited on one of the flat surfaces, and a layer of doped amorphous silicon of n-type conductivity is deposited on the opposite flat surface, on top of which flat surfaces are sequentially coated with a layer of transparent conductive oxide, a current collector layer or a current collector grid.
  • a method of manufacturing the described SC includes the manufacture of insulating elements on the side surfaces of a textured single crystal silicon wafer, which are removed after the layers of amorphous hydrogenated, amorphous doped silicon and a continuous layer of transparent conductive oxide deposited on both flat and side surfaces of the wafer are fabricated on both flat surfaces, or after manufacturing the entire SC.
  • amorphous silicon layers are formed in a vacuum by plasma-chemical deposition, and a transparent conductive oxide layer is formed by vacuum magnetron sputtering.
  • the insulating elements from the side surfaces of the silicon wafer are removed with an organic solvent or other similar method.
  • a layer of transparent conductive oxide and part of the amorphous layers trapped on the insulating elements are removed from the side surfaces.
  • the current collection topology is made of silver paste on top of transparent conductive layers.
  • the disadvantages of the described solar cell and the method of its manufacture are: an increase in the cost of manufacturing solar cells due to the deposition of layers of amorphous silicon in several vacuum cycles, additional operations of applying and removing insulating elements from the side surfaces of the plate, and the use of silver paste for the manufacture of current collector topology; as well as the lack of passivation of the edge of the plate covered by the insulating element and the flip of the silicon wafer during the manufacturing process of solar cells, which lead to a drop in efficiency.
  • the objective of the proposed technical solutions is to increase the efficiency of the photovoltaic converter by improving its operational characteristics while reducing manufacturing costs.
  • a silicon solar cell is declared containing a single-crystal textured silicon wafer (1) of a given type of conductivity, on the front, back and side surfaces of which a layer (2) of undoped amorphous hydrogenated silicon, on top of which, from the side of the indicated front and side surfaces of the plate, a single first layer (3) of doped amorphous silicon is applied with a conductivity type opposite to the type of conductivity of the plate, and from the side of the specified back surface is a single second layer (5) of doped amorphous silicon, also formed on the side surfaces of the plate over the specified first layer and having the same type of conductivity as the plate; moreover, on top of the first and second specified layers (3, 5), an electrically conductive transparent antireflection oxide layer (4) is deposited on all of the indicated surfaces of the plate, in which a gap in the form of a closed endless through groove filled with dioxide layer (6) is made along the perimeter of the back side of the plate silicon, and on the oxide layer
  • the specified gap is made with a width of 0.5 to 2 mm
  • the oxide layer (4) is made of a material or mixture of materials selected from the group including 1p 2 0z / 8n0 2 , 1 ⁇ 2 0 ⁇ / ⁇ 2 , 1 ⁇ 2 0 ⁇ ⁇ ⁇ , In 2 0 3 / Zn0, In 2 0 3 / Ga0 / Zn0, ZnO and ZhO / A1 2 0 3 , and is made with a thickness that provides maximum transparency in the working length range waves from 400 to 1100 nm.
  • each indicated topological structure consists of a material containing copper or an alloy based on copper and contains a sublayer (9) and / or a base layer (10), as well as a cover layer (1 1).
  • the sublayer (9) can be made of a material selected from the group consisting of Ag, Ti, Cr, V, and Nb
  • the coating layer (1 1) can be made of a material selected from the group consisting of Sn, Ag, lead-tin solder, an alloy of nickel and copper.
  • the method of plasma-chemical deposition from the vapor-gas phase is applied to the front, back and side surfaces of a textured silicon wafer (1) of a given type of conductivity, without turning it over the entire cycle, a layer (2) of undoped amorphous hydrogenated silicon, on top of which from of the indicated front and side surfaces of the wafer, a single first layer (3) of doped amorphous silicon is applied with a conductivity type opposite to that of the wafer, and on the side of said t Flax surface - a single second layer (5) doped amorphous silicon, both formed also on the side surfaces of the plate over said first layer and having the same conductivity type as the plate;
  • an electrically conductive transparent antireflective oxide layer (4) is applied to all the indicated surfaces of the plate over the first and second specified layers (3, 5), in which a gap in the form of a closed endless through groove is filled along the perimeter of the back side of the plate, filled further layer (6) of silicon dioxide, and then simultaneously applied to the formed oxide layer (4) from the side of the front and back surfaces of the plate, respectively, two conductive layers, of which they are formed by selective etching comfort two current-collecting topological structures.
  • the current collector topological structures are formed by liquid chemical etching of the conductive layers, and the silicon dioxide layer is formed by thermal oxidation of the corresponding doped amorphous silicon layer, alternatively, by thermal annealing at at a temperature of 200 ° C.
  • the oxide layer (4) and conductive layers can be deposited by physical vacuum deposition.
  • FIG. 1 shows a cross section of a solar cell in accordance with an embodiment of the present invention, in which one of the collector electrodes is in the form of a collector layer;
  • FIG. 2 shows a cross section of one of the elements of the current collection topology
  • FIG. 3 is a cross section of a solar cell with a collector topology in the form of a collector grid;
  • FIG. 4 presents photographs of the spatial distribution of the photoluminescence intensity of a solar cell a) made by a known method b) made by a patented method;
  • FIG. 5 is a diagram of a vacuum installation with three process reactors for applying passivating amorphous layers by plasma-chemical vapor deposition.
  • the present solar cell contains a photoconverting structure including a textured silicon wafer specially concerned of n-type single-crystal silicon, on the front surface of which is sequentially deposited: layer 2 of unalloyed amorphous hydrogenated silicon, layer 3 of doped amorphous silicon of p-type, layer 4 conductive transparent antireflection oxide.
  • a layer 2 of unalloyed amorphous hydrogenated silicon, a doped layer 5 of n-type amorphous silicon and an oxide layer 4 are sequentially deposited.
  • a part of the back surface of the wafer is formed, forming a gap of width from 0 along the perimeter of the back ,5 up to 2 mm in the form of a closed endless through groove.
  • an insulating layer 6 of silicon dioxide is formed in the formed gap.
  • Current-collecting topological structures are formed on the surface of the oxide layer 4, on the front and back surfaces of the plate (Fig. 1, 2) - current-collecting electrodes in the form of a current-collecting layer 7 and / or current-collecting grid 8.
  • the current-collecting topological structure from the side of the plate with an insulating layer 6 is placed in within the oxide layer 4, limited by a groove with an insulating layer 6.
  • the current collector grid 8 and the current collector layer 7 are obtained from two conductive layers deposited in vacuum on the front and back surfaces of the silicon wafer on the oxide layer 4.
  • a layer 2 of undoped amorphous hydrogenated silicon formed by applying similar layers to the flat surfaces of the wafer
  • doped layers 3 and 5 of amorphous silicon of different conductivity types formed by applying a similar layer to the flat surfaces of the wafer
  • layer 4 of electrically conductive transparent antireflection oxide formed by applying a similar layer to the flat surfaces of the wafer.
  • the procedure for applying doped amorphous layers 3 and 5 to the wafer surface is determined by the type of conductivity of the selected silicon wafer 1 (Figs. 1, 3). If a p-type silicon wafer is used for the fabrication of SC, the p-type doped amorphous silicon layer 3 is first applied, and, accordingly, in the manufacture of SCs on the p-type single-crystal silicon wafer, layer 5 of doped amorphous silicon is applied to the surface of the amorphous hydrogenated silicon layer 2 n-type.
  • the silicon dioxide layer 6 formed in the gap in the oxide layer 4 acts as an insulator, breaking the continuous conductive transparent antireflection oxide layer 4. Since, due to the silicon dioxide insulation layer 6, the oxide layer 4 is open, leakage currents at the edges of the plate are excluded.
  • the insulating layer 6 of silicon dioxide protects layers 3 and 5 of doped amorphous silicon from the diffusion of impurities and the degradation of their properties during the operation of solar cells.
  • the materials of the oxide layer 4 can be selected from a material or a mixture of materials 1p 2 0z / 8p0 2 , 1p 2 0z / TU 2 , In 2 0 3 / W0 3 , In 2 0 3 / Zn0, In 2 0 3 / Ga0 / Zn0, ZhO, Zh0 / A1 2 0 3 .
  • the thickness of the electrically conductive transparent antireflection oxide layer 4 is selected for maximum enlightenment in the wavelength range of 400-1100 nm and is 90-100 nm.
  • the thickness of the transparent conductive oxide layer 4 on one side of the wafer may be less than that required by conditions of maximum antireflection.
  • the conductive layer contains copper or copper based alloys.
  • the conductive layer can be combined (Fig. 2) and include two or three layers, for example, a sublayer 9 deposited on top of the oxide layer 4, and / or a base layer 10 made of conductive material, and a coating layer 1 1.
  • the material for sublayer 9 is selected from the series Ag, Ti, Cr, V, Nb, etc.
  • the cost of soldering during the installation of solar cells in the modules for the coating layer 1 one of the following materials was selected: Sn, Ag, nickel and copper alloy, for example, Monel, lead-tin solder, etc.
  • the manufacturing method of the above-described SC consists of two vacuum cycles and a manufacturing cycle of current collector topological structures.
  • the first vacuum cycle is a plasma-chemical process for applying thin-film coatings (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in which on the surface of a silicon wafer 1 passivating layers 2 of amorphous non-ligated hydrogenated silicon and layers 3, 5 of doped amorphous p- and p-type silicon are made.
  • PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the second vacuum cycle is the manufacture on the surface of a silicon wafer 1 of an electrically conductive transparent antireflection oxide layer 4 with a gap and two conductive layers, which after special processing have topological structures 7 and / or 8.
  • a solar cell is made as follows.
  • the pre-textured silicon wafer 1, after appropriate preparatory processing, is installed in the substrate holder 19 for transporting the wafer to the beginning of the technological cycle in the first vacuum installation.
  • the design of the substrate holder provides for the loading of several silicon wafers, while the surfaces of the wafers in the substrate holder are open for processing.
  • the substrate holder 19 is transferred to a vacuum installation, where in a single vacuum cycle, using the PECVD method, a layer of unalloyed amorphous hydrogenated silicon 2 is sequentially applied to the wafer surface, which passivates the dangling bonds of silicon wafer 1, and the doped amorphous layers 3 and 5 are applied alternately to one of the planar surfaces and ends, and then on, the reverse surface of the silicon wafer and on its ends.
  • the application of thin-film layers is carried out on a vacuum installation of its own design (see below), without flipping the silicon wafer.
  • the formation of passaging coatings in one vacuum cycle without removing the silicon wafer to the atmosphere and without flipping it reduces the number of introduced defects in the deposited layers.
  • the substrate holder provides for the placement of several silicon wafers and, in addition, provides shielding of access to part of the wafer surface to form a gap in the form of a closed endless through groove during coating.
  • the size of the gap left is chosen as a minimum of 0.5-2 mm, since a reduction in the area of the conductive surface of the plate leads to a decrease in the working area of the solar cells.
  • the second substrate holder is placed in the next vacuum installation, where, during the passage of the second vacuum cycle, an oxide layer 4 is applied to the silicon wafer, which is simultaneously an antireflective and electrically conductive coating.
  • the application is carried out by methods of physical vacuum deposition (PVD - Physical Vapor Deposition), for example, by magnetron sputtering.
  • conductive layers are applied to the surface of the plate.
  • the conductive layer can be combined, for example, made of several layers: a sublayer 9 and / or a base layer 10 and a coating layer 11.
  • a material having sufficient adhesion to the oxide layer is selected as the material of the sublayer 9 deposited on the surface of the oxide layer 4 .
  • the material for the base layer 10 is selected from a number of materials having good electrical conductivity.
  • the material for the coating layer 1 1 should be suitable for soldering - the operation necessary for assembling the solar cells into modules.
  • the listed layers can be deposited by various PVD methods, for example magnetron sputtering or electron beam evaporation.
  • the second substrate holder was discharged to the atmosphere and the silicon wafers 1 were loaded into a transport cassette for thermal annealing.
  • the remaining defective surfaces are oxidized on the plate surface.
  • an insulating layer 6 of silicon dioxide is formed in the gap formed in the layer of conductive oxide 4, and having a groove shape around the perimeter of the surface of the silicon wafer.
  • the transport cassette After thermal annealing, the transport cassette is placed on the conveyor of the production line of current collector topological structures.
  • a polymer mask is “printed” on at least one flat side of the plate 1 on the surface of the conductive layer. To do this, a polymer pattern is applied and dried, after which the plate is fed to selective chemical etching, which affects only the upper conductive layer. Bleed the conductive layer in areas not protected by a polymer mask to the oxide layer 4. Then, the remaining polymer is removed and the plate is washed.
  • the conductive layer for the formation of a current collection topology can be etched by various methods, for example, liquid chemical etching, plasma etching in vacuum, etc.
  • the manufacture of a solar cell is completed by drying the coated plates.
  • the use of the proposed manufacturing method does not require the use of equipment for the manufacture of the current collection topology by electrochemical etching, which is often used in the production technology of matrix SCs, and reduces the amount of photoresist used, which significantly reduces the cost of photoconverters, simplifies their manufacturing technology, and increases the environmental friendliness of the process.
  • the proposed technology also eliminates leakage currents from the side surfaces of the solar cells, since a layer of conductive transparent antireflection oxide is made on the surface of the solar cell with a gap that is filled with insulating material.
  • the manufacture of conductive layers by vacuum methods of physical deposition provides a significant increase in the adhesion of current-collecting topological structures to the underlying layer, compared with the known methods for the manufacture of electrical contacts.
  • Textured n-type silicon wafers 1 are installed in a pallet (flat substrate holder in the form of a pallet) and loaded into the first vacuum installation, where in a single vacuum cycle, by plasma-chemical vapor deposition, layer 2 of undoped amorphous hydrogenated silicon is sequentially applied to the entire surface of the wafer, which passivates the dangling bonds of a silicon wafer. Then, a single first layer 3 of p-type amorphous doped silicon is alternately applied to the front and side surfaces of the wafer, after which a layer of amorphous p-type doped silicon 5 is applied to its back surface and, on top of layer 3, on the side surfaces.
  • the pallet is made in the form of a flat frame so that the substrate with one flat surface is held peripherally protruding inside the flanges. Moreover, the contact zone of the substrate and the holder does not exceed 0.5% of its area, and the flanging is made in several places, holding the plate on one of the flat surfaces at several points, respectively.
  • the application of thin-film layers is carried out on a vacuum installation of its own design (Fig. 5), without flipping the silicon wafer.
  • the vacuum installation includes three plasma-chemical reactors 12, 13 and 14 installed in the vacuum corridor 15.
  • the reactors have movable active 16 and passive electrodes 17, movable parts of the housing 18 and a transport system (not shown) to move the pallets 19.
  • the housing 18 of the first reactor 12 is opened and the pallet 19 is placed in the reactor, after which the housing 18 of the reactor 12 is closed, and a pressure of 400 Pa is provided inside the pumping system 20.
  • the first reactor is made with two active electrodes 16, between which a pallet 19 with silicon wafers 1 is placed.
  • heating elements 21 are located in the reactor vessel 18.
  • the working gas mixture consisting of monosilane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ), with a controlled composition and flow rate, is fed into the two treatment zones located on both sides of platinum 100 cm / min and 10 cm 3 / min, respectively.
  • a 60 W high-frequency generator is connected to each active electrode 16 of the reactor 12 to generate a high-frequency capacitive discharge in the plasma processing zones and a deposition process of a layer 2 of amorphous hydrogenated silicon of its own type of conductivity on the surface of the silicon wafer is carried out for twenty seconds.
  • the uniformity of deposition in the technological reactor is adjusted by controlling the distance between the active electrodes 16 and the flat surfaces of the silicon wafer 1.
  • the housing 18 of the first reactor 12 is opened and the pallet 19 with the plates is transported along the vacuum corridor 15 to the second plasma-chemical reactor 13, in which a layer 3 of p-type doped amorphous hydrogenated silicon is applied onto the front and side surfaces of the silicon wafers.
  • the second process reactor 13 is opened and the pallet 19 with plates is transported by the transport system to the next process reactor 14, which is also open at this time.
  • the second and third reactors are closed and in the last 14 technological reactor, a layer 5 of doped amorphous hydrogenated hydrogenated n-type silicon is applied onto the back surface of the silicon wafer and its ends, with the following process parameters: pressure 400 Pa, monosilane flow rate 10 cm / min, hydrogen flow rate 300 cm / min, phosphine (pH 3 ) flow rate 15 cm / min, supplied RF power 60 W, plate temperature 200 ° C, deposition time 30 s.
  • a pallet 19 with silicon wafers coated with thin-film coatings 2, 3, and 5 is unloaded into the vacuum corridor 15 of the first vacuum unit, after which the first pallet with wafers is unloaded from the unit into the atmospheric pressure zone.
  • the performance of the described linear installation is up to 100 MW / year or 2200 plates / hour.
  • FIG. Figure 4 presents a comparison of the luminescence spectra of the plates after passivation with a layer of intrinsic hydrogenated silicon with a thickness of 20 nm.
  • FIG. 4a shows a plate with passivating layers made on a plasma-chemical deposition unit using a plate overturn with its extraction to the atmosphere during the manufacture of thin-film layers on each of two flat surfaces;
  • FIG. 46 is a plate with layers of amorphous silicon on two flat surfaces, manufactured on the above-described vacuum installation with three process reactors.
  • the lifetime of nonequilibrium charge carriers obtained by the method described above is 3.5 times higher than that obtained under similar conditions in plants using a flip plate with a standard process flow diagram in the technological process, which generally ensures an increase in the fill factor (FF) by 3-4%, and accordingly, an increase in the efficiency of the solar cell by 1.1 -1, 5%.
  • FF fill factor
  • the design of the second pallet provides 81 substrate holders (9x9 silicon substrates), each of which is made in the form of a flat frame, providing free access to one of the flat surfaces of the plate, to its side surfaces and to a part of the reverse flat surface.
  • flanges made around the perimeter of the frame screen access to one of the plate surfaces in a narrow region, placed on the periphery of one of the flat surfaces of the plate to a width of 0.5-2 mm from the ends.
  • This design of the substrate holder allows you to leave a gap in the form of a closed groove when spraying in the applied layers.
  • a pallet with substrates is mounted on the carriage of the transport system on the loading table of the vacuum unit.
  • a layer 4 of transparent indium tin oxide (ITO - Indium Tin Oxide), which is both an antireflective and conductive coating, is applied to a silicon wafer by magnetron sputtering from targets of the appropriate composition. Then, on the ITO surface, without interrupting the vacuum cycle, a base layer 10 of copper is applied, which is protected by a dense thin film of the tin coating layer 11.
  • ITO - Indium Tin Oxide transparent indium tin oxide
  • a linear vacuum unit consisting of thirteen process chambers, two carriage elevators, two loading tables (one for loading the plates, the second for unloading) and a transport system with a reverse system are used to fabricate the indium-tin / copper / tin oxide structure on the silicon wafer surface. track. Linear capacity up to 100 MW / year or 2200 plates / hour.
  • the carriage is moved to a low-vacuum lock chamber, which is pumped out to a pressure of not more than 20 Pa.
  • a vacuum shutter is opened, connecting the low-vacuum lock chamber and the high-vacuum lock chamber, and through the transport system, the carriage with the pallet is moved to the high-vacuum lock chamber, which is pumped out to a pressure of no more than 3x10-3 Pa.
  • the next carriage moves into the low-vacuum lock chamber and repeats the cycle of the previous carriage.
  • the carriage with silicon wafers is smoothly moved to the first process chamber and further in the technological cycle through the following technological chambers with a speed of 1-3 m / s.
  • the first technological chamber provides two-sided deposition on the surface of a silicon wafer of an electrically conductive transparent antireflection oxide layer 4 - ITO with a thickness of 20-200 nm. Argon and oxygen are used as working gases.
  • a base layer 10 of copper 5 ⁇ m thick is simultaneously applied.
  • a vacuum technological chamber is applied in the same manner to a 1 1 tin layer 1 ⁇ m thick.
  • the carriage with the plates is moved to the buffer chamber, then to the high-vacuum lock chamber.
  • the low-vacuum lock chamber is pumped out, after reaching a pressure below 20 Pa, an inter-chamber shutter is opened, and the carriage is moved to the low-vacuum lock chamber.
  • the shutter is closed, atmospheric air is blown into the low-vacuum lock chamber, after which the carriage is moved to the elevator.
  • the elevator is designed to move the carriage to the return track of the transport system.
  • the carriage with a pallet on the return track is moved to another elevator, from where it is fed to the unloading table, where the silicon wafers are unloaded into cassettes.
  • the cassettes with the plates are placed in a vacuum thermal chamber, where they are annealed in the atmosphere at a temperature of 190-240 ° C for 10-30 minutes to heat stabilize the solar cells.
  • a silicon dioxide layer is formed in the gap formed in the oxide layer 4 and having the shape of a closed groove around the perimeter of one of the flat surfaces of the silicon wafer.
  • silicon wafers with formed thin-film coatings are stored in closed boxes isolated from each other.
  • An automatic line for forming current collection topological structures by liquid chemical etching contains several special blocks.
  • the main ones are screen printing devices, for etching with washing and for drying.
  • silicon wafers with manufactured thin film coatings are automatically alternately loaded into the screen printing apparatus.
  • a curable mask is applied to one flat surface of a silicon wafer.
  • the mask is applied through a stencil corresponding to the planned current collection topology.
  • the materials used to make the curable mask must be resistant to standard etching solutions for tin and copper.
  • After applying the mask pattern through a stencil it is cured by exposure to ultraviolet radiation.
  • a curable mask is made in a similar manner.
  • the silicon wafer is vertically placed in a fluoroplastic cassette.
  • the cartridge is designed for a batch of plates. The design of the cartridge allows you to isolate silicon wafers from each other and provide free access to the etching solution to the surface of each wafer.
  • the silicon wafer cassette is placed in a submersible etching unit, in which the etching solution is agitated while being filtered to remove any insoluble etching products.
  • the etching solution a solution based on ammonium persulfate and sulfuric acid is used, which allows the bimetallic Cu-Sn layer to be etched off simultaneously.
  • the solution is not heated. The duration of the process is determined based on the thickness of the metal layer.
  • the cartridge Immediately after etching, the cartridge is moved to the washing compartment of the etching installation, in which the remainder of the etching solution and the by-products of the etching are removed from the surface of the silicon wafer with deionized water in a dynamic process.
  • the cartridge is placed in the next compartment of the pickling unit in a container with an alkaline solution.
  • an intensive circulation of the alkaline solution with its filtration is ensured.
  • the operation time is chosen taking into account the concentration of alkaline solution.
  • the silicon wafer cartridge is again transferred to the washing operation.
  • the plates are dried in special centrifuges, into which, after washing, load cassettes with silicon plates.
  • the proposed silicon solar cell and the technological method for its manufacture can reduce the cost of production of solar cells by applying the necessary thin film layers in two vacuum cycles and by manufacturing a thin film layer of an electrically conductive transparent oxide, which simultaneously serves as antireflection structures.
  • Replacing the electrochemical method of manufacturing the current collection topology by selective etching of the conductive layers deposited in vacuum, just as the refusal to use various pastes containing silver for the manufacture of current collecting elements, also allows to reduce the cost of the technological process.
  • the finished SC the number of defects in the passivating layers introduced during its manufacture is reduced, currents are excluded Leakage at the edges of the plate is an antireflection layer that increases light transmission.
  • the claimed method allows us to solve the technical problem stated in the present description, and to obtain a solar cell with high efficiency converting solar energy into electrical energy.
  • the claimed method allows to reduce the cost of production to ensure reliable reproducibility and stability of the technology in the mass production of solar cells.

Abstract

Кремниевый солнечный элемент содержит текстурированную кремниевую пластину (1) заданного типа проводимости, на поверхность которой нанесен слой (2) нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого на лицевую и боковые поверхности платины нанесен первый слой (3) легированного аморфного кремния с типом проводимости, противоположным типу проводимости пластины, а с тыльной стороны — второй слой (5) легированного аморфного кремния, сформированный на боковых поверхностях пластины поверх указанного первого слоя (3). Второй слой имеет тот же тип проводимости, что и пластина. Поверх первого (3) и второго (5) слоев нанесен электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой (4), в котором по периметру тыльной стороны пластины выполнен зазор в виде бесконечной сквозной канавки, заполненной слоем (6) диоксида кремния. На просветляющем оксидном слое (4) со стороны лицевой и тыльной поверхностей сформированы две токосъемные топологические структуры методом селективного травления двух токопроводящих слоев, синхронно нанесенных на соответствующие поверхности методом вакуумного напыления. Изобретение обеспечивает снижение себестоимости и повышение надежности производства.

Description

Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемые технические решения относятся к полупроводниковым приборам, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, технологиям их изготовления и могут быть использованы для массового производства солнечных элементов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время солнечная энергетика является одним из наиболее перспективных видов возобновляемой энергетики. Основным устройством, используемым для прямого преобразования энергии солнечного света в электроэнергию, является солнечный элемент (СЭ).
Максимальная эффективность кремниевого солнечного элемента, выполненного по классической схеме, не может быть более 19,8%. [1]. Одним из путей увеличения эффективности кремниевых солнечных элементов является использование гетероструктуры с тонким слоем аморфного гидрогенизированного кремния (HIT structure— Heterojunction with Intrinsic Thin-layer), разработка которых началась в начале 90-х годов.
В 1993 г. впервые были изготовлены солнечные элементы такого типа в лабораторных условиях, а в 1997 г. началось массовое производство солнечных элементов на основе гетероструктур аморфный кремний/кристаллический кремний. Компания «Sanyo» одной из первых изготовила СЭ, имеющий структуру прозрачное проводящие покрытие/гидрогенизированный аморфный кремний р-типа/кристаллический кремний n-типа. Коэффициент полезного действия (КПД) такого солнечного элемента составил 12,3 %. Последующая модификация солнечных элементов на основе гетероструктур аморфный кремний/кристаллческий кремний за счет формирования структуры прозрачное проводящие покрытие/гидрогенизированный аморфный кремний р- типа/гидрогенизированный аморфный кремний собственной проводимости/кристаллический кремний n-типа привела к увеличению эффективности до 14,8 %. Использование текстурированной кремниевой подложки повысило КПД до 19,5 %. Наконец, после изготовления двухсторонней структуры прозрачное проводящие покрытие/гидрогенизированный аморфный кремний р- типа/гидрогенизированный аморфный кремний собственной проводимости/кристаллический кремний п-типа/гидрогенизированный аморфный кремний собственной проводимости/гидрогенизированный аморфный кремний n-типа удалось в условиях лаборатории добиться эффективности преобразования до 24,5 %.
При формировании солнечных элементов по данной технологии осаждение слоев аморфного гидрогенизированного кремния осуществляется при низкой температуре (около 200 °С). В формируемых гетероструктурах аморфный кремний/кристаллический кремний обеспечивается хорошая пассивация поверхности кристаллического кремния аморфным гидрогенизированным кремнием. Такие слои предотвращают химические реакции и устраняют интерфейсные состояния в области пространственного заряда солнечного элемента, повышая его технические характеристики и долговечность, что приводит к значительному увеличению КПД СЭ. Кроме того, для солнечных элементов такого типа практически отсутствует деградация свойств со временем и наблюдается меньшая зависимость КПД от температуры по сравнению с обычными солнечными элементами из-за наличия собственного слоя аморфного гидрогенизированного кремния и большого разрыва в валентной зоне на границе раздела аморфный кремний/кристаллический кремний.
Типовая конструкция гетероструктурного СЭ на основе аморфного и микрокристаллического кремния, используемая в массовом производстве солнечных модулей, включает текстурированную кремниевую пластину, с двух сторон которой последовательно нанесены слои аморфного гидрогенизированного кремния, легированного аморфного кремния р- или п- типа, прозрачного токопроводящего оксида и токосъемные электроды.
Для улучшения качества СЭ на основе таких слоев необходимо обеспечить повышение эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. В условиях массового производства одним из путей повышения эффективности солнечных элементов на основе аморфного гидрогенизированного кремния является усовершенствование технологических процессов, направленное на уменьшение концентрации дефектов в нелегированном и легированном слоях аморфного гидрогенизированного кремния. Это позволяет получить более высокий КПД.
Кроме того, проблемой является высокая стоимость кремниевых солнечных элементов на рынке солнечной энергетики. Задача удешевления солнечной электроэнергии решается, прежде всего, переходом на более дешевые вакуумные тонкопленочные технологии изготовления солнечных элементов.
Известные из уровня техники вакуумные способы изготовления кремниевого СЭ описанной выше типовой конструкции предусматривают разгерметизацию вакуумной установки после нанесения каждого из тонкопленочных слоев и переворот кремниевой пластины после формирования функциональной структуры на одной из ее сторон. При этом количество операций обработки обуславливает большое количество технологического оборудования, что делает процесс производства СЭ дорогостоящим, а долгое время пребывания пластины на атмосфере привносит большое количество дефектов в тонкопленочные слои.
Стандартный процесс изготовления СЭ предполагает изготовление токосъемной топологии на поверхности фотопреобразующей структуры с использованием серебряной токопроводящей пасты [2, 3, 4] или других материалов на основе серебра [4]. При этом, использование серебра может добавить до 30% к себестоимости ячейки СЭ. В случае изготовления токосъемной топологии с использованием фоторезистивной маски электрохимическим осаждением [5] или нанесением в вакууме [6, 7] необходимо покрывать всю поверхность кремниевой пластины дорогостоящим фоторезистом, оставив для осаждения узкие участки, на которых формируют токосъемную топологию. Указанные способы не только повышают стоимость СЭ, но и привносят большое количество дефектов в поверхностные тонкопленочные слои.
Известен солнечный элемент [8] и способ его изготовления, совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Солнечный элемент содержит текстурированную кремниевую пластину, на которой с обеих сторон последовательно расположены слои аморфного гидрогенизированного кремния, слои легированного аморфного кремния р- или n-типа, слои прозрачного токопроводящего оксида и токосъемная топология. Слой нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния нанесен на обе плоские поверхности текстурированной кремниевой пластины, поверх которого на одну из плоских поверхностей нанесен слой легированного аморфного кремния p-типа проводимости, а на противоположную плоскую поверхность нанесен слой легированного аморфного кремния n-типа проводимости, поверх которых на указанные плоские поверхности последовательно нанесены слой прозрачного проводящего оксида, токосъемный слой или токосъемная сетка.
Способ изготовления описанного СЭ включает изготовление изоляционных элементов на боковых поверхностях текстурированной монокристаллической кремниевой пластины, которые удаляют после изготовления на обеих плоских поверхностях слоев аморфного гидрогенизированного, аморфного легированного кремния и сплошного слоя прозрачного проводящего оксида, нанесенного как на плоские, так и на боковые поверхности пластины, либо после изготовления всего СЭ. При этом аморфные кремниевые слои формируют в вакууме методом плазмохимического осаждения, а слой прозрачного проводящего оксида - вакуумным магнетронным распылением. Изоляционные элементы с боковых поверхностей кремниевой пластины удаляют органическим растворителем или другим подобным способом. Одновременно с изоляционными элементами с боковых поверхностей удаляются слой прозрачного проводящего оксида и части аморфных слоев, попавших на изоляционные элементы. Описанным способом, для исключения утечки тока, избегают контакта прозрачных проводящих слоев, сформированных на различных плоских поверхностях пластины, между собой и с монокристаллической кремниевой подложкой. Токосъемную топологию изготавливают из серебряной пасты поверх прозрачных проводящих слоев.
Недостатками описанного солнечного элемента и способа его изготовления являются: увеличение стоимости изготовления СЭ из-за нанесения слоев аморфного кремния в нескольких вакуумных циклах, дополнительные операции нанесения и удаления изоляционных элементов с боковых поверхностей пластины, и использование серебряной пасты для изготовления токосъемной топологии; а так же отсутствие пассивации края пластины, закрытого изоляционным элементом и переворот кремниевой пластины в процессе изготовления СЭ, которые приводят к падению КПД.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей предлагаемых технических решений является повышение эффективности фотоэлектрического преобразователя за счет улучшения его эксплуатационных характеристик при снижении стоимости изготовления.
Поставленная техническая задачи решена тем, что заявляется кремниевый солнечный элемент, содержащий монокристаллическую текстурированную кремниевую пластину (1) заданного типа проводимости, на лицевую, тыльную и боковые поверхности которой нанесен слой (2) нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого со стороны указанных лицевой и боковых поверхностей пластины нанесен единый первый слой (3) легированного аморфного кремния с типом проводимости, противоположным типу проводимости пластины, а со стороны указанной тыльной поверхности - единый второй слой (5) легированного аморфного кремния, сформированный также на боковых поверхностях пластины поверх указанного первого слоя и имеющий тот же тип проводимости, что и пластина; при этом поверх первого и второго указанных слоев (3, 5) на все указанные поверхности пластины нанесен электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой (4), в котором по периметру тыльной стороны пластины выполнен зазор в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки, заполненной слоем (6) диоксида кремния, а на оксидном слое (4) со стороны соответственно лицевой и тыльной поверхностей пластины сформированы две токосъемные топологические структуры, полученные методом селективного травления двух токопроводящих слоев, синхронно нанесенных до этого на соответствующие поверхности методом вакуумного напыления.
Кроме того, в частных случаях реализации заявленного солнечного элемента указанный зазор выполнен с шириной, составляющей от 0,5 до 2 мм, а оксидный слой (4) изготовлен из материала или смеси материалов, выбранных из группы, включающей 1п20з/8п02, 1п20з/ТЮ2, 1п20зЛ\ з, In203/Zn0, In203/Ga0/Zn0, ZnO и ZhO/A1203, и выполнен с толщиной, обеспечивающей максимальное просветление в рабочем диапазоне длин волн от 400 до 1 100 нм.
Кроме того, в частных случаях реализации заявленного солнечного элемента каждая указанная топологическая структура состоит из материала, содержащего медь или сплав на основе меди, и содержит подслой (9) и/или основной слой (10), а также покровный слой (1 1). Подслой (9) в случае его наличия может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, включающей Ag, Ti, Cr, V и Nb, а покровный слой (1 1) может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, включающей Sn, Ag, свинцово-оловянный припой, сплав никеля и меди.
Кроме того, заявляется способ изготовления кремниевого солнечного элемента, в котором:
- в первом вакуумном цикле методом плазмохимического осаждения из парогазовой фазы наносят на лицевую, тыльную и боковые поверхности текстурированной кремниевой пластины (1) заданного типа проводимости, не переворачивая ее в течение всего цикла, слой (2) нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого со стороны указанных лицевой и боковых поверхностей пластины наносят единый первый слой (3) легированного аморфного кремния с типом проводимости, противоположным типу проводимости пластины, а со стороны указанной тыльной поверхности - единый второй слой (5) легированного аморфного кремния, одновременно формируемый также на боковых поверхностях пластины поверх указанного первого слоя и имеющий тот же тип проводимости, что и пластина;
- а во втором вакуумном цикле наносят на все указанные поверхности пластины поверх первого и второго указанных слоев (3, 5) электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой (4), в котором по периметру тыльной стороны пластины выполняют зазор в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки, заполняемой далее слоем (6) диоксида кремния, а затем синхронно наносят на сформированный оксидный слой (4) со стороны соответственно лицевой и тыльной поверхностей пластины два токопроводящих слоя, из которых методом их селективного травления формируют две токосъемные топологические структуры.
Кроме того, в частных случаях реализации заявляемого способа токосъемные топологические структуры формируют методом жидкостного химического травления токопроводящих слоев, а слой диоксида кремния - методом термического окисления соответствующего слоя легированного аморфного кремния, как вариант - методом термического отжига при температуре 200° С. Оксидный же слой (4) и токопроводящие слои могут быть нанесены методом физического вакуумного осаждения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано поперечное сечение солнечного элемента в соответствии с осуществлением настоящего изобретения, в котором один из токосъемных электродов выполнен в виде токосъемного слоя;
на фиг. 2 показано поперечное сечение одного из элементов токосъемной топологии;
на фиг. 3 - поперечное сечение солнечного элемента с токосъемной топологией в виде токосъемной сетки;
на фиг. 4 представлены снимки пространственного распределения интенсивности фотолюминисценции солнечного элемента а) изготовленного известным способом б) изготовленного патентуемым способом;
на фиг. 5 - схема вакуумной установки с тремя технологическими реакторами для нанесения пассивирующих аморфных слоев методом плазмохимического осаждения из парогазовой фазы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящий солнечный элемент (фиг. 1) содержит фотопреобразующую структуру, включающую текстурированную кремниевую пластину ί из монокристаллического кремния n-типа, на лицевую поверхность, которой последовательно нанесены: слой 2 нелигированного аморфного гидрогенизированного кремния, слой 3 легированного аморфного кремния р- типа, слой 4 электропроводного прозрачного просветляющего оксида. На тыльную поверхность кремниевой пластины 1 последовательно нанесены слой 2 нелигированного аморфного гидрогенизированного кремния, легированный слой 5 аморфного кремния n-типа и оксидный слой 4. При этом без покрытия оксидным слоем 4 оставлена часть тыльной поверхности пластины, образующая по периметру тыльной стороны зазор шириной от 0,5 до 2 мм в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки. В образованном зазоре сформирован изоляционный слой 6 из диоксида кремния.
На поверхности оксидного слоя 4, на лицевой и тыльной поверхности пластины сформированы токосъемные топологические структуры (фиг. 1 , 2) - токособирающие электроды в виде токосъемного слоя 7 и/или токосъемной сетки 8. Токосъемная топологическая структура со стороны пластины с изоляционным слоем 6 размещена в пределах оксидного слоя 4, ограниченного канавкой с изоляционным слоем 6. И токосъемная сетка 8 и токосъемный слой 7 получены из двух токопроводящих слоев, нанесенных в вакууме на лицевую и тыльную поверхность кремниевой пластины на оксидный слой 4.
На боковые поверхности кремниевой пластины 1 последовательно нанесены: слой 2 нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, сформированный при нанесении аналогичных слоев на плоские поверхности пластины, легированные слои 3 и 5 аморфного кремния различного типа проводимости, сформированные при нанесении аналогичного слоя на плоские поверхности пластины, слой 4 электропроводного прозрачного просветляющего оксида.
Порядок нанесения легированных аморфных слоев 3 и 5 на поверхность пластины обусловлен типом проводимости выбранной кремниевой пластины 1 (фиг. 1 , 3). Если для изготовления СЭ используется кремниевая пластина п- типа, первым наносится слой 3 легированного аморфного кремния p-типа, и, соответственно, при изготовлении СЭ на монокристаллической кремниевой пластине р-тира, на поверхность слоя 2 аморфного гидрогенизированного кремния наносится слой 5 легированного аморфного кремния п-типа.
Слой 6 диоксида кремния, сформированный в зазоре в оксидном слое 4, выполняет роль изолятора, размыкающего сплошной электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой 4. Поскольку, благодаря изоляционному слою 6 диоксида кремния, оксидный слой 4 разомкнут, исключены токи утечки по краям пластины. Кроме того, изоляционный слой 6 диоксида кремния защищает слои 3 и 5 легированного аморфного кремния от диффузии примесей и деградации их свойств во время эксплуатации СЭ.
Исходя из возможностей получения максимального отношения коэффициента полезного действия СЭ к себестоимости его производства материалы оксидного слоя 4 могут быть выбраны из материала или смеси материалов 1п20з/8п02, 1п20з/ТЮ2, In203/W03, In203/Zn0, In203/Ga0/Zn0, ZhO, Zh0/A1203.
Толщина электропроводного прозрачного просветляющего оксидного слоя 4 выбрана для максимального просветления в диапазоне длин волн 400- 1 100 нм и составляет 90-100 нм. Толщина слоя 4 прозрачного проводящего оксида на одной из сторон пластины может быть меньше, чем это требуется по условиям максимального просветления.
В настоящем СЭ токопроводящий слой содержит медь или сплавы на основе меди. Токопроводящий слой может быть комбинированным (фиг. 2) и включать два или три слоя, например, подслой 9, нанесенный поверх оксидного слоя 4, и/или основной слой 10, выполненный из токопроводящего материала, и покровный слой 1 1.
При этом, в настоящем СЭ для обеспечения достаточной адгезии, наименьшего переходного сопротивления и высоких барьерных свойств против взаимной диффузии между ниже и вышележащими слоями материал для подслоя 9 выбран из ряда Ag, Ti, Cr, V, Nb и др.
С учетом невысокой себестоимости материала, себестоимости пайки при монтаже СЭ в модули для покровного слоя 1 1 выбран один из следующих материалов: Sn, Ag, сплав никели и меди, например Монель, свинцово оловянный припой и др.
Способ изготовления описанного выше СЭ состоит из двух вакуумных циклов и цикла изготовления токосъемных топологических структур.
Первый вакуумный цикл представляет собой плазмохимический процесс нанесения тонкопленочных покрытий (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), в котором на поверхности кремниевой пластины 1 изготавливают пассивирующие слои 2 аморфного нелигированного гидрогенизированного кремния и слои 3, 5 легированного аморфного кремния р- и п-типа.
Второй вакуумный цикл - изготовление на поверхности кремниевой пластины 1 электропроводного прозрачного просветляющего оксидного слоя 4 с зазором и двух токопроводящих слоев, которые после специальной обработки имеют топологические структуры 7 и/или 8.
Солнечный элемент изготавливают следующим образом.
Предварительно текстурированную кремниевую пластину 1 после соответствующей подготовительной обработки устанавливают в подложко держатель 19 для транспортировки пластины к началу технологического цикла в первой вакуумной установке. Конструкция подложкодержателя предусматривает загрузку нескольких кремниевых пластин, при этом в подложкодержателе поверхности пластин открыты для технологической обработки.
Далее подложко держатель 19 перемещают в вакуумную установку, где в едином вакуумном цикле методом PECVD производят последовательное нанесение на поверхность пластины слоя нелигированного аморфного гидрогенизированного кремния 2, который пассивирует оборванные связи кремниевой пластины 1 , и нанесение легированных аморфных слоев 3 и 5 поочередно на одну из плоских поверхностей и торцы, а затем на, обратную поверхность кремниевой пластины и на ее торцы. Нанесение тонкопленочных слоев осуществляют на вакуумной установке собственной конструкции (см. ниже), без переворота кремниевой пластины. Формирование пассирующих покрытий в одном вакуумном цикле без извлечения кремниевой пластины на атмосферу и без её переворота уменьшает количество привносимых дефектов в нанесенные слои.
Далее осуществляют выгрузку подложкодержателя 19 с кремниевыми пластинами 1 из вакуумной установки в зону атмосферного давления и перегружают их на второй подложкодержатель. Конструкция второго подложкодержателя, как и первого, предусматривает размещение нескольких кремниевых пластин и, кроме того, обеспечивает экранирование доступа к части поверхности пластины для формирования при нанесении покрытий зазора в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки. Размер оставленного зазора выбирают минимальным 0,5-2 мм, так как сокращение площади токопроводящей поверхности пластины приводит к уменьшению рабочей площади СЭ.
Второй подложкодержатель помещают в следующую вакуумную установку, где при прохождении второго вакуумного цикла на кремниевую пластину наносят оксидный слой 4, который является одновременно просветляющим и электропроводным покрытием. Нанесение осуществляют методами физического вакуумного осаждения (PVD - Physical Vapour Deposition), например, методом магнетронного напыления.
После нанесения слоя 4 электропроводного прозрачного посветляющего оксида, в той же вакуумной установке, не прерывая вакуумный цикл, наносят на поверхности пластины токопроводящие слои. Токопроводящий слой может быть комбинированным, например, изготовленным из нескольких слоев: подслоя 9 и/или основного слоя 10 и покровного слоя 11. При этом в качестве материала подслоя 9, нанесенного на поверхность оксидного слоя 4, выбирают материал, имеющий достаточную адгезию к оксидному слою. Материал для основного слоя 10 выбирают из ряда материалов, имеющих хорошую электропроводность. А материал для покровного слоя 1 1 должен быть подходящим для пайки - операции необходимой для сборки СЭ в модули. Перечисленные слои могут быть нанесены различными способами PVD, например магнетронным распылением или электронно-лучевым испарением.
Поскольку пленки, нанесенные методами физического осаждения в вакууме, обладают значительными внутренними механическими напряжениями, сила, действующая на кремниевую пластину в следствии этих напряжений возрастает с ростом толщины покрытия. В патентуемом способе, когда толщина сплошного токопроводящего слоя составляет более пяти микрон, нанесение его на одну сторону пластины приведет к недопустимой величине деформации последней. Поэтому нанесение проводят синхронно с обеих сторон кремниевой пластины для устранения эффекта деформации.
Из вакуумной установки, в которой осуществлялось нанесение токопроводящих слоев и оксидного слоя 4, второй подложкодержатель выгружают на атмосферу и кремниевые пластины 1 перегружают в транспортную кассету для термического отжига. При этом на поверхности пластины осуществляют окисление оставшихся дефектных поверхностей. Таким образом, в зазоре, образованном в слое токопроводящего оксида 4, и имеющего форму канавки по периметру поверхности кремниевой пластины, формируют изоляционный Слой 6 диоксида кремния.
После термического отжига транспортную кассету помещают на конвейер линии изготовления токосъемных топологических структур.
По меньшей мере, на одной плоской стороне пластины 1 на поверхности токопроводящего слоя «печатают» полимерную маску. Для этого наносят полимерный рисунок и просушивают, после чего пластину подают на селективное химическое травление, которое затрагивает только верхний токопроводящий слой. Стравливают токопроводящий слой в зонах, не защищенных полимерной маской, до оксидного слоя 4. Затем удаляют оставшийся полимер и осуществляют промывку пластины.
Токопроводящий слой для образования токосъемной топологии может быть стравлен различными методами, например жидкостным химическим травлением, методом плазменного травления в вакууме и др.
Изготовление солнечного элемента заканчивают просушкой пластины с нанесенными слоями.
Поскольку в предлагаемом способе изготовления солнечного элемента все слои СЭ формируются за два вакуумных технологических цикла, это позволяет минимизировать время нахождения пластины на атмосфере, что предотвращает окисление ее поверхностей. Кроме того, использование предлагаемого способа изготовления не требует применения оборудования для изготовления токосъемной топологии электрохимическим травлением, часто используемого в технологии производства матричных СЭ, и уменьшает количество используемого фоторезиста, что значительно удешевляет стоимость фотопреобразователей, упрощает технологию их изготовления и повышает экологичность процесса.
Предлагаемая технология так же исключает токи утечки с боковых поверхностей СЭ, так как слой электропроводного прозрачного просветляющего оксида изготовлен на поверхности СЭ с зазором, который заполнен изоляционным материалом.
В патентуемой технологии изготовление токопроводящих слоев вакуумными методами физического осаждения обеспечивает значительное повышение адгезии токосъемных топологических структур к нижележащему слою, по сравнению с известными методами изготовления электрических контактов.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Текстурированные кремниевые пластины 1 n-типа устанавливают в паллету (плоский держатель подложек в форме поддона) и загружают в первую вакуумную установку, где в едином вакуумном цикле методом плазмохимического осаждения из газовой фазы последовательно наносят на всю поверхность пластины слой 2 нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, который пассивирует оборванные связи кремниевой пластины. Затем поочередно на лицевую и боковые поверхности пластины наносят единый первый слой 3 аморфного легированного кремния p-типа, после чего на ее тыльную поверхность и, поверх слоя 3, на боковые поверхности наносят слой 5 аморфного легированного кремния п-типа проводимости.
Паллета выполнена в форме плоской рамки таким образом, что подложка одной плоской поверхностью удерживается по периферии выступающими во внутрь рамки отбортовками. При этом зона касания подложки и держателя не превышает 0,5% ее площади, а отбортовка выполнена в нескольких местах, удерживая пластину на одной из плоских поверхностей в нескольких точках соответственно.
Нанесение тонкопленочных слоев осуществляют на вакуумной установке собственной конструкции (фиг. 5), без переворота кремниевой пластины. Вакуумная установка включает три плазмохимических реактора 12, 13 и 14, установленных в вакуумном коридоре 15. Реакторы имеют подвижные активный 16 и пассивный 17 электроды, подвижные части корпуса 18 и транспортную систему (на рисунках не показана) для перемещения паллеты 19.
После подачи паллеты 19 с кремниевыми пластинами в вакуумный коридор 15 установки открывают корпус 18 первого реактора 12 и помещают паллету 19 в реактор, после чего корпус 18 реактора 12 закрывают, системой откачки 20 внутри технологического реактора обеспечивают давление 400Па.
Первый реактор выполнен с двумя активными электродами 16, между которыми размещают паллету 19 с кремневыми пластинами 1. Для нагрева кремниевых пластин до Т=200°С включают нагревательные элементы 21 , расположенные в корпусе 18 реактора. После выхода температуры на стационарный режим для проведения процесса осаждения через активные электроды 16 подают в две зоны обработки, расположенные с обеих сторон платины, рабочую газовую смесь, состоящую из моносилана (SiH4) и водорода (Н2), с контролируемым составом и расходом - 100 см /мин и 10 см3/мин соответственно. На каждый активный электрод 16 реактора 12 подключают высокочастотный генератор мощностью 60 Вт для генерирования в зонах обработки плазмы высокочастотного емкостного разряда и в течение двадцати секунд проводят процесс осаждения слоя 2 аморфного гидрогенизированного кремния собственного типа проводимости на поверхность кремниевой пластины. Настройку равномерности осаждения в технологическом реакторе осуществляют за счет управления расстоянием между активными электродами 16 и плоскими поверхностями кремниевой пластины 1.
Далее, открывают корпус 18 первого реактора 12 и перемещают транспортной системой паллету 19 с пластинами по вакуумному коридору 15 во второй плазмохимический реактор 13, в котором осуществляют нанесение на лицевую и боковые поверхности кремниевых пластин слоя 3 легированного аморфного гидрогенизированного кремния р-типа проводимости. При этом выдерживаются следующие параметры технологического процесса: давление 400 Па, расход моносилана 10 см3/мин, расход водорода 300 см /мин, расход диборана (В2Н6) 50 см /мин, подводимая высокочастотная мощность 60 Вт, температура пластин Т=200°С, время осаждения 40с.
После окончания процесса нанесения слоя 3 легированного аморфного кремния p-типа проводимости второй технологический реактор 13 открывают и транспортной системой перемещают паллету 19 с пластинами в следующий технологический реактор 14, который в это время так же открыт. Далее второй и третий реакторы закрывают и в последнем 14 технологическом реакторе осуществляют нанесение слоя 5 легированного аморфного гидрогенизированного кремния n-типа проводимости на тыльную поверхность кремниевой пластины и ее торцы, при следующих параметрах технологического процесса: давление 400 Па, расход моносилана 10 см /мин, расход водорода 300 см /мин, расход фосфина (РН3) 15 см /мин, подводимая ВЧ мощность 60 Вт, температура пластин 200°С, время осаждения 30 с.
Из третьего технологического реактора 14 паллету 19 с кремниевыми пластинами с нанесенными тонкопленочными покрытиями 2, 3 и 5 транспортной системой выгружают в вакуумный коридор 15 первой вакуумной установки, после чего осуществляют выгрузку первой паллеты с пластинами из установки в зону атмосферного давления. Производительность описанной линейной установки до 100 МВт/год или 2200 пластин/час.
Для оценки качества нанесенных пассивирующих слоев можно использовать время жизни неравновесных носителей заряда. На фиг. 4 представлено сравнение спектров люминесценции пластин после пассивации слоем собственного гидрогенизированного кремния толщиной 20 нм. На фиг. 4а приведена пластина с пассивирующими слоями, изготовленными на установке плазмохимического осаждения с использование переворота пластины с ее извлечением на атмосферу в процессе изготовления тонкопленочных слоев на каждой из двух плоских поверхностей; на фиг. 46 - пластина со слоями аморфного кремния на двух плоских поверхностях, изготовленная на описанной выше вакуумной установке с тремя технологическими реакторами.
На спектре люминесценции 4а видны темные «полосы», которые, свидетельствуют о повреждениях пластины манипулятором в процессе загрузки/выгрузки, и точечные дефекты, вызванные попаданием пылевых частиц между образцом и держателем.
Время жизни неравновесных носителей заряда, полученное описанным выше способом, в 3,5 раза выше, чем полученное в аналогичных условиях на установках, использующих в технологическом процессе переворот пластины со стандартной схемой проведения технологического процесса, что обеспечивает в целом увеличение коэффициента заполнения (FF) на 3-4%, и соответственно увеличение эффективности солнечного элемента на 1,1 -1 ,5%.
Осуществляют перезагрузку кремниевых пластин на вторую паллету. Конструкция второй паллеты предусматривает 81 подложкодержатель (9x9 кремниевых подложек), каждый из которых выполнен в форме плоской рамки, обеспечивающей свободный доступ к одной из плоских поверхностей пластины, к ее боковым поверхностям и к части обратной плоской поверхности. При этом отбортовками, выполненными по периметру рамки, экранируют доступ к одной из поверхностей пластины в узкой области, размещенной по периферии одной из плоских поверхностей пластины на ширину 0,5-2 мм от торцов. Такая конструкция подложкодержателя позволяет оставить при напылении в наносимых слоях зазор в виде замкнутой канавки.
Паллету с подложками устанавливают на каретке транспортной системы на загрузочном столе вакуумной установки.
На следующем этапе патентуемого способа изготовления гетероструктурных солнечных элементов на кремниевую пластину магнетронным распылением из мишеней соответствующего состава наносят слой 4 прозрачного для видимого света проводящего оксида индия-олова (ITO - Indium Tin Oxide), который является одновременно просветляющим и проводящим покрытием. Затем на поверхность ITO, без прерывания вакуумного цикла, наносят основной слой 10 из меди, который защищают плотной тонкой пленкой покровного слоя 11 из олова.
Для изготовления на поверхности кремниевой пластины структуры оксид индия-олова/медь/олово используют линейную вакуумную установку, состоящую из тринадцати технологических камер, двух лифтов перемещения каретки, двух загрузочных столов (один для загрузки пластин, второй для их выгрузки) и транспортной системы с обратным треком. Производительность линейной установки до 100 МВт/год или 2200 пластин/час.
С загрузочного стола каретку перемещают в низковакуумную шлюзовую камеру, которую откачивают до давления не более 20 Па. Открывают вакуумный затвор, соединяющий низковакуумную шлюзовую камеру и высоковакуумную шлюзовую камеру, и по транспортной системе каретку с паллетой перемещают в высоковакуумную шлюзовую камеру, которая откачивается до давления не более 3x10-3 Па. В это время следующая каретка перемещается в низковакуумную шлюзовую камеру и повторяет цикл предыдущей каретки.
Далее из высоковакуумной шлюзовой камеры каретку с кремниевыми пластинами плавно перемещают в первую технологическую камеру и далее по технологическому циклу через следующие технологические камеры со скоростью 1 -3 м/с.
В первой технологической камере с помощью магнетронных систем осуществляют двухстороннее нанесение на поверхность кремниевой пластины электропроводного прозрачного просветляющего оксидного слоя 4 - ITO толщиной 20-200 нм. В качестве рабочих газов используются аргон и кислород.
В следующих технологических камерах магнетронными системами на обе плоские поверхности пластины одновременно наносят основной слой 10 меди толщиной 5 мкм. В последней по ходу технологического процесса вакуумной технологической камере таким же способом наносят слой 1 1 олова толщиной 1 мкм.
Из последней технологической камеры каретку с пластинами перемещают в буферную камеру, затем в высоковакуумную шлюзовую камеру. В это время происходит откачка низковакуумной шлюзовой камеры, после достижения давления в ней ниже 20 Па, открывают межкамерный затвор, и каретку перемещают в низковакуумную шлюзовую камеру. Затвор закрывают, в низковакуумную шлюзовую камеру производят напуск атмосферного воздуха, после чего каретку перемещают в лифт. Лифт предназначен для перемещения каретки на обратный трек транспортной системы. Каретку с паллетой по обратному треку перемещают еще в один лифт, откуда ее подают на стол выгрузки, где производят выгрузку кремниевых пластин в кассеты. ,
Далее кассеты с пластинами помещают в вакуумную термическую камеру, где происходит отжиг в среде атмосферы при температуре 190-240°С в течение 10-30 мин для термостабилизации СЭ. В это время в зазоре, сформированном в оксидном слое 4 и имеющего форму замкнутой канавки по периметру одной из плоских поверхностей кремниевой пластины, формируют слой двуокиси кремния. Между операциями отжига и селективного травления кремниевые пластины со сформированными тонкопленочными покрытиями хранятся в закрытых боксах изолировано друг от друга.
Автоматическая линия для формирования токосъемных топологических структур методом жидкостного химического травления содержит несколько специальных блоков. Основные из них - устройства для трафаретной печати, для травления с промывкой и для сушки.
Из боксов для хранения кремниевые пластины с изготовленными тонкопленочными покрытиями автоматически поочередно загружают в устройство для трафаретной печати. В устройстве печати на одну плоскую поверхность кремниевой пластины наносят отверждаемую маску. Маску наносят через трафарет, соответствующий запланированной токосъемной топологии. Материалы, используемые для изготовления отверждаемой маски, должна быть устойчивы к воздействию стандартных травильных растворов для олова и меди. После нанесения через трафарет рисунка маски, осуществляют ее отверждение за счет экспонирования ультрофиолетовым излучением. На обратной плоской поверхности кремниевой пластины отверждаемую маску изготавливают аналогичным способом.
Далее кремниевую пластину вертикально помещают во фторопластовую кассету. Кассета рассчитана на партию пластин. Конструкция кассеты позволяет изолировать кремниевые пластины друг от друга и обеспечить свободный доступ травильного раствора к поверхности каждой пластины.
Следующим шагом кассету с кремниевыми пластинами помещают в установку для погружного травления, в которой обеспечено перемешивание травильного раствора с одновременной его фильтрацией для очистки от нерастворимых продуктов травления. В качестве травильного раствора используют раствор на основе персульфата аммония и серной кислоты, который позволяет стравливать одновременно биметаллический слой Cu-Sn. В процессе травления нагревание раствора не осуществляют. Длительность процесса определяют исходя из толщины металлического слоя.
Сразу после травления кассету перемещают в промывочный отсек установки травления, в котором деонизованной водой в динамическом процессе с поверхности кремниевой пластины удаляют остатки травильного раствора и побочные продукты травления.
Далее осуществляют операцию удаления маски. Для этого кассету помещают в следующий отсек травильной установки в емкость со щелочным раствором. В емкости, как и на предыдущей травильной операции, обеспечена интенсивная циркуляция щелочного раствора с его фильтрацией. Время операции выбирают с учетом концентрации щелочного раствора.
После полного удаления маски, кассету с кремниевыми пластинами вновь передают на операцию промывки.
После второй промывки осуществляют сушку пластин в специальных центрифугах, в которые после промывки загружают кассеты с кремниевыми пластинами.
Таким образом, предложенный кремниевый солнечный элемент и технологический способ его изготовления позволяют уменьшить стоимость производства солнечных элементов за счет нанесения необходимых тонкопленочных слоев за два вакуумных цикла и за счет изготовления тонкопленочного слоя электропроводного прозрачного оксида, который одновременно выполняет функции просветляющих структур. Замена электрохимического способа изготовления токосъемной топологии селективным травлением нанесенных в вакууме токопроводящих слоев, ровно, как и отказ от использования для изготовления токосъемных элементов различных паст, содержащих серебро, так же позволяют снизить себестоимость технологического процесса. При этом, в готовом СЭ уменьшено количество дефектов в пассивирующих слоях, привносимых при его изготовлении, исключены токи утечки по краям пластины и есть просветляющий слой, увеличивающий светопропу скание .
Использование разработанной технологии позволяет решить техническую задачу, заявленную в настоящем описании, и получить солнечный элемент с высокой эффективностью превращения солнечной энергии в электрическую. Кроме того, заявленный способ позволяет при снижении себестоимости производства обеспечить надежную воспроизводимость и стабильность технологии в массовом производстве солнечных элементов.
Источники информации
1. М. Schmidt, L. Korte, A. Laades, R. Stangl, C. Schubert, H. Angermann, E.
Conrad, K. Maydell, Physical aspects of a-Si:H/c-Si hetero-junction solar cells, Thin Solid Films 515 (2007) 7475-7480.
2. Патент RIJ 2 571 444, опубл. 20.12.2015 г.
3. Патент RU 2 571 167, опубл. 20.12.2015 г.
4. Патент US81981 15, опубл. 1 1.06.2012 г.
5. Заявка US 20160359058, опубл. 08.12.2016 г.
6. Заявка US20100186802, опубл. 29.07.2010 г.
7. Патент RU2568421, опубл. 20.11.2015 г.
8. Патент JP4169463, опубл. 15.08.2008 г.

Claims

ФОРМУЛА
1. Кремниевый солнечный элемент, содержащий монокристаллическую текстурированную кремниевую пластину (1) заданного типа проводимости, на лицевую, тыльную и боковые поверхности которой нанесен слой (2) нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого со стороны указанных лицевой и боковых поверхностей пластины нанесен единый первый слой (3) легированного аморфного кремния с типом проводимости, противоположным типу проводимости пластины, а со стороны указанной тыльной поверхности - единый второй слой (5) легированного аморфного кремния, сформированный также на боковых поверхностях пластины поверх указанного первого слоя (3) и имеющий тот же тип проводимости, что и пластина; при этом поверх первого и второго указанных слоев (3, 5) на все указанные поверхности пластины нанесен электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой (4), в котором по периметру тыльной стороны пластины выполнен зазор в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки, заполненной слоем (6) диоксида кремния, а на оксидном слое (4) со стороны соответственно лицевой и тыльной поверхностей пластины сформированы две токосъемные топологические структуры, полученные методом селективного травления двух токопроводящих слоев, синхронно нанесенных до этого на соответствующие поверхности методом вакуумного напыления.
2. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что указанный зазор выполнен с шириной, составляющей от 0,5 до 2 мм.
3. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что оксидный слой (4) изготовлен из материала или смеси материалов, выбранных из группы, включающей In 03/Sn02, In203/Ti02, In203/W03, In203/Zn0, In203/GaO/ZnO, ZnO и Zh0/A1203.
4. Солнечный элемент по п. 1 , отличающийся тем, что оксидный слой (4) выполнен с толщиной, обеспечивающей максимальное просветление в рабочем диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм.
5. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что каждая указанная топологическая структура состоит из материала, содержащего медь или сплав на основе меди.
6. Солнечный элемент по п. 1 , отличающийся тем, что каждая указанная топологическая структура содержит подслой (9) и/или основной слой (10), а также покровный слой (1 1 ).
7. Солнечный элемент по п. 6, отличающийся тем, что в случае наличия подслоя (9) он изготовлен из материала, выбранного из группы, включающей Ag, Ti, Cr, V и Nb.
8. Солнечный элемент по п. 6, отличающийся тем, что покровный слой (11) изготовлен из материала, выбранного из группы, включающей Sn, Ag, свинцово-оловянный припой, сплав никеля и меди.
9. Способ изготовления кремниевого солнечного элемента, в котором
- в первом вакуумном цикле методом плазмохимического осаждения из парогазовой фазы наносят на лицевую, тыльную и боковые поверхности текстурированной кремниевой пластины (1) заданного типа проводимости, не переворачивая ее в течение всего цикла, слой (2) нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого со стороны указанных лицевой и боковых поверхностей пластины наносят единый первый слой (3) легированного аморфного кремния с типом проводимости, противоположным типу проводимости пластины, а со стороны указанной тыльной поверхности - единый второй слой (5) легированного аморфного кремния, одновременно формируемый также на боковых поверхностях пластины поверх указанного первого слоя и имеющий тот же тип проводимости, что и пластина;
- а во втором вакуумном цикле наносят на все указанные поверхности пластины поверх первого и второго указанных слоев (3, 5) электропроводный прозрачный просветляющий оксидный слой (4), в котором по периметру тыльной стороны пластины выполняют зазор в виде замкнутой бесконечной сквозной канавки, заполняемой далее слоем (6) диоксида кремния, а затем синхронно наносят на сформированный оксидный слой (4) со стороны соответственно лицевой и тыльной поверхностей пластины два токопроводящих слоя, из которых методом их селективного травления формируют две токосъемные топологические структуры.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанные токосъемные топологические структуры формируют методом жидкостного химического травления указанных токопроводящих слоев.
1 1. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный слой (6) диоксида кремния формируют в указанном зазоре методом термического окисления соответствующего слоя легированного аморфного кремния.
12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный слой (6) диоксида кремния формируют в указанном зазоре методом термического отжига при температуре 200° С.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что оксидный слой (4) и указанные токопроводящие слои наносят методом физического вакуумного осаждения.
PCT/BY2018/000019 2018-10-26 2018-10-26 Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления WO2020082151A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BY2018/000019 WO2020082151A1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BY2018/000019 WO2020082151A1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020082151A1 true WO2020082151A1 (ru) 2020-04-30

Family

ID=70330776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BY2018/000019 WO2020082151A1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020082151A1 (ru)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156361A (zh) * 2020-08-21 2022-03-08 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171627A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171621A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171633A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171623A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171625A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171622A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171624A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171628A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171626A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076387A (ja) * 2000-08-28 2002-03-15 Kyocera Corp 光電変換装置
US8049102B1 (en) * 2010-05-11 2011-11-01 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
RU2590284C1 (ru) * 2015-04-10 2016-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе", ООО "НТЦ ТПТ" Солнечный элемент
US20160284888A1 (en) * 2013-03-19 2016-09-29 Choshu Industry Co., Ltd. Photovoltaic element and manufacturing method therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076387A (ja) * 2000-08-28 2002-03-15 Kyocera Corp 光電変換装置
US8049102B1 (en) * 2010-05-11 2011-11-01 Lg Electronics Inc. Solar cell and method for manufacturing the same
US20160284888A1 (en) * 2013-03-19 2016-09-29 Choshu Industry Co., Ltd. Photovoltaic element and manufacturing method therefor
RU2590284C1 (ru) * 2015-04-10 2016-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе", ООО "НТЦ ТПТ" Солнечный элемент

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156361A (zh) * 2020-08-21 2022-03-08 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171627A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171621A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171633A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171623A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171625A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171622A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171624A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171628A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法
CN114171626A (zh) * 2020-08-21 2022-03-11 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020082151A1 (ru) Кремниевый солнечный элемент и способ его изготовления
US5131954A (en) Monolithic solar cell array and method for its manufacturing
US4318938A (en) Method for the continuous manufacture of thin film solar cells
US8143515B2 (en) Cadmium telluride thin film photovoltaic devices and methods of manufacturing the same
US20110005591A1 (en) Solar Cell Front Contact Doping
US20100313945A1 (en) Solar Cell Substrate and Methods of Manufacture
JP3801342B2 (ja) 太陽電池用基板、その製造方法及び半導体素子
CN102282677A (zh) 太阳能电池的制造方法和太阳能电池
KR20110032655A (ko) 후면전극형 태양전지의 제조방법
US20110136285A1 (en) Method for manufacturing stacked film and solar cell
CN102312194B (zh) 用于形成导电透明氧化物膜层的设备和方法
US9391215B2 (en) Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same
CN111628081A (zh) 一种具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池
JPH06318723A (ja) 光起電力素子およびその作製方法
EP2402479B1 (en) Method for sputtering a resistive transparent thin film for use in cadmium telluride based photovoltaic devices
JP6719382B2 (ja) 光電変換素子、それを備えた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システム
JP2006344883A (ja) 太陽電池の製造方法
US20110129954A1 (en) Method for manufacturing a photovoltaic cell structure
CN114583009B (zh) 碲化镉薄膜太阳能电池及其制备方法
WO2022071302A1 (ja) ペロブスカイト薄膜系太陽電池の製造方法
US20140130860A1 (en) Method for forming alumina film and solar cell element
US20130137208A1 (en) Method for manufacturing solar cell module
US20130133735A1 (en) Solar cell module and method of manufacturing the same
Ling et al. High‐Throughput Deposition of Recyclable SnO2 Electrodes toward Efficient Perovskite Solar Cells
CN111987227A (zh) 一种制备硅/钙钛矿叠层太阳能电池的方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18937880

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 03.09.2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18937880

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1