《双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN101937944A43申请公布日20110105CN101937944ACN101937944A21申请号201010267015622申请日20100831H01L31/1820060171申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号72发明人孟凡英张松汪建强韩涛程雪梅司新文李翔黄建华74专利代理机构上海交达专利事务所31201代理人王锡麟王桂忠54发明名称双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法57摘要一种光伏发电技术领域的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法。包括采用碱溶液和酸溶液分别对P型单晶硅和多晶硅片进行表面预清洗和表面织构；用三氯氧磷作为扩散源进行扩散。
2、形成PN结；采用化学湿法去除硅片表面的磷硅玻璃，并采用等离子体将硅片边缘刻蚀；采用等离子体增强化学汽相沉积方法在P型硅片的发射区表面制备氮化硅薄膜；采用热丝化学气相沉积法制备氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜材料，将薄膜沉积到P型硅片一侧，钝化P型硅表面的缺陷和悬挂键；采用丝网印刷背面电极、丝网印刷正面电极，经过烧结后，形成太阳电池。本发明降低光生少数载流子在背表面复合的几率，提高电池的长波光量子效率，为光生载流子的输运和收集创造条件。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页CN101937945A1/1页21一种双面钝化的晶体硅太阳电池的制备。
3、方法，其特征在于，包括以下步骤采用碱溶液和酸溶液分别对P型单晶硅和多晶硅片进行表面预清洗和表面织构，使硅片表面清洁，而且在单晶硅表面形成金字塔结构在多晶硅表面形成的腐蚀坑；用三氯氧磷作为扩散源进行扩散形成PN结；采用化学湿法去除硅片表面的磷硅玻璃，并采用等离子体将硅片边缘刻蚀；采用等离子体增强化学汽相沉积方法在N型硅上制备氮化硅薄膜作为电池的减反射膜和钝化膜；采用热丝化学气相沉积法制备氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜材料，将薄膜沉积到P型硅片一侧，钝化P型硅表面的缺陷和悬挂键；采用丝网印刷背表面场、背面电极、丝网印刷正面电极，经过烧结后，形成太阳电池。2根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电。
4、池的制备方法，其特征是，所述的碱溶液和酸溶液，碱溶液为NAOH，KOH；酸溶液为HNO3，HF，HCL。3根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的所用硅片厚度200M，面积125X125MM2准方片，电阻率1CM。4根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的表面预清洗和表面织构，用15的酸溶液去除硅片表面的SIO2层，对P型单晶硅片在浓度小于3的碱溶液在80左右制备金字塔形状绒面，然后采用去离子水超声清洗，并吹干。5根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的扩散，是指采用管式扩散炉，以氮气作为携源气体，。
5、在制绒后的P型单晶硅片上面扩散磷形成N型发射层，从而形成PN结。6根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的化学湿法为采用浓度低于5的HF溶液。7根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的等离子体增强化学汽相沉积方法，是指在硅片的发射区N型硅上，将硅烷和氨气的混合气体比14条件下，沉积温度400450，沉积约7090NM厚的氢化氮化硅薄膜，作为电池前表面的键反射膜和钝化膜，该氢化微晶硅薄膜的光学禁带宽度为1621EV，晶粒尺寸为3080NM，晶态比为540，混合相薄膜的生长速率为8根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法。
6、，其特征是，所述的采用热丝化学气相沉积法，是指P型硅片背表面，在硅烷和氢气气流比为551，沉积气压10PA，衬底温度200的条件下，沉积厚度为7090NM硅基薄膜，作为电池背表面的钝化膜。9根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的采用丝网印刷背面电极、丝网印刷正面电极，其中丝网印刷背面电极为采用丝网印刷工艺印刷背面铝浆形成背场和背电极；丝网印刷正面电极为采用丝网印刷工艺印刷银浆形成正电极。10根据权利要求1所述的双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是，所述的烧结为在链式烧结炉内进行烧结，烧结峰值温度约720800，将金属电极和硅形成欧姆接触，最终完成太阳电。
7、池制备。权利要求书CN101937944ACN101937945A1/5页3双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法技术领域0001本发明专利涉及的是一种光伏发电技术领域的制备方法，特别是涉及一种双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法。背景技术0002太阳能光伏发电产业发展非常迅速，自2007年以来中国的光伏产量一直占据全球首位，产品类型以晶体硅电池和组件为主，占据近90的市场份额，薄膜电池占10左右的市场。虽然中国光伏制造量第一，但光伏产品的光电转换效率却处于中等水平，缺乏核心技术。增强光伏产品在全球市场中的核心竞争力，必须研发新技术，提高光伏电池和组件的光电转换能力，降低制造成本。0003目前大面积。
8、高效率晶体硅太阳电池主要有美国SUNPOWER公司的全背面接触电池，2010年6月报道，经过美国国家可再生能源实验室NREL检测，其电池转换效率已到242。日本SANYO的HIT电池，转换效率达到231004CM2，AISTTEST，2008。中国SUNTECH的PLUTO电池，2009年最高转换效率达到19以上，技术主要是以澳大利亚新南威尔士大学马丁格林实验室的PERL电池结构原型为基础，进行产业化开发。晶体硅太阳电池的研究开发和发展方向主要集中在以下两个方向高效率化和低成本化。尤其是高效率化不仅可以降低成本，也是太阳电池竞争和持续发展的关键所在。国外太阳电池公司通过长时间的积累和开发，相继。
9、推出了各具特色的高效率太阳电池，比如，日本三洋SANYO的HIT电池，采用晶体硅和薄膜硅相结合的技术，在低温工艺下可以实现高转换效率电池，这种技术目前国际上只有三洋拥有，产业化电池效率高达1920；美国SUNPOWER公司通过20年以上的不懈努力，成功推出了独特的背发射结和点接触电极的高效太阳电池；日本的三菱电机，京瓷，夏普等也开发了特殊的表面制绒和环绕电极WRAPTHROUGH结构的高效率太阳电池。在国内无锡尚德开发出PLUTO高效率太阳电池结构，其它太阳电池公司也在积极开发新技术来提高电池效率。0004目前晶体硅太阳电池产品在光伏市场占绝对优势，这类产品中50左右的成本来自于晶体硅片。为降。
10、低成本，硅片厚度越来越薄，对于大面积的电池薄硅片，表面复合会非常严重，这将导致电池效率损失。可见减少大面积薄硅片的表面复合速率是提高电池效率的重要手段。目前常用的钝化技术是采用等离子体增强的化学气相沉积系统制备氮化硅薄膜，或者氧化硅钝化膜，这些薄膜中富含高密度的正电荷，适合钝化N型硅片，不适合P型硅片的表面钝化。本专利涉及的采用热丝化学气相沉积方法在低温条件下制备氢化硅基薄膜对P型硅片具备优异的钝化性能，同时结合丝网印刷的铝背场，能够提升硅薄膜的热稳定性，阻止烧结过程中氢的大量逸出，从而硅基薄膜可以作为钝化晶体硅背表面的重要手段，改善电池在长波光的光谱响应，提高电池的光电转换效率。发明内容00。
11、05本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种双面钝化的晶体硅太阳电池的制备说明书CN101937944ACN101937945A2/5页4方法，本发明结合了晶体硅与氢化硅基薄膜不含大量正电荷的特点，在低温工艺下可实现P型硅片表面的有效钝化，降低光生少数载流子在背表面复合的几率，提高电池的长波光量子效率，为光生载流子的输运和收集创造条件。此外在N型晶体硅即经过磷扩散的P型晶硅片的正面采用等离子体化学气相沉积PECVD系统制备氮化硅薄膜，利用氮化硅的氢钝化和固定正电荷的场钝化作用可以改善电池在短波的光谱响应，从而实现晶硅电池的双面钝化。0006本发明是通过以下技术方案实现的0007本发明包括以下步。
12、骤0008采用碱溶液和酸溶液分别对P型单晶硅和多晶硅片进行表面预清洗和表面织构，使硅片表面清洁，而且在单晶硅表面形成金字塔结构在多晶硅表面形成的腐蚀坑，降低表面光学反射率。0009所述的碱溶液和酸溶液，碱溶液为NAOH，KOH；酸溶液为HNO3，HF，HCL。0010所述的所用硅片厚度约200M，面积125X125MM2准方片，电阻率1CM。0011所述的表面预清洗和表面织构，用15的酸溶液去除硅片表面的SIO2层，对P型单晶硅片在浓度小于3的碱溶液在80左右制备金字塔形状绒面，然后采用去离子水超声清洗，并吹干。0012用三氯氧磷作为扩散源进行扩散形成PN结。0013所述的扩散，是指采用管式扩。
13、散炉，以氮气作为携源气体，在制绒后的P型单晶硅片上面扩散磷形成N型发射层，从而形成PN结。0014采用化学湿法去除硅片表面的磷硅玻璃，并采用等离子体将硅片边缘刻蚀。0015所述的化学湿法为采用浓度低于5的HF溶液。0016采用等离子体增强化学汽相沉积方法PECVD在N型硅上制备氮化硅薄膜作为电池的减反射膜和钝化膜；0017所述的等离子体增强化学汽相沉积方法，是指在硅片的发射区上，将硅烷和氨气的混合气体比14条件下，沉积温度400450，沉积约7090NM厚的氢化氮化硅薄膜。0018所述的氢化微晶硅薄膜的光学禁带宽度为1621EV，晶粒尺寸为3080NM，晶态比为540，混合相薄膜的生长速率为0。
14、019采用热丝化学气相沉积法HWCVD制备氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜材料，将薄膜沉积到P型硅片一侧，钝化P型硅表面的缺陷和悬挂键，减少光生载流子在背表面的复合，提高光生电流和开路电压，增强电池的光电转换能力。0020所述的采用热丝化学气相沉积法，是指P型硅片背表面，在硅烷和氢气气流比为551，沉积气压10PA，衬底温度200的条件下，沉积厚度为7090NM硅基薄膜即氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜。0021采用丝网印刷背表面场、背面电极、丝网印刷正面电极，经过烧结后，形成太阳电池。0022所述的丝网印刷背面电极为采用丝网印刷工艺印刷背面铝浆形成背场和背电极。0023所述的丝网印刷正面电极为采。
15、用丝网印刷工艺印刷银浆形成正电极。0024所述的烧结为在链式烧结炉内进行烧结，烧结峰值温度约720800，将金属电说明书CN101937944ACN101937945A3/5页5极和硅形成欧姆接触，最终完成太阳电池制备。0025本发明由于有氢化微晶硅薄膜材料作为电池背面钝化层，决定了太阳电池在长波光范围有更强的光谱响应，意味着同样光辐照强度下，该结构电池输出功率将更大。此外，所用的HWCVD系统设备成本低，工艺简单且成膜温度低，能耗小，工艺窗口大，氢化微晶硅薄膜的带隙和晶化度可调控，光学禁带宽度在1621EV范围，与常规丝网印刷工艺结合的铝背场，能够提升硅薄膜的热稳定性，阻止烧结过程中氢的逸出。
16、，微晶硅薄膜可作为钝化晶体硅背表面的重要结构，保证薄膜中较高的氢含量和稳定性。0026本发明的太阳电池结构为氮化硅薄膜/晶体硅NP结/氢化微晶硅薄膜/铝背场，该结构电池工艺制程与常规电池制程兼容性非常好，容易实现产业化，所增加的成本很低，但电池的输出性能会有很大提升，同时本发明受到上海市科委应用材料国际科技合作基金课题NO08520741400的资助。附图说明0027图1是本发明的双面钝化高效率晶体硅太阳电池结构示意图；0028图2是本发明太阳电池的工艺示意图。具体实施方式0029以下结合附图对本发明的实施例作详细说明以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但。
17、本发明的保护范围不限于下述的实施例。0030如图1所示，本实施例采用双面钝化高效率晶体硅太阳电池结构形式详细说明实施方式和过程，图中受光面的氢化氮化硅薄膜1，N型发射区2，P型晶体硅3，氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜4，铝背场和电极5。0031实施例0032采用半导体清洗工艺对P型单晶硅片表面预清洗和表面织构。所用硅片厚度约200M，面积125X125MM2准方片，电阻率1CM，用约15的氢氟酸去除硅片表面的SIO2层。接下来对P型单晶硅片在浓度小于3的NAOH和异丙醇IPA的混合溶液中在80左右制备金字塔形状绒面。然后采用去离子水超声清洗，并用氮气吹干。0033采用管式扩散炉，用三氯氧磷作为。
18、扩散源，以氮气作为携源气体，在制绒后的P型单晶硅片上面扩散磷形成N型发射层，从而形成PN结，其中发射区方块电阻3080/。0034采用浓度低于5的HF溶液去除硅片表面的磷硅玻璃，并采用等离子体将硅片边缘刻蚀。0035在硅片的发射区上，采用等离子体增强化学汽相沉积PECVD系统，将硅烷和氨气的混合气体比14条件下，沉积温度400450，沉积约7090NM厚的氢化氮化硅薄膜。0036P型硅片背表面采用热丝化学气相沉积法HWCVD，在硅烷和氢气气流比为551，沉积气压10PA，衬底温度200的条件下，沉积硅基薄膜即氢化微晶硅和非晶硅的混合相薄膜，厚度为7090NM。说明书CN101937944ACN。
19、101937945A4/5页60037丝网印刷背面电极采用丝网印刷工艺印刷背面铝浆形成背场和背电极。0038丝网印刷正面电极采用丝网印刷工艺印刷银浆形成正电极。0039在链式烧结炉内进行烧结，烧结峰值温度约720800，将金属电极和硅形成欧姆接触，最终完成太阳电池制备。0040本实施例对氢化微晶硅薄膜钝化晶体硅表面悬挂键和缺陷，采用热丝化学汽相沉积HWCVD系统在250低温条件下制备硅薄膜，通过控制工艺条件温度，气压，时间，功率等，获得氢化微晶硅CSIH和非晶硅ASIH的混合相薄膜材料，依据氢气在原料气体硅烷，氢气等中的比例不同，混合相中氢化微晶硅薄膜的晶粒尺寸为3080NM，晶态比为540，。
20、混合相薄膜的生长速率为光学禁带宽度为1621EV，沉积该混合相薄膜后硅片少子寿命能提高约90。这种混合相薄膜制备设备不昂贵，薄膜沉积速率高，无等离子对硅表面的轰击损伤，薄膜晶态比可调控范围大，材料禁带宽度大，薄膜中氢含量可调控，因薄膜中不含有大量固定正电荷，所以非常适合对P型硅表面进行钝化。0041如图1所示，本实施例涉及的双面钝化的晶体硅太阳电池结构，即氢化氮化硅/晶体硅NP结/氢化微晶硅薄膜/铝背场，采用等离子体增强的化学气相沉积PECVD方法沉积氢化氮化硅薄膜，作为太阳电池前表面的减反射膜和钝化膜，通过常规扩散工艺形成PN同质结，在P型晶体硅背表面采用HWCVD方法沉积氢化非晶硅和微晶硅。
21、的混合相薄膜，作为P型硅的表面钝化膜，之后通过丝网印刷工艺制作铝背场，电池的前电极和背电极采用常规丝网印刷工艺形成合金。这种结构电池能有效降低光生少数载流子在背表面的复合，并有助于提高太阳电池的开路电压和短路电流，最终增强太阳电池的光电转换效率。0042本实施例制备氢化微晶硅和非晶硅混合相薄膜来钝化P型硅表面，本实施例制备氢化氮化硅薄膜来钝化N型硅表面，晶体硅表面前表面和后表面经钝化后，可提高少数载流子的有效寿命，减少载流子的复合几率，电极的制备和背场的形成是低成本的丝网印刷技术，这种双面钝化技术对越来越薄的晶体硅太阳电池非常重要，而且工艺与常规电池生产线的兼容性非常强，其工艺流程如图2所示，。
22、能明显改善电池在长波光部分的光谱响应，从而提高电池的转换效率。0043首先用化学试剂酸溶液，碱溶液去除硅片表面的损伤层，并对表面进行织构化处理，目的是增强硅片表面的光捕获能力。其次是采用POCL3作为扩散源在P型硅片表面形成PN结，经过去除表面磷硅玻璃和刻边工艺后，通过PECVD系统在400450左右的温度下将硅烷和氨气加热分解再合成，从而获得对N型硅表面有钝化作用和减少光反射作用的氢化氮化硅薄膜，对于双面钝化的晶硅电池，还需要在HWCVD系统中通过加热使硅烷分解，在氢气参与作用下，硅薄膜可以实现一定程度的晶化，对P型硅片表面有钝化作用。接下来的工艺步骤是常规的丝网印刷电极和合金化，最终形成晶体硅太阳电池。0044本实施例在电池制造生产线上14858CM2面积的P型CZ单晶硅片上，获得电池输出参数与常规工艺电池参数对比在表1。从表1中可以发现，本实施例短路电流密度相对增加11，开路电压相对增加16，转换效率能提升约29。0045表1本发明专利的双面钝化电池和常规工艺电池参数对比0046说明书CN101937944ACN101937945A5/5页7电池类型短路电流密度MA/CM2开路电压V填充因子转换效率常规电池3560620786173双面钝化电池3600630786178说明书CN101937944ACN101937945A1/1页8图1图2说明书附图CN101937944A。