專利名稱：一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的界面處理技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備，特別是一種有關(guān)改善異質(zhì)結(jié)太陽電池性能的界面處理方法。
背景技術(shù)：
異質(zhì)結(jié)太陽電池是在N型(P型)晶體硅片上沉積P型(N型)硅薄膜作為發(fā)射區(qū)， 在薄膜和晶體硅界面處形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，晶硅表面狀況對異質(zhì)結(jié)性能起到了決定性作用， 通常情況下，晶硅表面存在大量未飽和懸掛鍵等缺陷態(tài)，增加了異質(zhì)結(jié)界面的復(fù)合，嚴重影響了電池開路電壓，限制了太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，可見，晶硅界面處理對提高異質(zhì)結(jié)太陽電池效率和改善電池的穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用。目前主要采用在晶硅表面沉積重摻雜硅薄膜、制備氧化層薄膜等方法對表面進行鈍化處理。其中，表面沉積摻雜硅薄膜主要采用PECVD等技術(shù)實現(xiàn)，對PECVD工藝要求較高， 而且摻雜濃度過高會引起開路電壓的降低；采用熱氧化法在晶硅表面制備氧化層能夠較好的鈍化表面，但是超薄的氧化層厚度很難控制，產(chǎn)業(yè)化工藝難度大，甚者由于二氧化硅過低的折射率，難于同時滿足高效電池的有效減反與表面鈍化的雙重作用。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上分析，本發(fā)明的目的是提供一種有效改善異質(zhì)結(jié)太陽電池性能的界面處理方法一晶硅表面的氫原子處理技術(shù)。一種采用氫原子處理異質(zhì)結(jié)界面的技術(shù)，其特征在于1.該技術(shù)能夠應(yīng)用到非晶硅/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池制備中；2.該技術(shù)在等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或者熱絲化學(xué)氣相沉積(HWCVD)系統(tǒng)中進行；3.該技術(shù)是在特征2所述的沉積系統(tǒng)中利用等離子體或者高溫?zé)峤z使反應(yīng)氣體電離產(chǎn)生H;4.該技術(shù)是在低壓下進行，反應(yīng)氣體分解產(chǎn)生的H有大的自由程，直接輸運至底進行刻蝕鈍化；5.該技術(shù)在工藝上可調(diào)參數(shù)有功率、壓強、襯底溫度、氣體流量；6.該技術(shù)H的處理時間一般為20s-5min，通過優(yōu)化處理時間，可得到性能優(yōu)良的晶硅表面，提高界面處異質(zhì)結(jié)性能；7.該技術(shù)中H只與硅表面或者亞表面的懸掛鍵等缺陷態(tài)相互作用，對基區(qū)硅襯底無損傷，有利于電池載流子的產(chǎn)生、輸運、收集；8.該技術(shù)采用H處理晶硅表面有效的減少表面的未飽和懸掛鍵、薄膜/晶硅界面的表面態(tài)，最大限度的減小異質(zhì)結(jié)界面復(fù)合產(chǎn)生的漏電流，從而提高異質(zhì)結(jié)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提出的氫原子處理晶硅表面技術(shù)具有以下特點和優(yōu)點
1)該技術(shù)可操作性強，工藝簡單；2)該技術(shù)采用的H處理工藝對晶硅基區(qū)無損傷，有利于制備高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；3)該技術(shù)處理后的晶硅襯底清潔度高，異質(zhì)結(jié)界面性能得到改善，能夠為載流子提供良好的輸運通道，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率；4)該技術(shù)采用的H處理能夠達到對晶硅表面和亞表面的雙重鈍化作用。一種采用氫原子處理晶硅表面的技術(shù)應(yīng)用到薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池中，其特征在于將N型晶體硅片經(jīng)過常規(guī)清洗，送入沉積系統(tǒng)，利用腔體中反應(yīng)基元H的物理、化學(xué)特性，低壓下和晶硅表面相互作用，起到鈍化懸鍵、降低表面態(tài)的作用，使得薄膜/晶硅界面復(fù)合減小，改善了薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)的性能，背表面沉積摻雜鈍化層薄膜，并在鈍化層上沉積導(dǎo)電膜作為背電極，正表面沉積硅薄膜作為P型發(fā)射區(qū)并在其上沉積透明導(dǎo)電膜作為頂電極；整個工藝溫度低、操作簡單。一種采用氫原子處理技術(shù)制備硅薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的步驟為1)采用η型硅片襯底作為基區(qū)，并對其進行常規(guī)清洗；2)進入滿足條件的沉積系統(tǒng)，通入反應(yīng)氣體H2 ；3)設(shè)定襯底溫度、反應(yīng)氣壓、處理時間等參數(shù)4)利用反應(yīng)氣體分解產(chǎn)生的基元H的物理、化學(xué)特性對晶硅表面進行鈍化處理；5)在處理后的硅片背表面沉積N型重摻雜硅薄膜作為鈍化層，并在鈍化層上沉積導(dǎo)電層作為背電極；6)在H處理后的硅片正表面沉積ρ型硅薄膜作為發(fā)射區(qū)，并在發(fā)射層上沉積透明導(dǎo)電膜及形成頂電極。所述的襯底采用N型單晶硅或多晶硅硅片；所述清洗方法采用常規(guī)清洗；所述沉積系統(tǒng)包括等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)、熱絲化學(xué)氣相沉積 (HWCVD)系統(tǒng)；所述的滿足沉積條件是指氫原子處理之前，腔體背景真空、襯底溫度、反應(yīng)氣壓等參數(shù)滿足優(yōu)化值； 所述的H是指反應(yīng)氣體吐在PECVD或HWCVD系統(tǒng)中吐分解產(chǎn)生的氣相基元；所述的H物理、化學(xué)特性指低壓下大自由程和到達晶硅表面對未飽和懸鍵的結(jié)合，從而達到鈍化目的；所述的鈍化層是指IO-IOOnm厚度的重摻雜層或者本征緩沖層和摻雜層組成的多
層膜結(jié)構(gòu)；所述背電極是指1-3 μ m的金屬鋁膜，也可以是摻雜ZnO膜，還可以是透明導(dǎo)電薄膜與金屬鋁膜形成的多層膜；所述發(fā)射區(qū)可以是P型摻雜硅薄膜，也可以是緩沖過渡層與摻雜硅薄膜形成的雙層或多層硅薄膜；所述頂電極是指厚度為50-100nm的透明導(dǎo)電膜，并在其上絲網(wǎng)印刷金屬柵線。


附圖是本發(fā)明提供的采用氫原子處理技術(shù)制備異質(zhì)結(jié)太陽電池的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的技術(shù)方案、優(yōu)點更加清楚，結(jié)合具體實例對發(fā)明進一步詳細說明1)采用厚度200 μ m,電阻率為5 Ω cm的N型單晶硅片作為襯底，并對表面進行常規(guī)清洗。2)將清洗后的N型晶硅襯底送入PECVD系統(tǒng)，在等離子體作用下使反應(yīng)氣體H2電離產(chǎn)生H;3)在低溫下(< 250°C ) H處理硅表面40s ；4)在處理后的N型單晶硅片襯底沉積一層20nm厚度的重摻雜的a-Si:H構(gòu)成的鈍化層；5)在鈍化層表面用MOCVD方法沉積SiO B導(dǎo)電膜作為背電極；6)如2)、3)所述對N型單晶硅片正面再進行H處理；6)在處理后的N型單晶硅片襯底正面用PECVD方法依次沉積5nm本征a_Si :H層和IOnm的ρ型a-Si: H層作為發(fā)射區(qū)；7)在ρ型發(fā)射層上采用磁控濺射技術(shù)沉積一層70nm厚的透明導(dǎo)電薄膜；8)在透明導(dǎo)電薄膜上絲網(wǎng)印刷低溫銀漿，并在低于300°C條件下低溫烘干形成金屬電極，完成電池制備。以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用氫原子處理技術(shù)的硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于它采用硅薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，襯底采用N型晶體硅片，晶硅表面采用氫原子處理，背表面沉積硅薄膜作為鈍化層，并在其上沉積導(dǎo)電層作為背電極，正表面沉積P型摻雜硅薄膜或本征緩沖層和P型摻雜作為發(fā)射區(qū)，在P型薄膜層上沉積透明導(dǎo)電層，并在透明導(dǎo)電膜上設(shè)置電極。
2.如權(quán)利要求1所述的N型晶體硅片可以是單晶也可以是多晶硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的晶硅表面采用氫原子處理指在沉積系統(tǒng)中利用反應(yīng)氣體分解基元H與晶硅表面進行相互作用。
4.如權(quán)利要求3所述的沉積系統(tǒng)可以是射頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD) 系統(tǒng)，也可以是甚高頻等離子體增強化學(xué)氣相沉積(VHF-PECVD)系統(tǒng)，還可以是熱絲化學(xué)氣相沉積(HWCVD)系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求3所述的氫原子處理晶硅表面技術(shù)在工藝上采用所有可調(diào)參數(shù)的優(yōu)化值。
6.如權(quán)利要求1所述的背表面鈍化層可以是重摻雜η型硅薄膜，也可以是本征層和重摻雜η型薄膜組成的雙層或多層硅膜結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求ι所述的背電極可以是金屬鋁膜，也可以是摻雜aio膜，還可以是透明導(dǎo)電膜與金屬鋁膜形成的多層膜。
8.如權(quán)利要求1所述的正面膜結(jié)構(gòu)，其特征在于Φ型發(fā)射區(qū)可以是P型摻雜硅薄膜， 也可以是緩沖過渡層與P型摻雜硅薄膜形成的雙層或多層硅薄膜。
9.如權(quán)利要求1所述的在透明導(dǎo)電膜設(shè)置電極指采用絲網(wǎng)印刷制備前電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異質(zhì)結(jié)太陽電池界面處理的技術(shù)，其特征在于該技術(shù)能夠應(yīng)用薄膜/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備中，利用等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)或者熱絲化學(xué)氣相沉積(HWCVD)系統(tǒng)使反應(yīng)氣體電離產(chǎn)生H，經(jīng)過氣相輸運到達晶硅襯底并與晶硅表面發(fā)生作用，有效鈍化晶硅表面未飽和懸鍵等缺陷態(tài)，減小了異質(zhì)結(jié)界面復(fù)合，有利于改善異質(zhì)結(jié)太陽電池的整體性能。
文檔編號C23C16/455GK102386253SQ20111034102
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者張群芳 申請人:北京匯天能光電技術(shù)有限公司