《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》是浙江正泰太陽能科技有限公司於2013年3月22日申請的發明專利，該專利申請號為2013100939250，公布號為CN103199154A，公布日為2013年7月10日，發明人是石強、胡金艷、李旺、韓瑋智、牛新偉、蔣前哨、金建波、仇展煒。
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》公開了一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：在矽片的正面形成絨面；在所述矽片正面形成P擴散層，然後去除所述矽片正面的PSG和周邊P擴散層；在所述矽片正面形成第一減反膜；在所述第一減反膜上形成第二減反膜；在所述矽片背面形成背電極和鋁背場；在所述矽片正面形成正電極；在上述步驟執行過程中，向所述矽片、第一減反膜或第二減反膜中的一個或多個進行氫基團擴散。該發明提供的太陽能電池的製備方法可以有效提高太陽能電池的光電轉換效率。
2021年6月24日，《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法
- 申請人：浙江正泰太陽能科技有限公司
- 發明人：石強、胡金艷、李旺、韓瑋智、牛新偉、蔣前哨、金建波、仇展煒
- 申請號：2013100939250
- 申請日：2013年3月22日
- 公布號：CN103199154A
- 公布日：2013年7月10日
- 地址：浙江省杭州市濱江區濱安路1335號
- 代理機構：北京漢昊智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 代理人：馮譜
- Int. Cl.：H01L31/18、H01L31/0216
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2013年3月，在晶體矽太陽能電池的生產過程中，越來越多的企業採用雙層氮化矽薄膜作為減反膜來代替單層氮化矽減反膜。雙層氮化矽減反膜的優勢主要體現在如下兩個方面：一方面，高折射率且薄的底層氮化矽薄膜富含氫，高濃度的氫能起到表面鈍化和體鈍化的作用。這是因為氫能夠和位錯上的懸掛鍵結合，達到去除位錯電活性的目的，另外它還可以鈍化雜質和缺陷的電活性，因此能夠有效提高電池的轉換效率；另一方面，底層氮化矽和頂層氮化矽良好的光學匹配能夠大大降低矽片反射率，進而進一步提高電池電學性能。
雙層減反膜結構已經成功投入到了晶體矽太陽能電池的實際生產中。在繼續生產傳統雙層減反膜結構的同時，研究者繼續對雙層膜結構進行研究，希望在基本不增加成本的情況上進一步提高電池轉化效率。
要進一步提高雙層氮化矽減反膜太陽能電池的光電轉換效率，可以通過改善鈍化效果或者最佳化光學匹配兩種方法。其中，最有效的辦法還是前者，即增大減反膜中氫含量，來改善鈍化效果。氫含量的改變一般通過氮化矽的折射率進行調控，但折射率的變化容易引起光學不匹配、膜厚變化、矽片外觀變化等一系列不確定狀況，反而會降低太陽能電池光電轉換效率。因此，需要開發一種簡單且明顯提高氮化矽減反膜鈍化效果的雙層膜製備技術。
發明內容
專利目的
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》提出了一種可明顯提高減反膜鈍化效果的雙層減反膜晶體矽太陽能電池。在矽片表面和/或沉積氮化矽薄膜後，在沉積爐管內生成大量的含氫基團，並將這些基團擴散進入矽片表面和/或氮化矽薄膜。採用該發明提供的方法可以在不改變雙層膜結構的情況下最佳化鈍化效果，提高太陽能電池的光電轉換效率。
技術方案
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》提供了一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法，包括以下步驟：a）在矽片的正面形成絨面；b）在所述矽片正面形成P擴散層，然後去除所述矽片正面的PSG和周邊P擴散層；c）在所述矽片正面形成第一減反膜；d）在所述第一減反膜上形成第二減反膜；e）在所述矽片背面形成背電極和鋁背場；f）在所述矽片正面形成正電極。
其特徵在於：選擇性執行步驟g）~i）中的至少一個，在所述步驟b）之後包括：步驟g）向所述矽片進行第一含氫基團擴散；在所述步驟c）之後包括：步驟h）向所述第一減反膜進行第二含氫基團擴散；在所述步驟d）之後包括：步驟i）向所述第二減反膜進行第三含氫基團擴散。
改善效果
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》在矽片表面和每沉積一層氮化矽薄膜後，將沉積爐管的殘餘氣體排出，充入氨氣或者氫氣等含氫氣體，在較高的溫度和啟動射頻電源放電的情況下，形成含氫的等離子基團，這些基團在一定溫度下擴散進入矽片表面或氮化矽薄膜。氫含量越大，氮化矽減反膜的鈍化效果越好，隨著矽片複合速率下降，少子壽命變大，太陽能電池的光電轉換效率會進一步提高。這種技術成本低，工藝簡單，適用於大規模高效晶體矽太陽能電池的生產。
附圖說明
圖1所示為根據《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》的一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法的一個具體實施方式的流程示意圖；
圖2所示為氫基團擴散的一個具體實施方式的流程示意圖。
附圖中相同或相似的附圖示記代表相同或相似的部件。
技術領域
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》涉及太陽能電池技術領域，具體地說，涉及一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池製備方法。
權利要求
1.《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》包括以下步驟：a）在矽片的正面形成絨面；b）在所述矽片正面形成P擴散層，然後去除所述矽片正面的PSG和周邊P擴散層；g）向所述矽片進行第一含氫基團擴散；所述步驟g）進一步包括：g1）將爐管抽真空；g2）充入純氨氣或者氫氣；g3）啟動射頻電源進行氣體射頻放電；c）在所述矽片正面形成第一減反膜；h）向所述第一減反膜進行第二含氫基團擴散；d）在所述第一減反膜上形成第二減反膜；i）向所述第二減反膜進行第三含氫基團擴散；e）在所述矽片背面形成背電極和鋁背場；f）在所述矽片正面形成正電極。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述抽真空時，保持真空狀態5秒~30秒。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述射頻放電的時間範圍為20秒~400秒。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述步驟c）進一步包括：c1）將爐管抽真空；c2）充入矽烷和氨氣；c3）在所述矽片正面形成第一減反膜。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其中，所述抽真空時，保持真空狀態5秒~30秒。
7.根據權利要求5所述的製備方法，其中，所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦。
8.根據權利要求5所述的製備方法，其中，所述第一減反膜的厚度範圍為5納米~30納米。
9.根據權利要求5所述的製備方法，其中，所述第一減反膜的折射率範圍為2.2~2.45。
10.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述步驟h）進一步包括：h1）將爐管抽真空；h2）充入純氨氣或者氫氣；h3）啟動射頻電源進行射頻放電。
11.根據權利要求10所述的製備方法，其中，所述抽真空時，保持真空狀態5秒~30秒。
12.根據權利要求10所述的製備方法，其中，所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦。
13.根據權利要求10所述的製備方法，其中，所述射頻放電的時間範圍為10秒~300秒。
14.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述步驟d）進一步包括：d1）將爐管抽真空；d2）充入矽烷和氨氣；d3）在所述第一減反膜上形成第二減反膜。
15.根據權利要求14所述的製備方法，其中，所述抽真空時，保持真空狀態5秒~30秒。
16.根據權利要求14所述的製備方法，其中，所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦。
17.根據權利要求14所述的製備方法，其中，所述第二減反膜的厚度範圍為50納米~80納米。
18.根據權利要求14所述的製備方法，其中，所述第二減反膜的折射率範圍為1.85~2.15。
19.根據權利要求1所述的製備方法，其中，所述步驟i）進一步包括：i1）將爐管抽真空；i2）充入純氨氣或者氫氣；i3）啟動射頻電源進行射頻放電。
20.根據權利要求19所述的製備方法，其中，所述抽真空時，保持真空狀態5秒~30秒。
21.根據權利要求19所述的製備方法，其中，所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦。
22.根據權利要求19所述的製備方法，其中，所述射頻放電的時間範圍為10秒~400秒。
23.根據權利要求1~22任意一項所述的製備方法，其中，所述第一減反膜和第二減反膜均為氮化矽薄膜。
實施方式
圖1所示為根據《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》的一個具體實施方式的流程示意圖。
步驟S101，在矽片100的正面形成絨面。制絨的結果使入射光在表面多次反射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉換效率。絨面的製備可採用化學腐蝕法，如使用各類酸、鹼等化學藥品來實現；或通過乾法制絨，如反應離子刻蝕（RIE）、雷射刻蝕等。常用的鹼性溶液例如：氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。通常使用廉價的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來製備絨面，腐蝕溫度為70-85攝氏度。為了獲得均勻的絨面，可選的，還可在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡合劑。
步驟S102，在所述矽片正面形成P擴散層，然後去除所述矽片正面的PSG和周邊P擴散層。
P擴散可採用以POCl3為磷源在矽片正面進行P的熱擴散。還可以先在矽片的正面噴塗磷酸或其他含磷的摻雜源，然後通過快速熱退火（Rapid Thermal Anealing）處理，同時完成矽片的正面P擴散。
之後去除所述矽片正面的PSG（Phospho Silicate Glass，磷矽玻璃）和周邊P擴散層。在太陽能電池片生產製造過程中，通過化學腐蝕法也即把矽片放在腐蝕性溶液（如氫氟酸、氫氧化鈉等各類酸/鹼或有機溶液）中浸泡，去除擴散制結後在矽片表面形成的一層PSG和周邊的P擴散層。
優選的，在步驟S102之後，執行步驟S107，向所述矽片100進行第一含氫基團擴散。首先，將爐管抽真空，並保持真空狀態5秒~30秒，例如：5秒，10秒或者30秒。接著，向爐管內充入純氨氣或者氫氣。最後，啟動射頻電源進行氣體射頻放電。射頻放電的射頻功率範圍優選為3000瓦~7000瓦，例如：3000瓦，5500瓦或7000瓦。射頻放電的時間範圍優選為20秒~400秒，例如：20秒，150秒或400秒。
步驟S103，在所述矽片100正面形成第一減反膜200。沉積第一減反膜200可以採用該領域技術人員熟知的各種常規方法。優選的，先將爐管抽真空，去除殘餘氣體，並保持真空狀態5秒~30秒，例如：5秒，15秒或者30秒。接著，充入矽烷和氨氣，進行射頻放電，沉積氮化矽（SiNx）薄膜，形成第一減反膜200。所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦，例如：3000瓦，5500瓦或7000瓦。第一減反膜200的厚度範圍為5納米~30納米，例如，5納米，15納米或者30納米。所述第一減反膜200的折射率範圍為2.2~2.45，例如，2.2，2.31或者2.45。
優選的，在步驟S103之後，執行步驟S108，向所述第一減反膜200進行第二含氫基團擴散。首先，將爐管抽真空，並保持真空狀態5秒~30秒，例如：5秒，10秒或者30秒。接著，向爐管內充入純氨氣或者氫氣。最後，啟動射頻電源進行氣體射頻放電。射頻放電的射頻功率範圍優選為3000瓦~7000瓦，例如：3000瓦，5500瓦或7000瓦。射頻放電的時間範圍優選為10秒~300秒，例如：10秒，190秒或300秒。
步驟S104，在所述第一減反膜200上形成第二減反膜300。沉積第二減反膜300可以採用該領域技術人員熟知的各種常規方法。優選的，先將爐管抽真空，去除殘餘氣體，並保持真空狀態5秒~30秒，例如：5秒，15秒或者30秒。接著，充入矽烷和氨氣，進行射頻放電，沉積氮化矽（SiNx）薄膜，形成第二減反膜300。所述射頻放電的射頻功率範圍為3000瓦~7000瓦，例如：3000瓦，4500瓦或7000瓦。第二減反膜300的厚度範圍為50納米~80納米，例如，50納米，65納米或者80納米。所述第二減反膜300的折射率範圍為1.85~2.15，例如，1.85，2.05或者2.45。
優選的，在步驟S104之後，執行步驟S109，向所述第一減反膜200進行第三含氫基團擴散。首先，將爐管抽真空，並保持真空狀態5秒~30秒，例如：5秒，10秒或者30秒。接著，向爐管內充入純氨氣或者氫氣。最後，啟動射頻電源進行氣體射頻放電。射頻放電的射頻功率範圍優選為3000瓦~7000瓦，例如：3000瓦，5500瓦或7000瓦。射頻放電的時間範圍優選為10秒~400秒，例如：10秒，260秒或400秒。
步驟S105，在所述矽片背面形成背電極和鋁背場。鋁背場具有鈍化和反型的功能，可進一步降低載流子複合，提高少子壽命，提高電池效率。通過絲網印刷的方法在矽片的背面印刷一層鋁漿，然後燒結即可形成鋁背場。
步驟S106，在所述矽片正面形成正電極。可選的，上述背電極和正電極可採用印刷銀漿或者電鍍銅的方式製備。可選的，上述背電極和/或正電極可採用常壓化學氣相沉積（APCVD）技術、電鍍技術（Sputter Deposition System）或絲網印刷形成。
圖2所示為氫基團擴散的一個具體實施方式的流程示意圖。從圖2可以看出，在矽片100的表面，形成第一減反膜200之後，以及形成第二減反膜300之後，分別進行了三次氫基團擴散，以增加矽片100表面、第一減反膜200和第二減反膜300中的含氫量。氫含量越大，減反膜的鈍化效果就越好，晶體矽太陽能電池的光電轉換效率也就會越高。第一減反膜200和第二減反膜300優選採用氮化矽薄膜。
上述實施例中的晶體矽太陽能電池製備中，進行了三次氫基團擴散，可選的，可以根據實際需要只進行任意一次，或者任意兩次氫基團擴散，對此《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》並不做特別限制。
《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》以雙層減反膜技術為基礎，在不改變膜厚、折射率和矽片外觀的情況下，將原有鍍膜工藝上增加了氫基團擴散的步驟，在基本不增加成本的情況下進一步提升了雙層膜電池的轉換效率。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種雙層減反膜晶體矽太陽能電池的製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
