《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》是北京工業大學於2016年7月13日申請的專利，該專利的公布號為CN106024964A，授權公布日為2016年10月12日，發明人是嚴輝、張悅、張永哲、宋雪梅、張林睿、郁操、楊苗、張津燕、徐希翔。
《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》屬於太陽電池領域。相比傳統矽異質結太陽電池，該發明採用背結結構，即將pn結置於電池背面，並採用n型非晶矽氧代替n型非晶矽，大大提高了電池的短路電流。同時在摻氫的氧化銦與n型非晶矽氧之間，插入了極薄的一層重摻雜的n型非晶矽，進一步改善了接觸特性。通過以上幾點對傳統矽異質結電池結構進行最佳化，電池轉換效率得到了明顯的提升，同時整個工藝過程與傳統異質結電池相比並未發生變化，其製備時間段、工藝簡單，無需特別工藝，在成本方面也有顯著優勢。
2020年7月14日，《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種n型背結雙面太陽電池的製備方法
- 申請人：北京工業大學
- 申請日：2016年7月13日
- 申請號：2016105520139
- 公布號：CN106024964A
- 公布日：2016年10月12日
- 發明人：嚴輝、張悅、張永哲、宋雪梅、張林睿、郁操、楊苗、張津燕、徐希翔
- 地址：北京市朝陽區平樂園100號
- Int. Cl.：H01L31/0747(2012.01)I、H01L31/20(2006.01)I
- 代理機構：北京思海天達智慧財產權代理有限公司
- 代理人：張立改
- 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,榮譽表彰,
專利背景
截至2016年7月，能源緊缺問題和全球變暖的環境問題日益嚴重，人類對清潔的可再生能源需求空前急切。光伏太陽能是一種重要的可再生能源，具有能源廣泛，地域限制少，安全可靠等諸多優勢。自1954年第一塊矽太陽電池套用至今，太陽電池經過了第一代單晶矽太陽電池，第二代薄膜電池的發展，但是當前高的發電成本仍然嚴重限制太陽電池的進一步廣泛套用，因此降低太陽電池成本成為當前研究的重點。從2016年前光伏太陽電池的發展來看，其技術發展趨勢是成本降低，效率提高。
帶有本徵薄層的a-Si/c-Si異質結太陽電池2016年前最高轉換效率高達25.6％，保持晶矽太陽電池的世界紀錄。A-Si/c-Si異質結太陽電池的技術難度很高，對於n型襯底，TCO/p-a-Si/n-c-Si實際上是一種n/p/n的結構，這種結構要求p層非晶矽必須具備較高的摻雜濃度和較厚的厚度才能保證良好的接觸和高質量的pn結。但是這種p層會造成嚴重的寄生吸收，從而導致電池的電流密度較低。該發明最佳化了電池結構，將p層置於電池背面，n層置於電池正面，並進一步最佳化了正面n層材料，進一步降低了寄生吸收，大大提高了矽異質結太陽電池短路電流。這種方法製備時間段、工藝簡單，在成本方面也有顯著優勢。
發明內容
專利目的
《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》旨在解決a-Si/c-Si異質結太陽電池中的寄生吸收問題。該發明的實施例提出一種n型背結雙面太陽電池的製備方法。
技術方案
《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》所述方法包括以下步驟：
（1）採用電漿增強化學氣相沉積（PECVD）方法，以SiH4、H2為反應氣體，在n型晶矽襯底的一面沉積製備5-10納米本徵非晶矽薄膜，然後以SiH4、H2、PH3以及CO2為反應氣體，在本徵非晶矽薄膜上沉積3-8納米的n型非晶矽氧薄膜，進一步的以SiH4、H2、以及PH3為反應氣體，在n型非晶矽氧薄膜上沉積1-3納米的n型非晶矽薄膜（正面，n面）；
（2）採用PECVD方法，以SiH4、H2為反應氣體，在晶矽襯底另一面沉積製備5-10納米本徵非晶矽薄膜，繼而以SiH4、H2以及B2H6為反應氣體，在本徵非晶矽薄膜上繼續沉積8-15納米p型非晶矽薄膜（背面，p面）；
（3）在步驟（1）和（2）晶矽襯底的n型非晶矽薄膜和p型非晶矽薄膜上分別採用磁控濺射製備氫摻雜的氧化銦（IOH）薄膜；然後採用絲網印刷，在n、p兩面絲網印刷電池並固化，完成電池製備。
優選：以SiH4、H2、PH3以及CO2為反應氣體，沉積3-8納米的n型非晶矽氧薄膜，其CO2與SiH4的氣體流量比控制在0.5-1之間。
以SiH4、H2、以及PH3為反應氣體，沉積1-3納米的n型非晶矽薄膜，其PH3與SiH4的氣體流量比為0.03-0.05。
以SiH4、H2以及B2H6為反應氣體，沉積8-20納米p型非晶矽薄膜，其B2H6與SiH4的氣體流量比應大於0.015。
絲網印刷製備的電池柵線，其中n面柵線間距為2-2.5毫米，p面柵線間距為0.6-1.5毫米。
改善效果
《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》採用背結結構，即將pn結置於電池背面，並採用n型非晶矽氧代替n型非晶矽，大大提高了電池的短路電流。同時在摻氫的氧化銦與n型非晶矽氧之間，插入了極薄的一層重摻雜的n型非晶矽，進一步改善了接觸特性。通過以上幾點對傳統矽異質結電池結構進行最佳化，電池轉換效率得到了明顯的提升，同時整個工藝過程與傳統異質結電池相比並未發生變化。能夠顯著提高a-Si/c-Si異質結太陽電池的短路電流，電池效率得到明顯提高，見下表1；並且製備方法簡單、高效，無需退火工藝，大大降低了能耗。另外該發明提出的工藝與2016年7月之前的a-Si/c-Si異質結太陽電池的製備工藝完全兼容，利於產業化發展。
/ |  | Eff（%） |
傳統工藝 | 35.79 | 20.23 |
該發明 | 37.41 | 21.14 |
附圖說明
圖1為《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》實施例的電池的製備流程圖；
圖2至圖5為該發明實施例的示意圖。
技術領域
《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》屬於太陽電池領域，是一種a-Si/c-Si異質結太陽電池的製備方法。
權利要求
1.《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》其特徵在於，包括以下步驟：
（1）採用電漿增強化學氣相沉積（PECVD）方法，以SiH4、H2為反應氣體，在n型晶矽襯底的一面沉積製備5-10納米本徵非晶矽薄膜，然後以SiH4、H2、PH3以及CO2為反應氣體，在本徵非晶矽薄膜上沉積3-8納米的n型非晶矽氧薄膜，進一步的以SiH4、H2、以及PH3為反應氣體，在n型非晶矽氧薄膜上沉積1-3納米的n型非晶矽薄膜，即正面，n面；
（2）採用PECVD方法，以SiH4、H2為反應氣體，在晶矽襯底另一面沉積製備5-10納米本徵非晶矽薄膜，繼而以SiH4、H2以及B2H6為反應氣體，在本徵非晶矽薄膜上繼續沉積8-15納米p型非晶矽薄膜，即背面，p面；
（3）在步驟（1）和（2）晶矽襯底的n型非晶矽薄膜和p型非晶矽薄膜上分別採用磁控濺射製備氫摻雜的氧化銦（IOH）薄膜；然後採用絲網印刷，在n、p兩面絲網印刷電池並固化，完成電池製備。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，以SiH4、H2、PH3以及CO2為反應氣體，沉積3-8納米的n型非晶矽氧薄膜，其CO2與SiH4的氣體流量比控制在0.5-1之間。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於，以SiH4、H2、以及PH3為反應氣體，沉積1-3納米的n型非晶矽薄膜，其PH3與SiH4的氣體流量比為0.03-0.05。
4.按照權利要求1的方法，其特徵在於，以SiH4、H2以及B2H6為反應氣體，沉積8-20納米p型非晶矽薄膜，其B2H6與SiH4的氣體流量比應大於0.015。
5.按照權利要求1的方法，其特徵在於，所述的絲網印刷製備的柵線，其中n面細柵線間距為2-2.5毫米，p面細柵線間距為0.6-1.5毫米。
實施方式
實施例1
參考圖1，圖1為《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》實施例的電池的製備流程圖。
（1）在步驟101中，以純SiH4以及H2為反應氣體，潔淨的單晶矽襯底201上沉積本徵非晶矽202，然後在非晶矽202上依次沉積n型非晶矽氧203和n型非晶矽204，如圖2所示。VHF-PECVD製備本徵非晶矽的條件為：背底真空高於10帕，襯底溫度200℃，氣體SiH4流量為15標準毫升/分鐘，H2流量為20標準毫升/分鐘，壓強為0.4毫巴，沉積功率50毫瓦/平方厘米，製備的本徵非晶矽緩衝層202的厚度5-10納米。VHF-PECVD製備n型非晶矽氧的條件為：背底真空高於10帕，襯底溫度200℃，氣體SiH4流量為15標準毫升/分鐘，CO2的流量為10標準毫升/分鐘，氫稀釋的PH3（PH3濃度為20％）的流量為15標準毫升/分鐘，壓強為0.3毫巴，沉積功率50毫瓦/平方厘米，製備的n型非晶矽氧203的厚度3-8納米。VHF-PECVD製備n型非晶矽的條件為：背底真空高於10帕，襯底溫度200℃，氣體SiH4流量為10標準毫升/分鐘，氫稀釋的PH3（PH3濃度為20％）15標準毫升/分鐘，壓強為0.3毫巴，沉積功率60毫瓦/平方厘米，製備的n型非晶矽204的厚度1-3納米。
（2）接著在步驟102中，n型晶矽襯底兩一面沉積本徵非晶矽202，繼而生長p型非晶矽205，如圖3所示。製備本徵非晶矽的條件如上，VHF-PECVD製備p型非晶矽的條件為：背底真空高於10帕，襯底溫度200℃，矽烷稀釋的B2H6（B2H6濃度為3％）的流量為15標準毫升/分鐘，，壓強為0.4毫巴，沉積功率80毫瓦/平方厘米，製備的p型非晶矽205的厚度8-15納米。
（3）接著在步驟103中，採用磁控濺射分別在兩面沉積摻雜氫的氧化銦206，如圖4所示。具體工藝條件為：溫度200℃，壓強0.4帕，氬氣（摻雜1％氫氣）流量30標準毫升/分鐘，氧氣流量1標準毫升/分鐘，直流電源功率密度為300毫瓦/平方厘米，靶材為純In2O3。
（4）接著在步驟104中，採用絲網印刷，在n、p兩面絲網印刷銀柵線207並固化，完成電池製備，如圖5所示。
需要指出的是，上述關於步驟101到步驟104的具體實施例方式僅為簡單清楚描述該發明原理的示意性舉例，並非對該發明作任何形式上的限制，尤其是一些可通過2016年7月之前的工藝實現的步驟。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種n型背結雙面太陽電池的製備方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
