CN114566561A - 异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异质结太阳能电池及其制作方法,其中所涉及的异质结太阳能电池包括包括:硅衬底,依次层叠设置于硅衬底第一表面侧的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于硅衬底第二表面侧的第二本征层、掺杂类型与第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;第一本征层与第二本征层均包括至少两层依次层叠设置的本征非晶硅膜,且在硅衬底的每一表面侧,靠近硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率小于远离硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率;基于本发明中第一本征层与第二本征层的设计方式,可以使得第一本征层与第二本征层在对硅衬底具有最优钝化效果的同时,还能分别与相应的掺杂层之间具有较好的导电性,进而提高异质结太阳能电池的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及光伏制造领域,尤其涉及一种异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
异质结太阳能电池是目前一种较为高效的晶硅太阳能电池,其结合了晶体硅电池和硅基薄膜电池的特征,具有制造流程短、工艺温度低、转换效率高和发电量多等优点。图1所示为现有技术所涉及异质结太阳能电池的结构示意图,其自上至下依次包括第一集电极51'、第一透明导电膜层41'、第一掺杂层31'、第一本征层21'、硅衬底10'、第二本征层22'、第二掺杂层32'、第二透明导电膜层42'、第二集电极52'。
异质结太阳能电池由于在硅衬底10'和掺杂的非晶层(包括第一掺杂层31'与第二掺杂层32')之间插入一层本征层(包括第一本征层21'与第二本征层 22'),能够优化硅衬底10'界面位置处的钝化,进而有效提高开路电压和填充因子,并提高电池的效率。然现有技术中,第一本征层21'与第二本征层22'通常采用单层非晶膜构成,如此设计方式无法进一步优化异质结太阳能电池的转换效率。
有鉴于此,有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一,为实现上述发明目的,本发明提供了一种异质结太阳能电池,其具体设计方式如下。
一种异质结太阳能电池,包括:硅衬底,依次层叠设置于所述硅衬底第一表面侧的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于所述硅衬底第二表面侧的第二本征层、掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;所述第一本征层与所述第二本征层均包括至少两层依次层叠设置的本征非晶硅膜,且在所述硅衬底的每一表面侧,靠近所述硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率小于远离所述硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率。
进一步,所述第一本征层包括三层依次层叠设置的本征非晶硅膜,由所述硅衬底指向所述第一本征层的方向上,三层所述本征非晶硅膜的晶化率依次为:不大于5%、10%-20%、20%-50%。
进一步,所述第二本征层包括三层依次层叠设置的本征非晶硅膜,由所述硅衬底指向所述第二本征层的方向上,三层所述本征非晶硅膜的晶化率依次为:不大于5%、10%-20%、20%-50%。
进一步,所述第一本征层和/或所述第二本征层还包括设置于最外层所述本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜。
进一步,在所述硅衬底的每一表面侧,靠近所述硅衬底的本征非晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的本征非晶硅膜中的氢含量。
进一步,所述第一掺杂层与所述第二掺杂层中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
进一步,所述掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。
进一步,所述第一表面为受光面,构成所述第一掺杂层的掺杂膜为磷掺杂膜,所述磷掺杂膜包括依次层叠设置于所述第一本征层外的第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜,所述第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜中的磷掺杂浓度分别为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
进一步,所述第二表面为背光面,构成所述第二掺杂层的掺杂膜为硼掺杂膜,所述硼掺杂膜包括依次层叠设置于所述第二本征层外的第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜,所述第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、400-600ppm。
本发明还提供了一种异质结太阳能电池的制作方法,其包括以下步骤:
硅衬底提供步骤;
本征层形成步骤,在所述硅衬底的第一表面侧与第二表面侧分别形成第一本征层与第二本征层,所述第一本征层与所述第二本征层的形成步骤均包括依次沉积至少两层本征非晶硅膜,其中,在所述硅衬底的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度低于沉积后一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度;
掺杂层形成步骤,在所述第一本征层与所述第二本征层的表面分别形成掺杂类型相反的第一掺杂层与第二掺杂层。
进一步,所述第一本征层的形成步骤包括通过PECVD在所述硅衬底的第一表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。
进一步,所述第二本征层的形成步骤包括通过PECVD在所述硅衬底的第二表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。
进一步,所述本征层形成步骤还包括在所述硅衬底至少一表面侧的最外层本征非晶硅膜上沉积一层本征非晶氧化硅膜。
进一步,沉积形成所述本征非晶硅膜的反应气体包括H2与SiH4,在所述硅衬底的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度高于沉积后一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度。
进一步,所述制作方法还包括,在每一所述本征非晶硅膜形成步骤之后,朝相应本征非晶硅膜表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
进一步,所述第一掺杂层形成步骤与所述第二掺杂层形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
进一步,所述第一掺杂层形成步骤包括在所述第一本征层表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述磷掺杂膜时的PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
进一步,所述第二掺杂层形成步骤包括在所述第二本征层表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述硼掺杂膜时的 B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
本发明的有益效果:在本发明所涉及异质结太阳能电池的具体结构中,由于在硅衬底的每一表面侧,靠近硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率小于远离硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率,可以使得第一本征层与第二本征层在对硅衬底具有最优钝化效果的同时,还能分别与相应的掺杂层之间具有较好的导电性,进而提高异质结太阳能电池的综合性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1所示为现有技术异质结太阳能电池的结构示意图;
图2所示为本发明异质结太阳能电池的第一种实施结构示意图;
图3所示为本发明异质结太阳能电池的第二种实施结构示意图。
图中,10为硅衬底,21为第一本征层,211为第一本征非晶硅膜,212为第二本征非晶硅膜,213为第三本征非晶硅膜,31为第一掺杂层,311为第一磷掺杂膜,312为第二磷掺杂膜,313为第三磷掺杂膜,41为第一透明导电膜层,51为第一集电极,22为第二本征层,221为第四本征非晶硅膜,222为第五本征非晶硅膜,223为第六本征非晶硅膜,32为第二掺杂层,321为第一硼掺杂膜,322为第二硼掺杂膜,323为第三硼掺杂膜,42为第二透明导电膜层,52为第二集电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参考图2所示,本发明所涉及的异质结太阳能电池包括:硅衬底10,依次层叠设置于硅衬底10第一表面侧的第一本征层21、第一掺杂层31,依次层叠设置于硅衬底10第二表面侧的第二本征层22、第二掺杂层32。其中,第一掺杂层31与第二掺杂层32的掺杂类型相反,其中一个为n型掺杂,即采用磷掺杂;另一个为p型掺杂,即采用硼掺杂。
更为具体地,参考图2所示,在本具体实施例中,所涉及的异质结太阳能电池还包括:依次层叠设置于第一掺杂层31外的第一透明导电膜层41与第一集电极51,依次层叠设置于第二掺杂层32外的第二透明导电膜层42与第二集电极52。
为便于理解,在本发明以下实施例的描述中,第一表面指的是异质结太阳能电池直接接收太阳光照射的面,即受光面;第二表面指的是异质结太阳能电池非直接接收太阳光照射的面,即背光面。
在本发明中,第一本征层21与第二本征层22均包括至少两层依次层叠设置的本征非晶硅膜,且在硅衬底10的每一表面侧,靠近硅衬底10的本征非晶硅膜的晶化率小于远离硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率。
参考图2所示,在本具体实施例中,硅衬底10的第一表面侧设置有三层本征非晶硅膜,具体而言,该三层本征非晶硅膜包括依次层叠设置于硅衬底10 第一表面侧的第一本征非晶硅膜211、第二本征非晶硅膜212及第三本征非晶硅膜213。其中,第一本征非晶硅膜211的晶化率小于第二本征非晶硅膜212 的晶化率,第二本征非晶硅膜212的晶化率小于第三本征非晶硅膜213的晶化率。
进一步地,硅衬底10的第二表面侧也设置有三层本征非晶硅膜,具体而言,该三层本征非晶硅膜包括依次层叠设置于硅衬底10第二表面侧的第四本征非晶硅膜221、第五本征非晶硅膜222及第六本征非晶硅膜223。其中,第四本征非晶硅膜221的晶化率小于第五本征非晶硅膜222的晶化率,第五本征非晶硅膜222的晶化率小于第六本征非晶硅膜223的晶化率。
在本发明所涉及异质结太阳能电池的具体结构中,由于在硅衬底10的每一表面侧,靠近硅衬底10的本征非晶硅膜的晶化率小于远离硅衬底10的本征非晶硅膜的晶化率,可以使得第一本征层21与第二本征层22在对硅衬底10具有最优钝化效果的同时,还能分别与相应的掺杂层之间具有较好的导电性(即第一本征层21与第一掺杂层31之间具有较好的导电性,第二本征层22与第二掺杂层32之间具有较好的导电性),进而提高异质结太阳能电池的综合性能。
更为具体地,对于本征非晶硅膜而言,随着晶化率的提高,其钝化效果越来越差,而导电性越来越好。在异质结太阳能电池结构中,离其硅衬底10最近的本征非晶硅膜对硅衬底10的钝化效果影响最大,本发明中将离硅衬底10最近的本征非晶硅膜设置成晶化率最低,即可实现对硅衬底10最优钝化;而外侧的本征非晶硅膜晶化率设置成相对较高,能有效优化本征非晶硅膜与外层其它结构之间的导电性。
在图2所示实施例中,构成第一本征层21的三层本征非晶硅膜中,第一本征非晶硅膜211的晶化率不大于5%,第二本征非晶硅膜212的晶化率为 10%-20%,第三本征非晶硅膜213的晶化率为20%-50%。
进一步地,构成第二本征层22的三层本征非晶硅膜中第四本征非晶硅膜 221的晶化率不大于5%,第五本征非晶硅膜222的晶化率为10%-20%,第六本征非晶硅膜223的晶化率为20%-50%。
在本发明的另一些未作图示的实施例中,第一本征层21和/或第二本征层 22还包括设置于最外层本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜。本征非晶氧化硅膜可以提高异质结太阳能电池的场钝化,而且可以提高相应本征层(即第一本征层21与第二本征层22)的透光率,在一定程度上能够进一步优化异质结太阳能电池的光电转化效率。
此外,在本发明的又一些优选实施例中,第二本征层22中本征非晶硅膜的层数不大于第一本征层21中本征非晶硅膜的层数。对于异质结太阳能电池而言,其第一表面侧作为光生电流的主要面,对第一本征层21的性能要求更高,通过设置层数更多的本征非晶硅膜,可以更好的优化第一本征层21综合性能。
进一步,在本发明中,第一本征层21的厚度小于或等于第二本征层22的厚度,其中优选的,第一本征层21的厚度小于第二本征层22的厚度。通常,第一本征层21的厚度为4-10nm,第二本征层22的厚度为4-20nm。
对于异质结太阳能电池而言,其第一表面侧吸光效果对电池片的光电转化效率影响远大于第二表面侧吸光效果对电池片的光电转化效率影响,第一本征层21的厚度相对较小能有效降低第一表面侧的太阳光在经过第一本征层21时的损耗,可提高异质结太阳能电池的短路电流,使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率;第二表面侧不需要过多考虑吸光问题,第二本征层22的厚度相对较厚可以更好提高对硅衬底10的钝化效果。
在图2所示具体实施例中,第一本征非晶硅膜211的厚度为1-2nm,第二本征非晶硅膜212的厚度为2-4nm,第三本征非晶硅膜213的厚度为1-2nm;第四本征非晶硅膜221的厚度为1-2nm,第五本征非晶硅膜222的厚度为2-8nm,第六本征非晶硅膜223的厚度为1-2nm。
作为本发明的进一步优选,在硅衬底10的每一表面侧,靠近硅衬底10的本征非晶硅膜中的氢含量大于远离硅衬底10的本征非晶硅膜中的氢含量。
具体地,结合图2所示,在该实施例中,即第一本征非晶硅膜211中的氢含量大于第二本征非晶硅膜212中的氢含量,第二本征非晶硅膜212中的氢含量大于第三本征非晶硅膜213中的氢含量;第四本征非晶硅膜221中的氢含量大于第五本征非晶硅膜222中的氢含量,第五本征非晶硅膜222中的氢含量大于第六本征非晶硅膜223中的氢含量。
如上文所描述,距离硅衬底10越近的本征非晶硅膜对硅衬底10钝化作用越明显。第一本征非晶硅膜211与第四本征非晶硅膜221均直接附于硅衬底10 两个表面上,当第一本征非晶硅膜211与第四本征非晶硅膜221在各自一侧具有相对最高的氢含量时,可以更好的对硅衬底10表面位置处的悬挂键进行钝化,进而进一步优化对硅衬底10的钝化效果。
进一步地,在本发明中,第一掺杂层31与第二掺杂层32中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两掺杂膜中,远离硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度。
基于本发明所涉及异质结太阳能电池的具体结构,第一掺杂层31或/和第二掺杂层32中靠近硅衬底10的掺杂膜由于具有较低掺杂浓度,能够最大程度降低掺杂原子进入相应本征层(即第一本征层21与第二本征层22)中,进而可以降低相应本征层的缺陷密度。第一掺杂层31或/和第二掺杂层32中远离硅衬底10的掺杂膜由于具有较高掺杂浓度,有利于场钝化,还能降低第一掺杂层 31或/和第二掺杂层32与相应外层(本具体实施例中,相应外层为第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42)之间的接触电阻。
在本发明具体实施过程中,所涉及的掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。其中优选的,构成第一掺杂层31 的多层掺杂膜包括掺杂非晶硅膜和/或掺杂非晶氧化硅膜,构成第二掺杂层32 的多层掺杂膜包括掺杂微晶硅膜和/或掺杂微晶氧化硅膜。
掺杂非晶硅膜与掺杂非晶氧化硅膜的透光性分别强于掺杂微晶硅膜与掺杂微晶氧化硅膜的透光性,异质结太阳能电池的受光面一侧为光生电流主要面,位于受光面第一掺杂层31的多层掺杂膜由掺杂非晶硅膜与掺杂非晶氧化硅膜构成,可以提高异质结太阳能电池受光面的光生电流;掺杂微晶硅膜与掺杂微晶氧化硅膜的导电性分别强于掺杂非晶硅膜与掺杂非晶氧化硅膜的导电性,位于背光面第二掺杂层32的多层掺杂膜由掺杂微晶硅膜与掺杂微晶氧化硅膜构成,在不影响异质结太阳能电池短路电流的同时,还可以降低第二掺杂层32 的电阻,优化异质结太阳能电池的填充因子。
当硅衬底10的第一表面为受光面、第二表面为背光面时,本发明中优选地,第一掺杂层31的平均掺杂浓度小于第二掺杂层32的平均掺杂浓度。对于异质结太阳能电池而言,其第一表面侧为光生电流的主要面,第一掺杂层31由于平均浓度低相对较低,可以具有更高的迁移率,进而有利于异质结太阳能电池第一表面侧电流的传输;而在异质结太阳能电池的第二表面侧一侧,由于第二掺杂层32的平均掺杂浓度相对较高,可以降低异质结太阳能电池的电阻。
在本发明的又一些优选实施例中,第二掺杂层32中掺杂膜的层数不大于第一掺杂层31中掺杂膜的层数。对于异质结太阳能电池而言,其第一表面侧作为光生电流的主要面,对第一掺杂层31的性能要求更高,通过设置层数更多的掺杂膜,可以更好的优化第一掺杂层31综合性能。
进一步,第一掺杂层31的厚度小于或等于第二掺杂层32的厚度,其中优选的,第一掺杂层31的厚度小于第二掺杂层32的厚度。通常,第一掺杂层31 与第二掺杂层32的厚度范围在5-30nm范围内;其中优选的,第一掺杂层31 的厚度为5-11nm,第二掺杂层32的厚度为5-13nm。
对于异质结太阳能电池而言,其第一表面侧吸光效果对电池片的光电转化效率影响远大于第二表面侧吸光效果对电池片的光电转化效率影响,第一掺杂层31的厚度相对较小能有效降低第一表面侧的太阳光在经过第一掺杂层31时的损耗,可提高异质结太阳能电池的短路电流,使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率;第二表面侧不需要过多考虑吸光问题,第二掺杂层32的厚度相对较厚可以具有更好的电导率,进而降低其与第二透明导电膜42之间的接触电阻。
本发明中所涉及的硅衬底10具体可以选择p型单晶硅衬底,也可以选择n 型单晶衬底硅;但作为本发明的一种优选实施方式,单晶硅衬底10为n型单晶硅衬底。当单晶硅衬底10为n型单晶硅衬底时,第一掺杂层31为n型掺杂,即采用磷掺杂;第二掺杂层32为p型掺杂,即采用硼掺杂。
更为具体的一些实施例中,结合图3所示,在该实施例中,构成第一掺杂层31的掺杂膜为磷掺杂膜。具体而言,磷掺杂膜包括依次层叠设置于第一本征层21外的第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜313,其中,第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜312中的磷掺杂浓度分别为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
优选地,第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜313的厚度分别为2-4nm、2-4nm、1-3nm。
进一步地,在图2所示实施例中,构成第二掺杂层32的掺杂膜为硼掺杂膜,硼掺杂膜包括依次层叠设置于第二本征层22外的第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323。其中,第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322 及第三硼掺杂膜323中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、 400-600ppm。由于第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323 中的硼掺杂浓度依次大于第一磷掺杂膜311、第二磷掺杂膜312及第三磷掺杂膜312中的磷掺杂浓度,可以使得第一掺杂层31的平均掺杂浓度小于第二掺杂层32的平均掺杂浓度。
优选地,第一硼掺杂膜321、第二硼掺杂膜322及第三硼掺杂膜323中的厚度分别为2-5nm、2-5nm、1-3nm。
本发明以下还提供了一种异质结太阳能电池的制作方式。其具体包括以下步骤:
硅衬底10提供步骤;
本征层形成步骤,在硅衬底10的第一表面侧与第二表面侧分别形成第一本征层21与第二本征层22,第一本征层21与第二本征层22的形成步骤均包括依次沉积至少两层本征非晶硅膜,其中,在硅衬底10的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度低于沉积后一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度;
掺杂层形成步骤,在第一本征层21与第二本征层22的表面分别形成掺杂类型相反的第一掺杂层31与第二掺杂层32。
在本发明具体实施过程中,本发明中的第一本征层21、第一掺杂层31、第二本征层22与第二掺杂层32均是通过PECVD工艺形成。在第一本征层21与第二本征层22形成过程中,通过对本征非晶硅膜沉积时的硅衬底10温度进行调整,即可实现不同晶化率本征非晶硅膜的制作。
在本发明的图2所示具体实施例中,第一本征层21的形成步骤包括通过 PECVD在硅衬底10的第一表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。即沉积第一本征非晶硅膜211温度范围为200-220℃,沉积第二本征非晶硅膜212 温度范围为240-260℃,沉积第三本征非晶硅膜213温度范围为280-300℃。
进一步地,第二本征层22的形成步骤也包括通过PECVD在硅衬底10的第二表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底 10温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。即沉积第四本征非晶硅膜221温度范围为200-220℃,沉积第五本征非晶硅膜222温度范围为240-260℃,沉积第六本征非晶硅膜223温度范围为280-300℃。
作为优选地,在本发明的一些实施例中,本征层形成步骤还包括在硅衬底 10至少一表面侧的最外层本征非晶硅膜上沉积一层本征非晶氧化硅膜。
在本发明的另一些优选实施例中,沉积形成本征非晶硅膜的反应气体包括 H2与SiH4,在硅衬底10的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度高于沉积后一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度。
更为详细地,结合图2所示,在该实施例中,第一本征层21包括通过PECVD 依次沉积于硅衬底10第一表面侧的第一本征非晶硅膜211、第二本征非晶硅膜 212与第三本征非晶硅膜213,第二本征层22包括通过PECVD依次沉积于硅衬底10第二表面侧的第四本征非晶硅膜221、第五本征非晶硅膜222与第六本征非晶硅膜223。具体实施时,以H2与SiH4为反应气体,沉积气压为60~300Pa,沉积第一本征非晶硅膜211与第四本征非晶硅膜221时的H2的体积浓度为 0.5%-2%,沉积第二本征非晶硅膜212与第五本征非晶硅膜222时H2的体积浓度为0.5%-1%,沉积第三本征非晶硅膜213与第六本征非晶硅膜223时H2的体积浓度为0.1%-0.5%。
本发明中,由于沉积前一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度高于沉积后一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度,可使得第一本征非晶硅膜211中的氢含量高于第二本征非晶硅膜212中的氢含量,而第二本征非晶硅膜212中的氢含量高于第三本征非晶氧化硅膜213中的氢含量。相应的,也使得第四本征非晶硅膜221中的氢含量高于第五本征非晶硅膜222中的氢含量,而第五本征非晶硅膜222中的氢含量高于第六本征非晶氧化硅膜223中的氢含量。
在具体实施过程中,通过控制各本征膜的成型时间,即可以控制各本征膜的厚度。
此外,为节省本征层的成型时间,在图2所示实施结构的具体实施时,第一本征非晶硅膜211与第四本征非晶硅膜221可以同步沉积成型,第二本征非晶硅膜212与第五本征非晶硅膜222可以同步沉积成型,第三本征非晶硅膜213 与第六本征非晶硅膜223可以同步沉积成型。
优选地,本发明所涉及的制作方法还包括,在每一本征非晶硅膜形成步骤之后,朝相应本征非晶硅膜表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。具体而言,在第一本征非晶硅膜211、第二本征非晶硅膜212、第三本征非晶硅膜213、第四本征非晶硅膜221、第五本征非晶硅膜222、第六本征非晶硅膜223沉积形成之后,具有朝相应本征非晶硅膜通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
本发明中,通过增加纯H2进行等离子体处理,可以进一步提高相应本征非晶硅膜中的含氢量,进一步提高第一本征层21与第二本征层22对硅衬底10 的钝化作用。
可以理解,在本发明的一些次优选实施方式中,也可以仅在第三本征非晶硅膜213与第六本征非晶硅膜223形成之后分别增加一次纯H2进行等离子体处理。
本发明的又一具体实施例中,第一掺杂层31形成步骤与第二掺杂层32形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻掺杂膜中,远离硅衬底10的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
其中,对于图3所示实施结构的异质结太阳能电池而言,第一掺杂层31 形成步骤包括在第一本征层21表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离硅衬底的方向上,形成三层磷掺杂膜时的PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、 100-300ppm、200-400ppm。第二掺杂层32形成步骤包括在第二本征层22表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离硅衬底的方向上,形成三层硼掺杂膜时的 B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
更为具体地,第一掺杂层31的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第一本征层21表面通入PH3、SiH4和H2,控制PH3/SiH4流量比例值为50-150ppm,沉积形成第一磷掺杂膜311;然后调整PH3/SiH4流量比例值至100-300ppm,沉积形成第二磷掺杂膜312;最后调整PH3/SiH4流量比例值至200-400ppm,沉积形成第三磷掺杂膜313。通过该步骤形成的第一掺杂层31中的全部掺杂膜均为掺杂非晶硅膜,在第一掺杂层 31形成过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
在本发明的又一些实施例中,当第一掺杂层31的全部掺杂膜均为掺杂非晶氧化硅膜时,第一掺杂层31的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第一本征层21表面通入PH3、SiH4、 CO2和H2,控制PH3/SiH4流量比例值为50-150ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第一磷掺杂膜311;然后调整PH3/SiH4流量比例值至 100-300ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第二磷掺杂膜312;最后调整PH3/SiH4流量比例值至200-400ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第三磷掺杂膜313。通过该步骤形成第一掺杂层31的过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
相应地,第二掺杂层32的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到180℃,压力控制在30-200pa;面向第二本征层22表面通入B2H6、SiH4和 H2,控制B2H6/SiH4流量比例值为50-150ppm,沉积形成第一硼掺杂膜321;然后调整B2H6/SiH4流量比例值至100-250ppm,沉积形成第二硼掺杂膜322;最后调整B2H6/SiH4流量比例值至200-300ppm,沉积形成第三硼掺杂膜323。通过该步骤形成的第二掺杂层32全部掺杂膜均为掺杂非晶硅膜,在第二掺杂层32形成过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
在本发明的又一些实施例中,当第二掺杂层32全部掺杂膜均为掺杂非晶氧化硅膜时,第二掺杂层32的一种具体形成步骤为:将PECVD镀膜腔体升温到 180℃,压力控制在30-200pa;面向第二本征层22表面通入B2H6、SiH4、CO2和H2,控制B2H6/SiH4流量比例值为50-150ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第一硼掺杂膜321;然后调整B2H6/SiH4流量比例值至100-250ppm, CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第二硼掺杂膜322;最后调整 B2H6/SiH4流量比例值至200-300ppm,CO2/SiH4的流量比例值为0.5-2,沉积形成第三硼掺杂膜323。通过该步骤形成第二掺杂层32的过程中,保持SiH4流量不变,通过调节H2流量以维持腔体压力不变。
可以理解,在具体实施过程中,通过控制各掺杂膜的成型时间,即可以控制各掺杂膜的厚度。
可以理解,本发明所涉及的异质结太阳能电池制作方法还包括:
透明导电膜制作步骤:在第一掺杂层31与第二掺杂层32的表面分别采用 PVD沉积、RPD沉积或磁控溅射沉积工艺制作第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42。
集电极制作步骤:用丝网印刷的方法在第一透明导电膜层41与第二透明导电膜层42上再分别印刷一层低温导电银浆,然后在150~300℃的低温下进行烧结形成良好的欧姆接触,进而形成第一集电极51以及第二集电极52。
其中,第一透明导电膜41与第二透明导电膜42的一种具体实现方式为:将PVD设备的沉积腔室升温到190℃;将完成第一掺杂层31与第二掺杂层32 的硅衬底10放置在载板上并送至沉积腔室内;在第一掺杂层31表面采用ITO (In2O3:SnO2=97:3)靶进行镀膜以沉积形成70-100nm的第一透明导电膜层 41;在第二掺杂层32表面采用ITO(In2O3:SnO2=90:10)靶进行镀膜以沉积形成70-100nm的第二透明导电膜层42。
可以理解,ITO(In2O3:SnO2=97:3)靶指的是ITO靶材中的In2O3与SnO2质量比重为97:3,ITO(In2O3:SnO2=90:10)靶指的是ITO靶材中的In2O3与SnO2质量比重为90:10。第一透明导电膜层41中掺杂氧化物SnO2的含量相对较低使得第一透明导电膜层41透光性更好,有利于异质结太阳能电池的第一表面侧收光效果;第二透明导电膜层42中掺杂氧化物SnO2的含量相对较高使得第二透明导电膜层42具有更好的导电性,可优化第二透明导电膜层42与第二集电极之间的接触电阻。
此外,在本发明中,提供硅衬底10步骤一种具体实施方式为:选取n型单晶硅片,优选电阻率0.3~3.3Ω·cm,厚度为155~220μm;先利用体积浓度为 5%的HF溶液去除表面氧化层,再利用单晶硅的各向异性腐蚀特性,采用KOH 或NaOH加醇的溶液进行制绒,利用单晶硅的各项异性腐蚀,在n型单晶硅片表面形成较浅的金字塔结构,即获得硅衬底10。其中,KOH或NaOH加醇的溶液温度为85℃,KOH或NaOH的体积浓度为10%,腐蚀时间为120~180s;要求清洗后的硅片表面无斑点、划痕、水迹,硅片表面干净程度高。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种异质结太阳能电池,包括:硅衬底,依次层叠设置于所述硅衬底第一表面侧的第一本征层、第一掺杂层,以及依次层叠设置于所述硅衬底第二表面侧的第二本征层、掺杂类型与所述第一掺杂层掺杂类型相反的第二掺杂层;其特征在于,所述第一本征层与所述第二本征层均包括至少两层依次层叠设置的本征非晶硅膜,且在所述硅衬底的每一表面侧,靠近所述硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率小于远离所述硅衬底的本征非晶硅膜的晶化率。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第一本征层包括三层依次层叠设置的本征非晶硅膜,由所述硅衬底指向所述第一本征层的方向上,三层所述本征非晶硅膜的晶化率依次为:不大于5%、10%-20%、20%-50%。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第二本征层包括三层依次层叠设置的本征非晶硅膜,由所述硅衬底指向所述第二本征层的方向上,三层所述本征非晶硅膜的晶化率依次为:不大于5%、10%-20%、20%-50%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第一本征层和/或所述第二本征层还包括设置于最外层所述本征非晶硅膜外表面的本征非晶氧化硅膜。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的异质结太阳能电池,其特征在于,在所述硅衬底的每一表面侧,靠近所述硅衬底的本征非晶硅膜中的氢含量大于远离所述硅衬底的本征非晶硅膜中的氢含量。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第一掺杂层与所述第二掺杂层中的至少一个包含有至少两层层叠设置的掺杂膜,相邻两所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述掺杂膜为掺杂非晶硅膜、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂微晶硅膜或掺杂微晶氧化硅膜。
8.根据权利要求6或7所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第一表面为受光面,构成所述第一掺杂层的掺杂膜为磷掺杂膜,所述磷掺杂膜包括依次层叠设置于所述第一本征层外的第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜,所述第一磷掺杂膜、第二磷掺杂膜及第三磷掺杂膜中的磷掺杂浓度分别为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
9.根据权利要求6或7所述的异质结太阳能电池,其特征在于,所述第二表面为背光面,构成所述第二掺杂层的掺杂膜为硼掺杂膜,所述硼掺杂膜包括依次层叠设置于所述第二本征层外的第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜,所述第一硼掺杂膜、第二硼掺杂膜及第三硼掺杂膜中的硼掺杂浓度分别为100-300ppm、200-500ppm、400-600ppm。
10.一种异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
硅衬底提供步骤;
本征层形成步骤,在所述硅衬底的第一表面侧与第二表面侧分别形成第一本征层与第二本征层,所述第一本征层与所述第二本征层的形成步骤均包括依次沉积至少两层本征非晶硅膜,其中,在所述硅衬底的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度低于沉积后一层本征非晶硅膜时的硅衬底温度;
掺杂层形成步骤,在所述第一本征层与所述第二本征层的表面分别形成掺杂类型相反的第一掺杂层与第二掺杂层。
11.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第一本征层的形成步骤包括通过PECVD在所述硅衬底的第一表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。
12.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第二本征层的形成步骤包括通过PECVD在所述硅衬底的第二表面侧依次沉积三层本征非晶硅膜,且沉积三层本征非晶硅膜时的硅衬底温度范围依次为200-220℃、240-260℃、280-300℃。
13.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述本征层形成步骤还包括在所述硅衬底至少一表面侧的最外层本征非晶硅膜上沉积一层本征非晶氧化硅膜。
14.根据权利要求10-13任意一项所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,沉积形成所述本征非晶硅膜的反应气体包括H2与SiH4,在所述硅衬底的每一表面侧,沉积前一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度高于沉积后一层本征非晶硅膜时的反应气体中H2的体积浓度。
15.根据权利要求10-13任意一项所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括,在每一所述本征非晶硅膜形成步骤之后,朝相应本征非晶硅膜表面通入纯H2进行等离子体处理的步骤。
16.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层形成步骤与所述第二掺杂层形成步骤中的至少一个包括依次形成至少两层掺杂膜,且依次形成的两相邻所述掺杂膜中,远离所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度大于靠近所述硅衬底的掺杂膜的掺杂浓度。
17.根据权利要求16所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第一掺杂层形成步骤包括在所述第一本征层表面依次形成三层磷掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述磷掺杂膜时的PH3/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-300ppm、200-400ppm。
18.根据权利要求16或17所述的异质结太阳能电池的制作方法,其特征在于,所述第二掺杂层形成步骤包括在所述第二本征层表面依次形成三层硼掺杂膜,在远离所述硅衬底的方向上,形成三层所述硼掺杂膜时的B2H6/SiH4流量比例值范围依次为50-150ppm、100-250ppm、200-300ppm。
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