專利名稱：一種太陽能薄膜電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能薄膜電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能薄膜電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。因此這些年太陽能得到了飛速的發(fā)展。晶硅太陽能電池因較低的生產(chǎn)成本，穩(wěn)定的 輸出功率及較長的使用壽命(20年 40年)成為最常用并且大規(guī)模生產(chǎn)的太陽能電池。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較高，技術(shù)相對(duì)成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24. 7% (2006年新南威爾士大學(xué)PERL電池)，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為18% (截止2011年)。但在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中，單晶硅材料由于生產(chǎn)過程中高耗能制和高成本，已經(jīng)逐漸被多晶硅材料所取代。多晶硅太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，效率稍低于單晶硅太陽電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為21. 7% (2010年霍蘭霍夫研究所PERC電池)，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為17%(截止2011)。另外一方面，非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率偏低(光至衰減后10%)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅太陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。自從1994年三洋公司推出本征薄膜異質(zhì)結(jié)HIT(Heterojunction with IntrinsicThin-layer)太陽能電池后，這種以晶體硅作為襯底，在非晶硅薄膜發(fā)射區(qū)與晶體硅襯底之間加入非晶硅薄膜本征層形成P-I-N異質(zhì)節(jié)太陽能電池得到了長足的發(fā)展。活性離子蝕刻制絨(RIE)是一種應(yīng)用于晶體硅電池較前沿的表面織構(gòu)技術(shù)，但是目前的生產(chǎn)工藝中普通的晶體硅作為基體RIE制絨后，表面損傷嚴(yán)重，用普通擴(kuò)散方法很難形成良好的P-N結(jié)，導(dǎo)致開路電壓比較低；傳統(tǒng)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD生長減反射膜SixNy:H鈍化效果不佳，而且電流導(dǎo)出損失較大；電池背面只用背鋁鈍化，鈍化效果不好，在燒結(jié)過程中硅片過薄會(huì)容易彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池及其制造方法，以解決RIE制絨后表面損傷嚴(yán)重的問題，在太陽能電池背面采用氧化鋁和氮化硅層鈍化，提高鈍化效果，并避免燒結(jié)時(shí)的彎曲現(xiàn)象。—種太陽能薄膜電池，包括襯底，位于有光線入射的襯底的前表面的本征層，位于本征層上的摻雜層，以及覆蓋在摻雜層上的防反射導(dǎo)電薄膜層，位于與所述襯底的所述前表面相對(duì)且沒有光線入射的后表面上的鈍化層，位于鈍化層上的氮化硅薄膜層，位于氮化硅薄膜層外并通過氮化硅薄膜層與鈍化層深入到襯底的背鋁層，以及連接到摻雜層的多個(gè)前電極和位于背鋁層上的后電極。所述襯底是由第一導(dǎo)電類型硅形成的半導(dǎo)體襯底，所述第一導(dǎo)電類型硅是單晶硅或準(zhǔn)單晶或多晶硅，與其對(duì)應(yīng)的，所述摻雜層為與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型非晶硅薄膜。進(jìn)一步地，所述襯底為前表面經(jīng)過RIE制絨后再經(jīng)過退火處理的P型晶體硅片，所述的摻雜層為N型厚度為200 400nm的非晶硅薄膜。通過退火處理可以去除RIE制絨后表層細(xì)小針狀結(jié)構(gòu)以及修復(fù)次表層的晶格損傷，并且在正面能形成良好的P-i-n結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地,所述本征層為氫化非晶娃薄膜,其厚度為I 10nm。所述鈍化層為厚度為200 400nm的氧化鋁Al2O3，所述氮化硅薄膜層厚度為10 30nm。背面用Al2O3鈍化可以鈍化晶體硅內(nèi)部缺陷，增加少子壽命，提高電池開路電壓和短路電流的作用，并覆蓋SixNy層和背鋁層，進(jìn)一步加強(qiáng)鈍化效果，同時(shí)能保護(hù)Al2O3層在燒結(jié) 時(shí)不被破壞，可以良好的鈍化背面缺陷，如此結(jié)構(gòu)燒結(jié)時(shí)候也不容易彎曲，可以減薄硅片的厚度，大大節(jié)約了電池的成本。本發(fā)明還提供了一種太陽能薄膜電池的制造方法，包括步驟采用晶體硅片作為襯底，RIE制絨，對(duì)RIE制絨后的晶體硅片進(jìn)行退火處理；在退火處理后的硅片上形成氫化非晶硅薄膜的本征層，在所述本征層上再覆蓋摻雜層，形成p_i_n結(jié)；在所述襯底的晶體硅片背面形成氧化鋁鈍化層，在所述氧化鋁鈍化層上形成氮化硅薄膜層，在所述氮化硅薄膜層上形成局部穿過氧化鋁和氮化硅層的背鋁層。所述對(duì)RIE制絨后的晶體硅片進(jìn)行退火處理是指在熱處理設(shè)備內(nèi)同時(shí)以0. 5^5L/min的速度分別通入含氧原子的物質(zhì)和含氮原子物質(zhì)進(jìn)行退火處理，包括步驟A、在0. 5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速升溫到70(T900°C，保持(T3個(gè)小時(shí)；B、在0. 5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速緩慢冷卻到35(T600°C，保持f 2小時(shí)；C、在0. 5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速快速冷卻到15(T250°C。進(jìn)一步地，所述退火處理還包括步驟重復(fù)步驟A、步驟B到步驟C至少一次，最后用39^10%的HF溶液去除表面的氧化物。進(jìn)一步地，所述含氧原子的物質(zhì)為氧氣O2或水H2O,所述含氮原子物質(zhì)為氮?dú)釴2。進(jìn)一步地，所述的太陽能薄膜電池的制造方法還包括步驟在摻雜層上使用TCO將正面覆蓋，電鍍或者絲網(wǎng)印刷前面電極；絲網(wǎng)印刷或者其他方法形成背面電極。其中，所述熱處理設(shè)備是管式退火爐或鏈?zhǔn)酵嘶馉t，本發(fā)明用氧化以及退火方法去除RIE制絨后表層細(xì)小針狀結(jié)構(gòu)以及修復(fù)次表層的晶格損傷，并且在正面能形成良好的p-i-n結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的太陽能薄膜電池正面經(jīng)退火處理后形成a_Si:H鈍化層，可以修復(fù)和鈍化正面由于RIE制絨后產(chǎn)生的缺陷以及晶體硅體內(nèi)和表面固有的缺陷，并且在正面能形成良好的P-i-n結(jié)構(gòu)，采用TCO覆蓋表面可以很好的收集光生電流；背面用Al2O3鈍化并覆蓋SixNy層和背鋁層，以保護(hù)Al2O3層在燒結(jié)時(shí)不被破壞，可以良好的鈍化背面缺陷，如此結(jié)構(gòu)燒結(jié)時(shí)候也不容易彎曲，可以減薄硅片的厚度，大大節(jié)約了電池的成本。


圖I為本發(fā)明太陽能電池的局部截面圖；圖2為本發(fā)明太陽能電池的制造方法流程圖；圖3為本發(fā)明RIE制絨后的退火時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。

本發(fā)明太陽能薄膜電池的局部截面圖如圖I所示，包括襯底100，位于有光線入射的襯底100的前表面的本征層106,位于本征層106上的摻雜層105,以及覆蓋在摻雜層上的防反射導(dǎo)電薄膜層104 ;位于與襯底100的所述前表面相對(duì)且沒有光線入射的后表面上的鈍化層107，位于鈍化層107上的氮化硅薄膜層108，位于氮化硅薄膜層108外并通過氮化硅薄膜層108與鈍化層107深入到襯底100的背鋁層109 ;以及連接到發(fā)射區(qū)105的多個(gè)前電極101，位于背鋁層109上的后電極102。其中，襯底100是由第一導(dǎo)電類型硅形成的半導(dǎo)體襯底，第一導(dǎo)電類型硅可以是單晶硅、準(zhǔn)單晶或多晶硅。如果襯底100是P型的，則襯底100可以包含諸如硼(B)、鎵(Ga)及銦(In)的III族元素雜質(zhì)；如果襯底100是N型的，則襯底100可以包含諸如磷(P)、砷(As)及銻(Sb)的IV族元素雜質(zhì)。并且襯底100的前表面經(jīng)過RIE制絨處理，以便形成對(duì)應(yīng)于粗燥表面的有紋理的表面，使襯底100的表面積增加，前表面的光反射減少。摻雜層105是由與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)形成的非晶硅薄膜層。具體地，本實(shí)施例襯底100采用P型晶體硅(單晶、準(zhǔn)單晶、多晶)，前表面經(jīng)過RIE制絨后，覆蓋氫化非晶硅薄膜形成本征層106，然后再覆蓋N型摻雜層105形成p-i-n結(jié)，N型摻雜層105為非晶娃薄膜。具體地，鈍化層107采用氧化鋁(Al2O3)鈍化，并在其上覆蓋氮化硅(SixNy)薄膜層108，能夠保護(hù)氧化鋁層在燒結(jié)時(shí)不被破壞，能夠進(jìn)一步降低背表面的復(fù)合，顯著地提高晶體硅太陽能電池的開路電壓。本發(fā)明制造上述結(jié)構(gòu)的太陽能薄膜電池的方法流程如圖2所示，包括步驟步驟201、采用晶體硅片(單晶、準(zhǔn)單晶、多晶)作為襯底，RIE制絨形成極低反射率 12%)的表面織構(gòu)。具體地，本發(fā)明的實(shí)施例采用P型晶體硅片作為襯底。步驟202、對(duì)RIE制絨后的晶體硅片進(jìn)行退火處理。具體地，本發(fā)明用氧化以及退火方法去除晶體硅片RIE制絨后表層細(xì)小針狀結(jié)構(gòu)以及修復(fù)次表層的晶格損傷，在特定的熱處理設(shè)備內(nèi)(比如管式退火爐、鏈?zhǔn)酵嘶馉t等等)連續(xù)或者間斷的通入適量(0. 5^5L/min)的O2(或者其他含有0原子源的氣體、液體、固體，如H2O等)和N2 (0. 5^5L/min)進(jìn)行熱處理，包括步驟A、在一定的時(shí)間(0. 5^1小時(shí))內(nèi)勻速或者變速升溫到特定的溫度(700 900)，保持一定的時(shí)間(0-3小時(shí))；；B、在一定的時(shí)間內(nèi)(0. 5 I小時(shí))勻速或者變速緩慢冷卻到特定的溫度(中溫350 600°0，保持一定的時(shí)間(I 2小時(shí))；
C、在0. 5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速快速冷卻到特定的溫度(低溫15(T250°C);重復(fù)上述步驟A-C—次或者多次(f 3次)，盡可能的修復(fù)晶格損傷，去除細(xì)小針狀結(jié)構(gòu)。最后，用一定的HF溶液(3 10%)(或者其他物理、化學(xué)方法)去除表面的氧化物。步驟203、在退火處理后的晶體硅片上形成(f IOnnOa-Si :H本征層。步驟204、在本征層上形成(20(T400nm)與襯底晶體硅片類型相反的摻雜層a_Si層。具體地，本實(shí)施例中摻雜層為N型非晶硅薄膜。步驟205、在摻雜層a-Si層上使用TCO將正面覆蓋。
步驟206、電鍍或者絲網(wǎng)印刷前面電極。步驟207、在襯底晶體硅片背面形成氧化鋁鈍化層Al2O3 (20(T400nm)。具有鈍化晶體硅內(nèi)部缺陷，增加少子壽命，提高電池開路電壓和短路電流的作用。 步驟208、在氧化鋁鈍化層上形成氮化硅薄膜層(l(T30nm)。氮化硅內(nèi)不飽和氫鍵具有鈍化界面懸掛鍵的作用，進(jìn)一步加強(qiáng)鈍化效果。步驟209、在氮化硅薄膜層上通過激光燒蝕，在形成局部穿過氧化鋁和氮化硅薄膜層的背鋁層(50 IOOum)作為電極接觸。步驟210、絲網(wǎng)印刷或者其他方法形成背面電極。本發(fā)明電池正面經(jīng)退火處理后形成a-Si : H鈍化層，可以修復(fù)和鈍化正面由于RIE制絨后產(chǎn)生的缺陷以及晶體硅體內(nèi)和表面固有的缺陷，并且在正面能形成良好的P-i-n結(jié)構(gòu)，采用TCO覆蓋表面可以很好的收集光生電流；背面用Al2O3鈍化并覆蓋SixNy層和背鋁層，以保護(hù)Al2O3層在燒結(jié)時(shí)不被破壞，可以良好的鈍化背面缺陷，如此結(jié)構(gòu)燒結(jié)時(shí)候也不容易彎曲，可以減薄硅片的厚度，大大節(jié)約了電池的成本。本發(fā)明所涉及的電池片的原始硅片可以是單晶、準(zhǔn)單晶、多晶P型的晶體硅。由于是用RIE制絨，對(duì)于準(zhǔn)單晶和多晶則更有優(yōu)勢。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能薄膜電池，其特征在于，包括襯底(100),位于有光線入射的襯底(100)的前表面的本征層(106),位于本征層(106)上的摻雜層(105),以及覆蓋在摻雜層(105)上的防反射導(dǎo)電薄膜層(104)，位于與所述襯底(100)的所述前表面相對(duì)且沒有光線入射的后表面上的鈍化層(107)，位于鈍化層(107)上的氮化硅薄膜層(108)，位于氮化硅薄膜層(108)外并通過氮化硅薄膜層(108)與鈍化層(107)深入到襯底(100)的背鋁層(109)，以及連接到摻雜層(105)的多個(gè)前電極(101)和位于背鋁層(109)上的后電極(102)。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能薄膜電池，其特征在于，所述襯底(100)是由第一導(dǎo)電類型硅形成的半導(dǎo)體襯底，所述第一導(dǎo)電類型硅是單晶硅或準(zhǔn)單晶或多晶硅，與所述襯底(100)對(duì)應(yīng)的，所述摻雜層(105)為與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型非晶硅薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的太陽能薄膜電池，其特征在于，所述襯底(100)為前表面經(jīng)過RIE制絨后再經(jīng)過退火處理的P型晶體硅片，所述的摻雜層(105)為N型厚度為200 400納米的非晶硅薄膜。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽能薄膜電池，其特征在于，所述本征層(106)為氫化非晶硅薄膜，其厚度為I 10納米。
5.如權(quán)利要求I所述的太陽能薄膜電池，其特征在于，所述鈍化層(107)為厚度為200 400納米的氧化鋁Al2O3,所述氮化硅薄膜層(108)厚度為10 30納米。
6.一種如權(quán)利要求I所述的太陽能薄膜電池的制造方法，其特征在，包括步驟 采用晶體硅片作為襯底，RIE制絨，對(duì)RIE制絨后的晶體硅片進(jìn)行退火處理； 在退火處理后的硅片上形成氫化非晶硅薄膜的本征層，在所述本征層上再覆蓋摻雜層，形成p-i-n結(jié)； 在所述襯底的晶體硅片背面形成氧化鋁鈍化層，在所述氧化鋁鈍化層上形成氮化硅薄膜層，在所述氮化硅薄膜層上形成局部穿過氧化鋁和氮化硅層的背鋁層。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能薄膜電池的制造方法，其特征在于，所述對(duì)RIE制絨后的晶體硅片進(jìn)行退火處理是指在熱處理設(shè)備內(nèi)同時(shí)以0. 5^5L/min的速度分別通入含氧原子的物質(zhì)和含氮原子物質(zhì)進(jìn)行退火處理，包括步驟 A、在0.5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速升溫到70(T900°C，保持(T3個(gè)小時(shí)； B、在0.5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速緩慢冷卻到35(T600°C，保持2小時(shí)； C、在0.5^1小時(shí)內(nèi)勻速或者變速快速冷卻到15(T250°C。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能薄膜電池的制造方法，其特征在于，所述退火處理還包括步驟 重復(fù)步驟A、步驟B到步驟C至少一次，最后用39TlO%的HF溶液去除表面的氧化物。
9.如權(quán)利要求7所述的太陽能薄膜電池的制造方法，其特征在于，所述含氧原子的物質(zhì)為氧氣O2或水H2O,所述含氮原子物質(zhì)為氮?dú)釴2。
10.如權(quán)利要求6所述的太陽能薄膜電池的制造方法，其特征在于，所述的太陽能薄膜電池的制造方法還包括步驟 在摻雜層上使用TCO將正面覆蓋，電鍍或者絲網(wǎng)印刷前面電極； 絲網(wǎng)印刷或者其他方法形成背面電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能薄膜電池的結(jié)構(gòu)及其制造方法，本發(fā)明的太陽能薄膜電池采用晶體硅片作為襯底，正面經(jīng)退火處理后形成a-Si:H鈍化層，再覆蓋非晶硅薄膜層，可以修復(fù)和鈍化正面由于RIE制絨后產(chǎn)生的缺陷以及晶體硅體內(nèi)和表面固有的缺陷，并且在正面能形成良好的p-i-n結(jié)構(gòu)，采用TCO覆蓋表面可以很好的收集光生電流；背面用Al2O3鈍化并覆蓋SixNy層和背鋁層，以保護(hù)Al2O3層在燒結(jié)時(shí)不被破壞，可以良好的鈍化背面缺陷，如此結(jié)構(gòu)燒結(jié)時(shí)候也不容易彎曲，可以減薄硅片的厚度，大大節(jié)約了電池的成本。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102751371SQ201210233479
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者李云峰, 楊瑋亮, 牛新偉, 韓瑋智 申請(qǐng)人:浙江正泰太陽能科技有限公司