用于HJT电池的多本征层非晶硅钝化层结构及其制备方法与流程

用于hjt电池的多本征层非晶硅钝化层结构及其制备方法
技术领域
1.本发明属于光伏电池技术领域，具体地，涉及用于hjt电池的多本征层非晶硅钝化层结构及其制备方法。


背景技术：

2.光伏电池是有效利用太阳能的重要手段。众多类型的光伏电池中，单晶硅太阳能电池技术已经确立光伏产业显著的优势地位。p型单晶硅发展较早，主流产品经历了bsf电池，perc电池以及双面perc+电池的不断发展，电池效率已逐渐接近瓶颈。与之相比，n型硅片具有较长的少子寿命、更小的光致衰减，公认未来高效光伏电池发展将切换到n型电池方向。
3.hjt电池又称异质结(heterojunction with intrinsic thinfilm，hit)电池。hit是一种特殊的pn结，由非晶硅和晶体硅材料形成，是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，属于n型电池中的一种。
4.hjt非晶硅钝化层为氢化非晶硅本征层，能够减少a-si/c-si悬挂键，钝化异质结界面。通常情况下，先使用化学气相沉积法(chemical vapor deposition，cvd)在制绒清洗后的硅片正面进行氢离子处理，再沉积一层氢化非晶硅本征层。在硅片下面，先进行氢离子处理，再沉积一层氢化非晶硅本征层。通入气体为sih4和h2，h2:sih4＝1～20，腔体制程温度一般控制在200℃左右，硅片正反面氢化非晶硅本征层厚度一般控制在5～10nm。
5.现有hjt技术，一方面直接对制绒清洗后的硅片进行氢离子处理，虽然可以提高硅片表面清洁度，去除残留氧化物和氟化物，同时钝化表面缺陷，可以提高isc和voc，但会选择性刻蚀硅片表面，使硅片表面粗糙度发生改变，使晶体硅产生额外的应变和缺陷，不利于钝化。另一方面，单层结构的氢化非晶硅本征层，沉积过程通入大量的h2稀释sih4，氢离子会轰击硅片表面，形成额外的缺陷，同时还可能会形成外延硅，其中外延硅是由柱状团聚，裂纹和微孔洞组成，增加薄膜缺陷态密度，会影响电池的电性能。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明采取以下技术方案：
7.本发明第一方面提供一种用于hjt电池的多本征层非晶硅钝化层结构，其特征在于，包括硅片，硅片正面沉积有第一多本征层组，硅片背面沉积有第二多本征层组，第一多本征层组从硅片正面开始依次包括第一本征层、第二本征层、第三本征层和第四征层，第二多本征层组从硅片背面开始依次包括五本征层、第六本征层和第七本征层，其中：
8.所述第一本征层和所述第五本征层是将co2和sih4进行沉积得到的；
9.所述第二本征层和所述第六本征层是将sih4进行沉积得到的；
10.所述第三本征层是将h2、ch4和sih4进行沉积得到的；
11.所述第四本征层是将h2、co2和sih4进行沉积得到的；
12.所述第七本征层是将h2和sih4进行沉积得到的。
13.进一步地，所述硅片为n型掺磷单晶硅片。
14.在本发明中，所述硅片正面是指硅片的入光面，相应地，所述硅片背面是指相对于入光面的另一面，即背光面。
15.在本发明的一些实施方案中，所述硅片的厚度为50-300μm，优选地，所述硅片的厚度为100-2000μm，更优选地，所述硅片的厚度为120-180μm。在本发明的一个具体实施方案中，所述硅片的厚度为150μm。
16.在本发明中，所述第一本征层的作用是防止各本征层外延生长。在本发明的一些实施方案中，所述第一本征层的厚度为0.2-2nm，优选地，所述第一本征层的厚度为0.5-1.5nm，更优选地，所述第一本征层的厚度为0.8-1.2nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第一本征层的厚度为1nm。
17.在本发明中，所述第二本征层的作用是对所述硅片和所述第一本征层进行钝化。在本发明的一些实施方案中，所述第二本征层的厚度为1-10nm，优选地，所述第二本征层的厚度为2-8nm，更优选地，所述第二本征层的厚度为3-5nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第二本征层的厚度为4nm。
18.在本发明中，将h2、ch4和sih4进行沉积得到所述第三本征层时可以形成a-sic:h，a-sic:h对所述硅片和所述第一本征层和所述第二本征层具有良好的钝化作用，同时a-sic:h具有较大的光学带隙，可以减少光吸收，提高短路电流isc和开路电压voc。在本发明的一些实施方案中，所述第三本征层的厚度为0.2-2nm，优选地，所述第三本征层的厚度为0.5-1.5nm，更优选地，所述第三本征层的厚度为0.8-1.2nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第三本征层的厚度为1nm。
19.在本发明中，将h2、co2和sih4进行沉积得到所述第四本征层时可以形成a-siox:h，a-siox:h对所述硅片、所述第一本征层、所述第二本征层和所述第三本征层具有良好的钝化作用，同时a-siox:h具有较大的禁带宽度，可以减少光吸收，进一步提高isc和voc。在本发明的一些实施方案中，所述第四本征层的厚度为5-20nm，优选地，所述第四本征层的厚度为7-15nm，更优选地，所述第四本征层的厚度为8-12nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第四本征层的厚度为10nm。
20.在本发明中，所述第五本征层的作用是防止各本征层外延生长。在本发明的一些实施方案中，所述第五本征层的厚度为0.2-2nm，优选地，所述第五本征层的厚度为0.5-1.5nm，更优选地，所述第五本征层的厚度为0.8-1.2nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第五本征层的厚度为1nm。
21.在本发明中，所述第六本征层的作用是对所述硅片和所述第五本征层进行钝化。在本发明的一些实施方案中，所述第六本征层的厚度为1-10nm，优选地，，所述第六本征层的厚度为2-8nm，更优选地，所述第六本征层的厚度为3-5nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第六本征层的厚度为4nm。
22.在本发明的一些实施方案中，所述第七本征层的厚度为1-15nm，优选地，所述第七本征层的厚度为2-10nm，更优选地，所述第七本征层的厚度为3-8nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第七本征层的厚度为5nm。
23.本发明第二方面提供本发明第一方面所述多本征层非晶硅钝化层结构的制备方法，包括以下步骤：
24.s1，在所述硅片正面制备第一多本征层组，具体地，先将4个本征层依次沉积在硅片表面，最后在第4个本征层后再进行氢离子处理：
25.s11，制备第一本征层：通入co2和sih4进行沉积；
26.s12，制备第二本征层：只通入sih4进行沉积；
27.s13，制备第三本征层：通入h2、ch4和sih4进行沉积；
28.s14，制备第四本征层：通入h2、co2和sih4进行沉积，
29.s2，在所述硅片背面制备第二多本征层组，先将3个本征层依次沉积在硅片表面，最后在第3个本征层后再进行氢处理：
30.s21，制备第五本征层：通入co2和sih4进行沉积；
31.s22，制备第六本征层：只通入sih4进行沉积；
32.s23，制备第七本征层：通入h2和sih4进行沉积。
33.进一步地，在各步骤中，利用pecvd进行沉积。
34.氢离子处理在沉积氢化非晶硅本征层的过程中是必不可少的，但是直接在制绒清洗后的硅片表面进行氢气预处理会产生不利的影响，利用本发明的步骤，使得使用氢离子处理技术不会对硅片表面直接造成损伤。
35.在本发明的一些实施方案中，步骤s11中，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.1～2:1，优选地，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.2～1:1，更优选地，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.3～0.7:1。在本发明的一个具体实施方案中，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.5:1。
36.在本发明的一些实施方案中，步骤s13中，通入h2、ch4和sih4的体积比为：h2:ch4:sih4＝1～20:0.1～2:1，优选地，通入h2、ch4和sih4的体积比为：h2:ch4:sih4＝5～15:0.2～0.8:1，更优选地，通入h2、ch4和sih4的体积比为：h2:ch4:sih4＝8～12:0.3～0.6:1。在本发明的一个具体实施方案中，通入h2、ch4和sih4的体积比为：h2:ch4:sih4＝10:0.5:1。
37.在本发明的一些实施方案中，步骤s14中，通入h2、co2和sih4的体积比为：h2:co2:sih4＝1～20:0.1～2:1，优选地，通入h2、co2和sih4的体积比为：h2:co2:sih4＝5～15:0.2～0.8:1，更优选地，通入h2、co2和sih4的体积比为：h2:co2:sih4＝8～12:0.3～0.6:1。在本发明的一个具体实施方案中，通入h2、co2和sih4的体积比为：h2:co2:sih4＝10:0.5:1。
38.在本发明的一些实施方案中，步骤s21中，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.1～2:1，优选地，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.2～1:1，更优选地，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.3～0.7:1。在本发明的一个具体实施方案中，通入co2和sih4的体积比为：co2:sih4＝0.5:1。
39.在本发明的一些实施方案中，步骤s23中，通入h2和sih4的体积比为：h2:sih4＝1～30:1，优选地，通入h2和sih4的体积比为：h2:sih4＝5～25:1，更优选地，通入h2和sih4的体积比为：h2:sih4＝15～22:1。在本发明的一个具体实施方案中，通入h2和sih4的体积比为：h2:sih4＝20:1。
40.本发明的第三方面提供一种具有本发明第一方面所述多本征层非晶硅钝化层结构的hjt电池。
41.进一步地，所述第一多本征层组上沉积有n掺杂层。
42.进一步地，所述第二多本征层组上沉积有p型非晶硅层。本发明中，通入h2和sih4进
行沉积制备所述第七本征层时可以形成a-si:h，a-si:h能够阻止p型非晶硅层中的b掺杂原子扩散进入到所述第五本征层和所述第六本征层中，对所述硅片、所述第五本征层和所述第六本征层具有良好的钝化作用，提高isc和voc。
43.进一步地，所述n掺杂层上沉积有第一tco导电膜，p型非晶硅层上沉积有第二tco导电膜。
44.透明导电氧化物(transparent conductive oxide，tco)是一种在可见光光谱范围(380nm＜λ＜780nm)透过率很高且电阻率较低的薄膜材料。在本发明的一些实施方案中，所述种tco材料是选自包括但于限于氧化铟锡(ito，in2o3：sn)、掺铝的氧化锌(azo，zno：al)、掺氟的氧化锡(fto，sno2：f)、掺锑的氧化锡(ato，sn2o：sb)的组。
45.更进一步地，所述第一tco导电膜上设置第一电极，所述第二tco导电膜上设置第二电极，优选地，所述第一电极和所述第二电极均为ag电极。
46.hjt电池具有较高的转换效率，而且无需高温炉管制备，可降低生产耗能并缩短制备时间。其具备正反面受光照后都能发电、低温制造工艺保护载流子寿命、高开路电压、温度特性好等优势。
47.在本发明的一些实施方案中，所述n掺杂层的厚度为5-20nm，优选地，所述n掺杂层的厚度为7-15nm，更优选地，所述n掺杂层的厚度为8-12nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述n掺杂层的厚度为10nm。
48.在本发明的一些实施方案中，所述p型非晶硅层的厚度为5-20nm，优选地，所述p型非晶硅层的厚度为7-15nm，更优选地，所述p型非晶硅层的厚度为8-12nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述p型非晶硅层的厚度为10nm。
49.在本发明的一些实施方案中，所述第一tco导电膜和所述第二tco导电膜的厚度为50-200nm，优选地，所述第一tco导电膜和所述第二tco导电膜的厚度为70-150nm，更优选地，所述第一tco导电膜和所述第二tco导电膜的厚度为80-120nm。在本发明的一个具体实施方案中，所述第一tco导电膜和所述第二tco导电膜的厚度为100nm。
50.本发明第四方面提供本发明第三方面所述hjt电池的制备方法，包括以下步骤：
51.获得本发明第一方面所述多本征层非晶硅钝化层结构，或本发明第二方面所述的方法制备得到所述多本征层非晶硅钝化层结构；
52.进一步，在所述第四本征层上沉积n掺杂层，在所述第七本征层上沉积p型非晶硅层，优选地，利用pecvd进行沉积；
53.进一步，在所述n掺杂层上沉积所述第一tco导电膜，在所述p型非晶硅层上沉积所述第二tco导电膜，优选地，利用rpd或者pvd进行沉积；
54.进一步，在所述第一tco导电膜上设置所述第一电极，在所述第二tco导电膜上设置所述第二电极。
55.更进一步，优选地，上述方法进一步包括固化的步骤，使得所述第一电极的栅线与所述第一tco导电膜之间，以及所述第二电极的栅线和所述第二tco导电膜之间形成良好的欧姆接触。
56.本发明的有益效果
57.本发明相对于现有技术，具有以下有效效果：
58.本发明对用于hjt电池的非晶硅本征层的结构进行优化，采用多层本征层结构，加
强本征层的钝化作用，可以有效防止在沉积氢化非晶硅本征层的过程中形成外延硅。每个本征层起着提高不同的电性能参数的作用，可以进一步优化hjt电池的电性能。而且将氢处理放在本征层的最后，既可以有效减轻对硅片表面的离子轰击，又可以强化钝化本征层和硅片的作用，为实现高效率电池提供坚实的基础。
附图说明
59.图1示出了本发明实施例1一种用于hjt电池的多本征层非晶硅钝化层结构示意图。
60.图2示出了一种含有本发明实施例1中多本征层非晶硅钝化层结构的一种hjt电池的示意图。
具体实施方式
61.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
62.实施例
63.以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。
64.除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
65.那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。
66.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。
67.实施例1hjt电池的本征非晶硅钝化层结构
68.本实施例提供一种hjt电池的本征非晶硅钝化层结构，如图1所示。该结构包括硅片1，硅片1正面沉积有第一多本征层组21，硅片1背面沉积有第二多本征层组22，第一多本征层组21从硅片1正面开始依次包括第一本征层211、第二本征层212、第三本征层213和第四征层214，第二多本征层组22从硅片1背面开始依次包括五本征层221、第六本征层222和第七本征层223，其中：
69.第一本征层211和第五本征层221是将co2和sih4进行沉积得到的；
70.第二本征层212和第六本征层222是将sih4进行沉积得到的；
71.第三本征层213是将h2、ch4和sih4进行沉积得到的；
72.第四本征层214是将h2、co2和sih4进行沉积得到的；
73.第七本征层223是将h2和sih4进行沉积得到的。
74.实施例2含有实施例1中本征非晶硅钝化层结构的hjt电池
75.本实施例提供一种含有实施例1中本征非晶硅钝化层结构的hjt电池，如图2所示。
76.在该电池中，第一多本征层组21上沉积有n掺杂层3、第二多本征层组22上沉积有p型非晶硅层4。
77.进一步，n掺杂层3上沉积有第一tco导电膜51，p型非晶硅层4上沉积有第二tco导电膜52。
78.更进一步，第一tco导电膜51上设置第一电极61，第二tco导电膜52上设置有第二电极62。
79.实施例3hjt电池的制备方法
80.本实施例提供一种具体的实施例2中hjt电池的制备方法，包括以下几个步骤：
81.(1)对硅片1进行制绒、清洗处理，其中，硅片1为n型掺磷单晶硅片，尺寸为158.75mm
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158.75mm、厚度为150μm；
82.(2)通过等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)在硅片入光面(正面)制备第一多本征层组21，包括4个本征层：
83.第一本征层211，通入co2和sih4进行沉积，其中co2:sih4＝0.5，厚度约1nm；
84.第二本征层212，只通入sih4进行沉积，厚度约4nm；
85.第三本征层213，通入h2、ch4和sih4进行沉积，其中h2:ch4:sih4＝10:0.5:1，厚度约1nm；
86.第四本征层214，通入h2、co2和sih4进行沉积，其中h2:co2:sih4＝10:0.5:1，厚度约1nm；
87.(3)通过pecvd在第一多本征层21上，即第四本征层214上制备正面的n掺杂层3，厚度约10nm；
88.(4)将硅片翻面，通过pecvd在硅片背光面制备第二多本征层组22，包括3个本征层：
89.第五本征层221，通入co2和sih4进行沉积，其中co2:sih4＝0.5，厚度约1nm；
90.第六本征层222，只通入sih4进行沉积，厚度约4nm；
91.第七本征层223，通入h2和sih4进行沉积，其中h2:sih4＝20:1，厚度约5nm；
92.(5)使用pecvd制备p型非晶硅层4，厚度约10nm；
93.(6)使用等离子体沉积法(rcactivc plasma deposition，rpd)或者物理气相沉积法(physical vapour deposition，pvd)沉积第一tco导电膜51和第二tco导电膜52，厚度均约为100nm；
94.(7)通过丝网印刷，在第一tco导电膜51上形成第一电极61，在第二tco导电膜52上形成第二电极62，其中，第一电极61和第二电极62均为ag电极；
95.(8)固化，使得ag电极的栅线与第一tco导电膜和第二tco导电膜之间形成良好的欧姆接触。
96.实施例4其他hjt电池的制备方法及电性能测试
97.参考实施例3的方法制备其他具体的实施例2中描述的hjt电池。整体步骤均相同，不同的是硅片和各个本征层的参数。进一步对各个hjt电池进行电性能测试。
98.各个hjt电池的参数和电性能数据如下：
[0099][0100]
根据实施例4中各条件设定的电池片电性能列表如下：
[0101][0102]
以上结果表明，利用本发明制备的hjt电池均具有良好的电性能，可以大规模推广应用。
[0103]
在本发明提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。