一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝的製作方法
2023-08-02 13:28:51
本發明涉及濺射法的鍍覆領域，具體涉及一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝。
背景技術：
晶體矽是製備太陽能電池材料的重要原料之一。在矽系列太陽能電池材料中，單晶矽材料無疑具有最高的光電轉換效率，而且相應的技術發展也比較全面。然而由於單晶矽電池具有複雜的組成機構以及居高不下的製造成本，一定程度上限制的了單晶矽系列太陽能電池材料的應用。而多晶矽薄膜系列太陽能電池在一定程度上補充了單晶矽電池的不足，佔有一定的市場份額，也是人們著力發展的應用方向之一。多晶矽薄膜系列太陽能電池通過化學氣相沉積、磁控濺射法等方法在廉價的矽單質襯底材料上製備薄膜，然後應用電池製造技術製造多晶矽薄膜太陽能電池。這類電池的光電轉換效率能夠滿足實際的需求，而成本又可接受，故為人們所青睞。
促進多晶矽薄膜太陽能電池進一步發展的兩個驅動因素主要是如何大規模降低成本和如何提高光電轉換效率。對於前者重點在於降低矽類襯底材料的生產製造成本和材料的循環利用和再生，而對於後者，開發新的薄膜體系，研發新的鍍膜工藝，都是提高光電轉換效率的可行方案。
中國專利cn201510878685.4公開了一種真空鍍膜工藝，該發明採用電子束蒸鍍、濺射鍍或熱氣流蒸鍍的方法在產品表面形成sio2膜層，提高了產品的抗腐蝕性能。但是該專利製備的sio2薄膜厚度不均勻而且晶體結構複雜。
因此，針對以上存在的問題，需要發明一種新型材料種類的薄膜的鍍膜工藝，以達到改善晶體矽太陽能電池的光電轉換效率的目的。
技術實現要素：
本發明針對上述問題，提供一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝。
本發明解決上述問題所採用的技術方案是：一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝，採用在晶體矽基板表面濺射單層硼鋁化合物減反射膜；單層硼鋁化合物減反射膜的濺射方法，包括以下步驟：
步驟s1，對晶體矽基板表面進行預清洗；
步驟s2，將經過預清洗的晶體矽表面進行刻蝕操作；
步驟s3，將經過刻蝕操作的晶體矽轉移至磁控濺射室內，作為基材，採用單質鋁作為靶材，在真空度為10-4pa～5×10-3pa，靶材溫度為200℃～250℃，濺射電流為12a～14a的條件下，以150g/cm3～200g/cm3的進氣量充入硼氫烷和惰性氣體的混合氣，至磁控濺射室內的壓力穩定在10-2pa～10-3pa，對基材施加負偏壓120v～150v，濺射10min～15min，得到硼鋁化合物減反射膜。
進一步地，步驟s1中，預清洗具體為：使用添加清洗介質的超聲波進行清洗，超聲波頻率為50khz～200khz，溫度為40℃～60℃，功率密度為0.1w/cm2～0.8w/cm2。
更進一步地，清洗介質為：rbs25型、rbs35型、rbsind940型或rbsind740型液體清洗劑中的任一種。
進一步地，步驟s2中，刻蝕操作具體為：先使用體積濃度為10％～30％的hno3水溶液對晶體矽表面氧化，再使用體積濃度為2％～5％的hf水溶液去除氧化矽。
更進一步地，晶體矽為：含有磷雜質的n型矽。
進一步地，步驟s3中，基材的加熱溫度為：150℃～180℃。
進一步地，步驟s3中，硼氫烷和惰性氣體的混合比例為：5％/95％～10％/90％。
更進一步地，惰性氣體包括：氬氣、氙氣中的任一種。
進一步地，步驟s3中，硼鋁化合物減反射膜的厚度為：20nm～70nm。
本發明的優點是：
1.本發明採用磁控濺射法對矽片襯底材料進行鍍膜，具有穩定可靠的工藝參數，控制水平高，生產效率高；
2.本發明以硼元素和鋁元素對矽片進行摻雜，具有較好的空穴激發效率，性能穩定且提高了薄膜電池的轉換效率；
3.本發明在晶體矽電池表面鍍單層減反射膜，即增加了太陽光的透過率，提高了太陽能電池的工作效率，又減少了減反射膜鍍層的缺陷，提高了減反射膜的使用效率；
4.本發明製得薄膜厚度均勻，產品質量好，操作便捷，適合於大批量生產製備。
具體實施方式
以下對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1
一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝，採用在晶體矽基板表面濺射單層硼鋁化合物減反射膜；單層硼鋁化合物減反射膜的濺射方法，包括以下步驟：
步驟s1，對晶體矽基板表面進行預清洗，具體為：使用添加rbs25型液體清洗劑中介質的超聲波進行清洗，超聲波頻率為50khz，溫度為40℃，功率密度為0.1w/cm2；
步驟s2，將經過預清洗的晶體矽表面進行刻蝕操作，具體為：先使用體積濃度為10％的hno3水溶液對含有磷雜質的n型矽氧化，再使用體積濃度為2％的hf水溶液去除氧化矽。
步驟s3，將經過刻蝕操作的晶體矽轉移至磁控濺射室內，作為基材，即熱至150℃；採用單質鋁作為靶材，在真空度為10-4pa，靶材溫度為200℃，濺射電流為12a的條件下，以150g/cm3的進氣量充入硼氫烷和氬氣的混合氣，至磁控濺射室內的壓力穩定在10-2pa，對基材施加負偏壓120v，濺射10min，得到厚度為20nm的硼鋁化合物減反射膜；其中，硼氫烷和氬氣的混合比例為5％/95％。
實施例2
一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝，採用在晶體矽基板表面濺射單層硼鋁化合物減反射膜；單層硼鋁化合物減反射膜的濺射方法，包括以下步驟：
步驟s1，對晶體矽基板表面進行預清洗，具體為：使用添加rbs35型液體清洗劑介質的超聲波進行清洗，超聲波頻率為200khz，溫度為60℃，功率密度為0.8w/cm2；
步驟s2，將經過預清洗的晶體矽表面進行刻蝕操作，具體為：先使用體積濃度為30％的hno3水溶液對含有磷雜質的n型矽氧化，再使用體積濃度為5％的hf水溶液去除氧化矽。
步驟s3，將經過刻蝕操作的晶體矽轉移至磁控濺射室內，作為基材，即熱至180℃；採用單質鋁作為靶材，在真空度為5×10-3pa，靶材溫度為250℃，濺射電流為14a的條件下，以200g/cm3的進氣量充入硼氫烷和氙氣的混合氣，至磁控濺射室內的壓力穩定在10-3pa，對基材施加負偏壓150v，濺射15min，得到厚度為70nm的硼鋁化合物減反射膜；其中，硼氫烷和氙氣的混合比例為10％/90％。
實施例3
一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝，採用在晶體矽基板表面濺射單層硼鋁化合物減反射膜；單層硼鋁化合物減反射膜的濺射方法，包括以下步驟：
步驟s1，對晶體矽基板表面進行預清洗，具體為：使用添加rbsind940型液體清洗劑介質的超聲波進行清洗，超聲波頻率為125khz，溫度為50℃，功率密度為0.4w/cm2；
步驟s2，將經過預清洗的晶體矽表面進行刻蝕操作，具體為：先使用體積濃度為20％的hno3水溶液對含有磷雜質的n型矽氧化，再使用體積濃度為3.5％的hf水溶液去除氧化矽。
步驟s3，將經過刻蝕操作的晶體矽轉移至磁控濺射室內，作為基材，即熱至165℃；採用單質鋁作為靶材，在真空度為2.5×10-3pa，靶材溫度為225℃，濺射電流為13a的條件下，以175g/cm3的進氣量充入硼氫烷和氬氣的混合氣，至磁控濺射室內的壓力穩定在5×10-3pa，對基材施加負偏壓135v，濺射13min，得到厚度為45nm的硼鋁化合物減反射膜；其中，硼氫烷和氬氣的混合比例為：7.5％/92.5％。
實施例4
一種晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝，採用在晶體矽基板表面濺射單層硼鋁化合物減反射膜；單層硼鋁化合物減反射膜的濺射方法，包括以下步驟：
步驟s1，對晶體矽基板表面進行預清洗，具體為：使用添加rbsind740型液體清洗劑介質的超聲波進行清洗，超聲波頻率為150khz，溫度為55℃，功率密度為0.7w/cm2；
步驟s2，將經過預清洗的晶體矽表面進行刻蝕操作，具體為：先使用體積濃度為25％的hno3水溶液對含有磷雜質的n型矽氧化，再使用體積濃度為4.5％的hf水溶液去除氧化矽。
步驟s3，將經過刻蝕操作的晶體矽轉移至磁控濺射室內，作為基材，即熱至170℃；採用單質鋁作為靶材，在真空度為4×10-3pa，靶材溫度為240℃，濺射電流為13a的條件下，以185g/cm3的進氣量充入硼氫烷和惰性氣體的混合氣，至磁控濺射室內的壓力穩定在8×10-3pa，對基材施加負偏壓140v，濺射14min，得到厚度為65nm的硼鋁化合物減反射膜；其中，硼氫烷和氙氣的混合比例為：9％/91％。
實驗例1
對採用實施例1～實施例4晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝製得的晶體矽太陽能電池標記為樣品1～樣品4，對樣品1～樣品4的性能進行測試，測試結果如表1所示。
表1製得的晶體矽太陽能電池的性能測試結果
結果：採用實施例1～4晶體矽太陽能電池的鍍膜工藝的晶體矽太陽能電池的開路電壓為0.58v～0.62v，短路電流為1.8ma/cm2～1.92ma/cm2，可見光透光率為89.4％～90.6％，太陽能電池的轉換效率為17.9％～18.4％。
結論：採用本申請鍍膜工藝製得的晶體矽太陽能電池的鍍膜種類新穎，有效改善晶體矽太陽能電池的光電轉換效率。
以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。