一種雙層結構ito電極晶體矽太陽能電池的製備方法

2023-10-05 13:42:09

一種雙層結構ito電極晶體矽太陽能電池的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙層結構ITO電極晶體矽太陽能電池的製備方法，包括制絨、熱擴散制p-n結、去磷矽玻璃、製備ITO電極、背面印刷Al背場和Ag電極、正面印刷Ag主柵線。通過磁控濺射製備雙層結構ITO電極，在沉積ITO複合導電薄膜和ITO薄膜並退火結束後，在矽片背面印刷Al背場和Ag電極，在矽片正面ITO薄膜上僅印刷Ag主柵線而無需印刷Ag副柵線。ITO電極透光率和電導率高且鈍化效果好，串聯電阻小，電池轉換效率可提高0.1%~0.2%；減少了Ag漿料的用量，降低了電池的生產成本。
【專利說明】-種雙層結構丨το電極晶體矽太陽能電池的製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於太陽能應用【技術領域】，特別是涉及一種雙層結構Ι--電極晶體矽太陽 能電池的製備方法。

【背景技術】
[0002] 電極製作是太陽能電池生產的最後一道工序，它承擔著收集矽片中的載流子並將 其輸送至外部電路的責任，是太陽能電池製程中的關鍵環節之一。目前，電極的製造主要通 過絲網印刷金屬漿料，在矽片正面形成Ag電極，在矽片背面形成Ag背電極和A1背場。由 於Ag為貴金屬，其大約佔非矽成本的30%，使得太陽能電池的成本居高不下；此外，由於正 面Ag柵線的遮光作用，降低了到達太陽能電池發射極的光子數量，降低了太陽能電池的電 流密度，而減少遮光面積需要降低Ag柵線寬度，這對金屬漿料性能和網版質量提出了更高 的要求；正電極為柵指狀分布，使得電池發射極的橫向電阻大，引起太陽能電池的串聯電阻 增大，電池的轉換效率難以提高。因此，貴金屬電極的這些缺點制約了太陽能電池的飛速發 展。
[0003] ΙΤ0具有高電導率、高透過率、優異的耐磨損性、機械強度和化學穩定性，是目前 Ag電極最有潛力的替換材料，具體表現為：可以全部或者部分取代太陽能電池正面的Ag電 極，降低太陽能電池製備成本；ΙΤ0薄膜透明，其光透過率可達90%以上，可利用的太陽光子 數量增多，太陽能電池的電流密度增大；ΙΤ0薄膜電阻率低，由於其在矽片表面均勻分布， 使得太陽能電池的橫向電阻低，大大降低了太陽能電池的串聯電阻。
[0004] 目前用於晶矽電池的正面電極方案如圖1所示，其優缺點分別如下：將ΙΤ0直接沉 積於發射結上，這種方法很簡單，電池的製造成本低，但由於ΙΤ0薄膜本身無鈍化效果，矽 片表面的複合速度快，使得電極收集的電流減少，轉換效率下降；而且ΙΤ0薄膜無退火或者 退火工藝不合適，ΙΤ0薄膜的電阻率偏高，在正面ΙΤ0薄膜上需要印刷Ag電極，即需要印刷 主柵和部分的副柵線，Ag的耗量降低量有限。


【發明內容】

[0005] 本發明針對上述現有技術存在的不足，提出了一種雙層結構ΙΤ0電極晶體矽太陽 能電池的製備方法，ΙΤ0電極透光率和電導率高且鈍化效果好，串聯電阻小，電池轉換效率 可提高0. 19Γ0. 2% ;而且工藝簡單，正面不印刷Ag副柵線，大大節約Ag漿料的用量，降低了 生產成本。
[0006] 本發明解決技術問題所採取的技術方案是，一種雙層結構ΙΤ0電極晶體矽太陽能 電池的製備方法，包括制絨、熱擴散制p-n結、去磷矽玻璃、製備ΙΤ0電極、背面印刷A1背場 和Ag電極、正面印刷Ag主柵線，所述的製備ΙΤ0電極在磁控濺射設備中進行，其特徵在於， 所述的製備ΙΤ0電極按照以下步驟進行： ⑴將去磷矽玻璃的矽片置於陽極，將ΙΤ0陶瓷靶以及二氧化矽靶和/或氮化矽靶置於 陰極，通入Ar和H2混合氣體，啟動射頻電源，開始磁控濺射，在N+層上沉積一層ΙΤ0複合 導電薄膜，根據濺射功率大小控制ITO複合導電薄膜中ITO :二氧化矽：氮化矽的摩爾比 為1 : 0.01?0.3 : 0.01?0.3,或者ΙΤ0 :二氧化矽或氮化矽的摩爾比為1 : 0.01?0.3， 並使ΙΤ0複合導電薄膜的厚度為l(T30nm，光透過率為859Γ90%，折射率為1. 7?1. 9,電阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續通入Ar和H2混合氣體，並將ITO陶瓷靶材以 外的濺射靶材屏蔽，再次開始磁控濺射，在IT0複合導電薄膜上沉積一層純的IT0薄 膜，控制IT0薄膜厚度為3(T80nm，光透過率為92%以上，折射率為1. 8?1. 9,電阻率為 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； ⑶在磁控濺射工藝過程中，矽片的溫度控制在25(T400°C，使得ITO複合導電薄膜 和IT0薄膜沉積過程中一邊沉積一邊退火；在IT0薄膜沉積結束後，將矽片的溫度提高 5(Tl50°C，抽走磁控濺射腔體中氣體，然後充入H 2，繼續退火2~20min。
[0007] 本發明通過磁控濺射製備雙層結構ITO電極，在沉積ITO複合導電薄膜和ITO薄 膜並退火結束後，在矽片背面印刷A1背場和Ag電極，在矽片正面ΙΤ0薄膜上僅印刷Ag主 柵線而無需印刷Ag副柵線。
[0008] 在本發明中，磁控濺射設備的陰極上設置多個獨立的濺射靶材放置區，不同的靶 材分別放置，每個靶材對應的電源不同，其功率可以調節，功率越大，濺射出來的組分越多， 這個組分在複合薄膜中的比例越高。將ΙΤ0陶瓷靶-二氧化矽靶、ΙΤ0陶瓷靶-氮化矽靶 或ΙΤ0陶瓷靶-二氧化矽靶-氮化矽靶組合進行濺射，就能獲得相應的ΙΤ0複合導電薄膜。
[0009] 本發明設計雙層結構ΙΤ0電極，在磁控濺射設備中先後沉積ΙΤ0複合導電薄膜和 ΙΤ0薄膜，並且雙層結構即ΙΤ0複合導電薄膜和ΙΤ0薄膜的製備與退火在磁控濺射設備中一 次性完成，工藝簡單；ΙΤ0電極透光率和電導率高且鈍化效果好，串聯電阻小，電池轉換效 率可提高0. 1%~〇. 2% ;在矽片正面ΙΤ0薄膜上僅印刷Ag主柵線而不必印刷Ag副柵線，大大 減少了 Ag漿料的用量，降低了電池的生產成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1現有技術晶體矽太陽能電池結構示意圖，正面Ι--薄膜層上印刷有Ag主柵線 和Ag副柵線。其中：1_背面Ag電極、2-A1背場、3-P型Si基片、4-N+層、5- ΙΤ0薄膜層、 6_正面Ag電極(包括主柵線和副柵線)。
[0011] 圖2本發明晶體矽太陽能電池結構示意圖。其中，1-背面Ag電極、2-A1背場、3-P 型Si基片、4-N+層、7-IT0複合導電薄膜、8- ΙΤ0薄膜層、9-正面Ag主柵線。

【具體實施方式】
[0012] 實施例1 :一種雙層結構ΙΤ0電極晶體矽太陽能電池的製備方法，包括以下步驟： 步驟1 :溼法制絨； 步驟2 :熱擴散制p-n結； 步驟3 :去磷娃玻璃，並乾燥； 步驟4 :在磁控濺射設備中製備ΙΤ0電極，磁控濺射設備的陰極上設置3個獨立的濺射 靶材放置區，以分別放置不同的靶材並使每個靶材對應不同的濺射功率和電源；製備過程 如下： ⑴將去磷矽玻璃的矽片置於陽極，將ITO陶瓷靶和二氧化矽靶放入濺射靶材放置區， 通入Ar和Η2混合氣體，啟動射頻電源，開始磁控濺射，在Ν+層上沉積一層ΙΤ0複合導電薄 膜，根據濺射功率大小控制ΙΤ0複合導電薄膜中ΙΤ0 :二氧化矽的摩爾比為1 : O.OfO. 3， 並使ITO複合導電薄膜的厚度為l(T30nm，光透過率為859Γ90%，折射率為1. 7?1. 9,電阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續通入Ar和H2混合氣體，並將二氧化矽濺射靶材屏 蔽，再次開始磁控濺射，在IT0複合導電薄膜上沉積一層純的IT0薄膜，控制IT0薄膜厚度 為3(T80nm，光透過率為92%以上，折射率為1.8?1.9,電阻率為1ΧΚΓ 5?3Χ1〇-4Ω·〇ιι; ⑶在磁控濺射工藝過程中，矽片的溫度控制在25(T400°C，使得ITO複合導電薄膜 和IT0薄膜沉積過程中一邊沉積一邊退火；在IT0薄膜沉積結束後，將矽片的溫度提高 5(Tl50°C，抽走磁控濺射腔體中氣體，然後充入H 2，繼續退火2~20min ; 步驟5 :在矽片背面印刷A1背場和Ag電極； 步驟6 :在矽片正面IT0薄膜上僅印刷Ag主柵線。
[0013] 由上述製備方法獲得的晶體矽太陽能電池結構如圖2所示。它由下而上包括：背 面Ag電極1、A1背場2、P型Si基片3、N+層4、IT0複合導電薄膜7、TC0薄膜層8和Ag主柵 線9。其光利用率高、串聯電阻小，電池的轉換效率能在現有技術的基礎上提高0. 1%-0. 2%。
[0014] 實施例2 :另一種雙層結構ΙΤ0電極晶體矽太陽能電池的製備方法，其中： 步驟1 :幹法制絨； 步驟4中⑴：將去磷矽玻璃的矽片置於陽極，將ΙΤ0陶瓷靶和氮化矽靶放入濺射靶 材放置區，通入Ar和H2混合氣體，啟動射頻電源，開始磁控濺射，在N+層上沉積一層ΙΤ0 複合導電薄膜，根據濺射功率大小控制ΙΤ0複合導電薄膜中ΙΤ0 :氮化矽的摩爾比為 1 : 0.01?0. 3,並使ΙΤ0複合導電薄膜的厚度為l(T30nm，光透過率為859Γ90%，折射率為 1. 7?1. 9,電阻率 5 X ΚΓ4?1 X 1(Γ3 Ω · cm ; 步驟4中⑵：將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續通入Ar和H2混合氣體，並將氮化矽濺射 靶材屏蔽，再次開始磁控濺射，在ΙΤ0複合導電薄膜上沉積一層純的ΙΤ0薄膜，控制ΙΤ0薄 膜厚度為3(T80nm，光透過率為92%以上，折射率為1.8?1.9,電阻率為1X10- 5?3Χ10_4Ω· cm ； 其餘各步驟均與實施例1相同。
[0015] 實施例3 :又一種雙層結構ΙΤ0電極晶體矽太陽能電池的製備方法，其中： 步驟4中⑴：將去磷矽玻璃的矽片置於陽極，將ΙΤ0陶瓷靶、二氧化矽靶和氮化矽靶放 入濺射靶材放置區，通入Ar和H2混合氣體，啟動射頻電源，開始磁控濺射，在N+層上沉積 一層ΙΤ0複合導電薄膜，根據濺射功率大小控制ΙΤ0複合導電薄膜中ΙΤ0 :二氧化矽：氮 化矽的摩爾比為1 : 0.01?0. 3 : 0.01?0. 3,並使ΙΤ0複合導電薄膜的厚度為l(T30nm，光 透過率為85%?90%，折射率為1. 7?1. 9,電阻率5 X ΚΓ4?1 X 1(Γ3 Ω · cm ; 步驟4中⑵：將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續通入Ar和H2混合氣體，並將二氧化 矽和氮化矽濺射靶材屏蔽，再次開始磁控濺射，在ΙΤ0複合導電薄膜上沉積一層純的ΙΤ0 薄膜，控制ΙΤ0薄膜厚度為3(T80nm，光透過率為92%以上，折射率為1. 8?1. 9,電阻率為 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； 其餘各步驟均與實施例1相同。
【權利要求】
1. 一種雙層結構ITO電極晶體矽太陽能電池的製備方法，包括制絨、熱擴散制p-n結、 去磷矽玻璃、製備IT0電極、背面印刷A1背場和Ag電極、正面印刷Ag主柵線，所述的製備 IT0電極在磁控濺射設備中進行，其特徵在於，所述的製備IT0電極按照以下步驟進行： ⑴將去磷矽玻璃的矽片置於陽極，將IT0陶瓷靶以及二氧化矽靶和/或氮化矽靶置於 陰極，通入Ar和H2混合氣體，啟動射頻電源，開始磁控濺射，在N+層上沉積一層IT0複合 導電薄膜，根據濺射功率大小控制IT0複合導電薄膜中IT0 :二氧化矽：氮化矽的摩爾比 為1 : 0.01?0.3 : 0.01?0.3,或者IT0 :二氧化矽或氮化矽的摩爾比為1 : 0.01?0.3， 並使IT0複合導電薄膜的厚度為l(T30nm，光透過率為859Γ90%，折射率為1. 7?1. 9,電阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續通入Ar和H2混合氣體，並將ITO陶瓷靶材以 外的濺射靶材屏蔽，再次開始磁控濺射，在IT0複合導電薄膜上沉積一層純的IT0薄 膜，控制IT0薄膜厚度為3(T80nm，光透過率為92%以上，折射率為1. 8?1. 9,電阻率為 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； ⑶在磁控濺射工藝過程中，矽片的溫度控制在25(T400°C，使得ITO複合導電薄膜 和IT0薄膜沉積過程中一邊沉積一邊退火；在IT0薄膜沉積結束後，將矽片的溫度提高 5(Tl50°C，抽走磁控濺射腔體中氣體，然後充入H 2，繼續退火2~20min。
2. 根據權利要求1所述的一種雙層結構ITO電極晶體矽太陽能電池的製備方法，其特 徵在於，退火結束後，在矽片背面印刷A1背場和Ag電極，在矽片正面IT0薄膜上僅印刷Ag 主柵線而無需印刷Ag副柵線。
【文檔編號】H01L31/0224GK104103715SQ201410303370
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】石強, 金浩, 蔣方丹, 陳康平, 郭俊華, 姚軍曄 申請人:浙江晶科能源有限公司, 晶科能源有限公司