太陽能電池鍍膜方法及太陽能電池與流程

2023-06-16 10:57:31 1

本發明涉及太陽能電池生產技術領域，尤其是涉及一種太陽能電池鍍膜方法及太陽能電池。

背景技術：

太陽能電池是一種將太陽的光能直接轉化為電能的半導體器件。由於它是綠色環保產品，不會引起環境汙染，而且利用的是可再生資源，所以在當今能源短缺的情形下，太陽能電池具有廣闊的發展前景。

在太陽能電池片的生產過程中，氧化矽鈍化層和非晶矽鍍膜層的形成對於提升電池轉化效率起著至關重要的作用。目前，傳統的生產方法是分兩步進行，首先在700-900℃管式火爐裡通入氧氣，在晶矽片表面慢慢生長出氧化矽鈍化層，然後再將晶矽片從管式火爐轉移到另一個化學氣相沉積腔室中進行沉積氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和/或氧化鋁薄膜。在將晶矽片在兩個設備之間轉移的過程中，需要對晶矽片多次上料和下料，操作繁瑣，不僅增加了晶矽片的汙染程度和破碎率，同時也導致生產效率下降，製造成本升高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種太陽能電池鍍膜方法，以解決現有的太陽能電池鍍膜方法在將晶矽片在兩個設備之間轉移的過程中，需要對晶矽片多次上料和下料，導致矽片的汙染程度和破碎率高、生產效率低的技術問題。

本發明的目的還在於提供一種太陽能電池，以解決現有的太陽能電池在鍍膜過程中因需要對矽片多次上料和下料而導致的矽片汙染程度和破碎率高、生產效率低的技術問題

基於上述第一目的，本發明提供了一種太陽能電池鍍膜方法，包括以下步驟：

將放置有矽片的載板放置在傳輸裝置上；

關閉第一隔離機構，使預熱腔室與氧化腔室斷開，關閉第二隔離機構，使氧化腔室與鍍膜腔室斷開；對所述氧化腔室和所述鍍膜腔室分別抽真空；其中，所述預熱腔室的出口與所述氧化腔室的進口之間設置有第一封閉腔室，所述第一隔離機構設置在所述第一封閉腔室的內部；所述氧化腔室的出口與所述鍍膜腔室的進口之間設置有第二封閉腔室，所述第二隔離機構設置在所述第二封閉腔室的內部；

所述傳輸裝置將所述載板傳送至預熱腔室中，對所述預熱腔室抽真空，所述預熱腔室對所述矽片進行預熱；

開啟所述第一隔離機構，所述傳輸裝置將所述載板傳送至所述氧化腔室中，再次關閉所述第一隔離機構，所述矽片在所述氧化腔室中形成氧化矽薄膜；

開啟所述第二隔離機構，所述傳輸裝置將所述載板傳送至所述鍍膜腔室，再次關閉所述第二隔離機構，形成氧化矽薄膜的矽片在所述鍍膜腔室中沉積氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和氧化鋁薄膜中的一種或幾種。

可選的，所述預熱腔室的出口與所述氧化腔室的進口之間設置有第一封閉腔室，所述第一隔離機構設置在所述第一封閉腔室的內部；

所述氧化腔室的出口與所述鍍膜腔室的進口之間設置有第二封閉腔室，所述第二隔離機構設置在所述第二封閉腔室的內部。

可選的，所述氧化腔室的真空度為10～200pa。

可選的，所述氧化腔室的溫度為500～600℃。

可選的，所述氧化矽薄膜的厚度形成的速率為0.1～10nm/min。

可選的，所述氧化矽薄膜的厚度形成的速率為0.5～0.7nm/min。

可選的，所述鍍膜腔室的真空度為10～500pa。

可選的，所述預熱腔室的溫度為400～500℃。

可選的，所述氧化腔室的內部設置有等離子體發生器和第一加熱裝置，所述等離子體發生器位於所述氧化腔室的進口處，所述第一加熱裝置位於所述傳輸裝置的上方，用於對所述矽片進行加熱；所述氧化腔室的底板上設置有用於與真空泵連通的抽口，所述抽口靠近所述氧化腔室的出口處。

可選的，所述第一隔離機構和所述第二隔離機構均為真空閘閥。

基於上述第二目的，本發明提供了一種太陽能電池，所述太陽能電池的氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和/或氧化鋁薄膜均採用所述的太陽能電池鍍膜方法製作。

本發明提供的太陽能電池鍍膜方法，將放置有矽片的載板放置在傳輸裝置上；關閉第一隔離機構，使預熱腔室與氧化腔室斷開，關閉第二隔離機構，使氧化腔室與鍍膜腔室斷開；對所述氧化腔室和所述鍍膜腔室分別抽真空；所述傳輸裝置將所述載板傳送至預熱腔室中，對所述預熱腔室抽真空，所述預熱腔室對所述矽片進行預熱；開啟所述第一隔離機構，所述傳輸裝置將所述載板傳送至所述氧化腔室中，再次關閉所述第一隔離機構，所述矽片在所述氧化腔室中形成氧化矽薄膜；開啟所述第二隔離機構，所述傳輸裝置將所述載板傳送至所述鍍膜腔室，再次關閉所述第二隔離機構，形成氧化矽薄膜的矽片在所述鍍膜腔室中沉積氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和氧化鋁薄膜中的一種或幾種。本發明提供的太陽能電池鍍膜方法，只需對矽片進行一次裝載，就能夠在真空環境下連續完成全部的鍍膜過程，降低了矽片的汙染程度和破碎率，提高了生產效率。

本發明提供的太陽能電池，由於所述太陽能電池的氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和/或氧化鋁薄膜均採用所述的太陽能電池鍍膜方法製作，在製作時，只需對矽片進行一次裝載，就能夠在真空環境下連續完成全部的鍍膜過程，降低了矽片的汙染程度和破碎率，提高了太陽能電池的生產效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的太陽能電池鍍膜方法的流程圖；

圖2為本發明實施例一提供的另一種太陽能電池鍍膜方法的流程圖；

圖3為本發明實施例一提供的太陽能電池鍍膜方法所採用的太陽能鍍膜設備的結構示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的傳輸裝置的結構示意圖；

圖5為本發明實施例一提供的預熱腔室的內部結構的主視圖；

圖6為本發明實施例一提供的氧化腔室的內部結構的主視圖；

圖7為本發明實施例二提供的太陽能電池鏈式生產設備的工藝流程圖。

圖標：101-預熱腔室；102-氧化腔室；103-鍍膜腔室；104-載板；105-矽片；106-等離子體發生器；107-第一加熱裝置；108-導流板；109-第二加熱裝置；111-第一噴射裝置；112-第二噴射裝置；113-第三噴射裝置；114-第一隔離機構；115-第二隔離機構；119-抽口；120-電機；121-同步帶；122-同步輪；123-同步軸；124-磁力轉軸；125-滾輪；126-自動上料臺；127-冷卻腔室；128-放氣腔室；129-自動下料臺。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，如出現術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，如出現術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，如出現術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例一

圖1為本發明實施例一提供的太陽能電池鍍膜方法的流程圖；圖2為本發明實施例一提供的另一種太陽能電池鍍膜方法的流程圖；圖3為本發明實施例一提供的太陽能電池鍍膜方法所採用的太陽能鍍膜設備的結構示意圖；圖4為本發明實施例一提供的傳輸裝置的結構示意圖；圖5為本發明實施例一提供的預熱腔室的內部結構的主視圖；圖6為本發明實施例一提供的氧化腔室的內部結構的主視圖。圖1中箭頭方向a表示載板104的傳輸方向。參見圖1至圖6所示，本實施例提供了一種太陽能電池鍍膜方法，包括以下步驟：

s1.將放置有矽片105的載板104放置在傳輸裝置上；

具體地，採用矽片105抓取裝置將矽片105放置在載板104上，再將載板104放置在傳輸裝置上。其中，矽片105抓取裝置為現有技術，其結構不再詳細描述。

需要說明的是，也可以先將載板104放置在傳輸裝置上，然後採用矽片105抓取裝置將矽片105放置在載板104上。

s2.關閉第一隔離機構114，使預熱腔室101與氧化腔室102斷開，關閉第二隔離機構115，使氧化腔室102與鍍膜腔室103斷開；對氧化腔室102和鍍膜腔室103分別抽真空；

具體地，所述預熱腔室101的出口與所述氧化腔室102的進口之間設置有第一封閉腔室，所述第一隔離機構114設置在所述第一封閉腔室的內部；所述氧化腔室102的出口與所述鍍膜腔室103的進口之間設置有第二封閉腔室，所述第二隔離機構115設置在所述第二封閉腔室的內部。

s3.傳輸裝置將載板104傳送至預熱腔室101中，對預熱腔室101抽真空，預熱腔室101對矽片105進行預熱；

具體地，預熱腔室101的進口設置有真空閘閥，預熱腔室101內部的壓力與外界大氣壓相等時，將真空閘閥打開，傳輸裝置將載板104傳送至預熱腔室101中，再將真空閘閥關閉，對預熱腔室101抽真空，預熱腔室101對矽片105進行預熱。

需要說明的是，傳輸裝置位於預熱腔室101、氧化腔室102和鍍膜腔室103的內部，以預熱腔室101為例，參見圖3所示，圖3中未示出第一加熱裝置107。傳輸裝置包括多個滾輪裝置，多個滾輪裝置沿載板104傳輸方向a的兩側相對設置，且多個滾輪裝置均勻間隔設置，其中，滾輪裝置可以採用磁力轉軸124和滾輪125固定連接的形式，將載板104放置在滾輪125上，由驅動裝置驅動磁力轉軸124轉動，從而帶動滾輪125轉動，進而將載板104依次傳送至預熱腔室101、氧化腔室102和鍍膜腔室103。其中，驅動裝置包括電機120和同步帶傳動裝置，電機120的動力輸出端連接有同步軸123，同步軸123兩端分別通過同步帶傳動裝置驅動多個磁力轉軸124同時轉動。其中，同步帶傳動裝置包括同步帶121和同步輪122，作為優選，本實施例中的同步帶121和同步輪122均採用現有的同步帶和同步輪。

s4.開啟第一隔離機構114，傳輸裝置將載板104傳送至氧化腔室102中，再次關閉第一隔離機構114，矽片105在氧化腔室102中形成氧化矽薄膜；

具體地，矽片105預熱後，開啟第一隔離機構114，傳輸裝置將載板104傳送至氧化腔室102中，再次關閉第一隔離機構114，將氧化腔室102中的真空度調節至工藝所需的值。本實施例中，參見圖6所示，氧化腔室102的內部設置有等離子體發生器106和第一加熱裝置107，等離子體發生器106位於氧化腔室102的進口處，第一加熱裝置107位於傳輸裝置的上方，用於對矽片105進行加熱；氧化腔室102的底板上設置有用於與真空泵連通的抽口119，抽口119靠近氧化腔室102的出口處。向等離子體發生器106中通入氧氣，在等離子體發生器106的作用下，生成氧氣等離子體，在真空泵的作用下，氧氣等離子體能夠沿箭頭方向b運動，從而經過矽片105的上表面，與矽在高溫下反應，生成氧化矽薄膜。

本實施例中，氧化腔室102的內部設置有導流板108，導流板108位於等離子體發生器106的上方，用於使等離子體發生器106產生的等離子體進入第一加熱裝置107與矽片105之間。

作為優選，導流板108的下板面不高於第一加熱裝置107所在的位置。當等離子體發生器106產生的氧氣等離子體撞擊到導流板108時，在導流板108的作用下，氧氣等離子體能夠改變運動方向，防止氧氣等離子體流向第一加熱裝置107的上方，從而增加了與矽片105表面反應的氧氣等離子體的含量，在真空泵的作用下，氧氣等離子體能夠沿載板104的傳輸方向運動，從而經過矽片105的上表面，與矽在高溫下反應，生成氧化矽鈍化層。

本實施例中，氧化腔室102的內部設置有第二加熱裝置109，第二加熱裝置109位於傳輸裝置的下方，用於對矽片105進行加熱。通過第二加熱裝置109對矽片105的下表面進行加熱，能夠實現持續加熱，使得矽片105受熱均勻，鍍膜效果更好。作為優選，第二加熱裝置109為鋁板加熱器。

s5.開啟第二隔離機構115，傳輸裝置將載板104傳送至鍍膜腔室103，再次關閉第二隔離機構115，形成氧化矽薄膜的矽片105在鍍膜腔室103中沉積氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和氧化鋁薄膜中的一種或幾種。

具體地，調節鍍膜腔室103的真空度，使其與氧化腔室102的真空度相等，開啟第二隔離機構115，傳輸裝置將載板104傳送至鍍膜腔室103，再次關閉第二隔離機構115，將鍍膜腔室103中的真空度調節至工藝所需的值。需要說明的是，鍍膜腔室103為現有技術，其結構不再詳細描述。具體包括以下步驟：

s51.對鍍膜腔室103內部進行加熱並抽真空；例如，可以利用鋁板加熱器加熱至350～450℃的溫度；

s52.啟動鍍膜腔室103內部的離子源；例如，離子源設為500～2000w，啟動鍍膜腔室103內部設置的射頻電源系統(rf)激發生成離子體，用rf引發的等離子體激發化學反應生成氧化鋁薄膜和/或非晶矽薄膜；

s53.將矽片105輸送至氧化鋁鍍膜區域，利用第一噴射裝置111噴射生成氧化鋁薄膜的反應氣體，並且利用第二噴射裝置112沿垂直朝向載板104的方向噴射一氧化二氮、氬氣、氦氣中的一種或多種混合的氣體；例如，氣管中第一噴射裝置111噴射的三甲基鋁為50～200sccm、一氧化二氮為500～2000sccm，第二噴射裝置112噴射的一氧化二氮為2000～5000sccm；

s54.將沉積有氧化鋁薄膜的矽片105輸送至氮化矽鍍膜區域，利用第三噴射裝置113沿垂直朝向載板104的方向噴射生成氮化矽薄膜或非晶矽薄膜的反應氣體；例如，氣管中第三噴射裝置113噴射的氨氣為1000～4000sccm、矽烷為200～600sccm。

需要說明的是，可以根據不同太陽能電池的要求，有選擇性地進行鍍膜，以形成氧化矽薄膜、氮化矽薄膜、非晶矽薄膜和/或氧化鋁薄膜，也就是說，上述步驟s4、s53和s54可以根據實際生產加工情況進行選擇。

本實施例提供的太陽能電池鍍膜方法，只需對矽片105進行一次裝載，就能夠在真空環境下連續完成全部的鍍膜過程，降低了矽片105的汙染程度和破碎率，提高了生產效率。

此外，預熱腔室101、氧化腔室102和鍍膜腔室103能夠單獨封閉，從而滿足了不同腔室中的不同真空度的工藝要求。

本實施例中，預熱腔室101的出口與氧化腔室102的進口之間設置有第一封閉腔室，第一隔離機構114設置在第一封閉腔室的內部；氧化腔室102的出口與鍍膜腔室103的進口之間設置有第二封閉腔室，第二隔離機構115設置在第二封閉腔室的內部。

本實施例中，氧化腔室102的真空度為10～200pa，作為優選，氧化腔室102的真空度為10～100pa，氧化腔室102的溫度為500～600℃，第一加熱裝置107可以為紅外線加熱管，利用紅外線加熱管將氧化腔室102內部的溫度加熱至500～600℃，以達到形成氧化矽薄膜所需的溫度。

本實施例中，氧化矽薄膜的厚度形成的速率為0.1～10nm/min。在實際生產過程中，可以通過調節傳輸裝置的傳輸速度來控制矽片105在氧化腔室102中的時間，從而得到符合工藝要求的氧化矽鈍化層。

作為優選，氧化矽薄膜的厚度形成的速率為0.5～0.7nm/min。

本實施例中，鍍膜腔室103的真空度為10～500pa。氧化鋁鍍膜區和氮化矽鍍膜區用同一個壓力控制系統。

本實施例中，參見圖5所示，預熱腔室101的內部設置有設置有第一加熱裝置107，用於對矽片105進行預熱，預熱腔室101的溫度為400～500℃。

本實施例中，第一隔離機構114和第二隔離機構115均為真空閘閥。

真空閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運動方向與流體方向相垂直，流體阻力小，密封面受介質的衝刷和侵蝕程度小，真空閘閥的開閉較省力，介質流向不受限制，不擾流、不降低壓力。

作為優選，本實施例採用現有的vat真空閥門。

本實施例的另一可選方案中，參見圖2所示，步驟s1和步驟s2的順序可以互換，也就是說，先關閉第一隔離機構114，使預熱腔室101與氧化腔室102斷開，關閉第二隔離機構115，使氧化腔室102與鍍膜腔室103斷開；對氧化腔室102和鍍膜腔室103分別抽真空；然後再將放置有矽片105的載板104放置在傳輸裝置上，這樣的方式也能夠實現對矽片105的鍍膜過程。

實施例二

圖7為本發明實施例二提供的太陽能電池鏈式生產設備的工藝流程圖。圖7中，p表示抽真空。參見圖7所示，本實施例提供了一種太陽能電池鏈式生產設備，該設備適用於實施例一提供的太陽能電池鍍膜方法。

本實施例中，太陽能電池鏈式生產設備包括沿載板104的傳輸方向依次設置的自動上料臺126、實施例一提供的太陽能電池鍍膜設備、冷卻腔室127、放氣腔室128和自動下料臺129，其中，傳輸裝置能夠將載板104從自動下料臺129傳送回自動上料臺126，進行下一批矽片105的裝載和鍍膜過程，如此往復，實現了太陽能電池的連續化生產。

實施例三

本實施例提供了一種利用實施例一的太陽能電池鍍膜方法製備的perc晶矽太陽能電池，具體步驟為：在p型晶矽正面上，先製造絨面-金字塔(單晶)或黑矽(多晶)，通過磷擴散生成n發射極，然後利用本發明實施例一的太陽能電池鍍膜設備在氧化腔室102中形成厚度為1～5nm的氧化矽鈍化層，氧化腔室102的真空度為10～100pa；在鍍膜腔室103中沉積厚度為70～85nm的氮化矽抗反射膜雙層結構，鍍膜腔室103的真空度為50～200pa；然後通過傳輸裝置再次將矽片105經過預熱腔室101和氧化腔室102傳送至鍍膜腔室103，在p型晶矽背面沉積厚度為1～20nm的氧化鋁鍍膜層和厚度為80～120nm的氮化矽鍍膜層；最後，背面以雷射開洞後，鋪上鋁漿層；當正面印刷銀漿導線後，一起高溫燒結形成正負接觸電極。由於採用了實施例一的太陽能電池鍍膜設備對perc晶矽太陽能電池的正、反表面進行鈍化，提高了電池的光電轉換效率。

需要說明的是，也可以先在p型晶矽背面沉積厚度為1～20nm的氧化鋁鍍膜層和厚度為80～120nm的氮化矽鍍膜層，然後再在p型晶矽正面形成厚度為1～5nm的氧化矽鈍化層和厚度為70～85nm的氮化矽抗反射膜雙層結構。

需要說明的是，製造絨面-金字塔(單晶)或黑矽(多晶)以及形成正負接觸電極的方法屬於現有技術。

實施例四

本實施例提供了一種利用實施例一的太陽能電池鍍膜方法製備的新型晶矽太陽能電池hjt結構，具體步驟為：在電池正反面形成厚度為1～3nm的氧化矽鈍化層和厚度為1～10nm的非晶矽鍍膜層，其中，氧化腔室102的真空度為10～100pa，鍍膜腔室103的真空度為10～100pa。用化學氣相沉積(cvd)在正面沉積p+非晶矽發射極，在反面沉積n++非晶矽膜。在電池兩面分別沉積tco膜和印刷銀漿導線後，低溫燒結完成正負接觸電極。hjt電池的光電轉換效率可以達到23％。

實施例五

本實施例提供了一種利用實施例一的太陽能電池鍍膜方法製備的新型晶矽太陽能電池topcon結構，具體步驟為：正面硼擴散生成p發射極，再在鍍膜腔室103中形成厚度為1～3nm的氧化鋁鈍化層和厚度為70～85nm的氮化矽抗反射膜，鍍膜腔室103的真空度為10～100pa。然後通過傳輸裝置再次將矽片105經過預熱腔室101傳送至氧化腔室102，在電池反面形成厚度為1～3nm的氧化矽鈍化層，氧化腔室102的真空度為10～100pa；再傳送至鍍膜腔室103，沉積厚度為50～1000nm的n摻雜非晶矽膜。當正面印刷銀漿導線，背面鋪上鋁漿層後，經過750～850℃高溫燒結，背面n摻雜非晶矽膜變成導電n摻雜多晶矽膜。這樣同時形成正負接觸電極。topcon電池的光電轉換效率可以達到25％。

實施例六

pert(passivatedemitter，reartotally-diffusedcell)，鈍化發射極背表面全擴散電池，是一種典型的雙面電池。雙面太陽電池是指矽片105的正面和反面都可以接受光照並能產生光生電壓和電流的太陽電池，這種電池可以用p型矽片製造，也可以用n型矽片製造。npert雙面電池基本工藝流程為：(1)雙面制絨；(2)上表面擴散硼製成p+n結；(3)背面擴散磷製成n+n結；(4)雙面鈍化薄膜；(5)雙面金屬化。

其中，利用實施例一的太陽能電池鍍膜方法製備的雙面鈍化薄膜，具體步驟為：在氧化腔室102中，在n+背表面場上形成氧化矽層，其中，氧化腔室102的真空度為10～100pa；然後由傳輸裝置將矽片105傳送至鍍膜腔室103，在鍍膜腔室103中沉積氮化矽層，鍍膜腔室103的真空度為50～200pa，從而形成氧化矽/氮化矽疊層鈍化膜，氧化矽膜可以很好的對n+面進行表面鈍化，加上氮化矽膜的帶正電荷特性，可以同時獲得較好的表面鈍化和場鈍化的效果，而且還能起到很好的減反射作用。

需要說明的是，也可以在鍍膜腔室103中，在p+摻雜麵沉積氧化鋁薄膜，氧化鋁自身帶有負電荷，對p型矽(c-si)的場鈍化效果較好。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。