专利名称：湿法沉积和低温热处理相结合制备异质结太阳电池方法
技术领域：
本发明涉及一种湿法沉积和低温热处理相结合制备异质结太阳电池的方法，更确切地说是一种基于湿法沉积金属栅线，然后再低温热处理(低温烧结)制备异质结太阳电池的方法，属于异质结太阳电池领域。
背景技术：
随着社会经济的发展，对能源的需求不断增加，能源危机愈演愈烈；而能源的消耗过程中造成了生态环境的严重破坏，两者之间的矛盾也愈加凸显。为了实现社会经济的可持续发展，可再生能源、清洁能源将扮演越来越重要的角色。作为21世纪最重要的能源，太阳能资源由于其安全、无污染、资源永不枯竭等特点，成为了各国竞相研究、开发的热点。目前，太阳能应用最为广泛、最为成熟的是太阳能的光-热、光-电转换。太阳电池就是利用光生伏特效应直接把光能转化成电能，实现太阳能光电转换的典型，在实际应用中占据重要地位。然而，目前产业化最为成熟的晶硅太阳电池总体转换效率偏低、制程能耗大、高温特性不好、光致衰减较为严重，还无法实现光伏发电的“平价上网”要求。硅异质结太阳电池(HIT太阳电池)通过在晶硅上沉积无定形硅薄膜，在硅片和P型掺杂薄膜间引入一层钝化层，产生电荷分离场，可有效提高开路电压及转换效率。这种电池既利用了薄膜电池的制造工艺优势，又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点，具有较高的转换效率(目前最高接近25%)、良好的温度特性(在同样的高温应用下，异质结太阳电池比晶硅太阳电池性能衰减更少)、较低的工艺温度(异质结太阳电池工艺均在200°C以下)等优点，成为太阳电池发展的热点。以η型异质结太阳电池为例，其基本结构如
图1所示，主要包括η型硅基底、本征非晶硅钝化层、η型(或P型)非晶硅掺杂层、抗反射层、金属栅线。由于非晶硅薄膜掺杂层的横向导电性能较差，故在异质结电池的制备过程中，常在非晶硅和金属栅线之间插入一层光电性能较好的透明导电薄膜作为抗反射层及导电层，以改善提高电池接触特性及电性能。为了充分收集光伏效应产生的载流子，通过在太阳电池正表面制备金属栅线，背表面制备金属栅线或整面金属电极，形成物理上的正负极，从而引出光伏效应产生的电流。故太阳电池金属栅线是影响电池性能参数的关键因素。根据太阳电池对金属栅线的要求，更少的遮光损失、更小的金属栅线线电阻、更低的成本、更低的金属栅线接触电阻、更小的功率损耗的栅线设计是太阳电池金属栅线的发展方向。目前，产业化一般多通过丝网印刷银浆料的方法制备金属栅线。丝网印刷具有工艺成熟、步骤简单、图形多样化、产量大等优点，但随着异质结高效太阳电池的发展，丝网印刷的金属栅线由于其较低的高宽比、较高的线电阻、低温烧结时较高的接触电阻制约了异质结电池性能的进一步提高。另一方面，丝网印刷的主要物料金属银价格昂贵，在硅料成本不断下降的情况下，丝网印刷银金属栅线在太阳电池成本中所占的比例越来越大。如表1，铜和银具有接近的电导率和密度，但是铜的价格大约只有银的1/10，若能够用铜作金属栅线，减少甚至不采用银作为金属栅线，可以极大的降低太阳电池的制造成本。表IAg和Cu的电导率和密度
权利要求
1.一种基于湿法沉积和低温热处理相结合制备异质结太阳电池的方法，包括异质结光伏结构的制备，其特征在于在单面或双面透明导电层上湿法沉积金属栅线，然后低温热处理合金化；其中: ①金属栅线至少包括位于所述的透明导电层之上的金属接触层和依次位于金属接触层上面的金属传导层和金属焊接层； ②所述的湿法沉积包括:电沉积、光诱导沉积、化学沉积，或是其组合； ③所述的低温热处理合金化，以形成良好的接触和粘附特性。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于具体步骤是包括(A)或(B)中任一种: 方法(A) (a)在异质结光伏结构上形成透明导电层，所述光伏结构的基底包括在η型或P型衬底上制备异质结太阳电池，并在上面沉积透明导电层的一种或是几种的组合； (b)掩膜形成图形，通过印刷、旋涂、喷涂、滚轮热压、提拉、浸溃或PECVD方法在种子层上覆盖抗刻蚀剂，掩膜材料包括油墨、聚合物、干膜、光刻胶、SiO2或SiNx中的一种或几种的组合，采用选择性化学腐蚀、光刻、等离子体蚀刻或激光蚀刻方式形成金属栅线的掩膜图形； (c)金属栅线形成，通过湿法沉积的方式在掩膜开口处、透明导电层上制备金属栅线，包括N1、Cu、Ag、Au、Cr、Pb、Sn、In、B1、Zn、Co或Cd金属及其组合或合金；由于掩膜的绝缘性，金属的沉积只在掩膜开口处的透明导电层上进行，从而形成金属栅线的图形；所述的金属栅线包括所述金属接触层、金属传导层和金属焊接层； (d)掩膜去除，通过溶液的溶解、湿法腐蚀、光刻liftoff、等离子体蚀刻、加热或激光蚀刻方式去除覆盖的掩膜； (e)背电极制备，通过丝网印刷、物理气相沉积、电沉积、光诱导沉积或化学沉积的方式进行； (f)低温热处理合金化，热处理气氛为02、Ar、He、Ne、N2,H2或空气，热处理温度为100-250。。； 方法(B) 步骤(a)、(b)、(d)和( f)同方法(A)中步骤(a)、(b)、(d)和(f)，且方法(A)中，步骤(e)不需要，而步骤(C)为:双面湿法沉积形成金属栅线，在透明导电层上进行双面湿法沉积，从而形成双面金属栅线 的图形，所述的金属栅线包括所述金属接触层、金属传导层和金属焊接层。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于方法(A)或(B)中低温热处理合金化时热处理时间为l-60min。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述的透明导电层工艺步骤是: a)晶硅衬底的损伤处去除及表面织构化； b)沉积本征非晶娃层1-typea_Si,厚度为0_50nm ； c)沉积η型非晶娃层n-typea_Si，厚度为l_50nm ； d)沉积本征非晶娃层1-typea_Si,厚度为0_50nm ； e)沉积P型非晶娃层p-typea_Si，厚度为l_50nm ； f)P面沉积透明导电层；g)N面沉积透明导电层。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于所述的透明导电层不仅导电而且具有透光性，包括下述中的至少一个或叠层:1n2O3、In2O3ISn(ITO)、In2O3 = W(IWO)、ZnO, ZnO: Al (AZO)、ZnO:Ga (GZO)、CdO, SnO2、SnO2:F (FTO)、SnO2: Sb、MgIn2O4、Zn2In2O5、Zn2SnO4、LaB4、TiN、ZrN、PEDOT: PSS、PPY-PVA、聚苯胺、聚噻吩、Au、Al、Pt、Pd、Ag 或 Cr。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的金属接触层、金属传导层和金属焊接层的厚度依次为l-5000nm、0.1-100 μ m和l_5000nm。
7.按权利要求1或2所述的太阳电池，其特征在于: (1)所述的金属接触层，包括Ag、Cr、Pb、Zn、Sn、Sb、In、B1、Co、Cd或Tl金属中一种或几种的组合或是其合金，位于透明导电层上面，能在低温烧结时与透明导电层形成良好的接触、粘附特性； (2)所述的金属传导层,包括N1、Cu、Ag、Cr、Al、Zn或Au金属中一种或几种的组合,位于金属接触层上面； (3)所述的金属焊接层,包括Sn、Ag、Pb或In金属中一种或几种的组合或是其合金,位于金属传导层上 面。
全文摘要
本发明涉及一种湿法沉积和低温热处理相结合制备异质结太阳电池方法，其特征在于在单面或双面透明导电层上湿法沉积金属栅线，然后低温热处理合金化；其中①金属栅线至少包括位于所述的透明导电层之上的金属接触层和依次位于金属接触层上面的金属传导层和金属焊接层；②所述的湿法沉积包括电沉积、光诱导沉积、化学沉积，或是其组合；③所述的低温热处理合金化，以形成良好的接触和粘附特性。本发明的优点是可实现无银或少银的金属栅线，降低成本，且低温下热处理与现有异质结太阳电池制备工艺匹配。总之，本发明无种子层电镀，金属接触层是一种具有特殊的温度特性的金属或合金，能在低于250℃热处理温度下与透明到点膜形成良好的接触与粘附特性。
文档编号H01L31/18GK103137791SQ20131008078
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者俞健, 邱羽, 孟凡英, 刘正新 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所