一种铸锭单晶或多晶硅异质结太阳能电池片的制备方法与流程

1.本发明涉及异质结太阳电池技术领域，尤其涉及一种铸锭单晶或多晶硅异质结太阳能电池片的制备方法。


背景技术：

2.近年来，太阳能作为取之不尽，用之不竭的清洁能源，越来越受各国的青睐。太阳电池的研发与制作，主要围绕着降本增效方向展开，提高太阳电池的转换效率是发展太阳能事业的根本，降低太阳电池的制作成本是壮大太阳能事业的基础，是满足大规模生产的先决条件。
3.硅片是生产硅基太阳电池片所用的载体，一般分为单晶硅片、类单晶硅片和多晶硅片。采用低成本的硅片材料是降低太阳电池制造成本的有效方式之一。在高效异质结太阳电池制作中，采用以铸锭单晶或多晶为衬底太阳能硅片来取代传统单晶硅片，有利降低生产生产，提高企业竞争力。
4.铸锭单是近年来新开发的定向铸造技术，其利用置于坩埚底部的仔晶进行定向生长，铸造出类似于单晶的硅锭。相对于传统的单晶硅片，类单晶硅具有制造成本低，铸锭硅片尺寸灵活，电阻率分布窄，氧含量低等优势。然而铸锭单晶，由于铸造工艺的特点，在同一硅片表面上既存在单晶区域也存在多晶区域，因此硅片内部一般存在着位错、小角度晶界、缺陷密度大等缺点，这给太阳电池的钝化带来了一定的难度，按照常规异质结太阳电池的制备方法，即使施加了高质量的表面清洁和表面钝化，总体少子寿命依旧不高，以致影响最终电池的转换效率。
5.因此，为了解决上述存在的技术问题，需要寻找一种适合铸锭单晶或多晶类硅片有效钝化方式，来减少硅片体内和表面的缺陷密度，减少载流子的复合，提升钝化水平和载流子的传输水平，使得类单晶硅片能按照传统的高效电池片制作流程进行，获得高效的电池转换效率。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种铸锭单晶或多晶硅异质结太阳能电池片的制备方法，解决现有技术中，太阳电池开路电压低，转换效率不高，产品没有竞争力等问题。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种铸锭单晶或多晶硅异质结太阳能电池片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
8.用湿化学溶液清洗硅片，去除表面的油污、金属颗粒以及其他杂质；
9.硅片表面沉积一层n型非晶或微晶硅氧薄膜并进行一系列退火处理；
10.将处理后的硅片进行表面清洗，并去除表面非晶或微晶硅氧薄膜；
11.将处理过的硅片进行表面制绒；
12.将制绒后的硅片进行氢处理；
13.将处理后的硅片进行非晶硅或微晶层镀膜，形成有效的pn结发射层和背电场；
14.在硅片薄膜层的正反面分别生成透明导电膜层；
15.在硅片正反面的透明导电膜层上形成栅线电极，完成异质结电池片的制作流程。
16.进一步的，所述硅片表面沉积一层n型非晶或微晶硅氧薄膜的薄膜沉积方式采用pecvd、hot wire cvd、lpcvd等cvd设备，n型非晶或微晶硅氧薄膜厚度为30-50nm。
17.进一步的，所述退火处理采用高温退火方式进行，退火过程包含了升温、恒温、降温过程，退火温度可以为600-1100℃之间。
18.进一步的，所述将处理后的硅片进行表面清洗，用溶剂去除表面非晶或微晶硅氧薄膜，所用溶剂为hf酸、盐酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、boe的一种或多种组合。
19.进一步的，所述氢处理采用在硅片两面都沉积氮化硅薄膜，然后再进行高温退火，氮化硅厚度在之间，退火温度控制在300-800℃之间，时间为60-600s之间。
20.进一步的，所述氢处理采用通过在pecvd中通入氢气进行辉光处理，氢气流量为0.5-20l，气压为50-500pa，功率为100-1000w，温度为150-250℃之间，处理时间控制在0.5-10min。
21.进一步的，所述氢处理采用lpcvd中通入氢气和氨气混合气体进行高温处理，所通入的氢气和氨气比例不做限定，气压为1000-10000pa，温度为300-800℃，处理时间为10-20min。
22.进一步的，所述将处理后的硅片进行非晶硅或微晶层镀膜，贴近硅片衬底的膜层为本征性非晶硅膜层，在硅片的一面本征性膜层之上覆盖n型掺杂的非晶硅或微晶硅膜层，在硅片的另外一面本征性膜层之上覆盖p型掺杂的非晶硅或微晶硅膜层；可以是含p型掺杂膜层的一侧为受光面，也可以是含n型掺杂膜层的一侧为受光面。
23.进一步的，所述沉积的透明导电膜层为含一种或多种不同金属掺杂的氧化铟膜层，如ito、iwo、itio等；或者含一种或多种不同金属掺杂的氧化锌膜层，如azo、gzo、izo等。
24.进一步的，所述透明导电膜层上形成栅线电极才采用印刷银浆或电镀铜方式。
25.由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
26.本发明中将铸锭单晶或多晶表面沉积一层n型非晶或微晶硅氧薄膜并进行一系列退火处理，在退火过程中，非晶硅或微晶硅中的磷扩散到体硅中，增强了金属离子的溶解和吸附，有利于钝化晶界和提升少子寿命；非晶或微晶硅中氧、氢化合物的存在，将体硅中的碳、硫以及金属等杂质元素逐步地往外迁移，达到了吸杂的作用，降低铸造单晶硅片体内和表面的缺陷密度，减少载流子的体内复合，提高整体的钝化水平；铸造单晶硅片在退火过程中有利于将体硅中晶粒位错进行重整，减少晶格缺陷；将制绒后的硅片进行氢处理，利用h原子进一步修复晶格缺陷，提高后续的钝化水平。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明铸造单晶硅为衬底的非晶硅异质结太阳电池的制备方法流程图；
29.图2为铸造单晶硅为衬底的非晶硅异质结太阳电池的常规制备流程示意图；
30.图3本发明流程的铸造单晶硅为衬底的非晶硅异质结电池片的el图；
31.图4为常规流程的铸造单晶硅为衬底的非晶硅异质结电池片的el图；
32.图5为常规流程与发明流程的铸造单晶硅为衬底的非晶硅异质结电池片电性能对比图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.实施例
35.参考图1，一种铸锭单晶或多晶硅异质结太阳能电池片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
36.s1、将铸造单晶硅片进行湿化学清洗，清洗溶液可以是碱液也可以是酸液，优选地所述清洗溶液用hf等酸液，hf酸质量百分比为1％-8％，去离子水质量百分比为92％-99％，硅片在hf酸溶液中的处理时间为1-6分钟，处理温度为20℃-30℃；
37.s2、将s1清洗后的硅片表面沉积一层n型非晶或微晶硅氧薄膜并进行一系列退火处理，所述n型非晶或微晶硅氧薄膜的形成可以用lpcvd设备也可以用pecvd设备，优选地用pecvd设备；所述n型非晶或微晶硅氧薄膜厚度可以为5nm-100nm；所述进行的一系列退火可以是高温退火的方式进行，也可以是微波退火方式进行，优选地本实施例中通过高温退火方式进行，退火温度控制在600-1100℃之间；
38.s3、将s2处理后的硅片进行表面清洗，用溶剂去除表面非晶或微晶硅氧薄膜，制绒所用的碱性溶液为koh或naoh中的一种，质量百分比为0.5％-3％，硅片在碱性溶液中制绒时间为10-60分钟，处理温度为75℃-85℃；
39.s4、将s3将清洗后的硅片进行表面制绒，制绒所用的碱性溶液为氢氧化钾、制绒添加剂与水的混合液，其中氢氧化钾的质量分数为1％-5％，制绒添加剂的质量分数为0.5％-3％。制绒时间为8-12分钟，制绒温度为75℃-85℃；
40.s5、将s4制绒后的硅片进行氢处理，所述氢处理优选地在硅片两面都沉积氮化硅，然后再进行高温退火，优选地氮化硅厚度在之间，退火温度控制在300℃-800℃之间，时间为60s-600s之间；
41.s6、将s5制绒后硅片的正反两面分别镀上非晶硅i n层和非晶硅i p层，从而形成有效pn结及背电场。所述本征非晶层i层厚度为1-10nm，n型和p型非晶硅层厚度为3-15nm，n型或p型非晶硅层可以用微晶层替代；
42.s7、透明导电层的沉积，将s6后的硅片进行透明导电层沉积，一般透明导电层的透过率控制在90％-99％之间，方块电阻为10-100欧姆/方块，膜厚为50-120nm；
43.s8、金属栅线集成，最后在硅片正反面上形成金属栅线，便于后续iv测试。
44.如图2所示的类单晶硅为衬底的异质结太阳电池的常规制备流程示意图，对比本发明优化的异质结流程及常规异质结流程的铸造单晶硅电池片所测试的el，如图3所示，本发明的铸造单晶硅片中的多晶痕迹已明显变浅变淡，如图4所示，而无经过处理流程的铸造单晶硅片，可以明显看出多晶发黑痕迹。
45.如图5所示，对比实验：按照本发明中所提及的针对铸造单晶异质结优化后的工艺参数，对比铸造单晶按常规异质结流程的电性能中转换效率、短路电流、开路电压及填充因
子均有较大程度的提升，且体现出更好的稳定性和一致性。
46.本发明中将铸锭单晶或多晶表面沉积一层n型非晶或微晶硅氧薄膜并进行一系列退火处理，在退火过程中，非晶硅或微晶硅中的磷扩散到体硅中，增强了金属离子的溶解和吸附，有利于钝化晶界和提升少子寿命；非晶或微晶硅中氧、氢化合物的存在，将体硅中的碳、硫以及金属等杂质元素逐步地往外迁移，达到了吸杂的作用，降低铸造单晶硅片体内和表面的缺陷密度，减少载流子的体内复合，提高整体的钝化水平；铸造单晶硅片在退火过程中有利于将体硅中晶粒位错进行重整，减少晶格缺陷；将制绒后的硅片进行氢处理，利用h原子进一步修复晶格缺陷，提高后续的钝化水平。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。