一种双层结构ito电极晶体硅太阳能电池的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种双层结构ITO电极晶体硅太阳能电池的制备方法，包括制绒、热扩散制p-n结、去磷硅玻璃、制备ITO电极、背面印刷Al背场和Ag电极、正面印刷Ag主栅线。通过磁控溅射制备双层结构ITO电极，在沉积ITO复合导电薄膜和ITO薄膜并退火结束后，在硅片背面印刷Al背场和Ag电极，在硅片正面ITO薄膜上仅印刷Ag主栅线而无需印刷Ag副栅线。ITO电极透光率和电导率高且钝化效果好，串联电阻小，电池转换效率可提高0.1%~0.2%；减少了Ag浆料的用量，降低了电池的生产成本。
【专利说明】-种双层结构丨το电极晶体硅太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能应用【技术领域】，特别是涉及一种双层结构Ι--电极晶体硅太阳 能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002] 电极制作是太阳能电池生产的最后一道工序，它承担着收集硅片中的载流子并将 其输送至外部电路的责任，是太阳能电池制程中的关键环节之一。目前，电极的制造主要通 过丝网印刷金属浆料，在硅片正面形成Ag电极，在硅片背面形成Ag背电极和A1背场。由 于Ag为贵金属，其大约占非硅成本的30%，使得太阳能电池的成本居高不下；此外，由于正 面Ag栅线的遮光作用，降低了到达太阳能电池发射极的光子数量，降低了太阳能电池的电 流密度，而减少遮光面积需要降低Ag栅线宽度，这对金属浆料性能和网版质量提出了更高 的要求；正电极为栅指状分布，使得电池发射极的横向电阻大，引起太阳能电池的串联电阻 增大，电池的转换效率难以提高。因此，贵金属电极的这些缺点制约了太阳能电池的飞速发 展。
[0003] ΙΤ0具有高电导率、高透过率、优异的耐磨损性、机械强度和化学稳定性，是目前 Ag电极最有潜力的替换材料，具体表现为：可以全部或者部分取代太阳能电池正面的Ag电 极，降低太阳能电池制备成本；ΙΤ0薄膜透明，其光透过率可达90%以上，可利用的太阳光子 数量增多，太阳能电池的电流密度增大；ΙΤ0薄膜电阻率低，由于其在硅片表面均匀分布， 使得太阳能电池的横向电阻低，大大降低了太阳能电池的串联电阻。
[0004] 目前用于晶硅电池的正面电极方案如图1所示，其优缺点分别如下：将ΙΤ0直接沉 积于发射结上，这种方法很简单，电池的制造成本低，但由于ΙΤ0薄膜本身无钝化效果，硅 片表面的复合速度快，使得电极收集的电流减少，转换效率下降；而且ΙΤ0薄膜无退火或者 退火工艺不合适，ΙΤ0薄膜的电阻率偏高，在正面ΙΤ0薄膜上需要印刷Ag电极，即需要印刷 主栅和部分的副栅线，Ag的耗量降低量有限。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种双层结构ΙΤ0电极晶体硅太阳 能电池的制备方法，ΙΤ0电极透光率和电导率高且钝化效果好，串联电阻小，电池转换效率 可提高0. 19Γ0. 2% ;而且工艺简单，正面不印刷Ag副栅线，大大节约Ag浆料的用量，降低了 生产成本。
[0006] 本发明解决技术问题所采取的技术方案是，一种双层结构ΙΤ0电极晶体硅太阳能 电池的制备方法，包括制绒、热扩散制p-n结、去磷硅玻璃、制备ΙΤ0电极、背面印刷A1背场 和Ag电极、正面印刷Ag主栅线，所述的制备ΙΤ0电极在磁控溅射设备中进行，其特征在于， 所述的制备ΙΤ0电极按照以下步骤进行： ⑴将去磷硅玻璃的硅片置于阳极，将ΙΤ0陶瓷靶以及二氧化硅靶和/或氮化硅靶置于 阴极，通入Ar和H2混合气体，启动射频电源，开始磁控溅射，在N+层上沉积一层ΙΤ0复合 导电薄膜，根据溅射功率大小控制ITO复合导电薄膜中ITO :二氧化硅：氮化硅的摩尔比 为1 : 0.01?0.3 : 0.01?0.3,或者ΙΤ0 :二氧化硅或氮化硅的摩尔比为1 : 0.01?0.3， 并使ΙΤ0复合导电薄膜的厚度为l(T30nm，光透过率为859Γ90%，折射率为1. 7?1. 9,电阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵将磁控溅射腔中的气体抽走，继续通入Ar和H2混合气体，并将ITO陶瓷靶材以 外的溅射靶材屏蔽，再次开始磁控溅射，在IT0复合导电薄膜上沉积一层纯的IT0薄 膜，控制IT0薄膜厚度为3(T80nm，光透过率为92%以上，折射率为1. 8?1. 9,电阻率为 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； ⑶在磁控溅射工艺过程中，硅片的温度控制在25(T400°C，使得ITO复合导电薄膜 和IT0薄膜沉积过程中一边沉积一边退火；在IT0薄膜沉积结束后，将硅片的温度提高 5(Tl50°C，抽走磁控溅射腔体中气体，然后充入H 2，继续退火2~20min。
[0007] 本发明通过磁控溅射制备双层结构ITO电极，在沉积ITO复合导电薄膜和ITO薄 膜并退火结束后，在硅片背面印刷A1背场和Ag电极，在硅片正面ΙΤ0薄膜上仅印刷Ag主 栅线而无需印刷Ag副栅线。
[0008] 在本发明中，磁控溅射设备的阴极上设置多个独立的溅射靶材放置区，不同的靶 材分别放置，每个靶材对应的电源不同，其功率可以调节，功率越大，溅射出来的组分越多， 这个组分在复合薄膜中的比例越高。将ΙΤ0陶瓷靶-二氧化硅靶、ΙΤ0陶瓷靶-氮化硅靶 或ΙΤ0陶瓷靶-二氧化硅靶-氮化硅靶组合进行溅射，就能获得相应的ΙΤ0复合导电薄膜。
[0009] 本发明设计双层结构ΙΤ0电极，在磁控溅射设备中先后沉积ΙΤ0复合导电薄膜和 ΙΤ0薄膜，并且双层结构即ΙΤ0复合导电薄膜和ΙΤ0薄膜的制备与退火在磁控溅射设备中一 次性完成，工艺简单；ΙΤ0电极透光率和电导率高且钝化效果好，串联电阻小，电池转换效 率可提高0. 1%~〇. 2% ;在硅片正面ΙΤ0薄膜上仅印刷Ag主栅线而不必印刷Ag副栅线，大大 减少了 Ag浆料的用量，降低了电池的生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1现有技术晶体硅太阳能电池结构示意图，正面Ι--薄膜层上印刷有Ag主栅线 和Ag副栅线。其中：1_背面Ag电极、2-A1背场、3-P型Si基片、4-N+层、5- ΙΤ0薄膜层、 6_正面Ag电极(包括主栅线和副栅线)。
[0011] 图2本发明晶体硅太阳能电池结构示意图。其中，1-背面Ag电极、2-A1背场、3-P 型Si基片、4-N+层、7-IT0复合导电薄膜、8- ΙΤ0薄膜层、9-正面Ag主栅线。
【具体实施方式】
[0012] 实施例1 :一种双层结构ΙΤ0电极晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤： 步骤1 :湿法制绒； 步骤2 :热扩散制p-n结； 步骤3 :去磷娃玻璃，并干燥； 步骤4 :在磁控溅射设备中制备ΙΤ0电极，磁控溅射设备的阴极上设置3个独立的溅射 靶材放置区，以分别放置不同的靶材并使每个靶材对应不同的溅射功率和电源；制备过程 如下： ⑴将去磷硅玻璃的硅片置于阳极，将ITO陶瓷靶和二氧化硅靶放入溅射靶材放置区， 通入Ar和Η2混合气体，启动射频电源，开始磁控溅射，在Ν+层上沉积一层ΙΤ0复合导电薄 膜，根据溅射功率大小控制ΙΤ0复合导电薄膜中ΙΤ0 :二氧化硅的摩尔比为1 : O.OfO. 3， 并使ITO复合导电薄膜的厚度为l(T30nm，光透过率为859Γ90%，折射率为1. 7?1. 9,电阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵将磁控溅射腔中的气体抽走，继续通入Ar和H2混合气体，并将二氧化硅溅射靶材屏 蔽，再次开始磁控溅射，在IT0复合导电薄膜上沉积一层纯的IT0薄膜，控制IT0薄膜厚度 为3(T80nm，光透过率为92%以上，折射率为1.8?1.9,电阻率为1ΧΚΓ 5?3Χ1〇-4Ω·〇ιι; ⑶在磁控溅射工艺过程中，硅片的温度控制在25(T400°C，使得ITO复合导电薄膜 和IT0薄膜沉积过程中一边沉积一边退火；在IT0薄膜沉积结束后，将硅片的温度提高 5(Tl50°C，抽走磁控溅射腔体中气体，然后充入H 2，继续退火2~20min ; 步骤5 :在硅片背面印刷A1背场和Ag电极； 步骤6 :在硅片正面IT0薄膜上仅印刷Ag主栅线。
[0013] 由上述制备方法获得的晶体硅太阳能电池结构如图2所示。它由下而上包括：背 面Ag电极1、A1背场2、P型Si基片3、N+层4、IT0复合导电薄膜7、TC0薄膜层8和Ag主栅 线9。其光利用率高、串联电阻小，电池的转换效率能在现有技术的基础上提高0. 1%-0. 2%。
[0014] 实施例2 :另一种双层结构ΙΤ0电极晶体硅太阳能电池的制备方法，其中： 步骤1 :干法制绒； 步骤4中⑴：将去磷硅玻璃的硅片置于阳极，将ΙΤ0陶瓷靶和氮化硅靶放入溅射靶 材放置区，通入Ar和H2混合气体，启动射频电源，开始磁控溅射，在N+层上沉积一层ΙΤ0 复合导电薄膜，根据溅射功率大小控制ΙΤ0复合导电薄膜中ΙΤ0 :氮化硅的摩尔比为 1 : 0.01?0. 3,并使ΙΤ0复合导电薄膜的厚度为l(T30nm，光透过率为859Γ90%，折射率为 1. 7?1. 9,电阻率 5 X ΚΓ4?1 X 1(Γ3 Ω · cm ; 步骤4中⑵：将磁控溅射腔中的气体抽走，继续通入Ar和H2混合气体，并将氮化硅溅射 靶材屏蔽，再次开始磁控溅射，在ΙΤ0复合导电薄膜上沉积一层纯的ΙΤ0薄膜，控制ΙΤ0薄 膜厚度为3(T80nm，光透过率为92%以上，折射率为1.8?1.9,电阻率为1X10- 5?3Χ10_4Ω· cm ； 其余各步骤均与实施例1相同。
[0015] 实施例3 :又一种双层结构ΙΤ0电极晶体硅太阳能电池的制备方法，其中： 步骤4中⑴：将去磷硅玻璃的硅片置于阳极，将ΙΤ0陶瓷靶、二氧化硅靶和氮化硅靶放 入溅射靶材放置区，通入Ar和H2混合气体，启动射频电源，开始磁控溅射，在N+层上沉积 一层ΙΤ0复合导电薄膜，根据溅射功率大小控制ΙΤ0复合导电薄膜中ΙΤ0 :二氧化硅：氮 化硅的摩尔比为1 : 0.01?0. 3 : 0.01?0. 3,并使ΙΤ0复合导电薄膜的厚度为l(T30nm，光 透过率为85%?90%，折射率为1. 7?1. 9,电阻率5 X ΚΓ4?1 X 1(Γ3 Ω · cm ; 步骤4中⑵：将磁控溅射腔中的气体抽走，继续通入Ar和H2混合气体，并将二氧化 硅和氮化硅溅射靶材屏蔽，再次开始磁控溅射，在ΙΤ0复合导电薄膜上沉积一层纯的ΙΤ0 薄膜，控制ΙΤ0薄膜厚度为3(T80nm，光透过率为92%以上，折射率为1. 8?1. 9,电阻率为 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； 其余各步骤均与实施例1相同。
【权利要求】
1. 一种双层结构ITO电极晶体硅太阳能电池的制备方法，包括制绒、热扩散制p-n结、 去磷硅玻璃、制备IT0电极、背面印刷A1背场和Ag电极、正面印刷Ag主栅线，所述的制备 IT0电极在磁控溅射设备中进行，其特征在于，所述的制备IT0电极按照以下步骤进行： ⑴将去磷硅玻璃的硅片置于阳极，将IT0陶瓷靶以及二氧化硅靶和/或氮化硅靶置于 阴极，通入Ar和H2混合气体，启动射频电源，开始磁控溅射，在N+层上沉积一层IT0复合 导电薄膜，根据溅射功率大小控制IT0复合导电薄膜中IT0 :二氧化硅：氮化硅的摩尔比 为1 : 0.01?0.3 : 0.01?0.3,或者IT0 :二氧化硅或氮化硅的摩尔比为1 : 0.01?0.3， 并使IT0复合导电薄膜的厚度为l(T30nm，光透过率为859Γ90%，折射率为1. 7?1. 9,电阻率 5Χ10^1Χ10_3Ω. cm ； ⑵将磁控溅射腔中的气体抽走，继续通入Ar和H2混合气体，并将ITO陶瓷靶材以 外的溅射靶材屏蔽，再次开始磁控溅射，在IT0复合导电薄膜上沉积一层纯的IT0薄 膜，控制IT0薄膜厚度为3(T80nm，光透过率为92%以上，折射率为1. 8?1. 9,电阻率为 1Χ10^3Χ10_4Ω. cm ； ⑶在磁控溅射工艺过程中，硅片的温度控制在25(T400°C，使得ITO复合导电薄膜 和IT0薄膜沉积过程中一边沉积一边退火；在IT0薄膜沉积结束后，将硅片的温度提高 5(Tl50°C，抽走磁控溅射腔体中气体，然后充入H 2，继续退火2~20min。
2. 根据权利要求1所述的一种双层结构ITO电极晶体硅太阳能电池的制备方法，其特 征在于，退火结束后，在硅片背面印刷A1背场和Ag电极，在硅片正面IT0薄膜上仅印刷Ag 主栅线而无需印刷Ag副栅线。
【文档编号】H01L31/0224GK104103715SQ201410303370
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】石强, 金浩, 蒋方丹, 陈康平, 郭俊华, 姚军晔 申请人:浙江晶科能源有限公司, 晶科能源有限公司