一种异质结电池分层氢钝化方法、氢钝化装置、电池、电池组件及太阳能供电站与流程

本发明涉及电池片制造技术领域，具体涉及一种异质结电池分层氢钝化方法、氢钝化装置、电池、电池组件及太阳能供电站。

背景技术：

异质结太阳电池因具有工艺温度低、转换效率高、电池稳定性好及温度系数低等特点而备受国内外研究人员关注。一般情况下，硅片表面存在有大量的界面态缺陷，这主要是由硅片表面的大量悬挂键缺陷引起的，是有效的光生载流子复合中心。实验和理论结果都表明，当界面态缺陷密度太大时，电池的开路电压、填充因子和转换效率就会急剧下降。而借助a-si:h(i)薄膜优异的钝化能力，可对硅片表面的悬挂键缺陷进行有效钝化，从而大大降低少数载流子在异质结界面的复合速率，可使异质结电池的开路电压达到700mv以上，电池效率得到大幅提升。然而，目前针对常规晶硅电池、topcon电池、背钝化电池或异质结电池中的各类杂质、晶体缺陷或硅片表面界面态缺陷，钝化的氢源多为已经镀在硅片电池上的介电材料半导体材料的薄膜层或其任选叠层，诸如，含氢的氮化硅(sinx:h)、氮氧化硅(sioxny:h)、氧化铝(alox:h)、氧化硅(siox:h)、氮氧化铝(aloxny:h)、非晶硅(a-si:h)、纳米硅(nc-si:h)、微晶硅(μc-si:h)、多晶硅(poly-si:h)、或碳化硅(μc-sic:h)等，均是在完成整个电池制作后通过高温或长时间钝化工艺将氢原子扩散穿过器件的其它区域，这种钝化工艺只能在硅晶体表面或近表层（通常小于几微米）引入氢，并且无法在基体中及界面所需区域引入高浓度的氢原子，所以氢原子对太阳能电池基体内部及界面的杂质和缺陷的钝化作用非常有限。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的异质结电池分层氢钝化方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种异质结电池分层氢钝化方法，所述氢钝化方法为在异质结电池制备过程中对所述异质结电池的半成品至少进行一次氢钝化处理，进行氢钝化处理时对所述异质结电池的半成品进行加热并通过光源进行照射。

优选地，所述异质结电池为多层结构，所述异质结电池逐层制备，所述异质结电池每制备完成一层后对相应的层进行氢钝化处理后再进行下一层的制备。

优选地，所述异质结电池为多层结构，所述异质结电池中一层结构由多个子分层逐层制备，每一所述子分层制备完成后对相应的所述子分层进行氢钝化处理后再进行下一所述子分层的制备，或者多个所述子分层制备完成后进行氢钝化处理后再进行下一所述子分层的制备。

优选地，进行氢钝化处理的氢源为具有氢等离子体h^*的外部氢源，氢钝化处理时将制备后的所述异质结电池的半成品放置在所述外部氢源中。

进一步地，所述氢等离子体h^*为h⁺、h^-或h⁰。

优选地，进行氢钝化处理的氢源为沉积在所述异质结电池上的薄膜层。

进一步地，所述薄膜层的材料为sinx:h、a-si:h、nc-si:h、μc-si:h、poly-si:h、μc-sic:h、siox:h、sioxny:h、alox:h、aloxny:h中的一种。

优选地，进行氢钝化处理的氢源同时包括具有氢等离子体的外部氢源和沉积在所述异质结电池上的薄膜层，氢钝化处理时将制备后的所述异质结电池的半成品放置在所述外部氢源中。

进一步地，所述氢等离子体为h⁺、h^-或h⁰，所述薄膜层的材料为sinx:h、a-si:h、nc-si:h、μc-si:h、μc-sic:h、poly-si:h、siox:h、sioxny:h、alox:h、aloxny:h中的一种。

优选地，所述光源的光强为1~160个太阳光强，照射时间为3~500s。

优选地，所述光源的光谱有部分或全部光谱波长落在100nm-1100nm区域内。

优选地，所述光源为led阵列、白炽灯、激光器或者红外灯。

优选地，进行氢钝化处理时的加热温度为20-400摄氏度。

优选地，所述异质结电池包括位于中央的单晶硅片c-si、设置在所述单晶硅片的上表面的第一本征非晶硅层i-a-si:h、设置在所述第一本征非晶硅层上的n型非晶硅层n-a-si:h、设置在所述单晶硅片的下表面的第二本征非晶硅层i-a-si:h、设置在所述第二本征非晶硅层上的p型非晶硅层p-a-si:h。

进一步地，所述第一本征非晶硅层i-a-si:h、所述n型非晶硅层n-a-si:h、所述第二本征非晶硅层i-a-si:h、所述p型非晶硅层p-a-si:h每一层制备完成后进行一次氢钝化处理。

进一步地，所述第一本征非晶硅层i-a-si:h、所述n型非晶硅层n-a-si:h、所述第二本征非晶硅层i-a-si:h、所述p型非晶硅层p-a-si:h每一层均由一个或多个子分层依次叠加形成，每一所述子分层制备完成后进行一次氢钝化处理，或者叠加多个所述子分层后进行一次氢钝化处理。

本发明还提供一种异质结电池氢钝化装置，在所述异质结电池制备过程中，采用所述氢钝化装置按照上述任一项所述的氢钝化方法对所述异质结电池的半成品进行氢钝化处理。

本发明还提供一种电池，该电池采用如上述任一项所述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

本发明还提供一种电池组件，电池组件包括多个互相串联的电池，所述电池采用如上述任一项所述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

本发明还提供一种太阳能供电站，包括多个电池组件，所述电池组件采用如上述任一项所述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的异质结电池分层氢钝化方法是在异质结电池制备的过程中即采用氢钝化工艺，使得高浓度的氢原子可以扩散到硅晶体的界面，从而更好地钝化了界面上的硅悬挂键，显著降低了硅晶体的表面复合速率。

附图说明

附图1为本发明的异质结电池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的阐述。

异质结电池（hit或hjt）即带本征薄层异质结，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，它具有工艺温度低、转换效率高、高温特性好等特点，是一种低价高效电池。

异质结电池结构（hit或hjt）通常中间衬底为n型晶体硅c-si，经过清洗制绒的n型晶体硅c-si正面依次沉积厚度为5～10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-si:h)、n型非晶硅薄膜(n-a-si:h)形成表面场，在硅片背表面依次沉积厚度为5～10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-si:h)、p型非晶硅薄膜(p-a-si:h)，从而形成p-n异质结。在掺杂a-si:h薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物薄膜(tco)，最后通过丝网印刷技术在两侧的层形成金属集电极。

本发明的异质结电池分层氢钝化方法如下：

在异质结电池制备过程中对异质结电池半成品至少进行一次氢钝化处理。具体的，异质结电池一般为多层结构，在每一层制备完成后进行一次氢钝化处理工艺，然后再进行下一层的制备。异质结电池的全部或部分层由多层子分层逐层制备形成，这样，也可以在部分子分层制备完成后进行一次氢钝化处理工艺，然后再进行下一子分层的制备，或者在每一子分层制备完成后进行一次氢钝化处理工艺，然后再进行下一子分层的制备。通过这样的氢钝化工艺可以使高浓度的氢原子可以扩散到硅晶体的界面及基体内，从而更好地钝化界面上的硅悬挂键及体内杂质和缺陷，并保证镀膜层的品质、以降低硅片基体内和界表面以及镀膜层内的各复合速率。

进行氢钝化处理时需要对异质结电池的半成品进行加热并通过光源进行照射。

氢钝化处理时通过加热可提高异质结电池半成品的温度，从而可增加氢原子的扩散，以提高钝化效果。在氢钝化处理过程中对异质结电池进行加热可采用单独的加热装置如加热板来进行加热，加热板加热所产生的热量通过热传导或热对流的方式使得异质结电池被加热。另外，在氢钝化处理过程中也可采用通过光源照射异质结电池，通过光源的热辐射的方式将异质结电池加热，氢钝化处理过程中的加热温度为20~400℃。

光照可产生电荷载流子，氢钝化处理时通过光源照射异质结电池可在异质结电池中生成过量少数载流子，从而提高钝化效果。氢钝化处理过程中用于照射的光源要满足光源的光强在1~160个太阳光强范围内，1个太阳光强为1000w/m²，光源的光谱有部分或全部光谱波长落在100nm-1100nm区域内。一般光源可采用led阵列、白炽灯、激光器或者红外灯。光源照射时间与光源的光强有关，当光强在1~160个太阳光强范围内时，光强越高，需要的照射的时间越短，光强越低，所需的照射的时间越长，照射时间一般为3~500s。

通过试验测试，对异质结电池半成品进行氢钝化效果最优时的钝化参数为：加热温度为240℃、光源光强为80个太阳光强，照射时间为150s；或者加热温度为280℃、光源光强为80个太阳光强，照射时间为30s。

进行氢钝化处理的氢源可以采用以下几种方式：

（1）氢源采用外部氢源

该外部氢源为具有氢等离子体h^*的外部氢源，此处所说的氢等离子体包括h⁺、h^-或h⁰。在一真空腔室里充入氢气、硅烷或者其它含氢气体，用直流、交变电场、射频或微波pecvd使真空腔室中的气体源分子电离产生h⁺、h^-或h⁰等离子体，将制备后的异质结电池的半成品放置在h⁺、h^-或h⁰等离子体中。氢钝化处理时能够在异质结电池半成品中引入氢原子，更好地钝化界面上的硅悬挂键及体内杂质和缺陷，并保证镀膜层的品质、以降低硅片基体内和界表面以及镀膜层内的各复合速率。。

（2）氢源采用内部氢源

此处所说的内部氢源为沉积在异质结电池中的薄膜层，薄膜层的材料为sinx:h、a-si:h、nc-si:h、μc-si:h、μc-sic:h、poly-si:h、siox:h、sioxny:h、alox:h、aloxny:h中的一种。在异质结电池制造过程中利用等离子增强化学气相沉积法（pevcd）沉积上述材料的薄膜层到异质结电池的半成品上。氢钝化处理时，薄膜层中富含的氢原子扩散到硅晶体的界面，可钝化界面上的硅悬挂键，降低硅晶体的表面复合速率。

（3）氢源同时包括外部氢源和内部氢源

该方式中的氢源同时包括上述的（1）和（2）种的两种形式的氢源，在真空腔室里充入氢气、硅烷或者其它含氢气体，将真空腔室中的气体电离，氢气变成正负氢和中间价态的氢作为外部氢源，硅烷电离后形成sih、sih2或者sih3，可在异质结电池的半成品上沉积形成含氢非晶硅层或其它含氢薄膜层并作为内部氢源。

以下以异质结电池的具体结构为例来说明本发明的氢钝化方法。

如图1所示，异质结电池包括位于中央的单晶硅片1、设置在单晶硅片的上表面的第一本征非晶硅层2、设置在第一本征非晶硅层2上的n型非晶硅层3、设置在单晶硅片1的下表面的第二本征非晶硅层4、设置在第二本征非晶硅层4上的p型非晶硅层5、分别设置在n型非晶硅层3和p型非晶硅层5上的透明导电膜tco。该结构的异质结电池的制造工艺过程如下：

（1）制作单晶硅片1，进行制绒、清洗处理；

（2）对单晶硅片1进行第一次氢钝化处理，氢钝化处理时同时对单晶硅片1进行光照和加热以使得氢离子能快速进入单晶硅片1的基底；

（3）通过pecvd方法在单晶硅片1的上表面形成6nm左右的第一本征非晶硅层2，即i层；

（4）对第一本征非晶硅层2进行氢钝化处理；

（5）在第一本征非晶硅层2上用pecvd方法形成n型非晶硅层3；

（6）对n型非晶硅层3进行氢钝化处理；

（7）通过pecvd方法在单晶硅片1的下表面形成第二本征非晶硅层4，即i层；

（8）对第二本征非晶硅层4进行氢钝化处理；

（9）在第二本征非晶硅层4上形成p型非晶硅层5；

（10）对p型非晶硅层5进行氢钝化处理；

（11）在p型非晶硅层5和n型非晶硅层3上分别制作透明导电膜6。

上述制备异质结电池的过程中，在每一层制备完成后均进行氢钝化处理，当然，也可以选择只在部分层制备完成后进行氢钝化处理，这可根据实际需要来确定。

该异质结电池的第一本征非晶硅层2、n型非晶硅层3、第二本征非晶硅层4、p型非晶硅层5每一层均具有一定厚度，该厚度的第一本征非晶硅层2、n型非晶硅层3、第二本征非晶硅层4、p型非晶硅层5可一次性制备成型，这样，在氢钝化处理时，可在该层制备完成后选择进行一次氢钝化处理，或者也可以按照多个子分层逐层制备以达到最终的厚度，这样，在每个子分层制备完成后进行一次氢钝化处理，或者部分子分层制备完成后进行一次氢钝化处理，即制备各层第一本征非晶硅层2、n型非晶硅层3、第二本征非晶硅层4、5型非晶硅层5时需要进行多次氢钝化处理。

以制备第一本征非晶硅层2为例，其厚度为6nm，在制备该层时，可一次性制备形成6nm厚的第一本征非晶硅层2，这样，在该层制备完成后进行一次氢钝化处理即可。或者在制备第一本征非晶硅层2时，每次制备2nm厚的子分层，每制备完成2nm厚子分层后，进行一次氢钝化处理，这样，制备第一本征非晶硅层2时就需要进行三次氢钝化处理。

本发明还提供一种氢钝化装置，异质结电池制备过程中，采用该氢钝化装置按照上述氢钝化方法进行氢钝化处理。

本发明还提供一种电池，该电池按照上述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

本发明还提供一种电池组件，电池组件包括多个互相串联的电池，电池按照上述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

本发明还提供一种太阳能供电站，包括多个电池组件，电池组件按照上述的氢钝化方法进行氢钝化处理。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。