[發明專利]一種粉末冶金金屬硅太陽能電池襯底制備工藝

有效

• 申請號: 200810031498.2
• 申請日: 2008-06-16
• 公開（公告）號: CN101295749A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 周繼承;趙保星;李幼真;陳勇民;李莉;榮林艷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;B22F3/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于太陽能電池襯底材料制備領域，涉及一種粉末冶金金屬硅太陽能電池襯底制備工藝。

背景技術

晶體硅原材料繼續保持較高的價格，使得單晶硅太陽能電池成本無法大幅度降低。薄膜太陽電池被認為是新一代太陽能電池，開發新型多晶薄膜太陽能電池成為首選的單晶硅太陽能電池替代產品。多晶硅薄膜太陽能電池要求光吸收層有盡可能大的晶粒和合適的晶粒取向，以降低少數載流子在電池體內和表面的復合，從而提高多晶硅薄膜太陽能電池的開路電壓、短路電流和效率。

目前，多晶硅薄膜太陽能電池選用的襯底主要有：高溫系列的陶瓷、顆粒硅帶和低溫系列的玻璃等。

高溫工藝中選用陶瓷襯底是為了能夠繼承現有成熟的晶體硅太陽能電池高溫工藝，降低再次開發的成本。但是陶瓷襯底存在著一系列難于解決的問題，包括：陶瓷表面處理工藝、陶瓷襯底雜質向薄膜中擴散問題、硅薄膜熱膨脹開裂問題、晶粒質量不高問題。為了解決這些問題需要開發針對性的表面處理工藝、雜質阻擋層工藝、熱過渡層工藝以及再結晶工藝，這樣使得陶瓷襯底的多晶硅薄膜太陽能電池工藝復雜、成本降低有限。

顆粒硅帶使用的是高質量的硅粉，降低成本的空間有限。我國掌握了由硅礦制備金屬硅(≤99.9％)的技術，但電子級高純多晶、單晶硅長期依賴進口，高純硅粉的進口價格是金屬硅出口價格的2000余倍。大規模生產晶硅太陽能電池必將消耗大量6N級晶硅原材料，長期來看這對我國發展太陽能電池產業十分不利。

低溫工藝中選用玻璃襯底，襯底不能承受600℃以上的高溫工藝。這種工藝制度下沉積的薄膜質量差，一般采用輔助的金屬誘導工藝，而且需要開發專門的后期電池結構制備工藝，這些工藝都不能與現有的晶體硅太陽能電池工藝很好對接，導致研發及工業化生產成本都降低有限。

針對以上對各類襯底的分析，可以看出薄膜襯底決定薄膜晶粒質量及后期工藝。

發明內容

本發明提供一種粉末冶金金屬硅太陽能電池襯底制備工藝，以解決現有薄膜太陽能電池襯底工藝復雜、成本高、耐溫低以及襯底雜質向薄膜擴散等缺陷。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種粉末冶金金屬硅太陽能電池襯底制備工藝，其特征在于：將純度為99.0～99.9％金屬硅原材料經過制粉、成型和在1050～1150℃燒結(優選溫度為1100℃)，制成金屬硅錠子，然后將金屬硅錠子切割成薄片，在薄片上采用化學氣相方法或物理氣相方法沉積一雜質阻擋層。

所述的燒結的保溫時間為1～2小時，優選2小時。

所述的燒結在N₂或H₂氣氛下氣氛保護下進行。

作為改進，所述N₂或H₂的流速為10～12L/min(優選參數為10L/min)。

所述的雜質阻擋層優選由SiC靶通過物理氣相沉積方式制備而成，所述的SiC靶為高純SiC靶，其純度為99.99％以上。

所述的薄片的厚度為300～500微米。

所述的成型為將金屬硅粉末模壓成型或等靜壓成型。

金屬硅原材料優選3N級金屬硅，即純度為99.9％及以下。

所述的制粉采用濕法球磨方式，經烘干過篩處理后制得5～10微米的硅粉。

本發明的有益效果有：

(1)有效阻擋雜質擴散：金屬硅襯底的雜質阻擋制備完全可借鑒現有的集成電路Cu互聯中的阻擋工藝，能有效阻擋襯底雜質向薄膜的擴散。

(2)獲得的薄膜質量高：經阻擋層處理的金屬硅襯底本身可以充當薄膜沉積籽晶層便于制備大晶粒高質量多晶硅薄膜；襯底的熱膨脹系數與薄膜相同，不會存在開裂和剝落問題。

(3)成本低：該工藝的原料采用國內自產的金屬硅，原材料成本低，遠遠低于采用現有的6N級晶硅原材料。

(4)適于工業應用：這種襯底制備工藝簡單，便于大規模工業化生產。電池后期工藝可以與現有晶體硅太陽能電池生產工藝對接，工業化前景好。

本發明將提供一種廉價制備太陽能電池的襯底材料制備工藝技術，避免了常規陶瓷襯底的復雜后處理工藝，既利于沉積大晶粒高質量多晶硅薄膜，更從根本上避免了多晶硅薄膜與襯底間因熱膨脹導致的薄膜開裂問題，大大降低了晶硅太陽能電池襯底及電池芯片的成本，為太陽能電池的聯網發電應用及太陽能光伏產業化打下堅實基礎。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

粉末冶金金屬硅太陽能電池襯底制備工藝包括以下步驟：