[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙層結(jié)構(gòu)ITO電極晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410303370.2
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104103715A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石強(qiáng);金浩;蔣方丹;陳康平;郭俊華;姚軍曄
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江晶科能源有限公司;晶科能源有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18;H01L31/0224;C23C14/35
• 代理公司: 浙江杭州金通專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 吳關(guān)炳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙層結(jié)構(gòu)ITO電極晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法。

背景技術(shù)

電極制作是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的最后一道工序，它承擔(dān)著收集硅片中的載流子并將其輸送至外部電路的責(zé)任，是太陽(yáng)能電池制程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，電極的制造主要通過(guò)絲網(wǎng)印刷金屬漿料，在硅片正面形成Ag電極，在硅片背面形成Ag背電極和Al背場(chǎng)。由于Ag為貴金屬，其大約占非硅成本的30%，使得太陽(yáng)能電池的成本居高不下；此外，由于正面Ag柵線的遮光作用，降低了到達(dá)太陽(yáng)能電池發(fā)射極的光子數(shù)量，降低了太陽(yáng)能電池的電流密度，而減少遮光面積需要降低Ag柵線寬度，這對(duì)金屬漿料性能和網(wǎng)版質(zhì)量提出了更高的要求；正電極為柵指狀分布，使得電池發(fā)射極的橫向電阻大，引起太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻增大，電池的轉(zhuǎn)換效率難以提高。因此，貴金屬電極的這些缺點(diǎn)制約了太陽(yáng)能電池的飛速發(fā)展。

ITO具有高電導(dǎo)率、高透過(guò)率、優(yōu)異的耐磨損性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，是目前Ag電極最有潛力的替換材料，具體表現(xiàn)為：可以全部或者部分取代太陽(yáng)能電池正面的Ag電極，降低太陽(yáng)能電池制備成本；ITO薄膜透明，其光透過(guò)率可達(dá)90%以上，可利用的太陽(yáng)光子數(shù)量增多，太陽(yáng)能電池的電流密度增大；ITO薄膜電阻率低，由于其在硅片表面均勻分布，使得太陽(yáng)能電池的橫向電阻低，大大降低了太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻。

目前用于晶硅電池的正面電極方案如圖1所示，其優(yōu)缺點(diǎn)分別如下：將ITO直接沉積于發(fā)射結(jié)上，這種方法很簡(jiǎn)單，電池的制造成本低，但由于ITO薄膜本身無(wú)鈍化效果，硅片表面的復(fù)合速度快，使得電極收集的電流減少，轉(zhuǎn)換效率下降；而且ITO薄膜無(wú)退火或者退火工藝不合適，ITO薄膜的電阻率偏高，在正面ITO薄膜上需要印刷Ag電極，即需要印刷主柵和部分的副柵線，Ag的耗量降低量有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種雙層結(jié)構(gòu)ITO電極晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法，ITO電極透光率和電導(dǎo)率高且鈍化效果好，串聯(lián)電阻小，電池轉(zhuǎn)換效率可提高0.1%~0.2%；而且工藝簡(jiǎn)單，正面不印刷Ag副柵線，大大節(jié)約Ag漿料的用量，降低了生產(chǎn)成本。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是，一種雙層結(jié)構(gòu)ITO電極晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法，包括制絨、熱擴(kuò)散制p-n結(jié)、去磷硅玻璃、制備ITO電極、背面印刷Al背場(chǎng)和Ag電極、正面印刷Ag主柵線，所述的制備ITO電極在磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行，其特征在于，所述的制備ITO電極按照以下步驟進(jìn)行：

⑴將去磷硅玻璃的硅片置于陽(yáng)極，將ITO陶瓷靶以及二氧化硅靶和/或氮化硅靶置于陰極，通入Ar和H₂混合氣體，啟動(dòng)射頻電源，開(kāi)始磁控濺射，在N+層上沉積一層ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜，根據(jù)濺射功率大小控制ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜中ITO∶二氧化硅∶氮化硅的摩爾比為1∶0.01~0.3∶0.01~0.3，或者ITO∶二氧化硅或氮化硅的摩爾比為1∶0.01~0.3，并使ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜的厚度為10~30nm，光透過(guò)率為85%~90%，折射率為1.7~1.9，電阻率5×10^-4~1×10^-3Ω.cm；

⑵將磁控濺射腔中的氣體抽走，繼續(xù)通入Ar和H₂混合氣體，并將ITO陶瓷靶材以外的濺射靶材屏蔽，再次開(kāi)始磁控濺射，在ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜上沉積一層純的ITO薄膜，控制ITO薄膜厚度為30~80nm，光透過(guò)率為92%以上，折射率為1.8~1.9，電阻率為1×10^-5~3×10^-4Ω.cm；

⑶在磁控濺射工藝過(guò)程中，硅片的溫度控制在250~400℃，使得ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜和ITO薄膜沉積過(guò)程中一邊沉積一邊退火；在ITO薄膜沉積結(jié)束后，將硅片的溫度提高50~150℃，抽走磁控濺射腔體中氣體，然后充入H₂，繼續(xù)退火2~20min。

本發(fā)明通過(guò)磁控濺射制備雙層結(jié)構(gòu)ITO電極，在沉積ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜和ITO薄膜并退火結(jié)束后，在硅片背面印刷Al背場(chǎng)和Ag電極，在硅片正面ITO薄膜上僅印刷Ag主柵線而無(wú)需印刷Ag副柵線。

在本發(fā)明中，磁控濺射設(shè)備的陰極上設(shè)置多個(gè)獨(dú)立的濺射靶材放置區(qū)，不同的靶材分別放置，每個(gè)靶材對(duì)應(yīng)的電源不同，其功率可以調(diào)節(jié)，功率越大，濺射出來(lái)的組分越多，這個(gè)組分在復(fù)合薄膜中的比例越高。將ITO陶瓷靶-二氧化硅靶、ITO陶瓷靶-氮化硅靶或ITO陶瓷靶-二氧化硅靶-氮化硅靶組合進(jìn)行濺射，就能獲得相應(yīng)的ITO復(fù)合導(dǎo)電薄膜。