用于太陽(yáng)能電池表面鈍化和電流收集的方法、材料及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專(zhuān)利屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及太陽(yáng)能電池制造領(lǐng)域，尤其涉及結(jié)合原子 層沉積技術(shù)制備的透明電極用于太陽(yáng)能電池表面的鈍化及電流收集的方法、材料及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 表面鈍化是降低表面復(fù)合率、提高硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率的重要技術(shù)手段。 (Solar Energy Materials&Solar Cells，2006,（90) :82-92)純化發(fā)射極背面接觸技術(shù) (PERC技術(shù)），在表面植絨和擴(kuò)散之后用PECVD的方法鍍?nèi)趸X薄膜做背面鈍化層，搭配 氮化硅薄膜減反層。由于三氧化二鋁和氮化硅是絕緣材料，后續(xù)的銀漿鋁漿電極要通過(guò)激 光打孔的方法和硅表面做連接。但是激光開(kāi)孔的面積是有限的，所以電極與硅的寄生電阻 和接觸電阻會(huì)影響到電流的收集從而影響電池的效率，而且局部開(kāi)孔導(dǎo)致PERC技術(shù)的工藝 復(fù)雜，并且局部開(kāi)孔還會(huì)導(dǎo)致開(kāi)孔處存在復(fù)合現(xiàn)象。德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能研究所 (Fraunhofer ISE)設(shè)計(jì)了接觸鈍化技術(shù):鈍化層為一層超薄氧化硅和一層摻雜硅薄層構(gòu)成 的鈍化，無(wú)需開(kāi)孔，通過(guò)金屬氧化物隧穿效應(yīng)實(shí)現(xiàn)鈍化層的導(dǎo)電，但是鈍化層本身很薄，需 要的工藝相對(duì)復(fù)雜。因此，在PERC技術(shù)的基礎(chǔ)上，還需要研制無(wú)需局部開(kāi)孔的表面鈍化方 法。
[0003] 另一種方案是，采用可導(dǎo)電的材料作為鈍化層來(lái)代替三氧化二鋁，有望解決寄生 電阻和接觸電阻大的問(wèn)題，提升電池轉(zhuǎn)換效率。透明導(dǎo)電氧化物(TC0)作為電極材料在光電 器件領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中錯(cuò)摻雜的氧化鋅(Aluminum doped Zinc oxide,ΑΖ0)具有 制備工藝簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)摻雜等特點(diǎn)，有文獻(xiàn)(Solar Energy，2014(110) ,595-602)報(bào)道，通過(guò) 濕法制備的ΑΖ0具有一定的鈍化性質(zhì)，但是濕法制備的工藝較為復(fù)雜，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。 原子層沉積技術(shù)(ALD技術(shù))是一種先進(jìn)的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)。采用ALD技術(shù)制備性能優(yōu)良、適合 在PERC技術(shù)中做鈍化層的透明導(dǎo)電氧化物材料尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的PERC電池技術(shù)的工藝流程，采用ALD技術(shù)進(jìn)行加工，直接用可 導(dǎo)電透明材料層作為鈍化層，從而解決寄生電阻和接觸電阻大的問(wèn)題，提升電池轉(zhuǎn)換效率， 并且適用于大批量生產(chǎn)。
[0006] 2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案
[0007] 基于原子層沉積技術(shù)(ALD)制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜，用于太陽(yáng)能電池表 面的鈍化及電流收集。具體的技術(shù)方案如下：
[0008] 納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的制備方法，采用原子層沉積技術(shù)進(jìn)行制備，具體包括 如下主要的步驟：
[0009] (1)將去背結(jié)清洗過(guò)后的硅電池片裝載進(jìn)入鍍膜的腔體，需鍍膜的面在腔體內(nèi)呈 暴露狀態(tài)，不需要鍍膜的面進(jìn)行遮擋；
[0010] (2)腔體抽真空并保持腔體內(nèi)的工藝真空不變，加熱使腔體內(nèi)的溫度達(dá)到所需要 的工藝溫度；
[0011] (3)循環(huán)10次Al2〇3的沉積作為過(guò)渡層；
[0012 ] (4)循環(huán)η 1次ZnO的沉積，循環(huán)n2次A12〇3的沉積；
[0013] (5)重復(fù)步驟(4)中的工藝n3次，直到制備出所需的納米疊層導(dǎo)電薄膜；
[0014] (6)腔體直接降溫或增加退火步驟后降溫，破真空，取出硅電池片。
[0015] 具體地，在步驟（1)中對(duì)多片硅電池片進(jìn)行加工時(shí)：在電池背面鍍膜時(shí)，將多片電 池面對(duì)面擺放并壓緊，在電池正面鍍膜時(shí)，將兩片電池背對(duì)背擺放并壓緊，以節(jié)省加工腔體 的空間，增加產(chǎn)能。
[0016] 具體地，步驟(2)中的工藝真空的選擇范圍為100帕到1000帕，工藝溫度的選擇范 圍為100-300攝氏度。
[0017]具體地，步驟（3)通過(guò)完全獨(dú)立的管路向腔體內(nèi)以脈沖的方式輸送三甲基鋁和去 離子水的蒸汽，載氣采用氮?dú)?每次沉積循環(huán)的脈沖序列為:三甲基鋁脈沖、氮?dú)獯祾?、去離 子水蒸汽的脈沖、氮?dú)獯祾?，時(shí)間分別為〇. 1秒、2秒、0.1秒、2秒。
[0018] 具體地，步驟(4)通過(guò)完全獨(dú)立的管路向腔體內(nèi)以脈沖的方式輸送二乙基鋅，三甲 基鋁和去離子水的蒸汽，載氣采用氮?dú)?ZnO每次沉積循環(huán)的脈沖序列為:二乙基鋅脈沖、氮 氣吹掃、去離子水蒸汽的脈沖、氮?dú)獯祾?，時(shí)間分別為0.1秒、2秒、0.1秒、2秒;A1203每次沉積 循環(huán)的脈沖序列為:三甲基鋁脈沖、氮?dú)獯祾?、去離子水蒸汽的脈沖、氮?dú)獯祾?，時(shí)間分別為 0.1秒、2秒、0.1秒、2秒。
[0019] 具體地，循環(huán)的次數(shù)nl、n2、n3搭配以實(shí)際應(yīng)用需要達(dá)到的氧化鋁在所述的納米疊 層透明的導(dǎo)電薄膜中的摻雜度為準(zhǔn);其中，循環(huán)的次數(shù)nl的范圍是1-100，η2的范圍是1-10， n3的范圍是1-1000。
[0020] 具體地，在步驟(6)中，在沉積鍍膜的循環(huán)過(guò)后，腔體降溫之前還可增加退火的步 驟，所需的退火時(shí)間以實(shí)際應(yīng)用需要的退火溫度為準(zhǔn)。例如500攝氏度的退火溫度采用30分 鐘的退火。
[0021] 將納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于太陽(yáng)能電池中的鈍化層的應(yīng)用，納米疊層透明的 導(dǎo)電薄膜采用上述方法制備，在η-型摻雜時(shí)納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜可用于電池 p發(fā)射極 的場(chǎng)鈍化，在Ρ-型摻雜時(shí)納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用于電池 η發(fā)射極的場(chǎng)鈍化。
[0022] 具體地，所述的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜主要包括由ZnO層和Α12〇3層組成的基本 單元;基本單元本身的循環(huán)次數(shù)為η3;基本單元中，ZnO層中ZnO單層的循環(huán)次數(shù)為nl，Ah〇3 層中AI2O3單層的循環(huán)次數(shù)為n2;薄膜的總厚度為n3 X (ZnO單層的厚度Xnl+Al2〇3單層的厚 度Xn2);氧化鋁在所述的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜中的摻雜度為n2/(nl+n2)at%;其中， 循環(huán)的次數(shù)nl和n2的范圍分別是1-100和1-10，η3的范圍是1-1000。
[0023]具體地，納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的總厚度的范圍在5納米到200納米之間。
[0024] 更具體地，當(dāng)制備薄膜時(shí)步驟(2)中的工藝真空100帕、工藝溫度為200攝氏度，ZnO 單層的厚度為〇.12nm，誤差范圍±0.01nm(根據(jù)不同的測(cè)試方法和儀器誤差范圍會(huì)不同，在 本領(lǐng)域技術(shù)人員可接受的誤差范圍內(nèi)即可，下同），Al 2〇3單層的厚度為O.lnm，誤差范圍土 O.Olnm;在此條件下，當(dāng)納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜的錯(cuò)摻雜度在1 .Oat%到7. lat%之間（此 處包括端點(diǎn)數(shù)值)時(shí)，薄膜的電阻率在1.5Xl(T3ohm · cm到3.0Xl(T3ohm · cm之間（此處包 括端點(diǎn)數(shù)值）。
[0025]將采用上述方法制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用用于PERC結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池 中的背鈍化層，可用于在P+發(fā)射極用η-型半導(dǎo)體材料做場(chǎng)鈍化，或者在n+發(fā)射極用P-型半 導(dǎo)體材料做場(chǎng)鈍化。鈍化效果比傳統(tǒng)的鋁背場(chǎng)電池(如Solar Energy，2014(110) ,595-602) 在光電轉(zhuǎn)換效率上至少可以提升0.8%，導(dǎo)電性能可以做到和硅鋁直接接觸的鋁背場(chǎng)電池 相當(dāng)。
[0026]關(guān)于其他可以使用的材料，以ΑΖ0為例，ZnO摻雜第三族的材料如8，六1，6&，111;或者 第七族材料如C1，I會(huì)變成η-型半導(dǎo)體材料。ZnO摻雜第一族的材料如Li，Na，K;或者第五族 材料如N，P，As會(huì)變成p-型半導(dǎo)體材料。
[0027] 3、有益效果：
[0028] (1)本專(zhuān)利制備的納米疊層透明的導(dǎo)電薄膜用用于PERC結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池中的背 鈍化層，鈍化效果比傳統(tǒng)的鋁背場(chǎng)電池在光電轉(zhuǎn)換效率上至少可以提升0.8%，導(dǎo)電性能可 以做到和硅鋁直接接觸的鋁背場(chǎng)電池相當(dāng)。
[0029] (2)PERC電池用的Al2〇3鈍化是基于Al2〇3內(nèi)部所帶的負(fù)電荷達(dá)到的界面場(chǎng)鈍化效 應(yīng)。ZnO本身就是η-型半導(dǎo)體，通過(guò)A1摻雜可以提供更多的自由電