一種硅基太陽能電池及其單晶硅片鈍化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及硅基太陽能電池制備領域，具體為一種硅基太陽能電池及其單晶硅片鈍化方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著研究和生產技術的發展，太陽能電池將在傳統能源領域發揮重大作用。現在的市場主要有硅系太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池以及有機染料敏化太陽能電池等。其中硅系太陽能電池因其在原材料儲備方面的優勢而成為太陽能電池的主導產品，保持了 80%以上的市場占有率。與其他類型的太陽能電池相比，其科研和生產已經相對成熟和穩定，光電轉換效率較高，在未來幾年間，全球各國光伏發電的巨大需求將促使硅系太陽能電池的發展勢頭將會保持強勁而不會發生逆轉。盡管硅系太陽能電池有諸多優勢，但娃材料價格相對較高，這使其在價格方面處于較為弱勢的地位。低價太陽能電池一直受到關注。減少硅材料的使用或使用低價硅材料是一種有效方法。多晶硅是有力競爭者，但要大面積獲得高轉換效率還有很多問題需要解決，如控制晶粒均勻生長、表面鈍化、光陷阱、晶粒邊界、晶粒的完整等，這些問題已被系統研究，但由于成本問題目前還沒有找到適合大量生產的解決方案。
[0003]其中，非晶硅薄膜太陽能電池也是低價太陽能電池的一種，電池采用低溫工藝制造，制備工藝簡單，造價低廉，適合大面積生產，但是非晶硅太陽能電池的轉換效率仍比較低，并且Staebler-Wronski效應的存在影響了電池性能的穩定性。為了降低成本，同時保持高轉換效率，采用非晶硅/單晶硅異質結是很好的選擇，近年來帶本征薄層異質結太陽能電池，即 HIT(Heterojunct1n with Intrinsic Thin-Layer)太陽能電池引起了人們極大的興趣。HIT太陽能電池采用非晶硅薄膜/單晶硅襯底異質結結構，綜合了單晶硅和非晶硅太陽能電池的優點，是充分發揮各自長處的最佳設計。因為非晶硅薄膜技術成熟，而且這種結構電池能在較低溫度下(<250°C )制造，從而避免采用傳統的高溫(>900°C )擴散工藝來獲得PN結，減少了熱負載。不僅節約能源，而且低溫環境使得非晶硅薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度得以較精確控制，工藝上易于優化器件特性；低溫沉積過程中，單晶硅片彎曲變形小，因而其厚度可取作為本底光吸收材料光學所要求的最低值(約80 μ m)，從而節省單晶硅材料，消除了單晶硅電池在高溫處理中的性能退化；同時改善少數載流子擴散長度與電池總厚度比值，允許采用“低品質”晶體硅以及多晶硅材料，從而降低了成本。獲得高效率的HIT電池其關鍵技術之一就是實現對硅片表面懸掛鍵的飽和，從而減少少數載流子的復合，獲得非常好的鈍化效果。
[0004]等離子體增強化學氣相沉積是通過工藝氣體的等離子放電產生活性基團來促進薄膜生成的反應，能顯著降低化學氣相沉積(CVD)薄膜制備的溫度，使某些原本需要在高溫下進行的化學氣相沉積鍍膜反應可以在較低溫度下進行，等離子體增強化學氣相沉積的主要優點是適合在低溫條件下制備大面積的薄膜，可以制得優質的半導體薄膜和介質薄膜，近年來在薄膜太陽能電池、異質結太陽能電池、平板顯示等領域獲得了廣泛的應用。
[0005]現今，鈍化硅片表面的方法有熱氧化鈍化、碘酒鈍化、等離子體增強化學氣相沉積沉積氮化硅薄膜鈍化等方法。但這幾種方法都存在不同程度的不足碘酒鈍化的穩定性不好；熱氧化鈍化生長的二氧化硅需要高溫且生長周期長，對設備要求很高；等離子體增強化學氣相沉積沉積氮化硅薄膜需要的生長溫度也較高且鈍化效果不是很好。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種工藝簡單，工藝溫度要求低，少數載流子壽命高的硅基太陽能電池及其單晶硅片鈍化方法。
[0007]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0008]一種硅基太陽能電池以及其單晶硅片鈍化方法，包括如下步驟，
[0009]1)單晶硅片的清洗:對單晶硅進行清洗去除其表面的氧化層和金屬離子以及有機物；
[0010]2)單晶硅片脫水:將清洗干凈的單晶硅片進行干燥脫水；
[0011]3)氫化非晶硅鍺的沉積:將干燥的單晶硅片放入等離子增強化學氣相沉積系統中預熱，在180°C _220°C的沉積溫度和10W-20W的等離子體激發功率下，在硅烷、鍺烷和氫氣氣氛中對單晶硅片雙面進行氫化非晶硅鍺的沉積后，完成對單晶硅片的鈍化。
[0012]優選的，步驟3)中，等離子增強化學氣相沉積系統中的沉積壓強ITorr-lOTorr，沉積時間50s_300s，娃燒氣體流率lsccm-lOOsccm，鍺燒氣體流率lsccm-lOOsccm，氫氣流率 50sccm_1000sccm。
[0013]優選的，步驟1)中采用干式清洗、濕式清洗和超聲清洗中的至少一種。
[0014]優選的，步驟1)中采用改進的標準RCA清洗方法對單晶硅片進行清洗，具體步驟如下:經氨水:雙氧水:超純水體積比例為1:1.5:10的標準一液、超純水、鹽酸:氫氟酸:超純水體積比例為1:1.5:10的標準二液和超純水后清洗完成。
[0015]優選的，步驟3)中氫化非晶娃鍺沉積厚度為2-20納米。
[0016]優選的，所述用于鈍化的單晶硅片其厚度20-200微米。
[0017]優選的，所述的單晶硅片為P型或N型的單晶硅片。
[0018]優選的，單晶硅片經氫化非晶硅鍺鈍化后在空氣中退火6-10h，退火溫度240 °C -300。。
[0019]進一步，鈍化后單晶硅片的少數載流子壽命大于800 μ so
[0020]—種硅基太陽能電池，采用以上方案中中任意一項所述方法鈍化的單晶硅片。
[0021]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0022]本發明所述的鈍化方法，在180°C -220°C的環境中可以實現整個鈍化過程，降低了熱損傷。整個鈍化過程中等離子激發功率10W-20W，降低了等離子體的損傷。獲得了高的少子壽命，好的鈍化效果。為獲得高效率的異質結硅基太陽能電池做好準備。其利用等離子增強化學氣相沉積，通過操作簡單的化學氣相沉積方法一步制得，并在真空條件下完成對單晶硅片的鈍化，避免了其他雜質對電池的污染，使單晶硅片表面的懸掛鍵得到飽和，從而降低少數載流子在單晶硅片表面的復合；不僅成本低，操作簡單，質量較高，且原料成本便宜，容易獲得，成本低廉。
[0023]進一步的，通過調節反應氣體流量比來控制非晶硅鍺組成，適用于工業化生產，能夠簡化制備裝置，提高生產效率。
[0024]進一步的，能夠對不同厚度的單晶硅片進行鈍化，工藝更具靈活性。
[0025]進一步的，通過改進的標準RCA清洗方法對單晶硅片進行清洗，使其表面有機物、金屬離子得到有效地去除。
[0026]進一步的，鈍化后經退火處理，使單晶硅片表面懸掛鍵進一步飽和，獲得理想的鈍化效果。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實例中所述的鈍化后的單晶硅片結構示意圖。
[0028]圖中:1為單晶硅片，2為氫化非晶硅鍺。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0030]實例1
[0031]一種硅基太陽能電池以及其單晶硅片，包括如下步驟:
[0032]1)單晶硅片的清洗:單晶硅片能夠經過干式清洗和濕式清洗，還可以輔以超聲清洗。本優選實施改進的濕式清洗方法為例。其中所用硅片從廠家購買，不做任何處理，尺寸為125mmX 125mm:①娃片先經過預清洗，利用體積比例為氨水:過氧化氫:超純水=1:1.5:10的預清洗液，在75°C下浸泡lOmin ;②在70°C超純水中浸泡lOmin ;③在75 °C體積比例為20%氫氧化鉀浸泡lmin ;④在70°C超純水中浸泡lOmin ;⑤在80°C下，單晶制絨30min ;⑥在70°C超純水中浸泡lOmin 利用體積比例為氨水:過氧化氫:超純水1:1.5:10的洗液，在75°C下浸泡lOmin ;⑧在70°C超純水中浸泡lOmin ;⑨利用體積比例為鹽酸:氫氟酸:超純水=1:1.5:10的洗液，在75°C下浸泡lOmin ;⑩在70°C超純水中浸泡10mino
[0033]2)單晶硅片干燥:將清洗過后的單晶硅片立即從超純水取出，用氮氣吹掃，直至硅片表面沒有水滴殘留。
[0034]3)氫化非晶硅鍺鈍化層的制備:將干燥過后的潔凈硅片放入等離子增強的化學氣相沉積系統的真空腔室預熱40min，腔室溫度300°C，硅片襯底溫度220°C。進行非晶硅鍺雙面沉積，沉積壓強為1.5Torr，沉積時間300s，等離子激發功率為10W，鍺烷流率lsccm，硅烷lOsccm，氫氣流率50sCCm，沉積后完成鈍化，少數載流子壽命為228.4 μ s，氫化非晶硅鍺鈍化層的厚度為2納米。
[0035]4)退火處理:對沉積完非晶硅鍺薄膜后的單晶硅片在空氣中255°C退火5h，少數載流子壽命為856.8 μ s。
[0036]實例2
[0037]一種硅基太陽能電池以及其單晶硅片，包括如下步驟:
[0038]1)單晶硅片的清洗:單晶硅片能夠經過干式清洗和濕式清洗，還可以輔以超聲清洗。本優選實施干法清洗方法為例①硅片先經過體積比例為鹽酸:氫氟酸:超純水=1:1.5:10的清洗液，在75°C下浸泡lOmin ;②在70°C超純水中浸泡lOmin 將單晶硅片取出，用氮氣吹干；④在密閉的遮光的紫外的燈箱靜置30min。
[0039]2)氫化非晶硅鍺鈍化層的制備:將潔凈的單晶硅片放入等離子增強的化學氣相沉積系統的真空腔室預熱40min，腔室溫度300°C，硅片襯底溫度180°C。進行非晶硅鍺雙面沉積，沉積壓強為lOTorr，沉積時間50s，等離子激發功率為200W，鍺烷流率lOOsccm，硅烷lOOsccm，氫氣流率lOOOsccm，沉積后完成鈍化，少數載流子壽命為195.2 μ s’非晶硅鍺鈍化層厚度為20納米。
[0040]3)退火處理:對沉積完非晶硅鍺薄膜后的單晶硅片在空氣中240°C退火10h，少數載流子壽命為887.5 μ s。
[0041]實例3
[0042]一種硅基太陽能電池以及其單晶硅片，包括如下步驟:
[0043]1)單晶硅片的清洗:單晶硅片能夠經過干式清洗和濕式清洗，還可以輔以超聲清洗。本優選實施改進的濕式清洗方法輔以超聲為例。其中所用硅片從廠家購買，不做任何處理，尺寸為125mmX 125mm:①單晶硅片在70°C超純水超聲浸泡lOmin ;②在75°C體積比例為20%氫氧化鉀浸泡lmin ;③在70°C超純水中超聲浸泡lOmin ;④在80°C下，單晶制絨30min ;⑤在70°C超純水中超聲浸泡lOmin 利用體積比例為氨水:過氧化氫:超純水=1:1.5:10的洗液，在75°C下浸泡lOmin ;⑦在70°C超純水中超聲浸泡lOmin ;⑧利用體積比例為鹽酸:氫氟酸:超純水=1:1.5:10的洗液，在75°C下浸泡lOm