本發(fā)明涉及一種新型太陽能電池的制備方法,屬于新能源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
能源和環(huán)境問題是二十一世紀(jì)人類面臨兩大主題。晶體硅太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種半導(dǎo)體器件，在不久的將來，光伏發(fā)電將會(huì)部分取代傳統(tǒng)化石能源在能源結(jié)構(gòu)中的地位。目前制約硅晶體太陽能電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙仍然是成本和效率問題。提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本是光伏研究的重點(diǎn)和始終追求的目標(biāo)。在硅太陽能電池成本中硅片大約占了30％-40％，所以繼續(xù)降低硅片的成本仍是一個(gè)重要的研究方向。傳統(tǒng)的硅片生產(chǎn)方法是通過鑄錠、開方、切片的方法進(jìn)行的。在整個(gè)過程中大約有60％左右的硅材料以劇痕的形式而損失掉；另外在硅太陽能電池背面由于復(fù)合的產(chǎn)生，進(jìn)一步降低了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。因此為了降低晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)成本，提高轉(zhuǎn)換效率，設(shè)計(jì)出一種新型太陽能電池的制備方法勢在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了減小太陽能電池硅材料的損失和電池背面載流子的復(fù)合，在冶金級(jí)襯底硅片上減少晶格失配，獲得在襯底硅片上表面粗糙度小、結(jié)晶完整與光電性能好的高純硅薄膜，本發(fā)明提出一種新型太陽能電池的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種新型太陽能電池的制備方法，包括：a、襯底硅片的制備襯底硅片的制備用物理提純方法，首先取純度2N的金屬硅，經(jīng)吹起造渣方法，除去金屬元素和硼元素，得純度3N的金屬硅，純度3N的金屬硅經(jīng)酸洗除去金屬元素、硼元素和磷元素，再經(jīng)鑄錠的方法得純度4N的硅錠，把硅錠切割成長156mm×寬156mm，厚度500μm的襯底硅片；b、生長氮化硅(SiNx)薄膜采用PECVD設(shè)備制備氮化硅薄膜，控制溫度為450℃，氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)的總流量為5.6slm,氨氣和硅烷的流量比為8.5:1,氣壓為1700mTorr,功率為3800W,在襯底硅片上沉積氮化硅薄膜的厚度為80nm；c、生長多晶硅薄膜在真空條件下，襯底硅片的溫度為650-900℃時(shí)，用石墨吸盤控制襯底硅片蘸取硅溶液，在氮化硅薄膜上制備厚度為100μm的多晶硅薄膜，得太陽能電池片；d、退火為了使蘸取的高純多晶硅薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量，較低的缺陷密度和較高的少子壽命，蘸取后必須對(duì)太陽能電池片進(jìn)行退火處理；退火在通氫的真空電阻爐中進(jìn)行，太陽能電池片依次在1350℃、1250℃、900℃、600℃和300℃下各進(jìn)行保溫退火30分鐘，最后冷卻至25℃；e、激光開孔在退火后的太陽能電池片背面用激光開孔，采用激光參數(shù)為200K-27A-4.5m/s的皮秒激光器,重復(fù)率為18％，平均能量為6W，單點(diǎn)能量為28μJ；f、PN結(jié)、減反膜和電極的制備采用常規(guī)工業(yè)化中晶體硅太陽能電池PN結(jié)、減反膜和電極的制備方法,完成太陽能電池的制備。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，在a中，所述襯底硅片的少子壽命為5μs，電阻率為2.4Ohmcm，其中，襯底硅片中主要雜質(zhì)的要求：B<2ppmw、P<3ppmw、Fe<0.16ppmw、Al<0.2ppmw、Ca<0.2ppmw。進(jìn)一步，在b中，所述PECVD設(shè)備為德國Centrotherm公司生產(chǎn)并市售的低頻(40kHz)管式PECVD設(shè)備。進(jìn)一步，在c中，所述真空條件的真空度為3×10-9Torr。進(jìn)一步，在c中，所述硅溶液的溫度為1650℃，純度為6N。進(jìn)一步，在e中，所述激光開孔的效果：線寬30μm,線距1mm,開孔率2.5％。在本發(fā)明中，純度2N的金屬硅指純度99％的金屬硅，純度3N的金屬硅指純度99.9％的金屬硅，純度4N的硅錠指純度99.99％的硅錠，此種表示方式為本領(lǐng)域公知的表示方式。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明涉及一種新型太陽能電池的制備方法,具體涉及物理提純法制備4N冶金級(jí)襯底硅片、制備多晶硅薄膜與激光開孔等方法,本發(fā)明采用物理冶金法制備出的4N級(jí)襯底硅片，具有良好的導(dǎo)電性能，按照半導(dǎo)體工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行清洗，使用等離子體氣相沉積的方法在預(yù)處理的4N級(jí)襯底硅片上沉積氮化硅薄膜，減小襯底硅片表面雜質(zhì)的影響，同時(shí)改善后續(xù)蘸取多晶硅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量；在真空條件下，在氮化硅薄膜上采取蘸取的方法，制備一層厚100μm的多晶硅薄膜，再經(jīng)過退火處理，改善多晶硅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，提高晶粒大小，減少位錯(cuò)，提高光電性能；由于氮化硅材料具有絕緣性能，為了使太陽能電池具有良好的電極接觸，采用激光打孔的方法把襯底硅片和氮化硅薄膜打穿，制備的太陽能電池具有良好性能，電極金屬化較好，轉(zhuǎn)換效率比較高；最后利用常規(guī)晶體硅太陽能電池的制備方法，制作PN結(jié)、減反膜、正面電極和背面電極。利用蘸取液相外延生長工藝方法制備出的太陽能電池結(jié)晶完整、表面形貌良好，具有較好的光電性能，生長設(shè)備、工藝簡單便宜，避免了硅材料的切割損失，能夠大大降低太陽能電池的成本；另外在背面電極制備過程中采用激光開孔的方法，由于激光開孔不與襯底硅片接觸，避免了雜質(zhì)的引入，制備效率較高。本方法制備的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19％，因此本申請(qǐng)為制備低成本、高效率太陽能電池提供了一種新的工藝手段。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備多晶硅薄膜的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：1、襯底硅片，2、石墨吸盤，3、感應(yīng)線圈，4、硅溶液，5、氮化硅薄膜，6、激光開孔處，7、金屬電極，8、減反膜，9、多晶硅薄膜。具體實(shí)施方式以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1a、冶金級(jí)襯底硅片的制備襯底硅片的制備用物理提純方法，首先取純度2N的金屬硅，經(jīng)吹起造渣方法，除去金屬元素和硼元素，得純度3N的金屬硅，純度3N的金屬硅經(jīng)酸洗除去金屬元素、硼元素和磷元素，再經(jīng)鑄錠的方法得純度4N的硅錠，把硅錠切割成長156mm×寬156mm，厚度500μm的襯底硅片，襯底硅片按標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體清洗工藝進(jìn)行清洗。所述襯底硅片的少子壽命為5μs，電阻率為2.4Ohmcm，其中，襯底硅片中主要雜質(zhì)的要求：B<2ppmw、P<3ppmw、Fe<0.16ppmw、Al<0.2ppmw、Ca<0.2ppmw。本步驟關(guān)鍵在于4N高導(dǎo)電率襯底硅片的制備，采用投資少，工藝簡單，污染少，安全易推廣的物理法提純多晶硅技術(shù)。物理提純多晶硅的方法參考專利：一種多晶硅除硼方法CN101671023A，一種造渣精煉去除工業(yè)硅中硼磷雜質(zhì)的方法CN102951645A，一種采用硅鐵合金定向凝固提純多晶硅方法CN102659110B，一種冶金級(jí)硅中磷和硼的去除方法CN101844768A。b、生長氮化硅(SiNx)薄膜本步驟關(guān)鍵在于氮化硅薄膜的生長。氮化硅薄膜在本發(fā)明中占有重要地位。由于4N級(jí)襯底硅片中含有較多的金屬雜質(zhì)和硼、磷等非金屬雜質(zhì)，在襯底硅片與高溫硅溶液接觸過程中以及退火過程中，雜質(zhì)元素會(huì)向高純多晶硅薄膜擴(kuò)散，會(huì)影響太陽能電池片的電活性，降低太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。因此氮化硅薄膜作為阻擋層，會(huì)阻止雜質(zhì)向高純多晶硅薄膜的擴(kuò)散，保證電池性能不受到破壞；另一方面氮化硅薄膜作為鈍化層，進(jìn)一步鈍化硅片表面的懸掛鍵和體內(nèi)缺陷態(tài)，提高鈍化性能，減小表面復(fù)合速率，提高電池光電效應(yīng)。另外氮化硅還能將透射到電池背面的太陽光進(jìn)一步反射回電池內(nèi)部，再一次被利用，進(jìn)一步提高電池的效率。采用PECVD設(shè)備制備氮化硅薄膜，控制溫度為450℃，氨氣(NH3)和硅烷(SiH4)的總流量為5.6slm,氨氣和硅烷的流量比為8.5:1,氣壓為1700mTorr,功率為3800W,在襯底硅片上沉積氮化硅薄膜的厚度為80nm，在此條件下制備的太陽能電池具有更好的短波效應(yīng)，能夠有效的阻擋來自襯底硅片的雜質(zhì)，并能起到良好的鈍化性能。所述PECVD設(shè)備為德國Centrotherm公司生產(chǎn)并市售的低頻(40kHz)管式PECVD設(shè)備。c、生長多晶硅薄膜如圖1所示，現(xiàn)有多晶硅薄膜的制備方法是采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法在襯底硅片上襯底，而本發(fā)明首先對(duì)氮化硅薄膜按標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝進(jìn)行清洗，再對(duì)襯底硅片1預(yù)熱，使襯底硅片1的溫度為650-900℃，電感爐通過感應(yīng)線圈3對(duì)硅溶液4進(jìn)行加熱使溫度保持在1650℃，硅溶液4純度為6N，在真空度為3×10-9Torr的真空條件下，用石墨吸盤2控制襯底硅片1蘸取硅溶液4，在氮化硅薄膜上制備厚度為100μm表面形貌良好、平整的多晶硅薄膜，得太陽能電池片；本制備多晶硅薄膜方法相對(duì)于傳統(tǒng)多晶硅電池的制備無需切片，避免了鋸痕損失，工藝簡單，降低了成本。其中，硅溶液物理提純法進(jìn)行，具體方法為純度為2N的金屬硅，經(jīng)過吹氣造渣，除金屬元素和硼元素使純度達(dá)到3N；再酸洗除金屬元素、磷元素和硼元素等，使金屬硅的純度提高到4N；真空熔煉除磷和鋁等元素，金屬純度進(jìn)一步提高，達(dá)到5N；定向凝固除金屬形成柱狀晶體硅。形成太陽能級(jí)柱狀多晶硅硅錠的純度≥6N。從而完成太陽能級(jí)多晶硅提純的過程。襯底溫度為關(guān)鍵參數(shù)，隨著襯底溫度與硅溶液的溫度差的減小，襯底和外延層會(huì)有更好的結(jié)合，缺陷密度和位錯(cuò)也會(huì)減小。但是襯底溫度也不能太高，襯底溫度過高硅片會(huì)軟化，當(dāng)襯底硅片與高溫硅溶液接觸時(shí)間過長時(shí)就會(huì)融化。因此襯底硅片溫度保持在650-900℃。d、退火為了使蘸取的高純多晶硅薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量，較低的缺陷密度和較高的少子壽命，蘸取后必須對(duì)太陽能電池片進(jìn)行退火處理；退火在通氫的真空電阻爐中進(jìn)行，太陽能電池片依次在1350℃、1250℃、900℃、600℃和300℃下各進(jìn)行保溫退火30分鐘，最后冷卻至25℃；e、激光開孔在退火后的太陽能電池片背面氮化硅薄膜用激光開孔，采用激光參數(shù)為200K-27A-4.5m/s的皮秒激光器,重復(fù)率為18％，平均能量為6W，單點(diǎn)能量為28μJ，激光開孔的效果：線寬30μm,線距1mm,開孔率2.5％；氮化硅薄膜不僅能夠使襯底硅片中雜質(zhì)不會(huì)擴(kuò)散到多晶硅薄膜，另一方面作為鈍化層可使背面復(fù)合減少5％-10％、背反射光增加約3％-4％，有效的提高了太陽能電池的性能。f、PN結(jié)、減反膜和電極的制備采用常規(guī)工業(yè)化中晶體硅太陽能電池PN結(jié)、減反膜和電極的制備方法,完成太陽能電池的制備。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，普通太陽能電池結(jié)構(gòu)為，從背面起為鋁金屬電極，鋁背場，硅片；本發(fā)明制備的太陽能電池為金屬電極7，減反膜8，鋁背場，襯底硅片1，氮化硅薄膜5，激光開孔，多晶硅薄膜9，激光開孔的位置在圖2中的激光開孔處6。相比傳統(tǒng)太陽能電池,本太陽能電池在背面多了一層氮化硅鈍化層，降低了背面復(fù)合速率，提高了背面反射率，從而提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。