[发明专利]一种制备多晶硅薄膜太阳电池的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备多晶硅薄膜太阳电池的方法和装置。

背景技术

多晶硅片和单晶硅片是当前太阳电池的主导材料。多晶硅由硅晶粒(crystal grains)和晶界(grain boundaries)组成，在硅晶粒中载流子的输运性质与在单晶硅中类似，载流子仅在晶界处受到较多散射。在多晶硅中，电子的迁移率可达～300cm²/Vs，空穴的迁移率可达～50cm²/Vs，远高于在非晶硅中的情形，非晶硅与多晶硅的比较请参见附图1。此外，多晶硅中的缺陷主要集中在晶界附近，载流子仅在晶界附近被捕获的几率高。因此，一般多晶硅太阳电池的光电转换效率为15-16％，以及单晶硅太阳电池的光电转换效率为18-19％。

但是，在晶硅太阳电池中，硅原材料占据了电池成本的大部分份额，抑制了电池模块价格的进一步下降。因此，发展硅薄膜太阳电池，减少对晶体硅片的依赖是降低太阳电池成本的可行途径。

硅薄膜太阳电池的主体是非晶硅薄膜太阳电池和非晶硅/微晶硅叠层太阳电池。非晶硅短程有序、长程无序，载流子(电子和空穴)在非晶硅中输运时，被晶格散射的几率极高，因此载流子迁移率很低。在非晶硅中，电子迁移率～1cm²/Vs，空穴迁移率更低，只有～0.003cm²/Vs，此外，非晶硅因缺陷态密度较高，载流子被捕获的几率很高，光生载流子中很大一部分并不能参与对电池光伏性能的贡献。

目前，非晶硅薄膜太阳电池的结构通常为：Substrate/TCO(Transparent Conductive Oxide)/p-layer/i-layer/n-layer/TCO/Metal。非晶硅和微晶硅薄膜均可在较低的温度下(～200℃)，用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称PECVD)方法在大面积玻璃基板上制备。因受限于非晶硅薄膜较高的缺陷态密度(～10¹⁶cm^-3)和较低的载流子迁移率(小于～1cm²/Vs)，光生载流子极易复合，非晶硅薄膜太阳电池和非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的光电转换效率很低，前者只有～6％，后者只有～8％。这些本质问题使得非晶硅薄膜太阳电池的效率难以进一步提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备多晶硅薄膜太阳电池的方法和装置，所制备的太阳电池不仅成本低，而且光电转换效率较高。

为了解决上述问题，本发明提出了一种制备多晶硅薄膜的方法，包括：提供一基板；在所述基板上沉积缓冲层；在所述缓冲层上沉积非晶硅薄膜；照射所述非晶硅薄膜使其到达熔点温度，融化形成一定深度的融层后停止照射，即对非晶硅薄膜进行退火；在对非晶硅薄膜进行退火前，将所述基板加热到一定温度，或者将连续的激光脉冲与加热相结合对非晶硅薄膜进行晶化，晶化为具有较大晶粒的多晶硅薄膜。

此外，将连续的激光脉冲与加热相结合对非晶硅薄膜进行晶化的操作，可以包括：产生能量密度依次递减的多个激光脉冲照射所述非晶硅薄膜，同时，对基板采用加热方式进行加热。

此外，所述加热方式可以利用红外线或加热板。

一种制备多晶硅薄膜太阳电池的方法，包括：提供一基板；在所述基板上沉积前电极透明导电氧化物层并进行刻蚀；在所述前电极上沉积非晶硅薄膜；照射所述非晶硅薄膜使其到达熔点温度，融化形成一定深度的融层后停止照射，即对非晶硅薄膜进行退火；在对非晶硅薄膜进行退火前，将所述基板加热到一定温度，或者将连续的激光脉冲与加热相结合对非晶硅薄膜进行晶化，晶化为具有较大晶粒的多晶硅薄膜；刻蚀所述多晶硅薄膜；在所述多晶硅薄膜上依次沉积透明导电氧化物层和金属层(铝层、或银层，或银层和铝层)作为背电极；刻蚀所述多晶硅薄膜和背电极；将基板、前电极、多晶硅薄膜、以及背电极封装成太阳电池。

此外，将连续的激光脉冲与加热相结合对非晶硅薄膜进行晶化的操作，可以包括：产生能量密度依次递减的多个激光脉冲照射所述非晶硅薄膜，同时，对基板采用加热方式进行加热。