[发明专利]一种高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法

说明书

本发明属于光伏技术领域，具体为一种高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法。本发明将晶硅PN结经过高压氢气钝化处理，来减弱PN结中悬挂键等缺陷的电学活性，增加少数载流子的寿命。采用本发明方法处理的PN结制备的晶硅太阳电池，其外量子效率在300nm‑1100nm的范围均得到提升，光电转化效率可相对提升10%以上。这种新型的氢钝化工艺能够减少载流子复合的电流损失，低成本地实现晶硅电池的效率提升。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法。

背景技术

硅太阳电池目前并且将在未来持续占据光伏产业的主导地位，原因在于硅元素的丰度高、晶硅电池性能稳定以及产业链的成熟。目前晶硅太阳电池的最高效率已超过26%。随着全球能源消耗量的持续增加，晶硅太阳电池效率的继续提升不仅是一个重要科学问题，也是当前光伏产业发展的迫切需求。

关于如何提升电池的效率，主要有两条大的路径，分别是减少光学或电学方面的损耗。减少光学损耗就是要吸收尽可能多的光，具体的工艺有采用减反膜、制备绒面等等。减少电学损耗就是要让光激发出的电子空穴对尽可能多地分离从而顺利进入到外部电路中去，减少电子空穴的复合，具体的方式有钝化、形成良好电极接触等等。

钝化包括表面钝化与体钝化，指的是用其他物质来填补硅材料中表面或是体内的缺陷，比如悬挂键等等，这些缺陷本身的电学活性容易引起电子的复合。当缺陷被钝化之后，电流损失得到减少，光电流便得到提升。

在电池领域里，已有的体钝化研究，主要采用的物质就是氢。因为它是最简单、体积最小的元素，更容易进入到硅晶体中。目前在光伏工业与研究中，常用的氢钝化方法有三种。第一种是通过使用等离子体增强化学气相沉积，通过硅烷和氨气形成富含氢的氮化硅薄膜，在之后的高温工序中氢扩散进入材料。这种方法的优点是工艺连贯，在镀膜的同时就能实现氢钝化，缺点是镀膜过程中的影响因素较多，氢扩散过程也难以控制。

第二种是使用低能氢离子注入来钝化硅，第三种是使用射频或者微波激发出氢等离子体进行钝化。这两种方法的优点是离子注入的过程较为可控，需要多少浓度、深度的氢都能得到较好的实现，缺点是离子轰击会对材料产生一定的损伤，需要设法避免或是进行后续处理，增加了工艺的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单、效果优异的提升晶硅电池效率的方法。

本发明提供的提升晶硅电池效率的方法，使用高压氢气对晶硅PN结进行氢钝化处理，可有效地饱和悬挂键等缺陷，提升PN结中少数载流子寿命，减少载流子复合引起的电流损失。在PN结的N型正面与P型背面，分别用电子束加热蒸镀减反射层与钝化层，其目的是增加电池对于光的吸收，并且实现良好的表面钝化。在正面与背面分别制备银栅线电极与铝电极，并进行烧结处理，其目的是形成良好的欧姆接触，将产生的光电流引出到外部电路。

本发明提供的高压氢钝化提升晶硅电池效率的方法，具体步骤如下：

（1）选取P型硅作为基底，制备晶硅PN结，厚度可以为0.1-0.3mm；

（2）将PN结浸没于无水乙醇中，超声去除表面的有机物，超声功率0.3-0.5kW，时间10-20分钟；

（3）取出PN结，用氮气枪将样品表面吹干；

该步骤中，氮气枪头一般不选择金属材质的，防止金属离子或金属原子滞留于PN结表面，影响少子器件性能；

（4）将洁净的PN结放置于高压釜中，充入一定气压的氢气，并加热；保持气体温度150℃-250℃，进行高压氢钝化；

本步骤中，当气压为2MPa-3MPa时，钝化时间为1-6天；当气压为10³-10⁴大气压量级的高压时，高压钝化时间可大幅降低到1小时以内；