一种异质结太阳能电池前电极及其制备方法

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池前电极及其制备方法。

背景技术

现有的磁控溅射镀膜中，粒子沉积的能量较高，有相当部分的粒子能量大于100电子伏特，少数粒子的能量高于150-200电子伏特，一方面高能粒子对于膜层质量有益，沉积的薄膜密度高，硬度好，另一方面高能粒子在沉积时会对已经沉积的薄膜产生轰击，破坏已经沉积薄膜的结构。这种效应带来的不利影响在太阳能电池行业尤为明显，最终造成太阳能电池的开路电压下降而影响最终的光电转换效率。

磁控溅射镀膜的粒子高能特性给其应用带来了一些限制，尤其明显的是在异质结太阳能电池行业。

参见图1所示，为了获得较高的沉积速率及靶材利用效率，现有的磁控溅射沉积工艺均是使用垂直溅射的方式进行薄膜沉积，即溅射粒子流以垂直于基板的方向沉积在基板3上，沉积过程中，从靶材溅射出来的绝大部分粒子流会以接近垂直(±15°，垂直基板的角度为0°)的角度沉积在基板3上。

异质结太阳能电池的结构如图2所示，当磁控溅射用于太阳能电池前电极2的制备工艺时，溅射粒子流是直接沉积在前期已经通过PECVD工艺完成的PN结上，高能的粒子轰击PN结结区会在一定程度上造成结区性能的退化而影响最终的光电转化效率。

发明内容

基于此，提供一种异质结太阳能电池的前电极制备方法，对现有磁控溅射工艺进行改进，改善前电极的光电转化效率。

一种异质结太阳能电池前电极的制备方法，包括：

采用磁控溅射方法依次在异质结太阳能电池的PN结上沉积组成前电极的种子层和主层；

种子层的磁控溅射工艺为：采用包含两个靶材的双极磁控溅射系统进行磁控溅射，两个靶材的溅射粒子流相互碰撞散射后沉积在异质结太阳能电池的PN结上；

主层的磁控溅射工艺为：采用至少包含一个靶材的磁控溅射系统进行磁控溅射，各靶材的溅射粒子流以垂直于种子层的方向沉积在种子层上。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述双极磁控溅射系统中，两个靶材各自独立旋转。

可选的，所述双极磁控溅射系统中，各靶材内部设置有用于控制粒子流溅射方向的磁棒，各磁棒独立旋转。

可选的，所述双极磁控溅射系统中，靶材与磁棒各自独立旋转。

可选的，所述双极磁控溅射系统中，两个靶材的溅射粒子流的夹角为40～180°。

可选的，所述双极磁控溅射系统中，两个靶材的溅射粒子流的夹角为120～140°。

可选的，在前电极制备过程中，两个靶材内的磁棒角度持续变化或调整至预定角度后保持静止。

可选的，种子层的磁控溅射工艺参数为：沉积工艺气压0.6～1.2Pa，功率密度1～2KW/m；主层的磁控溅射工艺参数为：沉积工艺气压0.3-0.6Pa，功率密度小于10KW/m。

本申请还提供了一种异质结太阳能电池前电极，采用所述的制备方法制备得到。

可选的，所述种子层的厚度为8～15nm，所述主层的厚度为90～110nm。

本申请提供的异质结太阳能电池的前电极制备方法，对现有磁控溅射工艺进行改进，改善前电极的光电转化效率。

附图说明

图1为现有技术中的磁控溅射示意图；

图2为异质结太阳能电池的结构示意图；

图3为本申请异质结太阳能电池前电极的制备方法中种子层的溅射示意图；

图4为本申请异质结太阳能电池前电极的制备方法中主层的溅射示意图。

图中：1、前电极；2、PN结；3、基板；4、靶材；5、磁棒；6、种子层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

参见图3、图4所示，一种异质结太阳能电池前电极的制备方法，包括：

采用磁控溅射方法依次在异质结太阳能电池的PN结2上沉积组成前电极1的种子层和主层；

种子层的磁控溅射工艺为：采用包含两个靶材4的双极磁控溅射系统进行磁控溅射，两个靶材4的溅射粒子流相互碰撞散射后沉积在异质结太阳能电池的PN结2上；

主层的磁控溅射工艺为：采用至少包含一个靶材4的磁控溅射系统进行磁控溅射，各靶材4的溅射粒子流以垂直于种子层6的方向沉积在种子层6上。

本申请提供一种低成本的适用于制作异质结太阳能电池前电极1的磁控溅射方法，将异质结太阳能电池的前电极1分为两个部分，分别为直接沉积在PN结2上的种子层6，以及沉积在种子层6上的主层，种子层6和主层采用不同的溅射系统和溅射工艺，以解决磁控溅射粒子高能特性带来的问题。

图3、图4中表达的PN结和种子层的结构仅为示意，重点表达磁控溅射的方向。

进行种子层6沉积时，两个靶材4的溅射粒子流首先进行碰撞，消耗掉部分能量，然后以散射的形式沉积在异质结太阳能电池的PN结2上，避免高能粒子直接撞击PN结2对已有结构造成破坏。

双极磁控溅射系统中，两支靶材4一起构成溅射系统，交流脉冲电源的两极分别连接两支靶材4，溅射镀膜时两支靶材4在交流电源周期变化中互为阴阳极，一支靶材4作为阴极溅射时，另一支靶材4为阳极，此时的阳极吸附脱离磁场束缚的二次电子，极大的降低二次电子沉积到异质结太阳能电池的PN结2上的概率，降低异质结太阳能电池的PN结2温度，减小溅射沉积对PN结2的损伤。

种子层6沉积完成后，可以采用现有技术中常用的磁控溅射方式完成主层的溅射沉积。在进行主层磁控溅射时，溅射粒子流以垂直于种子层6的方向沉积在种子层6上，此处的垂直并非精确的90°，而是允许存在偏差，例如±15°的偏差。

参见图3所示，双极磁控溅射系统中，两个靶材4各自独立旋转。

两个靶材4各自独立的通过步进电机等驱动装置驱动旋转，靶材4可以采用ITO靶。

双极磁控溅射系统中，各靶材4内部设置有用于控制粒子流溅射方向的磁棒5，各磁棒5独立旋转。

靶材4的溅射粒子流择优方向与磁棒5的角度一致，因此，通过控制磁棒5旋转的不同角度，可以控制溅射粒子流的方向。参见图3所示，其中一靶材4内的磁棒5旋转角度α和另一靶材4内的磁棒5旋转角度θ可以分别在0°到180°之间无极可调。

双极磁控溅射系统中，靶材4与磁棒5各自独立旋转。本申请采用的双极磁控溅射系统，只需要在常规的磁控溅射设备上安装带磁棒5旋转的阴极系统即可实现。

靶材4旋转是为了靶材4上的各部分均能够利用，磁棒5的旋转则是为了控制溅射粒子流的方向，靶材4和磁棒5的旋转各自独立。

溅射粒子流的能量损失与粒子碰撞的角度相关，因此，通过控制两个靶材4的溅射粒子流的方向可以控制碰撞时的能量损失，碰撞后的溅射粒子，会以一种准无序、低能的形式在腔室环境中运动，最终在异质结太阳能电池的PN结2上完成种子层6的沉积。

参见图3所示，双极磁控溅射系统中，两个靶材4的溅射粒子流的夹角β为40～180°。进一步的，双极磁控溅射系统中，两个靶材4的溅射粒子流的夹角β为120～140°。在这个范围内，可以获得相对较低能量的溅射粒子流和合适的沉积速率。

在其中一实施例中，其中一磁棒5的旋转角度α为25°，另一磁棒5的旋转角度θ也为25°，此时两个靶材4的溅射粒子流的夹角β为130°，测试数据表明此时的溅射粒子能量比α和θ均为90°时的粒子能量低约50-60％。

在前电极1制备过程中，两个靶材4内的磁棒5角度持续变化或调整至预定角度后保持静止。

在前电极1制备过程中，两个靶材4内的磁棒5旋转角度调整至适当后，在溅射过程中保持静止，或溅射过程中两个靶材4内的磁棒5始终保持旋转，且旋转角度始终维持在适当范围内均可采用。

种子层6的磁控溅射工艺参数为：沉积工艺气压0.6～1.2Pa，功率密度1～2KW/m；主层的磁控溅射工艺参数为：沉积工艺气压0.3-0.6Pa，功率密度小于10KW/m。种子层6和主层的溅射均在氩气与氧气的混合气氛下进行。

本申请将异质结太阳能电池的前电极1分为种子层6和主层，种子层6主要是考虑低能量的溅射，保护PN结2不受粒子轰击的损伤，主层主要考虑膜层的导电性和透过性，有了种子层6的保护，主层溅射时不用考虑其对PN结2的损伤，主层的溅射过程参见图4所示，从靶材4溅射出来的粒子流会以接近垂直(90°)的角度沉积在种子层6上。

本申请还提供了一种异质结太阳能电池前电极1，采用所述的制备方法制备得到。种子层6的厚度为8～15nm，主层的厚度为90～110nm。

在玻璃基板上使用本申请提供的前电极1制备方法进行测试，采用ITO靶，种子层6厚度为10nm，主层厚度为90nm，ITO膜层总厚度为100nm时，膜层的方块电阻大约14-16ohm/□，含玻璃基板(1mm的超白玻璃)的可见光(380nm-780nm)平均透过率可以达到83-86％，非常适合于异质结太阳能电池。

采用双极磁控溅射系统在异质结太阳能电池的PN结2上沉积种子层6，能够大大降低高能粒子流的轰击，沉积好的种子层6，一方面为后续的主层工艺提供同质成膜核心，利于提高主层薄膜的膜层质量；另一方面种子层6为PN结2提供保护，有了种子层6的保护，主层溅射时(主层使用传统的高能溅射方式制备)的高能粒子轰击对PN结2的损伤非常微小，使用传统的磁控溅射制备得到的主层质量高，有着优异的电学和光学性能，非常适合用作异质结太阳能电池的前电极1。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。