一种太阳能电池的制造方法与流程

本发明涉及光伏，尤其涉及一种太阳能电池的制造方法。

背景技术：

1、在实际制造太阳能电池的过程中，在基底上形成半导体薄膜后通常需要依赖高温来实现该半导体薄膜的充分反应和结晶，以此减少半导体薄膜中的电子缺陷，降低太阳能电池处于工作状态下半导体薄膜中的载流子复合速率，提高太阳能电池的光电转换效率。

2、但是，上述高温条件对基底材料的高温耐受性提出了较大的挑战，限制了上述半导体薄膜的应用范围、以及基底的选择，不利于提升太阳能电池的光电转换效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能电池的制造方法，用于对光吸收层沿自身厚度方向的各区域进行激光退火处理，使各区域充分反应和结晶的前提下，防止对基底造成高温损伤，扩大基底的选择范围的同时，利于提升太阳能电池的光电转换效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳能电池的制造方法，该太阳能电池的制造方法包括：首先，在基底上形成第一载流子传输层。接下来，在第一载流子传输层上形成光吸收层。光吸收层的最小吸收系数大于等于1×104cm-1。光吸收层的厚度与光吸收层的带边吸收系数对应的吸收深度大致相等。接着，仅对光吸收层沿自身厚度方向的各区域进行激光退火处理。激光退火处理采用的处理激光的光子能量大于等于光吸收层的材料带隙。然后，在光吸收层上形成第二载流子传输层。第二载流子传输层和第一载流子传输层的导电类型相反。

3、采用上述技术方案的情况下，在基底上形成用于收集相应类型载流子的第一载流子传输层后，在第一载流子传输层上形成了光吸收层。该光吸收层的最小吸收系数大于等于1×104cm-1。此时，光吸收层的吸收系数较高，可在微米级和亚微米级厚度内实现对高于自身材料对应的带隙能量的光的95％以上的吸收率而不被透过。具体的，对于能量高于光吸收层带隙能量的光子入射至光吸收层，其跃迁后剩余的电子动能能够在皮秒级范围内发生热电子弛豫，把能量转移给晶格振动，从而实现对光吸收层的加热。当光吸收层的温度升高后，其材料内深能级电子缺陷变的更加活跃，导致光激发的电子和空穴更快的发生非辐射复合，产生更多的热量，使得光吸收层沿自身厚度方向各区域进行激光退火处理后，能够得到充分反应和结晶，降低激光退火处理后光吸收层中的电子缺陷，进而降低太阳能电池处于工作状态下光吸收层沿自身厚度方向各区域中的载流子复合速率，利于提升太阳能电池的光电转换效率。同时，温度升高后，光吸收层的吸收系数会进一步增加，使得光吸收层对光子的吸收更加充分；并且光吸收层的厚度与光吸收层的带边吸收系数对应的吸收深度大致相等，确保光子能量大于等于光吸收层的材料带隙的处理激光只会对光吸收层进行加热而无法透过光吸收层，进而能够更加有效的避免处理激光被基底吸收而导致的基底发热。由此可见，本发明提供的太阳能电池的制造方法能够实现限域加热的效果，可以在不加热基底的情况下实现光吸收层沿自身厚度方向各区域的高温结晶生长，在确保所制造的太阳能电池具有较高的光电转换效率的同时，又能够降低高温结晶对基底造成损伤，扩大基底的可选种类范围。其次，因基底不会被高温加热，因此激光退火处理的热损失较少，能够降低激光退火处理的能耗。

4、作为一种可能的实现方案，上述光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的材料和/或功能不同。在此情况下，本发明提供的太阳能电池的制造方法能够实现对沿自身厚度方向的不同区域具有不同材料和/或功能的光吸收层进行激光退火处理，分别满足对光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的结晶质量要求，具有较高的限域加热精度，提高所制造的太阳能电池的良率。

5、作为一种可能的实现方案，上述仅对光吸收层沿自身厚度方向的各区域进行激光退火处理包括：基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的深度范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的激光波长范围。接下来，采用在相应激光波长范围的处理激光分别对光吸收层沿自身厚度方向的每个区域进行激光退火处理。

6、采用上述技术方案的情况下，可以根据光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的深度范围，确定与每个区域相对应的激光波长范围；并采用在相应激光波长范围的处理激光分别对光吸收层沿自身厚度方向的每个区域进行激光退火处理，确保光吸收层沿自身厚度方向的每个区域均能够被充分加热，提高光吸收层厚度方向限域加热精度，在提高所制造的太阳能电池的良率的同时，还能够确保高温结晶不会对基底造成损伤。

7、作为一种可能的实现方案，上述基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的深度范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的激光波长范围包括：基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的深度范围，依次确定光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的吸收深度范围和吸收系数范围。接着，根据光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的吸收系数范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的激光处理波长范围。

8、采用上述技术方案的情况下，基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的实际的深度范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的吸收深度范围。而吸收深度与吸收系数成反比例关系，因此基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的吸收深度范围可以确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的吸收系数范围。并且，吸收系数与激光处理波长为函数关系，因此基于光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的吸收系数范围，能够确定光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的激光处理波长范围，确保在相应激光处理波长范围内处理光吸收层沿自身厚度方向相应区域时具有较高的限域加热精度，以满足光吸收层不同深度区域的不同结晶质量要求，提高所制造太阳能电池的良率。

9、作为一种可能的实现方案，上述仅对光吸收层沿自身厚度方向的各区域进行激光退火处理包括：基于光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围，确定激光退火处理所采用的处理激光的激光波长范围。接下来，基于光吸收层沿自身厚度方向的每个区域的深度范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的激光倾斜角度。接着，采用在同一激光波长范围的处理激光，并在相应激光倾斜角度下分别对光吸收层沿自身厚度方向的每个区域进行激光退火处理。

10、采用上述技术方案的情况下，除了前文所述的在不同激光波长范围内实现对光吸收层沿自身厚度方向不同区域进行激光退火处理的方式之外，还可以通过采用同一激光波长范围的处理激光并以不同激光倾斜角度，对光吸收层沿自身厚度方向的不同区域进行照射的方式，实现对上述不同区域进行限域加热，为本发明提供的太阳能电池的制造方法提供了另一种可能的实现方式，提高本发明提供的制造方法在不同的应用场景下的适用性。另外，光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围最大；并且激光退火处理所采用的处理激光的激光波长范围是基于光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围所确定，可以在确保光吸收层沿自身厚度方向的每个区域均能够得到激光处理的同时，防止处理激光透过光吸收层而照射至基底，防止基底受到高温损伤。再者，只需要一个激光处理设备就可以实现对光吸收层沿厚度方向的不同区域进行激光退火处理，无须设置多个用以产生具有不同激光波长范围的激光处理设备，从而能够降低制造太阳能电池的器件数量，利于控制太阳能电池的制造成本。

11、作为一种可能的实现方案，上述基于光吸收层沿自身厚度方向的每个区域的深度范围，确定光吸收层沿自身厚度方向的每个区域对应的激光倾斜角度，包括：获取光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围与其余每一区域的深度范围之间的比值。接下来，以相应比值为激光倾斜角度的余弦值，确定其余每一区域对应的激光倾斜角度。

12、采用上述技术方案的情况下，因光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围最大。并且，处理激光的激光倾斜角度垂直于作用物品表面时的处理深度最大，随着处理激光相对于作用物品表面倾斜时处理深度逐渐减小。基于此，激光退火处理所采用的处理激光的激光波长范围为光吸收层沿自身厚度方向的底部区域对应的激光波长范围，并且在激光波长范围确定的情况下，处理激光的作用深度为固定范围，此时可以将光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的深度范围与其余每一区域的深度范围之间的比值作为激光倾斜角度的余弦值，精准确定其余每一区域对应的激光倾斜角度，确保光吸收层沿自身厚度方向的每个区域均能够得到处理激光的照射，进而得到充分反应和结晶，提高限域加热的精度、以及所制造的太阳能电池的良率。

13、作为一种可能的实现方案，上述光吸收层的材料包括：铜铟镓硫、银铜铟镓硫、铜铝铟镓硫、铜铟硫、铜镓硫、银铜铟硫、银铜镓硫、铜铟镓硒、银铜铟镓硒、铜铝铟镓硒、铜铟硒、铜镓硒、银铜铟硒、银铜镓硒、铜锌锡硫、铜锌镉锡硫、银锌锡硫、银铜锌锡硫、铜锌锡硒、铜锌镉锡硒、银锌锡硒、银铜锌锡硒、碲化镉、碲锌镉、硒化镉、氧化铜、氧化亚铜和硫化亚铜中的至少一种。在此情况下，上述材料均具有较高的吸收系数。当光吸收层的材料上述至少一种材料时，能够确保处理激光不会透过光吸收层而照射至基底，防止基底受到高温损伤。

14、作为一种可能的实现方案，上述光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的激光退火处理参数不同。激光退火处理参数包括处理功率、处理脉宽和处理时间中的至少一个。

15、采用上述技术方案的情况下，激光退火处理参数中处理功率、处理脉宽和处理时间均会对激光退火处理的加热温度造成影响。例如：在其他因素相同的情况下，在一定范围内，激光退火处理的处理功率越大，加热温度越高。基于此，当光吸收层沿自身厚度方向的不同区域对应的激光退火处理参数不同时，可以根据实际应用场景中对光吸收层沿自身厚度方向的不同区域的结晶质量要求确定每个区域对应的合适范围的激光退火处理参数，进一步提高限域加热的处理精度，提高所制造太阳能电池的良率。

16、作为一种可能的实现方案，上述激光退火处理对光吸收层背离基底一侧的加热温度大于激光退火处理对光吸收层靠近基底一侧的加热温度。在此情况下，激光退火处理对光吸收层靠近基底一侧的加热温度相对较低，可以降低激光退火处理时通过热传导方式传递至基底的热量，进一步降低高温结晶对基底产生的热损伤。

17、作为一种可能的实现方案，上述光吸收层沿自身厚度方向的不同区域在激光退火处理中的开始处理顺序随各区域的深度的增大而增大。

18、采用上述技术方案的情况下，光吸收层沿自身厚度方向的所有区域中，底部区域的深度最大、且底部区域与基底的距离最小。基于此，当光吸收层沿自身厚度方向的不同区域在激光退火处理中的开始处理顺序随各区域的深度的增大而增大时，光吸收层沿自身厚度方向的底部区域的开始处理顺序最大，即上述底部区域最后开始，以降低激光退火处理时通过热传导方式传递至基底的热量，进一步降低高温结晶对基底产生的热损伤。

19、作为一种可能的实现方案，上述太阳能电池为叠层太阳能电池。叠层太阳能电池包括底电池、以及位于底电池上的顶电池。底电池为基底，顶电池包括第一载流子传输层、光吸收层和第二载流子传输层。

20、采用上述技术方案的情况下，当采用本发明提供的制造方法制造位于底电池上的顶电池时，可以有效的避免处理激光被基底吸收而导致的基底发热，即能够在不加热底电池的情况下实现顶电池中光吸收层沿自身厚度方向各区域的高温结晶生长，在确保所制造的太阳能电池具有较高的光电转换效率的同时，又能够降低高温结晶对底电池造成损伤，使得底电池和顶电池制造工艺的之间具有较高的可兼容性，提高包括上述第一载流子传输层、光吸收层和第二载流子传输层的太阳能电池在叠层太阳能电池包括的顶电池中的应用范围。