CN101488531B - 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101488531B
CN101488531B CN200910042742XA CN200910042742A CN101488531B CN 101488531 B CN101488531 B CN 101488531B CN 200910042742X A CN200910042742X A CN 200910042742XA CN 200910042742 A CN200910042742 A CN 200910042742A CN 101488531 B CN101488531 B CN 101488531B
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
silicon
amorphous silicon
inorganic oxide
film solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200910042742XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101488531A (zh
Inventor
万青
赵斌
周棋
易宗凤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN200910042742XA priority Critical patent/CN101488531B/zh
Publication of CN101488531A publication Critical patent/CN101488531A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101488531B publication Critical patent/CN101488531B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明公开了一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法。主要包括：(1)沉积于透明导电玻璃衬底上的P型非晶硅薄膜；(2)和P型非晶硅薄膜连接的N型微米颗粒硅和透明氧化物的复合薄膜，(3)和N型复合硅薄膜接触的银或铝背电极。本发明提出的核心工艺为：1)按硅质量百分比为30～90％的比例，混合高纯N型导电类型的硅粉和无机氧化物纳米晶、胶体得到复合浆料；2)采用喷涂、印刷等成膜工艺结合退火处理在P型非晶硅层上沉积一层厚度为5-50微米的N型颗粒硅复合膜层。本发明引入了多晶硅/非晶硅异质PN结技术，同时采用颗粒多晶硅复合膜，避免了大粒径多晶硅薄膜难于直接沉积的难点，具有成本低廉，工艺简单且光电转换效率高等优势。

Description

一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种硅基薄膜太阳能电池，本发明还涉及该硅基薄膜太阳能电池的制作方法。
背景技术
基于半导体硅材料的太阳能电池制作技术成熟，同时也已经获得广泛的应用。这类太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池三种。多晶规、单晶硅太阳能电池大规模生产时的光电效率为15％-18％。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于高纯硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了硅薄膜太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能能电池一般采用化学气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积非晶硅薄膜，并结合掺杂技术完成PIN结制作。当前遇到的主要难题是：1)非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率低，想进一步显著提高已经非常困难，同时还存在老化，稳定想差等缺点。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18％，工业规模生产的转换效率为10％。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。但是采用常规技术在玻璃衬底上，沉积多晶硅薄膜沉积非常困难，目前还没有实现真正意义上的多晶硅薄膜太阳能电池产业化。结合叠层结构，采用微晶硅薄膜技术虽然可以提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率，但是大面积微晶硅的快速沉积也很困难。
我们知道，由两种禁带宽度不同的半导体材料相接触而形成的接触过渡区称异质结。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结(P-p结或N-n结)和异型异质(P-n或p-N)结，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结常具有两种半导体各自的PN结都不能达到的优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。非晶硅具有1.7eV的直接光学带隙，明显大于结晶硅的1.2eV。所以如果利用导电类型互补的非晶硅和多晶硅就可以形成异质PN结制作太阳能电池，该异质PN结可以充分利用光学带隙差异互补的特点，显著提高电池的光电转换效率。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种光电转换效率高、成本低廉的硅基薄膜太阳能电池。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种操作简单可靠、生产成本低廉的硅基薄膜太阳能电池的制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的硅基薄膜太阳能电池，在透明导电玻璃上设有一层厚度为50～200纳米的P型非晶硅薄膜，在所述的P型非晶硅薄膜上沉积有一层厚度为5-50微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜，所述的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜由纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5～10Ω.cm的多晶硅为原料制备成平均颗粒度为2.0～20微米的N型多晶硅微粉且按硅质量百分比为30～90％的比例和无机氧化物溶液混合而成，在所述的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜上设有一层银背电极或铝背电极。
所述的无机氧化物为ZnO或TiO2的胶体或者纳米晶。
制作硅基薄膜太阳能电池的方法，(1)、以透明导电玻璃为衬底沉积一层厚度为50～200纳米P型非晶硅薄膜，衬底温度为100～400℃；(2)、以纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5～10Ω.cm的多晶硅为原料制备成平均颗粒度为2.0～20微米的N型多晶硅微粉，按硅质量百分比为30～90％的比例，混合N型多晶硅微粉和无机氧化物，得到N型层复合液态浆料，(3)、采用喷涂或印刷结合退火工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜上，形成一层厚度为5-50微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜，(4)在N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜上采用磁控溅射工艺或丝网印刷结合烧结工艺制作厚度为的银背电极或铝背电极，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
上述步骤(3)中采用喷涂将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜上的衬底温度为300-500℃，气氛为大气氛围。
上述步骤(3)中采用印刷结合退火工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜上的退火温度为300-500℃，气氛为大气氛围。
所述的无机氧化物为ZnO或TiO2的胶体或者纳米晶。
采用上述技术方案的硅基薄膜太阳能电池及其制作方法，P型非晶硅薄膜的沉积工艺完全和现有非晶硅薄膜太阳能电池制作工艺兼容，主要采用等离子体增强化学气相沉积、或者等离子体增强物理气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积一层厚度大约为50-200纳米的P型非晶硅薄膜，衬底温度一般维持100℃-400℃。以高纯(纯度＞5N)N型多晶硅为原料，采用气流粉碎技术可以制备N型多晶硅微米颗粒粉末，硅粉末的平均颗粒度在2.0～20微米范围内，接着按硅质量百分比为30～90％的比例，混合高纯N型硅粉和高阻ZnO或TiO2液态胶体或者纳米晶溶液，得到N型层的复合液态浆料。采用喷涂、印刷等成膜工艺结合退火处理在P型非晶硅层上沉积一层厚度大约为5-50微米的N型颗粒硅复合膜层，一般退火温度小于500℃；在该复合薄膜层上，采用真空镀膜、印刷或者喷涂工艺制作银或者铝背电极，形成复合硅基薄膜太阳能电池基本结构。
本发明和常规薄膜太阳能电池相比，存在如下创新之处：
1、该太阳能电池引入了多晶硅/非晶硅异质PN结概念，选择带隙较宽的P型非晶硅作为窗口层，采用N型多晶硅和P型非晶硅形成PN结，该设计有利于太阳光的充分吸收和利用，从而提高电池的光电转换效率。
2、该太阳能电池引入了复合N型层概念，采用N型多晶硅颗粒和诸如ZnO、TiO2等宽带隙N型氧化物半导体复合材料。
3、采用块体高纯多晶规破碎技术，得到高纯多晶规粉末，并和ZnO、TiO2等胶体纳米晶溶液或者液态前驱体混合，采用喷涂或者印刷等廉价成膜技术获得复合N型层。
和常规硅基薄膜太阳能电池相比，本发明提出的太阳能电池具有如下优势：
1、较高的光电转换效率：非晶硅/多晶硅异质PN结结构，使得复合薄膜太阳能电池光电转换效率将明显超过非晶硅薄膜太阳能电池的6％-8％，预计可以超过10％。
2、成本低廉：复合薄膜太阳能电池中的P型非晶硅厚度不超过200纳米，现有PECVD工艺非常成熟，N型多晶硅层的沉积采用的是喷涂、印刷工艺，而不是复杂、昂贵高温CVD技术，预计生产成本目前可降到0.5美元/Wp。
上述独特的技术优势，将令该复合硅基薄膜硅电池具有广阔的应用前景，如光伏建筑一体化、大规模低成本发电站、太阳能照明光源。
附图说明
图1是本发明的硅基薄膜太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，在透明导电玻璃4上设有一层厚度为50～200纳米的P型非晶硅薄膜3，在P型非晶硅薄膜3上沉积有一层厚度为5-50微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜2，N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜2由纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5～10Ω.cm的多晶硅为原料制备成平均颗粒度为2.0～20微米的N型多晶硅微粉且按硅质量百分比为30～90％的比例和无机氧化物溶液混合而成，在N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜2上设有一层银背电极或铝背电极1。
实施例1：
清洗透明导电玻璃4，采用常规PECVD技术在以透明导电玻璃4作衬底沉积一层B掺杂的P型非晶硅薄膜3，衬底温度为300℃，非晶硅薄膜3厚度为100纳米；以纯度为6N、导电类型为N型、电阻率为0.5Ω.cm的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备N型多晶硅微粉，硅颗粒的平均颗粒度为2微米，接着按硅质量百分比为30％的比例，混合高纯N型硅粉和ZnO纳米晶溶液，得到N型层复合液态浆料；采用粉末喷涂的工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜3上形成一层厚度为5微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜4，衬底温度为300℃，气氛为大气氛围；最后在该N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜4上，采用磁控溅射工艺沉积一层厚度为500纳米的银背电极1，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
实施例2：
清洗透明导电玻璃4，采用常规PECVD技术在以透明导电玻璃4作衬底上沉积一层B掺杂的P型非晶硅薄膜3，衬底温度为100℃，P型非晶硅薄膜3厚度为50纳米。以纯度超过5N，导电类型为N型，电阻率为1.0Ω.cm的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备N型多晶硅微粉，硅颗粒的平均颗粒度为10微米。接着按硅质量百分比为50％的比例，混合高纯N型硅粉和TiO2纳米晶溶液，得到N型层复合液态浆料；采用粉末喷涂的工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅层上形成一层厚度为20微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜4，衬底温度为400℃，气氛为大气氛围；最后在该N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜4上，采用磁控溅射工艺沉积一层厚度为500nm的铝背电极1，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
实施例3：
清洗透明导电玻璃4，采用常规PECVD技术在以透明导电玻璃4为衬底上沉积一层B掺杂的P型非晶硅薄膜3，衬底温度为400℃，P型非晶硅薄膜3厚度为200纳米。以纯度超过6N，导电类型为N型，电阻率为5.0Ω.cm的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备N型多晶硅微粉，硅颗粒的平均颗粒度为20微米，接着按硅质量百分比为90％的比例，混合高纯N型硅粉和TiO2纳米晶胶体溶液，得到N型层的复合液态浆料；采用印刷、退火工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅层上形成一层厚度为50微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜4，退火温度为500℃，气氛为大气氛围。最后在该复合薄膜层上，采用丝网印刷结合烧结工艺制作一层厚度大约为15微米厚的铝背电极1，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。

Claims (6)

1.一种硅基薄膜太阳能电池，其特征是：在透明导电玻璃(4)上沉积有一层厚度为50～200纳米的P型非晶硅薄膜(3)，在所述的P型非晶硅薄膜(3)上沉积有一层厚度为5-50微米厚的N型颗粒硅与宽带隙N型透明无机氧化物的复合膜(2)，所述的N型颗粒硅与宽带隙N型透明无机氧化物的复合膜(2)由纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5-10.0Ω.cm的多晶硅为原料制备成平均颗粒度为2～20微米的N型多晶硅微粉且按硅质量百分比为30～90％的比例和无机氧化物溶液混合而成，在所述的N型颗粒硅与宽带隙N型透明无机氧化物的复合膜(2)上设有一层银背电极或铝背电极(1)。
2.根据权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征是：所述的无机氧化物为ZnO或TiO2的胶体或者纳米晶。
3.制作权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池的方法，其特征是：(1)、以透明导电玻璃(4)为衬底沉积一层厚度为50～200纳米P型非晶硅薄膜(3)，衬底温度为100～400℃；
(2)、以纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5～10Ω.cm的多晶硅为原料制备成平均颗粒度为2～20微米的N型多晶硅微粉，按硅质量百分比为30～90％的比例，混合N型多晶硅微粉和宽带隙N型透明无机氧化物溶液，得到N型层复合液态浆料，
(3)、采用喷涂或印刷结合退火工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜(3)上，形成一层厚度为5-50微米的N型颗粒硅+透明无机氧化物复合膜(2)，
(4)、在N型颗粒硅与宽带隙N型透明无机氧化物的复合膜(2)上采用磁控溅射工艺或丝网印刷结合烧结工艺制作银背电极或铝背电极(1)完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
4.根据权利要求3所述的硅基薄膜太阳能电池的制作方法，其特征是：上述步骤(3)中采用喷涂将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜(3)上的衬底温度为300-500℃。
5.根据权利要求3所述的硅基薄膜太阳能电池的制作方法，其特征是：上述步骤(3)中采用印刷结合退火工艺将N型层复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜(3)上的退火温度为300-500℃。
6.根据权利要求3、4或5所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征是：所述的无机氧化物为ZnO或TiO2的胶体或者纳米晶。
CN200910042742XA 2009-02-27 2009-02-27 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法 Expired - Fee Related CN101488531B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910042742XA CN101488531B (zh) 2009-02-27 2009-02-27 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910042742XA CN101488531B (zh) 2009-02-27 2009-02-27 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101488531A CN101488531A (zh) 2009-07-22
CN101488531B true CN101488531B (zh) 2010-12-08

Family

ID=40891310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910042742XA Expired - Fee Related CN101488531B (zh) 2009-02-27 2009-02-27 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101488531B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102299200B (zh) * 2011-08-22 2013-07-24 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种晶体硅太阳能电池金属电极的制备方法
GB201509080D0 (en) * 2015-05-27 2015-07-08 Landa Labs 2012 Ltd Coating apparatus
CN106611800A (zh) * 2015-10-19 2017-05-03 陈柏颕 太阳能薄膜结构及制造该太阳能薄膜结构的方法与装置
CN108922938B (zh) * 2018-09-06 2024-03-15 福建钜能电力有限公司 一种背接触异质结太阳能电池及其制备方法
CN113941320B (zh) * 2021-10-18 2024-01-30 合肥工业大学 一种晶体硅纳米片薄膜光电极及其制备方法
CN114649424B (zh) * 2022-03-28 2024-02-13 常州时创能源股份有限公司 晶硅太阳能电池的电极结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN101488531A (zh) 2009-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101488531B (zh) 一种硅基薄膜太阳能电池及其制作方法
CN104733557B (zh) Hit太阳能电池及提高hit电池的短路电流密度的方法
KR20110039697A (ko) 화합물 반도체 태양 전지 및 그 제조 방법
CN101807618A (zh) 一种新型叠层薄膜太阳能电池及其制作方法
CN101707217A (zh) 一种太阳能电池及其制备方法
CN101673778A (zh) 一种薄膜太阳能电池
CN102983215A (zh) 具有硅纳米线结构的硅薄膜太阳能电池的制备方法
CN101414646A (zh) 一种薄膜太阳能电池制造新工艺
CN102157572A (zh) 晶体硅太阳能电池
CN114765235A (zh) 异质结太阳能电池及其制造方法
CN101488537B (zh) 一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法
CN101894871B (zh) 高转化率硅晶及薄膜复合型单结pin太阳能电池及其制造方法
CN106206781B (zh) 一种单晶硅基异质结太阳能电池及其制备方法
CN102544230A (zh) 一种生长可变禁带宽度的Cd1-xZnxTe薄膜的方法
CN201699034U (zh) 一种硅基异质结太阳电池
CN101504960B (zh) 一种多晶硅太阳能电池制作方法
CN106887483A (zh) 硅基异质接面太阳能电池及其制备方法
CN106449815A (zh) 基于非晶硅薄膜的异质结太阳能电池器件的制备方法
CN102157594B (zh) 一种超晶格量子阱太阳电池及其制备方法
CN101814554A (zh) 一种薄膜太阳能电池的结构设计方法
TW201244144A (en) Improved a-Si:H absorber layer for a-Si single-and multijunction thin film silicon solar cell
CN102544184B (zh) 一种横向结构的pin太阳能电池及其制备方法
AU2013207143B2 (en) Method for the low-temperature production of radial-junction semiconductor nanostructures, radial junction device, and solar cell including radial-junction nanostructures
CN103066153A (zh) 硅基薄膜叠层太阳能电池及其制造方法
CN102931270B (zh) 一种弱光型非晶硅太阳能电池及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101208

Termination date: 20130227