CN101820008A - 一种单晶薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高效薄膜太阳能电池包括衬底，衬底上设有一层Mo导电膜为背电极，导电膜上为N型单晶薄膜层，N型单晶硅薄膜层上扩散P型单晶硅层形成PN结，所述P型单晶硅层溅射TCO为前电极。本发明还公开了其制备工艺，在衬底上镀上一层导电反射金属膜，接着长一层N型的单晶膜，经激光扩散在N型单晶硅层上扩散出一层超薄的P层硅，再加一层TCO层，在这过层中需加三次激光划线，使电池形成串联结构，本发明由于采用单晶结构吸收太阳能，比较少的晶格缺陷可以很大程度上提高薄膜光电转化效率，其二由于采用的是薄膜形式原材料耗费较少可以极大程度地降低成本，其三工艺简单可重复性强衬底的可选择性多使其用途广泛，可产业化性强。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅和太阳能电池，特别是一种高光电转化效率，成本低，制做工艺简单的单晶薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前日益严重的能源和环境问题催促着我们不得不找出一条替代现有能源结构的新型绿色能源，而太阳能正好成为我们不二的选择，而我们目前面临的问题是如何把太阳能转换成我们所需要的能源，从面出现了各种各样的太阳能电池有晶体硅，非晶硅，CIGS，HIT等等，然而发电成本太高使得太阳能发电无法与火电平价上网，离不开政策的支持，太阳能发电成本居高不下的原因大致可以归纳为转化效率低，原料成本高，工艺制做复杂难以产业化等。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种单晶薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术方案：本发明公开了一种单晶薄膜太阳能电池，包括衬底，所述衬底上设有一层Mo导电膜构成背电极，Mo导电膜上为N型单晶薄膜层，N型单晶硅薄膜层上扩散P型单晶硅层形成PN结，所述P型单晶硅层上为TCO薄膜层构成的前电极。
本发明还公开了一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，在衬底上镀上一层导电膜；
步骤二，在所述导电膜内刻划导电极；
步骤三，在导电膜上溅射N型单晶硅层；
步骤四，在N型单晶硅层上扩散出一层P型单晶硅层形成PN结；
步骤五，在N型单晶硅层和P型单晶硅层内刻划第二导电极；
步骤六，在N型单晶硅层上设置前电极(TCO薄膜层)；
步骤七，在前电极内刻划第三导电极，使第一导电极、第二导电极以及第三导电极导通，最终获得所述单晶薄膜太阳能电池。
本发明步骤一中，所述导电膜为Mo导电膜，厚度为0.6～1um。
本发明步骤二、步骤四和步骤七中采用波长为532nm的激光刻划导电极。
本发明步骤三中，耙材为单晶耙，采用磁控溅射低温镀膜，基底温度在100～200℃，使用PVD溅射形式镀上一层单晶硅，所用耙材为单晶硅耗，并且其表面具有绒面结构，很大强度的延长了光的吸收路程，相当于晶硅电池的制绒面的作用。
本发明步骤四中，采用低温激光扩散方式在N型单晶硅层上扩散出一层的P型单晶硅层，温度为350℃～450℃，扩散的结深为30～100nm，做为窗口层。
本发明步骤六中，所述前电极为TCO薄膜层构成。
总体而言，本发明所用到的技术有晶硅电池工艺，薄膜电池工艺，激光扩散新型技术，首先在一个合理的衬低上采用PVD镀一层金属导电层，此层既做为背电极用也做为反射层用，同时与晶硅和衬低具有比较好的粘附性，接着采用PVD溅射单晶靶材形成一薄层单晶硅薄膜，需要控制好溅射条件，接着采用扩散工艺，400℃～500℃左右，扩散时间为30分钟～60分钟，形成PN结，构成主要光电转换单元，最后采用现在比较成熟的工艺镀上电极，过程中需有三道激光刻划导电极以实现单元薄膜电池的串联。
有益效果：本发明由于采用晶硅结构具有比较规则的晶格结构所以比现有的薄膜太阳能电池具有更高的光电转化效率，采用薄膜的形式可以极大的降低原料硅的使用，同时采用激光扩散及划线一些普通的工艺完全可以采用现在的技术稍加改进既可实现，采用激光扩散工艺可以实现超浅结扩散为进一步提高光电转化效率留有空间，既具有晶体硅的晶格结构的规则性和少缺陷的结构，又具有薄膜的用料少，成本降，用途广泛的的特性，同时制程简单具有很强的市场潜力。本发明针对传统薄膜太阳能电池或晶体硅太阳能电池要么转化效率低、要么成本太高、要么工艺复杂的缺陷。采用了新型结构、新型材料、新型工艺方法，极大提高太阳能电池对太阳能电池的转换效率。这种电池据不完全估计其发电成本大概在0.2元/度电左右。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1至图7为本发明各个工艺步骤的结构示意图。
具体实施方式：
如图7所示，本发明公开了一种单晶薄膜太阳能电池，包括衬底，在衬底上设有带第一导电极的Mo导电膜构成背电极，Mo导电膜上为N型单晶硅层，N型单晶硅层上为P型单晶硅层形成PN结，所述N型单晶硅层和P型单晶硅层内设有第二导电极，P型单晶硅层上设有带第三导电极的TCO薄膜层构成前电极，所述第一导电极、第二导电极以及第三导电极导通。
如图1至图7所示，本发明还公开了一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一，在衬底上镀上一层导电膜；步骤二，在所述导电膜内刻划导电极；步骤三，在导电膜上溅射N型单晶硅层；步骤四，在N型单晶硅层上扩散出一层P型单晶硅层形成PN结；步骤五，在N型单晶硅层和P型单晶硅层内刻划第二导电极；步骤六，在N型单晶硅层上设置前电极；步骤七，在前电极内刻划第三导电极，使第一导电极、第二导电极以及第三导电极导通，最终获得所述单晶薄膜太阳能电池。
实施例：
更具体地说，如图7所示，本发明公开了一种新型高效单晶薄膜太阳能电池及其制备工艺，包括衬低，此处所用衬底可以是玻璃，柔性衬低或不锈钢等衬底等，在其上可以采用不同的方式如印刷或PVD或PECVD的方式镀上一层导电膜形成背电极。
如图1所示，此导电膜要求有三，其一是良好的导电性，其二是良好的上下层附着力，其三是具有反射光的功能，比如Mo导电膜，其厚度大概在0.6～1um之间的其他厚度，具体条件看采用镀膜的方式所决定，本实施例厚度设定为0.8um。
图2所示为第一次激光刻划导电极之后的效果图，此处可采用波长为532nm的激光，功率看具体的厚度决定，本实施例设定功率为120W。
图3为PVD溅射N型单晶硅层后的效果图，所用的耙材为单晶耙，采用磁控溅射低温镀膜形式，基底温度在100～200℃左右。
图4为采用低温扩散方式后在N层单晶硅上扩散出一层结深在30～100nm之间的P型单晶硅层，与N型单晶硅层形成PN结，构成该电池的主要吸光部份，也是主要的光电转化单元，其温度大概在400℃～500℃左右，扩散时间为30分钟～60分钟，扩散的结深在30～100nm左右，此厚度可以通过改变硼烷气体浓度和激光的功率及波长而控制，使得决大部份光子在本发明所需要的区域得到吸收从而转换电流因子。另外由于其是单晶结构，比较少的缺陷和可以允许比较深浓度的扩散，可以控制的结深，控制掺杂深度以及比较少的晶格缺陷使得该电池拥有其它电池所无法比拟的转化效率，理论效率其可以达到45％。该步骤中的技术可以采用本领域常规技术实现。
图5是第二次激光刻划导电极，目的是让前电极通过与背电极相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。
图6和图7是最后的两道工序，前电极TCO薄膜层的制做和第三次激光刻划导电极，前电极的制作可以采用溅射的形式，其前电极的材料采用的是透明导电薄膜，良好的透光率和导电性是该电池比较高的转化效率的必要条件。
图7为最终所述的单晶薄膜太阳能电池。
本发明采用创新的结构，创新的材料和创新的工艺制做的新型高效太阳能电池，该电池的特点是光电转化效率高，成本低，应用广，市场潜力大，可研空间广。本发明所述的单结结构，可以改成双结或多结结构，或是晶体与薄膜双结或多结结构。
本发明所公开的新型高效单晶薄膜太阳能电池也是一种薄膜其应用领域很广，只要是薄膜电池能用到的地方，该电池都可以用，其最直接的应用是太阳能电池厂其制做流程为以玻璃衬底为例，玻璃衬底、PVD镀背电极导电层、第一次激光刻划、PVD镀N型单晶硅层、激光扩散P型硅层、第二次激光刻划、PVD浅射TCO薄膜层、第三次激光刻划、封装测试、成品薄膜太阳能电极(可依据衬底不同做成柔性电性采用roll to roll形式生产电池)其中有处多处制造可以采用别的形式如激光扩散形式可以采用别的扩散形式这个要根据衬底等等条件来决定，激光刻划的话也可以采用机械的形式等等，这个可以根据厂线的情况具体采用哪种方式，镀单晶硅层除了采用PVD溅射方式外也可以采用PECVD同样也要根据具体的要求及材料来定。
本发明提供了一种一种单晶薄膜太阳能电池及其制备方法的，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种单晶薄膜太阳能电池，包括衬底，其特征在于，所述衬底上设有一层Mo导电膜构成背电极，Mo导电膜上为N型单晶薄膜层，N型单晶硅薄膜层上扩散P型单晶硅层形成PN结，所述P型单晶硅层上为TCO薄膜层构成的前电极。
2.一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在衬底上镀上一层导电膜形成背电极；
步骤二，在所述导电膜内刻划导电极；
步骤三，在导电膜上溅射N型单晶硅薄膜层；
步骤四，在N型单晶硅层上扩散一层P型单晶硅层形成PN结；
步骤五，在N型单晶硅层和P型单晶硅层内刻划第二导电极；
步骤六，在N型单晶硅层上设置前电极；
步骤七，在前电极内刻划第三导电极，使第一导电极、第二导电极以及第三导电极导通，最终获得所述单晶薄膜太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述导电膜为Mo导电膜，厚度为0.6～1um。
4.根据权利要求2所述的一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤二、步骤四和步骤七中采用波长为532nm的激光刻划导电极。
5.根据权利要求2所述的一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤三中，耙材为单晶耙，采用磁控溅射低温镀膜，基底温度在100～200℃。
6.根据权利要求2所述的一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤四中，采用低温激光扩散方式在N型单晶硅层上扩散出一层的P型单晶硅层，温度为350℃～450℃，扩散的结深为30～100nm。
7.根据权利要求2所述的一种单晶薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤六中，所述前电极为TCO薄膜层构成。
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| CN103107237A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-05-15 | 杭州赛昂电力有限公司 | 单晶硅太阳能电池及其制作方法 |
| CN103346173A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-10-09 | 南开大学 | 一种柔性铜铟镓硒薄膜太阳电池组件及其制备方法 |
| CN113283053A (zh) * | 2021-04-17 | 2021-08-20 | 山西潞安太阳能科技有限责任公司 | 一种晶硅电池pecvd镀膜工艺参数建立的方法 |
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2009
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