CN102184976A - 背接触异质结太阳电池 - Google Patents

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李玉花
刘鹏
姜言森
杨青天
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徐振华
张春艳
王兆光
程亮
任现坤
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Abstract

本发明涉及一种太阳电池，具体涉及一种背接触异质结太阳电池。包括由上到下依次叠层的透明导电薄膜TCO、P-a-Si非晶硅薄膜、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-C-SiN型晶体硅、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-a-SiN型非晶硅薄膜、贯穿型背电极和背电极。本发明的太阳电池不会出现常规P型晶硅太阳能电池光致衰减现象；背接触电极降低接触电阻，有效降低电池受光面的遮光率，从而也增加了电流的收集率，提高了太阳能电池的转化效率；且温度系数低，适合高温环境使用；低温烧结工艺大大简化生产工艺、降低生产成本，适合产业化发展。

Description

背接触异质结太阳电池
技术领域
本发明涉及一种太阳电池，具体涉及一种背接触异质结太阳电池。
背景技术
二十一世纪，能源危机和环境污染已经成为亟待解决的全球问题。开发安全绿色能源成为解决危机的主要方法。其中太阳电池因其洁净、安全、可再生成为世界各国竞相发展的目标。目前太阳电池主要发展方向是降低成本、增加效率。
新型非晶硅和晶硅构成的异质结太阳电池具有结构简单、工艺简易、它将晶体硅具有高载流子迁移率优点与低温化学气相沉积非晶硅工艺优势相结合，成为太阳能行业的热点发展方向。如日本三sanyo集团开发的以N型晶体硅为衬底的HIT电池实验室装换效率已经突破23%，产业化电池片转化效率达到19%。
上述HIT结构的太阳电池存在以下问题：第一非晶硅薄膜的缺陷较多，增加了薄膜体内的载流子复合缺陷密度，影响光生电流的收集及传输；第二正面的栅线设计是电池受光面积减少，从而降低短路电流，影响太阳电池最终的转化效率。第三金属栅线的接触电阻过大。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种背接触异质结太阳电池，本发明太阳电池不会出现常规P型晶硅太阳能电池光致衰减现象；低温制作工艺，大大降低生产成本；背接触电极降低接触电阻，大大降低受光面的遮光率，从而也增加短路电流，提高了太阳能电池的转化效率，并且温度系数低，适合高温环境使用；低温烧结工艺大大简化生产工艺、降低生产成本，适合产业化发展。
本发明采用的技术方案为，一种背接触异质结太阳电池，包括由上到下依次叠层的透明导电薄膜TCO、P-a-Si非晶硅薄膜、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-C-Si N型晶体硅、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-a-Si N型非晶硅薄膜、贯穿型背电极和背电极，形成P-a-si/ i- a-si/N-c-si/ i-a-si/N-a-si异质结结构。
太阳电池受光面透明导电薄膜TCO表面印刷细栅线，细栅线与贯穿型背电极连接。
透明导电薄膜TCO为氧化物透明导电材料体系，选用In2O3、SnO2、ZnO、In2O3:Sn(ITO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:Sb(ATO)、SnO2:F(FTO)、ZnO:Al(ZnO)、ZnO·SnO2、ZnO·In2O3、CdSb2O6、MgIn2O4、In4Sn3O12、Zn2In2O5、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4、GaInO3中的一种，其厚度为50nm~900nm。
所述的N型晶体硅为单晶硅、太阳能级或金属级多晶硅、带状硅，其厚度为120~220um，掺杂浓度为1×1015～5×1017/cm3。
所述的采用化学气相沉积工艺分别在N型晶体硅上下两面制作本征非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。
采用化学气相沉积工艺，反应气体为硼烷、硅烷与氢气混合气体，在本征非晶硅薄膜上沉积一层P型a-si薄膜，厚度为1~50nm。
采用化学气相沉积工艺，反应气体为磷烷、硅烷与氢气混合气体，在本征非晶硅薄膜下沉积一层N-a-Si N型非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。
所述的背电极为Al、Ag、Au、Ni 、Cu/Ni、Al/Ni或Ti/Pd/Ag电极，其厚度为50nm~600um。所述的贯穿型背电极为Ag。
本发明的有益效果为：本发明的背接触异质结太阳能电池一是不会出现常规P型晶硅太阳能电池光致衰减现象；二是低温制作工艺，降低生产成本；三是背接触电极降低接触电阻，有效降低电池受光面的遮光率，从而提高太阳电池的短路电流，大大提高太阳能电池的转化效率。四是温度系数低，适合高温环境使用。
所述的背电极为Al、Ag、Au、Ni 、Cu/Ni、Al/Ni或Ti/Pd/Ag电极，其厚度为50nm~600um。该背接触电极主要起到收集电流作用。所述的贯穿型背电极为Ag，其主要作用将电池受光面的电流收集到电池背面。
本发明的一种背接触异质结太阳电池，包括由上到下依次叠层的透明导电薄膜TCO、P-a-Si非晶硅薄膜、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-C-Si N型晶体硅、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-a-Si N型非晶硅薄膜、贯穿型背电极和背电极，形成P-a-si/ i- a-si/N-c-si/ i-a-si/N-a-si异质结结构。具体作用如下：
太阳电池受光面透明导电薄膜TCO表面印刷细栅线，主要起到收集电池表面电流的作用，细栅与贯穿型背电极连接，从而电池表面的电流导到电池背面，细栅线覆盖在透明导电薄膜TCO表面，能够充分收集电流，导电。
透明导电薄膜TCO具有较高的透光性和电导率，主要起到收集电流的作用，另外还将透过电池体内的太阳光反射回去，增加太阳电池光吸收的作用。
采用化学气相沉积工艺在织构化晶硅上下两面制作本征非晶硅薄膜，厚度为1~50Nm。主要起到减少界面缺陷态，增加表面钝化效应的作用。
采用化学气相沉积工艺在本征非晶硅薄膜上再沉积一层P-a-Si非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。P-a-si非晶硅薄膜沉积在i-a-si本征非晶硅薄膜层上与N型晶硅电池形成电池正面核心HIT异质结结构。
采用化学气相沉积工艺在本征非晶硅薄膜上再沉积一层N-a-Si非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。N-a-si非晶硅薄膜沉积在i-a-si本征非晶硅薄膜层上与N型晶硅电池形成电池背面核心HIT异质结结构。
采用以上技术方案制作的N型硅片的背接触异质结太阳电池，具有以下优势，本发明的制备工艺将常规晶硅生产工艺和薄膜太阳电池生产工艺结合，区别于常规晶硅太阳电池的生产工艺，本发明涉及的太阳电池制备工艺简单，低温低耗，适合产业化。背接触异质结太阳电池的受光面栅线的遮光率大大下降，增加了太阳电池的受光面积，其贯穿型的栅线设计降低了金属电极与电池的欧姆接触，从而提高太阳电池的电流，进一步提高太阳电池的光电转换效率。此种栅线设计在组件封装工艺中，组件受光面无焊带，由焊接引起的电池破碎、高电阻、不美观等缺点就可以避免。
附图说明
图1所示为本发明电池结构示意图；
图2所示为本发明实施例1中背面电极的示意图；
图3所示为本发明实施例1中正面电极的示意图；
图中，1、N型晶体硅，2、本征非晶硅薄膜，3、P-a-Si非晶硅薄膜，4、N型非晶硅薄膜，5、透明导电薄膜TCO，6、贯穿型背电极，7、背电极，8、细栅线。
具体实施方式：
下面结合附图和实例来说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
如图1所示，本实施例一
N型晶体硅1选用N型单晶硅片，采用半导体清洗工艺对N型晶体硅1表面预清洗和表面织构。所用N型晶体硅1厚度在200um，电阻率为0.5~3Ω.cm，用1~5%的氢氟酸去除N型晶体硅1表面的二氧化硅层，在浓度小于3%的NaOH和IPA（异丙醇）的混合液中80℃左右制备金字塔形状绒面。增加对太阳光的吸收，增加PN结面积，提高短路电流。再用酸清洗工艺将之后的N型晶体硅1清洗干净-甩干。
用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺，在250℃扩散后N型晶体硅1的上表面沉积一层本征非晶硅薄膜2，厚度约5nm，有钝化作用。在本征薄膜上上表面沉积P-a-Si非晶硅薄膜3，厚度为5~10nm；在N型晶体硅1背表面沉积沉积一层本征非晶硅薄膜2，厚度为5~10nm；再在本征非晶硅薄膜2下表面沉积N型非晶硅薄膜4，厚度为5~10nm；通过磁控溅射工艺在硅片的上下表面沉积一层厚度为30~100nm的透明导电薄膜TCO 5，并将上表面的透明导电薄膜TCO 5织构化，增加光吸收。在下表面的透明导电薄膜TCO 5上丝网印刷上腐蚀性浆料，腐蚀掉印刷区域的透明导电薄膜TCO 5、N型非晶硅薄膜4和本征非晶硅薄膜层2，露出直径为1mm~25mm的圆形N型晶体硅1表面，未腐蚀区域的HIT结构被保存下来。最后用去离子水超声清洗干净后，烘干。再用激光打孔技术，将硅片上下表面打通，孔位于硅片下表面被腐蚀区中心，孔径为0.5mm~20mm。丝网印刷银浆，烘干后，在硅片的上下表面分别丝网印刷导电浆料，经低温烧结分别制成贯穿型背电极 6和背电极7。电池背面电极如附图2 所示。正面电极如附图3所示，但不局限于此图形。
本实施例制备的基于N型单晶硅片的背接触异质结太阳电池的电性能输出参数：在标准测量条件下：测量温度25oC，光强1000W/m2，AM1.5 光谱测试，短路电流390mA；开路电压711mV，填充因子78%；光电转换效率22.3%。

Claims (9)

1.一种背接触异质结太阳电池，其特征在于：包括由上到下依次叠层的透明导电薄膜TCO、P-a-Si非晶硅薄膜、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-C-Si N型晶体硅、i-a-Si本征非晶硅薄膜、N-a-Si N型非晶硅薄膜、贯穿型背电极和背电极，形成P-a-si/ i- a-si/N-c-si/ i-a-si/N-a-si异质结结构。
2. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：太阳电池受光面透明导电薄膜TCO表面印刷细栅线，细栅线与贯穿型背电极连接。
3. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：透明导电薄膜TCO为氧化物透明导电材料体系，选用In2O3、SnO2、ZnO、In2O3:Sn(ITO)、In2O3:Mo(IMO)、SnO2:Sb(ATO)、SnO2:F(FTO)、ZnO:Al(ZnO)、ZnO·SnO2、ZnO·In2O3、CdSb2O6、MgIn2O4、In4Sn3O12、Zn2In2O5、CdIn2O4、Cd2SnO4、Zn2SnO4、GaInO3中的一种，其厚度为50nm~900nm。
4. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：所述的N型晶体硅为单晶硅、太阳能级或金属级多晶硅、带状硅，其厚度为120~220um，掺杂浓度为1×1015～5×1017/cm3。
5. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：所述的采用化学气相沉积工艺分别在N型晶体硅上下两面制作本征非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。
6. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：采用化学气相沉积工艺，反应气体为硼烷、硅烷与氢气混合气体，在本征非晶硅薄膜上沉积一层P型a-si薄膜，厚度为1~50nm。
7. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：采用化学气相沉积工艺，反应气体为磷烷、硅烷与氢气混合气体，在本征非晶硅薄膜下沉积一层N-a-Si N型非晶硅薄膜，厚度为1~50nm。
8. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：所述的背电极为Al、Ag、Au、Ni 、Cu/Ni、Al/Ni或Ti/Pd/Ag电极，其厚度为50nm~600um。
9. 根据权利要求1所述的背接触异质结太阳电池，其特征在于：所述的贯穿型背电极为Ag。
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