CN102339874A - 一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构及其实现方法。此太阳能电池结构，包括透明导电膜，透明导电膜覆盖于减反膜表面；此结构的实现方法包括硅片绒面制备、硅片掺杂形成P-N、背结刻蚀、正背面减反膜制备、背面电极电场制备、正背面电极制备和电池金属化形成，在正背面减反膜制备之后还增加采用磁控溅射法的正面透明导电膜制备，合金蒸发温度为750℃-850℃，衬底的加热温度为200℃-350℃。本发明通过透明导电膜使电池正表面电池栅线连成一个整体，有效改善因正表面电池栅线的间断、虚印刷引起的电阻、电流损失，从而有效改善晶体硅太阳能电池的串联电阻性能，同时可以有效增加电池的光吸收。

Description

一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构及其实现方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池生产工艺技术领域，尤其是一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构及其实现方法。
背景技术
太阳能电池串联电阻，是影响太阳能电池光电转换效率的一个重要因素，串联电阻主要包括电极的栅线电阻、电池掺杂层电阻、电池本身材料电阻、电池电池与硅片的接触电阻等几个方面。
电池生产工艺中会通过优化电池的浆料来改善电极的栅线电阻以及电池电池与硅片的接触电阻，扩散工艺中通过控制杂质掺杂量达到控制掺杂层电阻的目地，材料本身的电阻通过拉棒或者铸锭过程中掺入P型或N型杂质完成。在晶体硅太阳能电池的工艺中也有采用选择性发射极的方式降低接触电阻，主要是通过在电池电极处采用重掺杂，非电极处采用轻掺杂的方式，这样可以在保证电池串联电阻性能的前提下优化短波光的响应。
在传统的晶硅太阳能电池工艺中，电池受光面采用丝网印刷的方式形成正面电极，电极形成的过程中尽量使用较细的栅线，以增加电池的受光面积。但是较细的栅线不利于产业化的生产，因为越细的电池印刷工艺越难完成，会形成较多的断栅以及虚印，无法达到较优的栅线高度，不利于串联电池的性能。所以一般采用折中的办法，损失一部受光面积，适当增加栅线的设计线宽，以确保串联性能。但是即使如此也无法完全避免产业化生产中造成的栅线间断，虚印刷等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种能弥补传统晶硅太阳能电池工艺中受光面电极栅线间断、虚印刷引起的串联性能恶化，同时优化电池正面的光吸收性能的降低串联电阻损失的太阳能电池结构及其实现方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构，包括透明导电膜、减反膜、掺杂层、硅衬底、背表面场和电极，所述的透明导电膜覆盖于在电池受光面的减反膜表面。
本发明所述的透明导电膜的掺杂浓度为1019-1022/cm3，薄膜电阻率小于800Ω·cm，折射率为1.6-1.8，薄膜厚度为50-150nm。
本发明所述的硅衬底的上层依次覆盖有掺杂层、减反膜和透明导电膜，硅衬底的下层设置有背表面场。
本发明所述的透明导电膜的材质为金属氧化物或金属氮化物。
本发明所述的金属氧化物或金属氮化物为In2O3、SnO2、ZnO、CdO或TiN。
一种降低串联电阻损失太阳能电池结构的实现方法，具有以下步骤：(1)、硅片绒面制备；(2)、硅片掺杂形成P-N；(3)、背结刻蚀；(4)、正背面减反膜制备；(6)、背面电极电场制备；(7)、正背面电极制备；(8)、电池金属化形成，步骤(4)正背面减反膜制备之后还增加有步骤(5)正面透明导电膜制备：透明导电膜采用磁控溅射法制备，合金蒸发温度为750℃-850℃，衬底的加热温度为200℃-350℃。
本发明所述的透明导电膜为掺杂锡的氧化铟，具体方法为：用钨丝加热的石英玻璃舟蒸发高纯度如99.999％、锡的质量分数为10％的铟锡合金，其铟锡合金的蒸发温度约为800℃，以纯净的氧气作为反应气体，氧分压为2×10-2Pa，系统的基础真空度为10-3Pa；衬底用电阻加热，温度在室温到300℃范围内连续可调，由铜-康铜热电偶监控，蒸发源到基片的距离为25cm；蒸发源的加热功率保持不变，薄膜生长速率约为5nm/min。
本发明的有益效果是：本发明通过透明导电膜使电池正表面电池栅线连成一个整体，有效改善因正表面电池栅线的间断、虚印刷引起的电阻、电流损失，从而有效改善晶体硅太阳能电池的串联电阻性能，同时可以有效增加电池的光吸收。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中1.透明导电膜，2.减反膜，3.掺杂层，4.硅衬底，5.背表面场，6.电极。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明采用的技术手段是在传统的晶体硅太阳能电池表面沉积透明导电膜1，此处透明导电膜的作用为将电池正表面细栅线连接为一个有机的整体，有效降低因细栅本身电阻引起的串联电阻，以及避免因为栅线断开或者虚印刷引起的电流、电阻损失。
为了使用本发明达到更好的效果，透明导电膜需考虑其具有较好的电导以及透明的性能。可以采用In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN等，但不仅限于此。因为在晶体硅太阳能电池表面应用所以还需要考虑膜的禁带宽度＞3.2eV，以及薄膜本身的光吸收特性如消光系数K＜1。
考虑透明导电膜的导电性能，其掺杂浓度在1019-1022/cm3，薄膜电阻率小于800Ω·cm。考虑其需要配合形成叠层减反的结构，其折射率需要控制在1.6-1.8，薄膜厚度需要控制在50-150nm。
此透明导电膜可采用磁控溅射法制备，合金蒸发温度控制在750℃-850℃，衬底的加热温度在200℃-350℃。以锡掺杂的氧化铟透明导电膜为例，用钨丝加热的石英玻璃舟蒸发高纯度如99.999％、锡的质量分数为10％的铟锡合金，其铟锡合金的蒸发温度约为800℃，以纯净的氧气作为反应气体，氧分压为2×10-2Pa，系统的基础真空度为10-3Pa。衬底用电阻加热，温度在室温到300℃范围内连续可调，由铜-康铜热电偶监控，蒸发源到基片的距离为25cm。蒸发源的加热功率保持不变，薄膜生长速率约为5nm/min。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种降低串联电阻损失的太阳能电池结构，其特征在于：包括透明导电膜(1)、减反膜(2)、掺杂层(3)、硅衬底(4)、背表面场(5)和电极(6)，所述的透明导电膜(1)覆盖于在电池受光面的减反膜(2)表面。
2.根据权利要求1所述的降低串联电阻损失的太阳能电池结构，其特征在于：所述的透明导电膜(1)的掺杂浓度为1019-1022/cm3，薄膜电阻率小于800Ω·cm，折射率为1.6-1.8，薄膜厚度为50-150nm。
3.根据权利要求1所述的降低串联电阻损失的太阳能电池结构，其特征在于：所述的硅衬底(4)的上层依次覆盖有掺杂层(3)、减反膜(2)和透明导电膜(1)，硅衬底(4)的下层设置有背表面场(5)。
4.根据权利要求1所述的降低串联电阻损失的太阳能电池结构，其特征在于：所述的透明导电膜(1)的材质为金属氧化物或金属氮化物。
5.根据权利要求4所述的降低串联电阻损失的太阳能电池结构，其特征在于：所述的金属氧化物或金属氮化物为In2O3、SnO2、ZnO、CdO或TiN。
6.一种降低串联电阻损失太阳能电池结构的实现方法，具有以下步骤：(1)、硅片绒面制备；(2)、硅片掺杂形成P-N；(3)、背结刻蚀；(4)、正背面减反膜制备；(6)、背面电极电场制备；(7)、正背面电极制备；(8)、电池金属化形成，其特征在于：步骤(4)正背面减反膜制备之后还增加有步骤(5)正面透明导电膜制备：透明导电膜采用磁控溅射法制备，合金蒸发温度为750℃-850℃，衬底的加热温度为200℃-350℃。
7.根据权利要求6所述的降低串联电阻损失太阳能电池结构的实现方法，其特征在于：所述的透明导电膜为掺杂锡的氧化铟，具体方法为：用钨丝加热的石英玻璃舟蒸发高纯度如99.999％、锡的质量分数为10％的铟锡合金，其铟锡合金的蒸发温度约为800℃，以纯净的氧气作为反应气体，氧分压为2×10-2Pa，系统的基础真空度为10-3Pa；衬底用电阻加热，温度在室温到300℃范围内连续可调，由铜-康铜热电偶监控，蒸发源到基片的距离为25cm；蒸发源的加热功率保持不变，薄膜生长速率约为5nm/min。
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