CN102569434A

CN102569434A - 带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池及其制造方法

Info

Publication number: CN102569434A
Application number: CN2010106074886A
Authority: CN
Inventors: 刘金彪; 熊文娟; 欧文; 李俊峰
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池及其制造方法，制造方法包括：在电池衬底表面扩散PN结；在所述PN结表面生长本征氧化锌高阻层；在所述本征氧化锌高阻层上制备一层低阻氧化锌薄膜；用稀酸溶液腐蚀所述低阻氧化锌薄膜表面，形成月球坑状的绒面陷光结构；印刷焊点和背场；烧结形成电池片。由于透明导电膜同时可担任正电极，完全克服了传统电池栅线不透明阻挡受光面积的缺点，增大太阳能电池的受光面积。同时透明导电膜替代了传统钝化层，简化了工艺，另外在制绒方面以稀盐酸湿法腐蚀氧化锌，仅需30秒左右，药液的消耗也明显减少，从而降低了成本提高了生产效率。

Description

带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种带绒面导电氧化锌(下文简称为：ZnO)薄膜的晶体硅太阳能电池及其制造方法。

背景技术

现有的传统晶体硅电池包括以下结构：电池衬底、金字塔型绒面结构、PN结、SIN钝化层、正负电极。

传统晶体硅电池工艺基本步骤是这样的：

1、硅片检测后首先是表面制绒，一般采用NaOH(氢氧化钠)溶液腐蚀电池片形成金字塔型绒面结构，以增加电池的光吸收，此即所谓的湿法制绒技术；然后磷扩散形成PN结；

2、接着通过PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition等离子体辅助化学气相沉积)工艺生长SIN钝化电池表面，该层SIN起到减反射膜的作用；

3、最后再丝网印刷正负电极。通过丝印技术得到的栅线收集光生电流，但是栅线的存在又会遮挡部分电池的受光面积(约8％)，改进的办法是取折中，在串联电阻尽量小的情况下，采用最少数量的栅线。目前常见的是45条细栅，2条主栅，宽度各厂家不完全相同。尽管如此，栅线阻挡电池的受光面积的缺点还是不能完全克服。

在现有的薄膜非晶硅和微晶硅太阳能电池工艺中，陷光结构多是依靠在玻璃衬底上制备绒面结构的TCO(透明导电氧化物，transparent conductiveoxide简称TCO)材料来实现的，例如SnO2:F或ZnO:Al或ZnO:Ga等，这类TCO薄膜的禁带宽度较大(约3ev)一般厚度在6000A左右，透过率高(大于90％)，方块电阻在5欧姆左右，对于ZnO:Al薄膜的陷光结构的制备，德国Julich太阳能研究所已经有相关的报道，制备方法简单，就是利用弱酸腐蚀高电导率的ZnO:Al薄膜得到类似月球坑的绒面结构，这种结构虽然不是金字塔型绒面结构，却可以产生与金字塔状的绒面TCO相同的光散射效果。

但是迄今为止，在晶体硅太阳能电池上还未见这种类似月球坑的绒面结构。如能将薄膜非晶硅和微晶硅太阳能电池工艺中的月球坑状的绒面陷光结构移植到晶体硅太阳能电池上，应该能够带来技术上和市场上的广阔前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池及其制造方法，能够增大太阳能电池的受光面积，简化生产流程，从而得到一种廉价，高效的太阳能电池。

实现本发明目的的技术方案是：

一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池的制作方法，至少包括以下步骤：在电池衬底表面扩散PN结；在所述PN结表面生长本征氧化锌高阻层；在所述本征氧化锌高阻层上制备一层低阻氧化锌薄膜；用稀酸溶液腐蚀所述低阻氧化锌薄膜表面，形成具有月球坑状的绒面陷光结构的低阻氧化锌绒面薄膜；印刷引线电极和背场；烧结形成电池片。

其中所述电池衬底为无绒P型衬底；所述PN结结深为250～300nm。

其中所述本征氧化锌高阻层通过PECVD方法生长在所述PN结表面，厚度为10nm。

其中所述低阻氧化锌薄膜通过磁控溅射或电子束蒸发的方法生长于所述本征氧化锌高阻层表面，所述低阻氧化锌薄膜厚度为600～1500nm、方块电阻为5欧姆，可见光区平均透过率在90％以上。

其中所述稀酸溶液是稀盐酸，稀醋酸，或稀氢氟酸中的一种。

其中所述稀酸溶液是体积百分比为0.1％～1％的稀盐酸，对所述低阻氧化锌薄膜腐蚀20-50秒，形成月球坑状的绒面陷光结构的绒度为10％-70％。

其中所述引线电极和背场用丝网印刷的方法分别印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面以及所述电池背面。

本发明还提出了一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池，包括电池衬底、以及生长于所述衬底上的PN结；还包括：本征氧化锌高阻层，生长于所述PN结表面；低阻氧化锌绒面薄膜，生长于所述本征氧化锌高阻层表面，带有月球坑状绒面陷光结构；引线电极、以及背场。

其中所述本征氧化锌高阻层是通过PECVD的方法沉积于所述PN结表面，厚度为10nm。

其中所述低阻氧化锌绒面薄膜厚度为600～1500nm，其上的所述月球坑状绒面陷光结构的绒度为10％-70％，方块电阻为5欧姆，其可见光区平均透过率在90％以上。

其中所述引线电极印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面；所述背场印刷于所述电池背面。

其中所述引线电极为4个，分别印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面边缘的4个点，所述引线电极的材质为银。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的电池采用透明导电膜同时可担任正电极，完全克服了传统电池栅线不透明阻挡受光面积的缺点，增大太阳能电池的受光面积。

2、在制绒方面以稀盐酸湿法腐蚀ZnO替代NaOH腐蚀硅的传统制绒工艺，新的湿法腐蚀ZnO仅需30秒左右，药液的消耗也明显减少，从而降低了成本提高了生产效率。

3、同时还用复合ZnO薄膜替代了传统的SIN钝化层，简化了电池的生产工艺，大大降低了成本。

附图说明

图1所示为本发明的带有绒面导电ZnO薄膜的晶体硅太阳能电池的制备工艺流程图；

图2所示为本发明一个实施例中的P型电池衬底示意图；

图3所示为本发明一个实施例中的热扩散后形成PN结的示意图；

图4所示为本发明一个实施例中的用PECVD和磁控溅射生长的透明电极示意图，401为高阻层，402为低阻层；

图5所示为本发明一个实施例中的用稀HCL腐蚀后制备的绒面电极示意图；

图6所示为本发明一个实施例中的丝网印刷电极后的示意图，其中601为引线点，602为AL背场；

图7所示为本发明一个实施例中的电池正面焊点位置俯视图。

具体实施方式

以下结合附图并以具体实施方式为例，对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明的带绒面导电ZnO薄膜的晶体硅太阳能电池，主要原理是在PN结的上方设置了一层由高阻和低阻ZnO相结合的复合透明薄膜，其中里面是一层ZnO高阻层，最外面一层是绒面导电ZnO薄膜。首先是利用复合ZnO薄膜取代了传统的晶体硅电池中丝网印刷的栅线，因低阻ZnO是导电的透明ZnO薄膜，所以不再需要传统电池中的栅线收集光生电流，从而增大了电池的受光面积，提高了电流收集效率；其次本发明在外层的导电ZnO薄膜上制备月球坑状的绒面陷光结构，取代了传统电池直接在硅片上制作金字塔型绒面结构；同时因本发明的复合ZnO薄膜还具有减反膜和钝化层的作用，这样就不需要额外的SIN钝化层，从而简化了电池的结构和生产工艺。

如图1所示为本发明的带有绒面导电ZnO薄膜的晶体硅太阳能电池的制备工艺流程图，本发明的方法包括以下步骤：

步骤101：单面扩散形成PN结，在无绒P型电池衬底表面扩散PN结。激光刻边，

步骤102：在电池衬底表面通过等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)方法淀积薄层本征ZnO作为高阻层，该ZnO高阻层还起到钝化电池表面的作用。

步骤103：在高阻层上用磁控溅射或电子束蒸发的方法制备一层低阻ZnO薄膜。

步骤104：用稀HCL腐蚀低阻ZnO表面形成月球坑状的绒面陷光结构。

步骤105：用丝网印刷的办法印刷正面引线电极和Al背场。

步骤106：烧结形成电池片。

图2～6是本发明的一个具体实施例的制作过程中的电池结构示意图，分别对应图1中的各步骤：

如图2所示为P型电池衬底示意图，对应步骤101，本发明选用常规晶硅衬底，在晶体硅电池片上采用POCL3(三氯氧磷)扩散的方法形成PN结构，结深控制在250～300nm左右。在一个具体实施例中，采用无绒P型电池衬底201，P型电池衬底201为商用无绒125单晶硅或者156多晶硅，在一个具体实施例中，单晶硅电阻率为0.5-3Ω·cm；在另一个具体实施例中，多晶硅电阻率为0.5-6Ω·cm。

如图3所示为热扩散后形成PN结的示意图，仍然对应步骤101，在电池衬底201表面扩散PN结301。在一个具体实施例中，将电池衬底201放入扩散炉中扩散，扩散温度800～950℃，扩散源采用POCL3液态源，得到的PN结结深在0.25～0.35um左右，方块电阻40～50欧姆左右，出炉后用HF漂净电池片表面由于扩散形成的磷硅玻璃。

如图4所示为用PECVD和磁控溅射生长的透明电极示意图，对应步骤102和103，先用PECVD的方法在电池片PN结301的表面沉积一层10nm左右本征ZnO高阻层401，高阻层401的作用是取代了传统的晶体硅电池中钝化层的作用，用来钝化电池表面，改善高掺杂的ZnO与高掺杂硅表面的由于掺杂造成的大量界面态。

然后利用磁控溅射或电子束蒸发的方法在高阻层401上再生长一层低阻ZnO薄膜——即高电导的ZnO透明导电薄膜402。ZnO透明导电薄膜402与高阻层401相结合形成的复合ZnO薄膜，取代了传统晶体硅电池中丝网印刷栅线的作用，由于低阻ZnO薄膜是透明导电薄膜，所以不再需要传统电池中的栅线收集光生电流，从而增大了电池的受光面积和电流收集效率。在一个具体实施例中，ZnO透明导电薄膜402是一层600～1500nm、且方块电阻为5欧姆左右的低阻ZnO薄膜层402，通过优化溅射工艺，可以将该ZnO薄膜层402的可见光区平均透过率控制在90％以上。

如图5所示为用稀HCL腐蚀后制备的绒面电极示意图，对应步骤104，选取的药液可以是稀盐酸，稀醋酸，也可以是稀氢氟酸等弱酸，对低阻ZnO薄膜层402进行腐蚀，得到类似月球坑的绒面陷光结构的ZnO薄膜501，薄膜501使得光照在硅片表面经过多次反射和折射，增加了对光的吸收。薄膜501的绒度可以通过调整酸液的浓度和腐蚀时间来控制。在一个具体实施例中，采用体积百分比为0.1％～1％的稀HCL对低阻ZnO薄膜层402腐蚀20-50秒，得到的薄膜501的绒度为10％-70％。

本步骤中采用了稀HCL腐蚀ZnO，取代了传统的NaOH腐蚀硅的制绒工艺，传统工艺为NaOH与IPA混合液，其中NaOH浓度约为5％，温度80度，腐蚀时间15分钟，而本发明一般仅需30秒左右，所以药液的消耗明显减少，从而降低了成本提高了生产效率。

如图6所示为丝网印刷电极后的示意图，对应步骤105，在电池受光面的薄膜501表面印刷引线电极。在一个具体实施例中，电池受光面的薄膜501表面的边缘的4个点印刷引线电极，其中601为引线点，引线点的材料与传统栅线材料相同，为银浆，每个引线电极长度约为2～5mm，宽度约2mm，请同时参见图7所示为本发明一个实施例中的电池正面焊点位置俯视图。以及在电池背面印刷Al背场602。Al背场602与传统电池相同，材料为银铝浆。

最后经过合金工艺就得到完整的电池片(图中未示)，因该步骤属于本领域常规技术，故不再赘述。

综上，本发明的带有绒面导电ZnO薄膜的晶体硅太阳能电池的结构主要包括：电池衬底、PN结、ZnO高阻层(同时起到钝化层的作用)、带有月球坑状绒面陷光结构的低阻ZnO绒面薄膜、正负电极。

因本发明采用了ZnO高阻层401与ZnO薄膜501相结合的ZnO复合薄膜，在用作电池的钝化层的同时还作为电极使用，所以本发明的电池不需要传统电池中的钝化层、也不需要收集光生电流的栅线，只需要印刷引线点601即可，从而完全避免了栅线挡光的缺陷，增大了电池的受光面积，简化了电池结构和制备工艺。

另外，在制绒工艺方面，本发明采用了稀HCL腐蚀ZnO，取代了传统的NaOH腐蚀硅的制绒工艺，腐蚀时间短药液消耗明显减少，降低了成本提高了生产效率。

以上所述结构及制备工艺，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池的制作方法，至

少包括以下步骤：

在电池衬底表面扩散PN结；

在所述PN结表面生长本征氧化锌高阻层；

在所述本征氧化锌高阻层上制备一层低阻氧化锌薄膜；

用稀酸溶液腐蚀所述低阻氧化锌薄膜表面，形成具有月球坑状的绒面陷光结构的低阻氧化锌绒面薄膜；

印刷引线电极和背场；

烧结形成电池片。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述电池衬底为无绒P型衬底；所述PN结结深为250～300nm。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述本征氧化锌高阻层通过PECVD方法生长在所述PN结表面，厚度为10nm。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征是：所述低阻氧化锌薄膜通过磁控溅射或电子束蒸发的方法生长于所述本征氧化锌高阻层表面，所述低阻氧化锌薄膜厚度为600～1500nm、方块电阻为5欧姆，可见光区平均透过率在90％以上。

5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征是：所述稀酸溶液是稀盐酸，稀醋酸，或稀氢氟酸中的一种。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是：所述稀酸溶液是体积百分比为0.1％～1％的稀盐酸，对所述低阻氧化锌薄膜腐蚀20-50秒，形成月球坑状的绒面陷光结构的绒度为10％-70％。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征是：所述引线电极和背场用丝网印刷的方法分别印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面以及所述电池背面。

8.一种带绒面导电氧化锌薄膜的晶体硅太阳能电池，采用如权利要求1～7所述方法制造，所述晶体硅太阳能电池包括电池衬底、以及生长于所述衬底上的PN结，其特征是：所述晶体硅太阳能电池还包括：

本征氧化锌高阻层，生长于所述PN结表面；

低阻氧化锌绒面薄膜，生长于所述本征氧化锌高阻层表面，带有月球坑状绒面陷光结构；

引线电极、以及背场。

9.如权利要求8所述的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述本征氧化锌高阻层是通过PECVD的方法沉积于所述PN结表面，厚度为10nm。

10.如权利要求8或9所述的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述低阻氧化锌绒面薄膜厚度为600～1500nm，其上的所述月球坑状绒面陷光结构的绒度为10％-70％，方块电阻为5欧姆，其可见光区平均透过率在90％以上。

11.如权利要求8、9或10所述的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述引线电极印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面；所述背场印刷于所述电池背面。

12.如权利要求8、9、10或11所述的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述引线电极为4个，分别印刷于所述低阻氧化锌绒面薄膜表面边缘的4个引线点，所述引线点的材质为银。