CN102709347A

CN102709347A - 一种埋栅结构异质结太阳电池

Info

Publication number: CN102709347A
Application number: CN2012101710066A
Authority: CN
Inventors: 涂宏波; 王学林; 聂金艳; 梅晓东; 汤安民
Original assignee: Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种埋栅结构异质结太阳电池。其包括N型单晶硅衬底、正极、负极、透明导电薄膜以及在N型单晶硅衬底正面和背面制备形成的若干膜层；在N型单晶硅衬底正面制备形成的膜层包括P型氢化纳米硅膜层和P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层，并形成p⁺/p高低结；N型单晶硅衬底正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜；N型单晶硅衬底正面上设有凹槽，电池正极设置于凹槽内；电池负极设置于所述N型单晶硅衬底背面。本发明中利用P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层作为宽带隙窗口层，增加可见光吸收，重掺杂形成较高的内建电场；利用刻槽技术减少栅线遮光面积；高电学性能和光电导的氢化纳米硅提高太阳电池性能，从而实现了高效低成本的目标。

Description

一种埋栅结构异质结太阳电池

技术领域

本发明涉及半导体太阳电池技术领域，特别是一种埋栅异质结太阳电池结构。

背景技术

目前，传统晶体硅太阳电池在生产中采用了高温制作工艺，如扩散900℃以上，高温烧结850℃以上等耗能多，成本高。随着光伏产业技术的发展，寻找新技术新方法降低太阳电池生产成本和提高转换效率，是太阳电池发展方向。

传统的异质结太阳电池的栅线是直接印刷在太阳电池的受光面上的，减少太阳电池受光面栅线的遮光面积是提高太阳电池转化效率的重要方向。但传统生产中，采用丝网印刷的方法进一步减少遮光面积，提高栅线的高宽比的问题没有得到很好的解决。采用低温薄膜制备技术生产异质结太阳电池是一个新的研究方向，它降低了能耗，并且生产工艺简单，易于商业化而且有利于降低制造成本。然而，氢化非晶硅的光电导在光照下的衰减问题始终没有得到很好的解决。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅结构简单合理，而且能提高光吸收能力的高效低成本异质结太阳电池。

本发明为解决上述技术问题，提供了一种埋栅结构异质结太阳电池，包括N型单晶硅（n c-Si）衬底、电池正极、电池负极、透明导电薄膜（TCO）以及在所述N型单晶硅衬底正面（主要受光面）和背面制备形成的若干膜层；所述的在N型单晶硅衬底正面制备形成的膜层包括P型氢化纳米硅（p nc-Si:H）膜层和P型重掺杂氢化纳米碳化硅（p⁺ nc-SiC:H）膜层，并形成p⁺/p高低结；所述N型单晶硅衬底正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜；所述N型单晶硅衬底正面上设有凹槽，所述的电池正极设置于凹槽内；所述的电池负极设置于所述N型单晶硅衬底背面。

作为一种优选，所述的在N型单晶硅衬底正面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米硅（i nc-Si:H）膜层、P型氢化纳米硅膜层和P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层，并在所述P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层上制备形成一层透明导电薄膜，从表到里形成TCO/p⁺ nc-SiC:H/p nc-Si:H/i nc-Si:H/n c-Si的结构；所述的在N型单晶硅衬底背面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米硅膜层和N型氢化纳米硅（n⁺nc-Si:H）膜层，并在所述N型氢化纳米硅膜层上制备形成一层透明导电薄膜，从表到里形成TCO/n⁺nc-Si:H/ i nc-Si:H/n c-Si的结构。

作为一种优选，所述的电池正极和电池负极分别制作在位于所述N型单晶硅衬底正面和背面最外层的透明导电薄膜上；所述的电池正极采用化学镀制作于所述N型单晶硅衬底正面上所设的凹槽内，所述的电池负极采用印刷方式制作于所述N型单晶硅衬底背面。

作为进一步的优选，所述的N型单晶硅衬底厚度为150-250μm，掺杂浓度为1×10¹⁵-1×10¹⁷/cm³，电导率为0.3-12Ω·cm；所述的本征氢化纳米硅膜层厚度为1-5nm；所述的P型氢化纳米硅膜层厚度为2-10nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-1×10¹⁹/cm³；所述的P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层厚度为2-10nm，掺杂浓度为1×10¹⁹-5×10²⁰/cm³；所述的N型氢化纳米硅膜层厚度为5-15nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-5×10²⁰/cm³；所述的透明导电薄膜厚度为60-120nm；凹槽宽度为30-40μm，深度为15-25μm。

作为进一步的优选，所述的N型单晶硅衬底正面刻槽方法包括激光刻槽、机械刻槽或等离子体刻槽；所述的透明导电薄膜的制作方法包括APCVD、磁控溅射、离子束溅射、热蒸发或离子束蒸发；在所述N型单晶硅衬底正面和背面制备形成膜层的制备方法包括射频溅射、PECVD或HWCVD。

本发明中，在N型单晶硅衬底与P型氢化纳米硅膜层之间以及N型单晶硅衬底与N型氢化纳米硅膜层之间分别制备形成的本征氢化纳米硅膜层作为缓冲层，以减少界面复合。P型氢化纳米硅（p nc-Si:H）膜层和P型重掺杂氢化纳米碳化硅（p⁺ nc-SiC:H）膜层的制备，形成了p⁺/p高低结，同时形成了良好的欧姆接触；P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层的作用还在于增加可见光吸收，形成较高的内建电场。在N型单晶硅衬底正面和背面最外层均为透明导电薄膜，并在其上分别制作栅线，其作用分别是正面引出正极，背面引出负极。在N型单晶硅衬底正面上设有凹槽，并在凹槽中透明导电薄膜之上化学镀电池正极，其作用是减少栅线遮光面积，提高光的通量。

本发明中，利用P型重掺杂氢化纳米碳化硅（p⁺ nc-SiC:H）膜层作为宽带隙窗口层，增加可见光吸收，重掺杂形成较高的内建电场；利用刻槽技术减少栅线遮光面积；高电学性能和光电导的氢化纳米硅提高太阳电池性能，从而实现高效低成本基于N型硅片的异质结太阳电池。

附图说明

图1是本发明的埋栅异质结太阳电池结构示意图。其中：1-电池正极，2-凹槽，3-透明导电薄膜，4-P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层，5-P型氢化纳米硅膜层，6-本征氢化纳米硅膜层，7-N型氢化纳米硅膜层，8-电池负极，9-N型单晶硅衬底。

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。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

实施例1：

如图1所示，一种埋栅结构异质结太阳电池，包括N型单晶硅衬底9、电池正极1、凹槽2、本征氢化纳米硅膜层6、P型氢化纳米硅膜层5、P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层4、N型氢化纳米硅膜层7、透明导电薄膜3、电池负极8。所述N型单晶硅衬底9正面（主要受光面）上设置凹槽2，并在正面依次沉积一层本征氢化纳米硅膜层6、P型氢化纳米硅膜层5和P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层4，并在P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层4上制备一层透明导电薄膜3；所述N型单晶硅衬底9背面依次沉积一层本征氢化纳米硅膜层6和N型氢化纳米硅膜层7，在N型氢化纳米硅膜层7上制备一层透明导电薄膜3，并在背面透明导电薄膜3上印刷电池负极8；所述N型单晶硅衬底9正面上凹槽2里化学镀电池正极1。

上述埋栅结构异质结太阳电池的制备方法如下：

所用N型单晶体硅衬底9厚度在190μm，电阻率为5Ω·cm，进行超声波预清洗。在混合溶液（其中含有小于3%的NaOH以及少量异丙醇和制绒添加剂）中，于78℃制备金字塔形状绒面。然后用酸清洗工艺将制绒后的N型单晶体硅衬底9清洗干净并甩干，硅片表面洁净度要求很高。将制绒后的N型单晶体硅衬底9进行激光刻槽，凹槽宽40μm，深度20μm。再将刻槽后的N型单晶体硅衬底9采用酸清洗工艺清洗干净并甩干。然后用HWCVD技术在N型单晶硅衬底9正面（刻有凹槽的一面）分别沉积本征氢化纳米硅膜层6，厚度约2nm；P型氢化纳米硅膜层5，厚度约5nm，掺杂浓度为5×10¹⁸/cm³；P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层4，厚度约5nm，掺杂浓度为1×10²⁰/cm³；在N型单晶硅衬底9背面分别沉积本征氢化纳米硅膜层6，厚度约2nm；N型氢化纳米硅7，厚度约10nm，掺杂浓度为5×10¹⁹/cm³；以及用APCVD技术在N型单晶硅衬底9双面（最外层）沉积透明导电薄膜3，厚度约80nm。最后，在凹槽2中化学镀镀上电池正极Ag浆并清洗干净甩干，背面用丝网印刷电池负极Ag-Al浆，并在180℃温度中进行低温烧结。

经测定，在测量温度25℃，模拟光源AMl.5，1000W/cm²的标准光强照射下，该实例制备得到的埋栅结构异质结太阳电池, 短路电流密度40.3mA/cm², 开路电压698mV, 填充因子80.6%，光电转换效率21.3%。

实施例2：

埋栅结构异质结太阳电池的结构同实施例1。

实施例2中埋栅结构异质结太阳电池的制备方法如下：

所用N型单晶体硅衬底9厚度在200μm，电阻率为3Ω·cm，在N型单晶体硅衬底9的一面进行激光刻槽，形成凹槽2，槽宽35μm，深度18μm。再将刻槽后的N型单晶体硅衬底9在实施例1中所述的混合溶液里进行制绒，形成金字塔形状绒面。然后用酸清洗工艺将制绒后的N型单晶体硅衬底9清洗干净并甩干，硅片表面洁净度要求很高。然后用PECVD技术在N型单晶硅衬底9正面（刻有凹槽的一面）分别沉积本征氢化纳米硅膜层6，厚度约2nm；P型氢化纳米硅膜层3，厚度约5nm，掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³；P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层4，厚度约5nm，掺杂浓度为1×10²⁰/cm³；在N型单晶硅衬底9背面分别沉积本征氢化纳米硅膜层6，厚度约2nm；N型氢化纳米硅7，厚度约10nm，掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³；以及用磁控溅射技术在N型单晶硅衬底9双面（最外层）溅射透明导电薄膜3，厚度约85nm。最后，在凹槽2中化学镀镀上电池正极Ag浆并清洗干净甩干，背面用丝网印刷电池负极Ag-Al浆，并在180℃温度中进行低温烧结。

经测定，在测量温度25℃，模拟光源AM1.5，1000W/cm²的标准光强照射下，该实例制备得到的埋栅结构异质结太阳电池, 短路电流密度42.7mA/cm², 开路电压702mV, 填充因子82.7%,光电转换效率21.8%。

Claims

1.一种埋栅结构异质结太阳电池，包括N型单晶硅衬底（9）、电池正极（1）、电池负极（8）、透明导电薄膜（3）以及在所述N型单晶硅衬底（9）正面和背面制备形成的若干膜层；其特征在于：所述的在N型单晶硅衬底（9）正面制备形成的膜层包括P型氢化纳米硅膜层（5）和P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层（4），并形成p⁺/p高低结；所述N型单晶硅衬底（9）正面和背面的最外层均制备形成一层透明导电薄膜（3）；所述N型单晶硅衬底（9）正面上设有凹槽（2），所述的电池正极（1）设置于凹槽（2）内；所述的电池负极（8）设置于所述N型单晶硅衬底（9）背面。

2.按权利要求1所述的埋栅结构异质结太阳电池，其特征在于：所述的在N型单晶硅衬底（9）正面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米硅膜层（6）、P型氢化纳米硅膜层（5）和P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层（4），并在所述P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层（4）上制备形成一层透明导电薄膜（3），从表到里形成TCO/p⁺ nc-SiC:H/p nc-Si:H/i nc-Si:H/n c-Si的结构；所述的在N型单晶硅衬底（9）背面制备形成的膜层依次为本征氢化纳米硅膜层（6）和N型氢化纳米硅膜层（7），并在所述N型氢化纳米硅膜层（7）上制备形成一层透明导电薄膜（3），从表到里形成TCO/n⁺nc-Si:H/ i nc-Si:H/n c-Si的结构。

3.按权利要求1所述的埋栅结构异质结太阳电池，其特征在于：所述的电池正极（1）和电池负极（8）分别制作在位于所述N型单晶硅衬底（9）正面和背面最外层的透明导电薄膜（3）上；所述的电池正极（1）采用化学镀制作于所述N型单晶硅衬底（9）正面上所设的凹槽（2）内，所述的电池负极（8）采用印刷方式制作于所述N型单晶硅衬底（9）背面。

4.按权利要求1至3之任意一项所述的埋栅结构异质结太阳电池，其特征在于：所述的N型单晶硅衬底（9）厚度为150-250μm，掺杂浓度为1×10¹⁵-1×10¹⁷/cm³，电导率为0.3-12Ω·cm；所述的本征氢化纳米硅膜层（6）厚度为1-5nm；所述的P型氢化纳米硅膜层（5）厚度为2-10nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-1×10¹⁹/cm³；所述的P型重掺杂氢化纳米碳化硅膜层（4）厚度为2-10nm，掺杂浓度为1×10¹⁹-5×10²⁰/cm³；所述的N型氢化纳米硅膜层（7）厚度为5-15nm，掺杂浓度为1×10¹⁸-5×10²⁰/cm³；所述的透明导电薄膜（3）厚度为60-120nm；凹槽宽度为30-40μm，深度为15-25μm。

5.按权利要求1至3之任意一项所述的埋栅结构异质结太阳电池，其特征在于：所述的N型单晶硅衬底（9）正面刻槽方法包括激光刻槽、机械刻槽或等离子体刻槽；所述的透明导电薄膜（3）的制作方法包括APCVD、磁控溅射、离子束溅射、热蒸发或离子束蒸发；在所述N型单晶硅衬底（9）正面和背面制备形成膜层的制备方法包括射频溅射、PECVD或HWCVD。