CN102738289A - 异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异质结太阳能电池及其制作方法。异质结太阳能电池包括晶体硅片衬底，在衬底上分别淀积有N型硅薄膜层和P型硅薄膜层，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积有透明导电膜，在透明导电膜上或/和在衬底本体上设有背接触结构电极。其制作方法包括在衬底表面淀积N型硅薄膜层和P型硅薄膜层；在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积透明导电膜；制作电极；烧结成产品等步骤。本发明有效结合了背接触电池优秀的表面钝化性能和异质结电池的低温工艺优势；可有效避免硅材料的少子寿命和扩散长度的降低；增加电池对紫外光的短波响应和减少衬底电阻的损失；并有效减少或消除表面栅线造成的光损失。

Description

异质结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，特别涉及一种集成了背接触和异质结电池优点的异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
异质结太阳能电池可以通过在晶体硅上沉积一层极薄的非晶薄膜而成，整个过程在200℃以下进行，避免了高温对硅片造成的损伤和复杂操作过程引起的成本提高。异质结太阳能电池利用氢化非晶硅的宽带隙和高光电导以及晶体硅稳定性好的优势避免了由非晶硅不稳定性造成的太阳电池性能光致衰减(Staebler-Wronski效应)，除此之外异质结太阳电池性能随温度升高的衰减也比传统晶体硅太阳电池弱。但是异质结电池也存在常规电池的一个缺点：电池前面的栅线遮挡。为了最大限度提高异质结电池的效率，这是一个必要解决的问题。
背接触电池是一种结构比较新颖的晶体硅太阳能电池。其典型特征为：电池的发射区电极和基区电极均位于电池的背表面。与常规晶体硅电池相比，背接触太阳能电池具有如下优势：(1)前表面没有电极，可以实现表面栅线对入射光的零遮挡，有利于提高电池的短路电流；(2)前表面没有电极，可以增加入射光的吸收，减少表面复合来改善表面钝化性能，降低电极电阻和接触电阻；(3)两个电极在同一表面，方便电极互联，可以减小电池片间的间距，提高封装密度，降低封装难度；(4)电池的前面均一、美观，满足了消费者的审美要求。
目前，根据P-N结位置的不同，常用的背接触太阳能电池可以分为两类：(1)背结电池：P-N结位于电池背面，发射极和基区电极也相应的位于电池背面，如美国SunPower公司的背面叉指状背接触电池(IBC)；(2)前结电池：P-N结依然位于电池前表面，只是通过某种方法把电池前面收集到的载流子传递到背面的接触电极上，如发射区穿通电池(EWT)和金属穿通电池(MWT)等。P-N结的制作对背接触电池来说显得尤为重要。现有的P-N结制作方法主要是采用磷、硼扩散，扩散温度较高，会对硅片造成损伤。而且硼扩散的工艺较难控制。
发明内容
本发明的目的，就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种集成了背接触和异质结电池优点的异质结太阳能电池及其制作方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种异质结太阳能电池，包括晶体硅片衬底，在衬底上分别淀积有N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积有透明导电膜，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层与衬底之间形成异质结，在N型硅薄膜层和P型硅薄膜层之间形成P-N结，在透明导电膜上和/或衬底本体上设有背接触结构电极。
所述的晶体硅片衬底为N型晶体硅片衬底或P型晶体硅片衬底。
所述的衬底的前表面淀积有硅薄膜层，在硅薄膜层上淀积有透明导电膜。
上述异质结太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
A、以N型晶体硅片或P型晶体硅片作为衬底，用碱液对衬底表面进行清洗和表面织构化处理；
B、在衬底表面淀积N型硅薄膜层和P型硅薄膜层；
C、在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积透明导电膜；
D、在透明导电膜上或/和在衬底本体上分别制作电极接触孔；
E、依据电极接触孔制作电极；
F、烧结成产品。
所述的N型硅薄膜层为N型硅薄膜和其它硅薄膜的复合结构层，N型硅选自N型非晶硅、N型微晶硅或N型纳米硅中的一种，其它硅选自掺杂非晶硅、本征非晶硅、掺杂微晶硅、本征微晶硅或纳米硅中的一种；所述的P型硅薄膜层为P型硅薄膜和其它硅薄膜的复合结构层，P型硅选自P型非晶硅、P型微晶硅或P型纳米硅中的一种，其它硅选自掺杂非晶硅、本征非晶硅、掺杂微晶硅、本征微晶硅或纳米硅中的一种。
所述的制作在透明导电膜上的电极接触孔采用光刻或者丝网印刷的方法制作；所述的制作在衬底本体上的电极接触孔采用打孔的方法制作。
所述的电极采用丝网印刷、淀积、蒸镀或电镀的方法制作。
所述的烧结成产品是采用400℃以下的低温烧结炉烧结或者激光烧结。
所述的制作在衬底本体上的电极接触孔在衬底表面清洗和表面织构化步骤之前制作。
本发明由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：
(1)由于电池的前表面和背表面为异质结结构，P-N结为典型背接触结构，有效结合了背接触电池优秀的表面钝化性能和异质结电池的低温工艺优势；
(2)由于前表面的掺杂和背表面的掺杂均采用薄膜淀积代替传统磷、硼扩散，避免了扩散工艺的高温对衬底造成的损伤，有效避免硅材料的少子寿命和扩散长度的降低；
(3)由于在衬底的前表面淀积有硅薄膜层，可以增加电池对紫外光的短波响应和减少衬底电阻的损失；
(4)由于发射区电极和衬底电极均位于电池背表面，可以有效减少或消除表面栅线造成的光损失；
(5)由于在制作过程均采用低温工艺，避免了高温工艺造成的电池质量下降。
附图说明
图1为本发明异质结太阳能电池第一实施例的结构示意图；
图2为本发明异质结太阳能电池第二实施例的结构示意图；
图3为本发明异质结太阳能电池第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1、图2、图3，本发明的异质结太阳能电池，包括晶体硅片衬底1，在衬底1上分别淀积有N型硅薄膜层2和P型硅薄膜层3，在N型硅薄膜层2和/或P型硅薄膜层3上淀积有透明导电膜4和5，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层与衬底之间形成异质结，在N型硅薄膜层和P型硅薄膜层之间形成P-N结，在透明导电膜上和衬底本体上设有背接触结构电极6和7。
本发明以N型晶体硅片或P型晶体硅片为衬底，所选硅片参数如下：厚度50-500μm；电阻率0.1-1000Ωcm；表面没有油污，无脱晶、崩边、缺角、孔洞和隐裂等。
实施例1
图1是采用本发明的制作方法制作成的一种异质结太阳能电池的剖视结构示意图，图1所示异质结太阳能电池的制作方法包括以下步骤：
(1)采用厚度为150μm、电阻率为0.3Ωcm的N型单晶硅片为衬底1，用碱制绒的方法对衬底1的表面进行清洗和表面织构化。
(2)在N型硅衬底1前表面采用PECVD的方法先淀积一层本征非晶硅薄膜，再淀积一层N型非晶硅薄膜，复合成厚度为30nm的硅薄膜层8；
(3)在N型硅衬底1背表面采用PECVD的方法分别淀积P型硅薄膜层3和N型硅薄膜层2。其中P型硅薄膜层3是由里层本征非晶硅薄膜和外层P型非晶硅薄膜构成的复合层，N型硅薄膜层4是由里层本征非晶硅薄膜和外层N型非晶硅薄膜构成的复合层。
(4)在硅薄膜层8上淀积透明导电膜9，厚度为50nm。
(5)分别在P型硅薄膜层3和N型硅薄膜层2上淀积透明导电膜4和透明导电膜5，采用光刻或丝网印刷的方法在透明导电膜4和透明导电膜5上形成电极接触孔10。
(6)采用丝网印刷的方法在透明导电膜4上形成电极6，在N型硅衬底1背表面上形成电极7。
(7)在烧结炉中400℃以下低温烧结或者激光烧结形成电极欧姆接触。
实施例2
图2是采用本发明的制作方法制作成的另一种异质结太阳能电池的剖视结构示意图，图2所示异质结太阳能电池的制作方法包括以下步骤：
(1)采用厚度为200μm、电阻率为1Ωcm的P型单晶硅片为衬底1，在P型硅衬底1上打一个前后贯通的孔，形成电极接触孔10。
(2)用碱制绒的方法对P型硅衬底1表面进行清洗和表面织构化。
(3)采用PECVD的方法分别淀积P型硅薄膜层3和N型硅薄膜层2。其中P型硅薄膜层3是由里层本征非晶硅薄膜和外层P型微晶硅薄膜构成的复合层，N型硅薄膜层2是由里层本征非晶硅薄膜和外层N型微晶硅薄膜构成的复合层。
(4)在N型硅薄膜层2上淀积透明导电膜5，厚度为80nm。
(5)在衬底背面的P型硅薄膜层3和N型硅薄膜层2之间淀积隔离层11。
(6)采用电镀的方法在衬底的背面形成电极7，在透明导电膜5和隔离层11上形成电极6。
(7)在烧结炉中400℃以下低温烧结或者激光烧结形成电极欧姆接触。
实施例3
图3是采用本发明的制作方法制作成的另一种异质结太阳能电池的剖视结构示意图，图3所示异质结太阳能电池的制作方法包括以下步骤：
(1)采用厚度为200μm、电阻率为1Ωcm的P型单晶硅片为衬底1，在P型硅衬底1上打一个前后贯通的孔，形成电极接触孔。
(2)用碱制绒的方法对P型硅衬底1表面进行清洗和表面织构化。
(3)采用PECVD的方法分别淀积N型硅薄膜层2和P型硅薄膜层3。其中N型硅薄膜层2是由里层本征非晶硅薄膜和外层N型纳米硅薄膜构成的复合层，P型硅薄膜层3是由里层本征非晶硅薄膜和外层P型纳米硅薄膜构成的复合层。
(4)在P型硅薄膜层3上淀积透明导电膜4，厚度为50nm。
(5)在衬底前面的N型硅薄膜层2和P型硅薄膜层3之间淀积隔离层11。
(6)采用蒸镀的方法在衬底的背面形成电极7，在透明导电膜4和隔离层11上形成电极6。
(7)在烧结炉中400℃以下低温烧结或者激光烧结形成电极欧姆接触。

Claims (9)

1.一种异质结太阳能电池，其特征在于：包括晶体硅片衬底，在衬底上分别淀积有N型硅薄膜层和P型硅薄膜层，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积有透明导电膜，在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层与衬底之间形成异质结，在N型硅薄膜层和P型硅薄膜层之间形成P-N结，在透明导电膜上和衬底本体上设有背接触结构电极。
2.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的晶体硅片衬底为N型晶体硅片衬底或P型晶体硅片衬底。
3.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的衬底的前表面淀积有硅薄膜层，在硅薄膜层上淀积有透明导电膜。
4.如权利要求1所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、以N型晶体硅片或P型晶体硅片作为衬底，用碱液对衬底表面进行清洗和表面织构化处理；
B、在衬底表面淀积N型硅薄膜层或/和P型硅薄膜层；
C、在N型硅薄膜层和/或P型硅薄膜层上淀积透明导电膜；
D、在透明导电膜上或/和在衬底本体上分别制作电极接触孔；
E、依据电极接触孔制作电极；
F、烧结成产品。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述的N型硅薄膜层为N型硅薄膜和其它硅薄膜的复合结构层，N型硅选自N型非晶硅、N型微晶硅或N型纳米硅中的一种，其它硅选自掺杂非晶硅、本征非晶硅、掺杂微晶硅、本征微晶硅或纳米硅中的一种；所述的P型硅薄膜层为P型硅薄膜和其它硅薄膜的复合结构层，P型硅选自P型非晶硅、P型微晶硅或P型纳米硅中的一种，其它硅选自掺杂非晶硅、本征非晶硅、掺杂微晶硅、本征微晶硅或纳米硅中的一种。
6.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述的制作在透明导电膜上的电极接触孔采用光刻或者丝网印刷的方法制作；所述的制作在衬底本体上的电极接触孔采用打孔的方法制作。
7.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述的电极采用丝网印刷、淀积、蒸镀或电镀的方法制作。
8.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述的烧结成产品是采用400℃以下的低温烧结炉烧结或者激光烧结。
9.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述的制作在衬底本体上的电极接触孔在衬底表面清洗和表面织构化步骤之前制作。
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