CN103117311B - 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 - Google Patents
一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103117311B CN103117311B CN201310058396.0A CN201310058396A CN103117311B CN 103117311 B CN103117311 B CN 103117311B CN 201310058396 A CN201310058396 A CN 201310058396A CN 103117311 B CN103117311 B CN 103117311B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transparency electrode
- crystal silicon
- solar batteries
- silicon solar
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有透明电极的晶硅太阳能电池，其中透明电极由石墨烯构成；石墨烯通过化学气相沉积转移法或微机械剥离法制备，置于晶硅太阳能电池PN结与氮化硅层之间；调整透明电极栅线结构和厚度，在保证电池效率的同时提高单片太阳能电池有效受光面积从而提高输出功率，是一种理想的晶硅太阳能电池的透明电极。
Description
技术领域
本发明属于太阳能制造技术领域，具体涉及一种具有透明电极的晶硅太阳能电池。
背景技术
随着世界能源问题与环境问题的日益突出，太阳能电池技术成为新能源技术的重点发展方向之一。目前太阳能电池市场主导产品仍然是单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，其在大中型太阳能电站中已经得到广泛应用。当前晶硅电池单晶效率实验室最高可达25％，量产效率约18.0～18.5％。多晶硅电池效率实验室最高可达20.4％，量产效率约17.0～17.4％。
晶硅太阳能电池的电极起收集和传输光生载流子的作用，优化电池电极结构与工艺是提高晶硅太阳能电池效率的重要技术方向之一。目前大多采用丝网印刷导电浆料再烧结的办法制作晶硅太阳能电池表面电极。不透明的电极会阻挡入射光线从而减小太阳能电池的有效受光面积进而降低单片电池输出功率。通常情况下由电极栅线遮挡面积占电池有效受光面积的5%~15%，因此透明电极的研究成为太阳能电池技术领域热点之一。
目前常用的透明电极材料是ITO（氧化铟锡），已具备商业标准。而在实际应用中，ITO的热稳定性、光吸收等方面存在一定的问题。石墨烯自2004年被发现以来，迅速成为材料界研究热点之一。这种二维单原子层厚度的碳材料具有超高的导电性（室温下载流子迁移率为2×105cm2V-1s-1）和导热性（大于3000Wm-1K-1），极强的机械强度（杨氏模量1TPa，固有强度130GPa）和气密性（任何气体完全不能透过），能够维持极高的电流密度，在较宽波长范围内具有很高的光透过率（单层透光率97.7%）。上述突出性能使石墨烯在透明电极领域具备深刻应用前景。
传统的晶硅电池电极具有主副栅结构，其中副栅主要用于收集来自太阳能电池表面的光生载流子，将其输送至主栅；主栅主要用于将整个电池电流输送至外部，但是其光电性能还是有限。
传统的晶硅太阳电池的惯用电极制造工艺就是通过PECVD方法在P+PN+电池结构表面沉积氮化硅；然后印刷铝背面场，并将铝作为金属背电极；采用导电浆料，丝网印刷正电极；600~800℃烧结，导电浆料穿透氮化硅层并固化，与晶体硅形成良好电接触。这种工艺不适合于透明电极的做法。
发明内容
本发明以现有的晶硅太阳能电池为基础，提出了一种具有透明电极的晶硅太阳能电池，采用具有主副栅结构的石墨烯作为替代传统导电浆料的透明电极，提高了单片太阳能电池有效受光面积；针对透明栅线结构进行优化调整，可获得更好的电池输出功率。
本发明具体方案如下：
一种具有透明电极的晶硅太阳能电池，包括从上至下依次设置的氮化硅层、N+扩散层、P型硅衬底、P+背面场和背电极，其特征在于：在氮化硅层和晶硅PN结之间设置有透明电极，透明电极采用石墨烯制成；
所述透明电极包括主栅和副栅，通过覆盖掩模印刷或喷涂一次性制成。
所述主栅宽度为4~5mm，副栅宽度为0.15~0.2mm，副栅间距3~4mm。
所述主栅的两端设置有金属触点，通过金属触点焊接金属导线，实现电池片之间的串联或并联关系。
所述透明电极厚度的为1.5~5nm，透光率为70~90%。
所述石墨烯材料是通过化学气相沉积转移法，或微机械剥离法制成的多层石墨烯。
所述晶硅太阳能电池为单晶硅太阳能电池，或多晶硅太阳能电池。
制备上述太阳能电池的工艺为：
步骤1：硅片清洗后，对硅片表面进行碱性腐蚀制备绒面；
步骤2：采用液态源扩散对硅片表面进行磷扩散，扩散深度300~500nm，再切边并清洗去除PSG；
步骤3：印刷铝背面场，并将铝作为金属背电极；
步骤4：在氩气氛保护下，600~800℃烧结，激活掺杂元素形成P+PN+电池结构；
步骤5：在室温（25℃）环境下，采用覆盖掩模印刷或者喷涂的方法，将经过掺杂或碱金属碳酸盐处理过的石墨烯置于N+层上。在掩模的作用下，制备的石墨稀透明电极具有主副栅结构（即在一片掩模上印刷，透过掩模附着在硅片上的的材料具有电极的主副栅线形）；
步骤6：在透明电极主栅的四端上，通过物理溅射制作金属触点；
步骤7：在SiH4与NH3流量比为1.5：1~2：1、2~10Pa工作气压、200~250℃生长环境下，通过PECVD方法（等离增强化学气相沉积）硅片表面沉积厚度为80~100nm的氮化硅；
步骤8：在200~300℃、氩气保护下快速热退火，时间30~120s；
步骤9：刻蚀掉金属触点上方的氮化硅，露出金属触点。
所述物理溅射制作金属触点的具体工艺为：掩模盖住电池表面，只露出透明电极主栅每一端16~25mm2的方形面，两条主栅一共露出四个端；然后在氩气氛保护，5×10-5Pa工作气压，40~60℃条件下溅射金属银，厚度为160~200nm。
本发明的有益效果如下：
由于氮化硅本身是不导电的，弱透明电极置于氮化硅层之上，则不能收集电流；另一方面，由于本发明所采用的透明电极厚度非常薄，因此将透明电极设置于氮化硅层和晶硅PN结之间，200~300℃快速热退火透明电极直接与晶硅形成良好电接触；
本发明中没有覆盖透明电极的区域与传统晶硅电池没有覆盖金属电极的区域在面积、结构上一致，保证了本发明中上述区域电池的性能不受透明电极影响；在此基础上，透明电极部分提供了额外的受光面积，从而提高电池输出功率。
本发明中主副栅形状与传统晶硅电池保持一致，一方面可以在传统晶硅电池产线基础上进行较少的设备工艺改造实现本发明；另一方面，维持电池栅线结构并在主栅两端设置金属触点，则可利用原有的自动化组件制作产线进行电池间的串并联，同时也兼容传统晶硅电池组件。
附图说明
图1为本发明的主栅侧的剖面结构示意图
图2为本发明的副栅侧的剖面结构示意图
图3为本发明透明电极的结构示意图
其中，附图标记为：1、石墨烯透明主栅；2、石墨烯透明副栅3、氮化硅；4、N+扩散层；5、P型硅衬底；6、P+背面场；7、背电极；8、金属触点；9、晶硅电池片。
具体实施方式
如图1-3所示，以P型单晶硅片作为电池衬底为例，结合如下方式实施本发明：
步骤1：硅片清洗后，对表面进行碱性腐蚀制备绒面。
步骤2：采用液态源扩散对硅片表面进行磷扩散，扩散深度300~500nm，再切边并清洗去除PSG。
步骤3：印刷铝背面场，并将铝作为金属背电极。
步骤4：氩气氛保护下，600~800℃烧结，激活掺杂元素形成P+PN+电池结构。
步骤5：在室温（25℃）环境下，采用覆盖掩模印刷或者喷涂的方法，将经过掺杂或碱金属碳酸盐处理过的石墨烯置于N+层上。在掩模的作用下制备的石墨稀透明电极具有主副栅结构。主栅宽度为4~5mm，副栅宽度为0.15~0.2mm，副栅间距3~4mm，透明电极厚度为1.5~5nm。
步骤6：在透明电极主栅四端上，通过物理溅射制作金属触点。具体工艺为：掩模盖住电池表面，只露出透明电极主栅每一端16~25mm2的方形面，两条主栅一共露出四个端。在氩气氛保护，5×10-5Pa工作气压，40~60℃条件下溅射金属银，厚度为160~200nm。
步骤7：在SiH4与NH3流量比为1.5：1~2：1、2~10Pa工作气压、200~250℃生长环境下，通过PECVD方法硅片表面沉积厚度为80~100nm的氮化硅。
步骤8：在200~300℃、氩气保护下快速热退火，时间30~120s。
步骤9：刻蚀掉金属触点上方的氮化硅，露出金属触点。
Claims (4)
1.一种具有透明电极的晶硅太阳能电池，包括从上至下依次设置的氮化硅层、N+扩散层、P型硅衬底、P+背面场和背电极，其特征在于：在氮化硅层和晶硅PN结之间设置有透明电极，透明电极采用石墨烯材料；所述透明电极包括主栅和副栅，通过覆盖掩模印刷或喷涂一次性制成；所述主栅宽度为4~5mm，副栅宽度为0.15~0.2mm，副栅间距3~4mm；所述透明电极厚度的为1.5~5nm，透光率为70~90%。
2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于：所述主栅的两端设置有金属触点，通过金属触点焊接金属导线。
3.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于：所述晶硅太阳能电池为单晶硅太阳能电池，或多晶硅太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池，其特征在于：所述石墨烯是多层石墨烯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310058396.0A CN103117311B (zh) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310058396.0A CN103117311B (zh) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103117311A CN103117311A (zh) | 2013-05-22 |
| CN103117311B true CN103117311B (zh) | 2016-04-06 |
Family
ID=48415632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310058396.0A Active CN103117311B (zh) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103117311B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3573113B1 (en) * | 2018-05-24 | 2020-04-15 | Solyco Technology GmbH | Photovoltaic module |
| CN109449221B (zh) * | 2018-12-28 | 2024-04-09 | 苏州腾晖光伏技术有限公司 | 一种石墨烯晶硅太阳电池及其制造方法 |
| CN111883658B (zh) * | 2020-07-31 | 2023-10-20 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种钙钛矿太阳能电池模块及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101462717A (zh) * | 2007-12-17 | 2009-06-24 | 三星电子株式会社 | 单晶石墨烯片及其制备工艺和透明电极 |
| CN101826573A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-09-08 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 一种半导体副栅极一金属主栅极晶体硅太阳电池制备方法 |
| CN101952973A (zh) * | 2007-12-20 | 2011-01-19 | 西玛耐诺技术以色列有限公司 | 具有用纳米颗粒形成的透明电极的光伏装置 |
| EP2541613A1 (en) * | 2010-02-25 | 2013-01-02 | National Institute of Advanced Industrial Science And Technology | Solar battery |
| CN203242640U (zh) * | 2013-02-25 | 2013-10-16 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 |
-
2013
- 2013-02-25 CN CN201310058396.0A patent/CN103117311B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101462717A (zh) * | 2007-12-17 | 2009-06-24 | 三星电子株式会社 | 单晶石墨烯片及其制备工艺和透明电极 |
| CN101952973A (zh) * | 2007-12-20 | 2011-01-19 | 西玛耐诺技术以色列有限公司 | 具有用纳米颗粒形成的透明电极的光伏装置 |
| CN101826573A (zh) * | 2009-12-25 | 2010-09-08 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 一种半导体副栅极一金属主栅极晶体硅太阳电池制备方法 |
| EP2541613A1 (en) * | 2010-02-25 | 2013-01-02 | National Institute of Advanced Industrial Science And Technology | Solar battery |
| CN203242640U (zh) * | 2013-02-25 | 2013-10-16 | 中国东方电气集团有限公司 | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103117311A (zh) | 2013-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2008048233A2 (en) | Nanostructure and photovoltaic cell implementing same | |
| JP5710024B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| JP2016111357A (ja) | 太陽電池、太陽電池モジュールおよび太陽電池の製造方法 | |
| CN102403376B (zh) | 含有硅量子点的n-i-p异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103029423B (zh) | 太阳能电池片及其印刷丝网 | |
| CN107275432B (zh) | 一种晶体硅太阳能电池及其制备方法 | |
| CN205657066U (zh) | 一种背面钝化接触电池电极结构 | |
| CN203242640U (zh) | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 | |
| CN203760487U (zh) | 背发射极对称异质结太阳电池 | |
| TW201448245A (zh) | 光發電裝置 | |
| CN109564951A (zh) | 太阳能单电池和太阳能单电池的制造方法 | |
| CN103117311B (zh) | 一种具有透明电极的晶硅太阳能电池 | |
| CN103531647B (zh) | 异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102931268B (zh) | N型硅衬底背接触型式hit太阳电池结构和制备方法 | |
| CN104134706B (zh) | 一种石墨烯硅太阳电池及其制作方法 | |
| CN103346172B (zh) | 异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN203250771U (zh) | 一种异质结硅基太阳能电池 | |
| CN104425651B (zh) | 一种低温制备正面无栅极的异质结太阳电池的工艺 | |
| CN202259324U (zh) | 无栅线p型晶体硅太阳能电池 | |
| CN202076297U (zh) | 基于p型硅片的背接触式hit太阳能电池结构 | |
| CN204102912U (zh) | 一种石墨烯硅太阳电池 | |
| CN101478009B (zh) | 一种背接触式太阳能电池及其制作方法 | |
| CN204045602U (zh) | 背面铝箔点接触的perc晶体硅太阳能电池 | |
| CN103000738A (zh) | 一种机械叠层碲化镉/多晶硅太阳能电池 | |
| CN104009121B (zh) | P型晶体硅双面刻槽埋栅电池制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180425 Address after: 610000 18 West core road, hi-tech West District, Chengdu, Sichuan Patentee after: Dongfang Electric Co., Ltd. Address before: 610036 Shu Han Road, Jinniu District, Chengdu, Sichuan Province, No. 333 Patentee before: Dongfang Electric Corporation |