CN103117331A - 一种n型异质结太阳电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种N型异质结太阳能电池及其制作方法，所述方法包括：a、提供一定向凝固法制备的N型硅片；b、对所述N型硅片进行表面除杂清洗，去除其表面杂质；c、对表面除杂清洗后的N型硅片的进行制绒和清洗；d、在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构。所述方法采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制备N型异质结太阳能电池，无需采用直拉法或是区熔法制备的传统单晶硅片即可制备N型异质结太阳能电池，从而降低了N型异质结太阳能电池的制作成本。

Description

一种N型异质结太阳电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种N型异质结太阳能电池及其制作方法。

背景技术

异质结太阳能电池不同于传统的太阳能电池，其PN结不是通过在硅衬底上掺杂第三、第五主族活性元素获得，而是在硅衬底上直接形成一层P型或是N型硅薄膜，所述硅薄膜厚度为纳米级，通常为非晶硅薄膜。由于PN结两侧的材料发生了质的变化，因此上述方法形成太阳能电池称为异质结太阳能电池。异质结太阳能电池具有高转化效率、工艺简单以及光照稳定性好高等优点，是一种很有发展潜力的硅太阳能电池。

现有的异质结太阳能电池是在单晶硅衬底上制备而成的。参考图1，现有的N型异质结太阳能电池包括：N型单晶硅衬底S1；设置在所述N型单晶硅衬底S1上表面的正面结构；设置在所述N型单晶硅衬底S1下表面的背面结构。其中，所述正面结构包括：设置在所述N型单晶硅衬底S1上表面的本征非晶硅层L1；设置在所述本征非晶硅层L1上表面的P型非晶硅层L2；设置在所述P型非晶硅层L2上表面的透明导电薄膜L3。所述背面结构包括：设置在所述N型单晶硅衬底S1下表面的本征非晶硅层L4；设置在所述本征非晶硅层L4下表面的N型非晶硅层L5；设置在所述N型非晶硅层L5下表面的透明导电薄膜L6。

可见，现有技术需要采用单晶硅片作为衬底制备N型异质结太阳能电池。但是，传统单晶硅片一般是采用直拉法或是区熔法制备，成本较高，从而导致N型异质结太阳能电池的制作成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种N型异质结太阳能电池，所述方法采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制作N型异质结太阳能电池，降低了N型异质结太阳能电池的制作成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种N型异质结太阳能电池的制作方法，该方法包括：

a、提供一定向凝固法制备的N型硅片；

b、对所述N型硅片进行表面除杂清洗，去除其表面杂质；

c、对表面除杂清洗后的N型硅片的进行制绒和清洗；

d、在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜；所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

优选的，上述方法中，在b和c之间还包括：

对表面除杂清洗后的N型硅片进行吸杂，去除其内部杂质。

优选的，上述方法中，所述对所述N型硅片进行表面除杂清洗包括：

对所述N型硅片进行第一次清洗，将所述N型硅片放入第一清洗试剂进行清洗，所述第一清洗剂中氨水、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（5~7）；

对所述N型硅片进行第二次清洗，将所述N型硅片放入KOH溶液中进行清洗，所述KOH溶液的浓度为1%~40%；

对所述N型硅片进行第三次清洗，将所述N型硅片放入HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15%；

对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。

优选的，上述方法中，所述对清洗后的N型硅片进行吸杂为对所述N型硅片进行磷吸杂。

优选的，上述方法中，所述对所述N型硅片进行磷吸杂包括：

将所述N型硅片放入扩散炉进行磷吸杂，扩散试剂为三氯氧磷。

优选的，上述方法中，所述对表面除杂清洗后的N型硅片进行制绒和清洗包括：

将所述N型硅片放入碱性溶液中进行制绒；

制绒后，将所述N型硅片放入第二清洗试剂进行清洗，所述第二清洗试剂中盐酸、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（6~8）；

再将所述N型硅片放入HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15%；

对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。

优选的，上述方法中，所述在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构包括：

在所述N型硅片上形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅位于所述N型硅片的上表面，所述第二本征非晶硅层位于所述N型硅片的下表面；

在所述第二本征非晶硅层下表面形成N型非晶硅层；

在所述第一本征非晶硅层上表面形成P型非晶硅层；

形成第一透明导电薄膜以及第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜位于所述P型非晶硅层上表面，所述第二透明导电薄膜位于所述N型非晶硅层下表面；

其中，所述第一本征非晶硅层、P型非晶硅层以及第一透明导电薄膜构成所述正面结构；所述第二本征非晶硅层、N型非晶硅层以及第二透明导电薄膜构成所述背面结构。

优选的，上述方法中，还包括：

在所述第一透明导电薄膜表面形成正面栅线，在所述第二透明导电薄膜表面形成背面栅线；

通过烧结使所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜形成欧姆接触，使所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜形成欧姆接触。

本发明还提供了一种N型异质结太阳能电池，该N型异质结太阳能电池包括：

定向凝固法制备的N型硅片；

位于所述N型硅片上表面的正面结构；

位于所述N型硅片下表面的背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜；所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

优选的，上述N型异质结太阳能电池中，还包括：

位于所述第一透明导电薄膜上表面的正面栅线；

位于所述第二透明导电薄膜下表面的背面栅线；

其中，所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜欧姆接触，所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜欧姆接触。

从上述技术方案可以看出，本发明所述方法采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制备N型异质结太阳能电池，无需采用传统直拉法或是区熔法制备的单晶硅片即可制备N型异质结太阳能电池，从而降低了N型异质结太阳能电池的制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常见的一种N型异质结太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种N型异质结太阳能电池的制作方法流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种N型异质结太阳能电池的结构示意图；

图4为N型单晶硅片的俯视图；

图5为定向凝固法制备的N型硅片的俯视图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术需要采用单晶硅片作为衬底制备N型异质结太阳能电池。但是，传统单晶硅片一般是采用直拉法或是区熔法制备，成本较高，从而导致N型异质结太阳能电池的制作成本较高。

发明人研究发现，可以采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制备N型异质结太阳能电池。定向凝固法制备的N型硅片具有与N型单晶硅片相近的结构，所以可以在其表面形成高质量的本征非晶硅层，形成具有低缺陷密度的界面，保证其表面钝化效果。而相对于单晶硅片，采用定向凝固法制备的N型硅片具有较低的生产成本，从而可降低N型异质结太阳能电池的生产成本。

基于上述研究，本发明提供了一种N型异质结太阳能电池的制作方法，该方法包括：

a、提供一定向凝固法制备的N型硅片；

b、对所述N型硅片进行表面除杂清洗，去除其表面杂质；

c、对表面除杂清洗后的N型硅片的进行制绒和清洗；

d、在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜；所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

本发明所述方法采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制备N型异质结太阳能电池，无需采用传统直拉法或是区熔法制备的单晶硅片即可制备N型异质结太阳能电池，从而降低了N型异质结太阳能电池的制作成本。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。

实施例一

基于上述思想，本实施例提供了一种N型异质结太阳能电池的制作方法，参考图2，该方法包括：

步骤S11：提供一定向凝固法制备的N型硅片。

所述定向凝固法指在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融的液体沿着热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。该方法工艺简单，成本较低。多晶硅铸锭就是一种常见定向凝固法的应用实例。

本实施例所述N型硅片可在多晶硅铸锭基础上制备而成。在长晶时，在多晶铸锭炉的石英坩埚底部铺设单晶硅籽晶，并通过分段控温保证硅料熔化时籽晶部分熔化，以剩余籽晶诱导晶体生长，形成N型硅锭，对所述N型硅锭进行切割获得所述N型硅片。上述方法制备的N型硅片，相对于传统单晶硅片，制作成本很低。所以，采用所述N型硅片为衬底制备N型异质结太能电池将会大大降低N型异质结太阳能电池的制作成本。

本实施例所述N型硅片是采用定向凝固法制备而成。即所述N型硅片是在多晶硅铸锭设备的基础上制备的N型准单晶硅片，其表面结构与N型单晶硅片相近，所以可在其表面形成高质量的非晶硅层。而且工艺条件达到的情况下，通过定向凝固法也可以制备出P型单晶硅片。

步骤S12：对所述N型硅片进行表面除杂清洗，去除其表面杂质。

首先，对所述N型硅片进行第一次清洗。将所述N型硅片放入第一清洗试剂进行清洗，清洗时间为2min-20min。所述第一清洗剂为氨水与双氧水的混合溶液。所述第一清洗试剂中，氨水、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（5~7）。

然后，对所述N型硅片进行第二次清洗。将所述N型硅片放入KOH溶液中进行清洗，所述KOH溶液的浓度为1%~40%，清洗时间为1min-100min。

在对所述N型硅片进行第三次清洗。将所述N型硅片放入HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15％，清洗时间为10s-30min。

通过上述次清洗可有效去除所述N型硅片表面的损伤层以及附着在其表面的杂质。

最后，对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。通过水洗去除硅片表面的化学试剂。将水洗后的所述N型硅片放入烘箱进行干燥，以便进行后续工序。

步骤S13：对清洗后的N型硅片进行吸杂，去除其内部杂质。

所述N型硅片是采用定向凝固法以多晶硅铸锭设备制备的，一般情况下，定向凝固法制备的是准单晶硅片。所以，相对于单晶硅片，所述N型硅片中不可避免的有一些杂质和缺陷，杂质很容易在在缺陷处偏聚或沉淀。而当发生杂质偏聚或是沉淀时，杂质开始具有活性，会成为少数载流子的复合中心，降低少数载流子寿命。

此时，由于其内部仍存在较多的缺陷，会导致制备的N型异质结太阳能电池的转换效率较低。本实施通过吸杂处理以去除所述N型硅片内部杂质，以保证N型异质结太阳能电池的转换效率。

可对所述N型硅片进行磷吸杂以去除其内部杂质。

优选的，可采用三氯氧磷试剂作为磷源，将所述N型硅片放入扩散炉进行磷吸杂。

步骤S14：对吸杂后的N型硅片的进行制绒和清洗。

对经过上述处理的N型硅片进行制绒，在其上表面形成绒面，降低反射，以提高其对光的利用率。优选的，可将所述N型硅片的上表面放入碱性溶液中进行制绒，制绒时间为8min~50min。

制绒后，将所述N型硅片放入第二清洗试剂进行清洗。所述第二清洗试剂为盐酸和双氧水的混合溶液。其中，所述第二清洗试剂中盐酸、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（6~8），清洗时间为1min-100min。

然后，再将所述N型硅片放入1%~15%HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15%，清洗时间为10s-100min。

最后，对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。通过水洗去除硅片表面残留的化学试剂，再将所述N型硅片放入烘箱进行干燥处理，以便进行后续工序。

步骤S15：在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构。

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜。所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

可首先在所述N型硅片上形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层。其中，所述第一本征非晶硅位于所述N型硅片的上表面，所述第二本征非晶硅层位于所述N型硅片的下表面。

然后，在所述第二本征非晶硅层下表面形成N型非晶硅层。再在所述第一本征非晶硅层上表面形成P型非晶硅层。一般N型非晶硅层的掺杂元素为磷元素，P型非晶硅层的掺杂元素为硼元素。而硼元素的扩散温度小于磷元素的扩散温度。所以，首先形成N型非晶硅层，再形成P型非晶硅层，以避免硼元素的再次受热扩散。

最后，形成第一透明导电薄膜以及第二透明导电薄膜。所述第一透明导电薄膜位于所述P型非晶硅层上表面，所述第二透明导电薄膜位于所述N型非晶硅层下表面。

完成上述各工艺步骤后，在所述第一导电薄膜上表面形成正面栅线，在所述第二透明导电薄膜表面形成背面栅线。再通过烧结使所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜形成欧姆接触，使所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜形成欧姆接触。最终形成N型异质结太阳能电池。

其中，可采用PECVD设备形成所述正面结构以及背面结构的各非晶硅层以及各透明导电薄膜。所述各非晶硅层均为含氢元素的非晶硅层。氢元素可以增加各非晶硅层的钝化效果，增加少数载流子的寿命，提高电池的转换效率。所述各透明导电薄膜均为TCO（transparent conductive oxide，透明导电性氧化物）薄膜。

需要说明的是，本申请实施例中所述各数据的取值范围均包括端点值。

本实施例所述技术方案采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底制备N型异质结太阳能电池，即本实施例技术方案提供了一种采用N型准单晶硅片（N型类单晶硅片）制备N型异质结太阳能电池的方法，无需采用单晶硅片即可制备N型异质结太阳能电池，从而降低了N型异质结太阳能电池的制作成本。

实施例二

基于上述实施例，本实施例提供了一种N型异质结太阳能电池，参考图3，该N型异质结太阳能电池包括：

定向凝固法制备的N型硅片S2，所述N型硅片S2作为N型异质结太阳能电池的衬底；

位于所述N型硅片上表面的正面结构；

位于所述N型硅片下表面的背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片S2上表面的第一本征非晶硅层L1；位于所述第一本征非晶硅层L1上表面的P型非晶硅层L2；位于所述P型非晶硅层L2上表面的第一透明导电薄膜L3。所述背面结构包括：位于所述N型硅片S2下表面的第二本征非晶硅层L4；位于所述第二本征非晶硅层L4下表面的N型非晶硅层L5；位于所述N型非晶硅层L5下表面的第二透明导电薄膜L6。

所述各非晶硅层均为含氢元素的非晶硅层。氢元素可以增加各非晶硅层的钝化效果，增加少数载流子的寿命，提高电池的转换效率。所述各透明导电薄膜均为TCO（transparent conductive oxide，透明导电性氧化物）薄膜。

所述N型异质结太阳能电池还包括：位于所述第一透明导电薄膜表面形成正面栅线，位于所述第二透明导电薄膜表面形成背面栅线。所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜欧姆接触，所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜欧姆接触。

参考图4，传统的N型单晶硅片一般是提拉法或是区熔法制备的单晶硅片，其形状为圆角矩形。参考图5，定向凝固法制备的N型硅片是在多晶硅制备的基础上制备而成，其形状是矩形。所以制备相同尺寸规格的N型异质结太阳能电池，采用定向凝固法制备的N型硅片要比N型单晶硅片具有更大的受光面积，有利于提高太阳能电池的转化效率。

本实施例所述N型异质结太阳能电池采用定向凝固法制备的N型硅片为衬底。所述N型硅片相对于传统的单晶硅片生产成本低，进而降低了N行异质结太阳能电池的生产成本。

需要说明的是，本申请各试剂或是水洗过程的温度在20℃-90℃之间，温度越高清洗施加越短。可根据具体的清洗温度设定清洗时间。且本申请实施例各数值范围均包括端点值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种N型异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：

a、提供一定向凝固法制备的N型硅片；

b、对所述N型硅片进行表面除杂清洗，去除其表面杂质；

c、对表面除杂清洗后的N型硅片的进行制绒和清洗；

d、在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜；所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在b和c之间还包括：

对表面除杂清洗后的N型硅片进行吸杂，去除其内部杂质。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述N型硅片进行表面除杂清洗包括：

对所述N型硅片进行第一次清洗，将所述N型硅片放入第一清洗试剂进行清洗，所述第一清洗剂中氨水、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（5~7）；

对所述N型硅片进行第二次清洗，将所述N型硅片放入KOH溶液中进行清洗，所述KOH溶液的浓度为1%~40%；

对所述N型硅片进行第三次清洗，将所述N型硅片放入HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15%；

对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对清洗后的N型硅片进行吸杂为对所述N型硅片进行磷吸杂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述N型硅片进行磷吸杂包括：

将所述N型硅片放入扩散炉进行磷吸杂，扩散试剂为三氯氧磷。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对表面除杂清洗后的N型硅片进行制绒和清洗包括：

将所述N型硅片放入碱性溶液中进行制绒；

制绒后，将所述N型硅片放入第二清洗试剂进行清洗，所述第二清洗试剂中盐酸、双氧水和水的体积比为1：（1~2）：（6~8）；

再将所述N型硅片放入HF溶液中进行清洗，所述HF溶液的浓度为1%~15%；

对所述N型硅片进行水洗后进行干燥处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述N型硅片上形成正面结构和背面结构包括：

在所述N型硅片上形成第一本征非晶硅层以及第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅位于所述N型硅片的上表面，所述第二本征非晶硅层位于所述N型硅片的下表面；

在所述第二本征非晶硅层下表面形成N型非晶硅层；

在所述第一本征非晶硅层上表面形成P型非晶硅层；

形成第一透明导电薄膜以及第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜位于所述P型非晶硅层上表面，所述第二透明导电薄膜位于所述N型非晶硅层下表面；

其中，所述第一本征非晶硅层、P型非晶硅层以及第一透明导电薄膜构成所述正面结构；所述第二本征非晶硅层、N型非晶硅层以及第二透明导电薄膜构成所述背面结构。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一透明导电薄膜表面形成正面栅线，在所述第二透明导电薄膜表面形成背面栅线；

通过烧结使所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜形成欧姆接触，使所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜形成欧姆接触。

9.一种N型异质结太阳能电池，其特征在于，包括：

定向凝固法制备的N型硅片；

位于所述N型硅片上表面的正面结构；

位于所述N型硅片下表面的背面结构；

其中，所述正面结构包括：位于所述N型硅片上表面的第一本征非晶硅层；位于所述第一本征非晶硅层上表面的P型非晶硅层；位于所述P型非晶硅层上表面的第一透明导电薄膜；所述背面结构包括：位于所述N型硅片下表面的第二本征非晶硅层；位于所述第二本征非晶硅层下表面的N型非晶硅层；位于所述N型非晶硅层下表面的第二透明导电薄膜。

10.根据权利要求9所述的N型异质结太阳能电池，其特征在于，还包括：

位于所述第一透明导电薄膜上表面的正面栅线；

位于所述第二透明导电薄膜下表面的背面栅线；

其中，所述正面栅线与所述第一透明导电薄膜欧姆接触，所述背面栅线与所述第二透明导电薄膜欧姆接触。

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