CN103178148A - 一种薄膜/异质结叠层太阳电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄膜\异质结叠层太阳电池及其制造方法，其特征在于：它采用双结叠层电池结构，底电池为硅异质结电池，顶电池为硅薄膜电池；晶硅电池采用n型硅片衬底作为基区，背表面沉积硅薄膜作为钝化层，并在其上沉积导电层作为背电极，正表面沉积p型掺杂硅薄膜作为发射区；硅薄膜电池沉积在硅异质结电池正表面上，沉积顺序为n型层、本征层、p型层，然后在硅薄膜电池p型层上沉积透明导电薄膜，并在其上设置前电极。本发明采用薄膜\异质结的叠层电池结构，由于硅薄膜材料禁带宽度较大，硅薄膜顶电池吸收高能量的短波光，透过顶电池的光被硅异质结底电池吸收，并可调整硅异质结厚度，以获得与顶电池匹配的电流密度。采用该结构，可拓展电池的光谱相应范围，提高电池开路电压与转换效率，同时获得较好的高温性能。

Description

一种薄膜/异质结叠层太阳电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池及其制造方法，特别是关于一种薄膜\异质结叠层太阳电池及其制造方法。
背景技术
异质结太阳电池在N型硅片衬底上沉积一层p型硅薄膜作为发射区，有效的避免了传统晶硅电池高温扩散工艺，减小了对硅片的热损伤，降低了能量消耗，另外，非晶硅薄膜还可以对硅片表面形成良好的钝化，获得较高的开路电压和转换效率，而且温度系数也更小，电池高温性能更佳。但异质结电池光吸收区主要还是晶硅材料，单晶硅带隙较小（约1.12eV），当硅材料所吸收光子能量大于禁带宽度时，大于禁带宽度的能量将转换成热能耗散掉，并不能转换成电能，这就限制了光电转换效率的提高。
叠层结构的硅薄膜电池，根据不同带隙宽度的材料在不同区域吸收不同能量的光子，可以采用宽带隙的材料吸收短波段光，窄带隙材料吸收长波段光，从而拓宽太阳电池的光谱相应范围及电池转换效率。然而，由于硅薄膜是高缺陷密度的材料，光生载流子很容易复合，尤其是在制备叠层硅薄膜电池时，为了调节底电池的禁带宽度，通常要采用微晶化或合金化的方法，进一步增加的大面积均匀制备的难度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可兼具异质结电池和叠层硅薄膜电池优点的薄膜\异质结叠层太阳电池及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：它采用双结叠层电池结构，底电池为硅异质结电池，顶电池为硅薄膜电池；晶硅电池采用n型硅片衬底作为基区，背表面沉积硅薄膜作为钝化层，并在钝化层上沉积导电层作为背电极，正表面沉积硅薄膜作为p型发射区；硅薄膜电池沉积在硅异质结电池正表面上，沉积顺序为n型层、本征层、p型层，然后在硅薄膜电池p型层上沉积透明导电薄膜，并在其上形成前电极。
所述n型硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅。
所述钝化层可以是n型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与n型掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜。
所述背电极可以是金属铝膜，也可以是透明导电薄膜与金属铝膜形成的多层膜。
所述p型发射区可以是p型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与p型掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜。
所述硅薄膜可采用a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H、uc-Si:H、uc-SiC:H或uc-SiO:H中的任意一种或几种组合。
一种薄膜\异质结叠层太阳电池的制作方法，其步骤包括：1）采用厚度50-300μm，电阻率为0.5-500Ωcm的N型单晶硅或多晶硅硅片作为衬底，2）采用常规清洗方法清洗硅片表面，3）在硅片背面沉积一层10-100nm厚度的重掺杂的硅薄膜构成的钝化层，4）在钝化层表面沉积1-3um导电薄膜作为背电极，5）在N型硅片的正表面沉积厚度5-30n硅薄膜形成p型发射区；6）在异质结太阳电池上沉积硅薄膜，依次形成厚度5-30nm的n型层、厚度100-300nm的本征层、厚度5-30nm的p型层，7）最后在薄膜电池p型层表面沉积厚度60-100nm的透明导电薄膜，并在其上设置金属电极。
本发明采用薄膜\异质结的叠层电池结构，由于硅薄膜材料禁带宽度较大，硅薄膜顶电池吸收高能量的短波光，透过顶电池的光被硅异质结底电池吸收，并可调整硅异质结厚度，以获得与顶电池匹配的电流密度。采用该结构，可拓展电池的光谱相应范围，提高电池开路电压与转换效率，同时获得较好的高温性能。
附图说明
图1是本发明提供的一种薄膜\异质结叠层太阳电池的结构示意图。
图2是本发明提供的一种薄膜\异质结叠层太阳电池的制造流程图。
具体实施方式
    为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1和图2，对本发明进一步详细说明。
1）采用厚度200μm，电阻率为5Ωcm的N型单晶硅片作为衬底1，并对表面进行正常清洗。
2）在N型单晶硅片衬底1背面沉积一层20nm厚度的重掺杂的a-Si:H构成的钝化层2。
3）在钝化层2表面用磁控溅射方法沉积铝层3，厚度为1.5μm。
4）在N型单晶硅片1的正表面用PECVD方法依次沉积5nm本征a-Si:H层和10nm的p型a-Si:H层4，经过上述步骤得到异质结太阳电池。
5）在异质结太阳电池上用PECVD依次沉积20nm a-Si:H n型层5，300nm的a-Si:H本征层6，8nm a-Si:H p型层7，得到n\i\p结构硅硅薄膜太阳电池。
6）在硅薄膜太阳电池p型层7上用磁控溅射沉积一层70nm厚的透明导电薄膜8。
7）在透明导电薄膜8上丝网印刷低温银浆，并在低于300℃条件下低温烘干形成金属电极9，从而完成薄膜\异质结叠层太阳电池的制造。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：它采用双结叠层电池结构，底电池为硅异质结电池，顶电池为硅薄膜电池；晶硅电池采用n型硅片衬底作为基区，背表面沉积硅薄膜作为钝化层，并在其上沉积导电层作为背电极，正表面沉积p型掺杂硅薄膜作为发射区；硅薄膜电池沉积在硅异质结电池正表面上，沉积顺序为n型层、本征层、p型层，然后在硅薄膜电池p型层上沉积透明导电薄膜，并在其上设置前电极。
2.如权利要求1所述的一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：所述叠层电池由底电池和顶电池组成。
3.如权利要求1所述的一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：所述底电池为硅异质结电池，顶电池为硅薄膜电池。
4.如权利要求1所述的一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：所述异质结底电池由N型硅片作为衬底形成电池的基区，p型硅薄膜作为电池发射区。
5.如权利要求1所述的一种薄膜\异质结叠层太阳电池，其特征在于：所述硅薄膜电池为n\i\p结构，沉积顺序为n型层、本征层、p型层，电池表面沉积一层透明导电薄膜。
6.如权利要求1-5所述太阳电池，其特征在于：所述n型硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅。
7.如权利要求1-5所述太阳电池，其特征在于：所述钝化层可以是n型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与n型掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜。
8.如权利要求1-5所述太阳电池，其特征在于：所述背电极可以是金属铝膜，也可以是透明导电膜与金属铝膜形成的多层膜。
9.如权利要求1-5所述太阳电池，其特征在于：所述p型发射区可以是p型掺杂硅薄膜，也可以是缓冲过渡层与p型掺杂硅薄膜形成的双层或多层硅薄膜。
10.如权利要求1-5所述太阳电池，其特征在于：所述硅薄膜可采用a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H、uc-Si:H、uc-SiC:H或uc-SiO:H中的任意一种或几种组合。
11.一种薄膜\异质结叠层太阳电池的制造方法，其步骤包括：
    1）采用厚度50-300μm，电阻率为0.5-500Ωcm的N型单晶硅或多晶硅硅片作为衬底，
    2）采用常规清洗方法清洗硅片表面，
    3）在硅片背面沉积一层10-100nm厚度的重掺杂的硅薄膜构成的钝化层，
    4）在钝化层表面沉积1-3um导电薄膜作为背电极，
    5）在N型硅片的正表面沉积厚度5-30n硅薄膜形成p型发射区；
    6）在异质结太阳电池上沉积硅薄膜，依次形成厚度5-30nm的n型层、厚度100-300nm的本征层、厚度5-30nm的p型层，
    7）最后在薄膜电池p型层表面沉积厚度60-100nm的透明导电薄膜，并在其上设置金属电极。
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