CN103337530A - 一种n型高效异质结电池及其制造方法 - Google Patents

一种n型高效异质结电池及其制造方法 Download PDF

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张东升
赵会娟
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Abstract

本发明公开了一种N型高效异质结电池，该电池结构由下而上依次包括背电极、第一ITO层、第一绒面层、N型单晶硅基片、第二绒面层、量子点结构氮化硅层、非晶P层、第二ITO层和正电极，并且公开了该种电池的制造方法。本发明的N型高效异质结电池，其结构简单，光谱响应范围在200nm～1400nm之间，开路电压比较高，短路电流比较大，转换效率高。

Description

一种N型高效异质结电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是涉及一种N型高效异质结电池及其制造方法，属于太阳能电池制造技术领域。
背景技术
成本高，电池的光电转换效率低一直是阻碍太阳能电池技术普及应用的主要问题。影响太阳电池的光电转换效率的重要因素主要是太阳能电池对太阳光的光谱吸收范围较窄，通常太阳光谱中约占一半左右的近红外光无法被有效利用。
中国专利文献CN103022020A“高效率非晶硅与铜铟镓硒叠构太阳电池技术”，以及中国专利文献CN102856421A“一种新型三结薄膜太阳能电池”，两项发明都是通过电池结构层叠来拓展太阳光吸收波长范围，达到提高转化效率的目的。但是叠层电池成本较高，层与层之间容易出现各种问题。一旦层与层之间出现击穿现象，整个电池就要报废。
研究发现，量子点结构使荷电载流子的运动在三维方向上均受到强烈限制，存在明显的量子尺寸效应，这导致半导体硅的电子能带结构变化，特别是能带间隙随量子点尺寸呈现规律性变化。在高密度的量子点群中，尺寸小的量子点可以吸收高能量范围的太阳光，因此量子点的尺寸变化就可以改变光的吸收波长，提高和太阳光谱的整体匹配程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳光波吸收范围广，转化效率高的N型高效异质结电池。
本发明的另一个目的在于提供这种N型高效异质结电池的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的，一种N型高效异质结电池，其特征在于：该电池结构由下而上依次包括背电极、第一ITO层、第一绒面层、N型单晶硅基片、第二绒面层、量子点结构氮化硅层、非晶P层、第二ITO层和正电极。
优选的，所述量子点结构氮化硅层的厚度为5～7nm。
在本发明的一个具体实施例中，所述第一绒面层和第二绒面层为金字塔绒面结构。
优选的，所述金字塔绒面结构高度为4～6μm。
优选的，所述第一ITO层和第二ITO层厚度为100nm。
一种N型高效异质结电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在N型单晶硅基片上制备金字塔绒面结构；
(b)采用等离子体增强化学气相沉积技术在基片上的一侧制备含有硅量子点结构的氮化硅薄膜，通入的气体流量为NH3：800sccm，SiH4：1000sccm，基片温度：180～200℃，等离子体的射频功率为55W，腔体压强为1×10-2Torr；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术在氮化硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜，通入的气体流量为：SiH4：800sccm，B2H6/H2：4600sccm，H2:5100sccm，CH4:500sccm，射频功率3000W，基片温度在190～210℃之间；
(d)采用磁控溅射技术在电池片的正、背面镀上第一ITO层和第二ITO层；
(e)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。
优选的，所述步骤(a)制备金字塔结构时，所用化学溶剂为氢氧化钠、制绒添加剂TCS和去离子水，体积比NaOH:TCS:去离子水=5.3:15:156.13。
本发明所提供的技术方案的优点在于，这种结构的电池，其结构简单，光谱响应范围在200nm～1400nm之间，开路电压比较高，短路电流比较大，转换效率高。其制备方法简单，能在传统异质结产线上实现。转换效率高，从而降低了成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明的电池片结构如图1所示，该电池结构由下而上依次包括背电极1、第一ITO层2、第一绒面层3、N型单晶硅基片4、第二绒面层5、量子点结构氮化硅层6、非晶P层7、第二ITO层8和正电极9。
实施例1电池片的制备方法为：
(a)在N型单晶硅基片上制备金字塔绒面结构，所用化学溶剂为氢氧化钠、制绒添加剂TCS和去离子水，体积比NaOH:TCS:去离子水=5.3:15:156.13，N型单晶硅基片置于配置完毕的化学溶剂中在80℃恒温水浴内保持20分钟，形成金字塔的平均高度在4um之间，得到N型单晶硅基片；
(b)采用等离子体增强化学气相沉积技术在基片上的一侧制备含有硅量子点结构的氮化硅薄膜，通入的气体流量为NH3：800sccm，SiH4：1000sccm，基片温度：180～200℃，等离子体的射频功率为55W，腔体压强为1×10-2Torr，量子点结构氮化硅层的厚度为5nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术在氮化硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜，通入的气体流量为：SiH4：800sccm，B2H6/H2：4600sccm，H2:5100sccm，CH4:500sccm，射频功率3000W，基片温度在190℃之间；
(d)采用磁控溅射技术在电池片的正、背面镀上第一ITO层和第二ITO层；
(e)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。
实施例2电池片的制备方法为：
(a)在N型单晶硅基片上制备金字塔绒面结构，所用化学溶剂为氢氧化钠、制绒添加剂TCS和去离子水，体积比NaOH:TCS:去离子水=5.3:15:156.13，N型单晶硅基片置于配置完毕的化学溶剂中在80℃恒温水浴内保持20分钟，形成金字塔的平均高度在5um之间，得到N型单晶硅基片；
(b)采用等离子体增强化学气相沉积技术在基片上的一侧制备含有硅量子点结构的氮化硅薄膜，通入的气体流量为NH3：800sccm，SiH4：1000sccm，基片温度：180～200℃，等离子体的射频功率为55W，腔体压强为1×10-2Torr，量子点结构氮化硅层的厚度为6nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术在氮化硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜，通入的气体流量为：SiH4：800sccm，B2H6/H2：4600sccm，H2:5100sccm，CH4:500sccm，射频功率3000W，基片温度在200℃之间；
(d)采用磁控溅射技术在电池片的正、背面镀上第一ITO层和第二ITO层；
(e)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。
实施例3电池片的制备方法为：
(a)在N型单晶硅基片上制备金字塔绒面结构，所用化学溶剂为氢氧化钠、制绒添加剂TCS和去离子水，体积比NaOH:TCS:去离子水=5.3:15:156.13，N型单晶硅基片置于配置完毕的化学溶剂中在80℃恒温水浴内保持20分钟，形成金字塔的平均高度在46um之间，得到N型单晶硅基片；
(b)采用等离子体增强化学气相沉积技术在基片上的一侧制备含有硅量子点结构的氮化硅薄膜，通入的气体流量为NH3：800sccm，SiH4：1000sccm，基片温度：180～200℃，等离子体的射频功率为55W，腔体压强为1×10-2Torr，量子点结构氮化硅层的厚度为7nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术在氮化硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜，通入的气体流量为：SiH4：800sccm，B2H6/H2：4600sccm，H2:5100sccm，CH4:500sccm，射频功率3000W，基片温度在210℃之间；
(d)采用磁控溅射技术在电池片的正、背面镀上第一ITO层和第二ITO层；
(e)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。

Claims (7)

1.一种N型高效异质结电池，其特征在于：该电池结构由下而上依次包括背电极(1)、第一ITO层(2)、第一绒面层(3)、N型单晶硅基片(4)、第二绒面层(5)、量子点结构氮化硅层(6)、非晶P层(7)、第二ITO层(8)和正电极(9)。
2.根据权利要求1所述的N型高效异质结电池，其特征在于：所述量子点结构氮化硅层(6)的厚度为5～7nm
3.根据权利要求1所述的N型高效异质结电池，其特征在于：所述第一绒面层(3)和第二绒面层(5)为金字塔绒面结构。
4.根据权利要求3所述的N型高效异质结电池，其特征在于：所述金字塔绒面结构高度为4～6μm。
5.根据权利要求1所述的N型高效异质结电池，其特征在于：所述第一ITO层(2)和第二ITO层(8)厚度为100nm。
6.一种N型高效异质结电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在N型单晶硅基片上制备金字塔绒面结构；
(b)采用等离子体增强化学气相沉积技术在基片上的一侧制备含有硅量子点结构的氮化硅薄膜，通入的气体流量为NH3：800sccm，SiH4：1000sccm，基片温度：180～200℃，等离子体的射频功率为55W，腔体压强为1×10-2Torr；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术在氮化硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜，通入的气体流量为：SiH4：800sccm，B2H6/H2：4600sccm，H2:5100sccm，CH4:500sccm，射频功率3000W，基片温度在190～210℃之间；
(d)采用磁控溅射技术在电池片的正、背面镀上第一ITO层和第二ITO层；
采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。
7.根据权利要求5所述的N型高效异质结电池的制造方法，其特征在于：所述步骤(a)制备金字塔结构时，所用化学溶剂为氢氧化钠、制绒添加剂TCS和去离子水，体积比NaOH:TCS:去离子水=5.3:15:156.13。
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