CN103346172A - 异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异质结太阳能电池及其制备方法。其中异质结太阳能电池包括TCO，以及形成在TCO上的栅极，栅极部分延伸进入TCO中。异质结太阳能电池的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上方形成TCO；以及在TCO上形成栅极，在TCO上形成栅极的步骤中，栅极部分延伸进入TCO中。本发明中异质结太阳能电池及其制备方法，通过将栅极部分延伸进入TCO的内部，增加栅极和TCO的接触面积，减小了接触电阻；同时，通过栅极与TCO之间的侧向接触在一定程度上改善了载流子输运，进而提高了太阳能电池的填充因子，提升电池的能量转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展，光伏行业逐渐进入人们的生活，特别是太阳能电池得到了广泛的推广应用。太阳能电池按其基质材料可以分为同质结太阳能电池和异质结太阳能电池。同质结太阳能电池是以晶硅为基本材料制成的太阳能电池，而异质结太阳能电池是通过薄膜工艺在晶体硅衬底上制备非晶、纳米晶薄膜形成的非晶硅/晶硅异质结为基本结构的太阳能电池。异质结太阳能电池由于其具有高效、工艺温度低，光生衰退效应不明显等优点成为当前太阳能电池领域非常重要的一项技术。
如图1所示，在图1中给出了一种异质结太阳能电池的结构，以n型异质结太阳能电池为例，其包括n型衬底(N-c-Si)10’，在n型衬底10’正面和背面分别镀有氢化本证非晶硅（a-Si:H(i)）20’，在n型衬底10’正面的氢化本证非晶硅20’上形成P型氢化非晶硅（a-Si:H(p)）30’，在n型衬底10’背面的氢化本证非晶硅20’上形成n型氢化非晶硅（a-Si:H(n+)）40’，在P型氢化非晶硅30’和n型氢化非晶硅40’的外侧通过PVD的方法镀上透明导电薄膜（TCO）50’，然后在透明导电薄膜50’的外侧形成栅极60’。其中形成位置“外侧”是指材料层远离n型衬底的一侧。
在同质结太阳能电池中由于不存在非晶硅材料，其在制备栅极的过程中，通常是通过在高温环境下烧结浆料，通过玻璃粉的作用，使金属栅极材料穿透减反射膜（通常减反射膜为SiNx膜）、腐蚀硅形成接触区进而形成栅极。而在上述图1所给出的异质结太阳能电池中，由于发射极（图1中p型氢化非晶硅）采用的是非晶硅材料，这种非晶硅材料具有较高的方阻，使得其中载流子不能直接导出，而是需要使用TCO来引出。为了保证非晶硅材料中载流子的顺利导出，在异质结太阳能电池中需要在发射极上方设置TCO，再将栅极设置在TCO上。如图1所示此时，栅极60’坐落在TCO50’上，形成直接的接触，其中接触面积就是栅极60’底部与TCO50’接触的界面部分。
鉴于上述原因，在异质结太阳能电池中，栅极需要设置在TCO材料层上。这就使得栅极和TCO之间产生接触电阻，这部分接触电阻会对填充因子产生很大影响，进而降低异质结电池的光电转化效率。降低栅极和TCO的接触电阻对提升异质结电池的转化效率至关重要。
为了降低栅极和TCO的接触电阻，有研究指出可以通过降低栅极/TCO的接触势垒和改善浆料的接触特性来降低接触电阻。如改善TCO的功函数，增强浆料的导电性，使用高固含量的浆料；另外优化浆料中金属颗粒的尺寸，优化浆料中的玻璃粉，粘合剂等以增加浆料和TCO接触的金属颗粒数量等方法来改善栅极/TCO接触电阻。
上述方法随着技术的进步已经发展到一定的程度，而且限于浆料本身的发展，其改善空间主要依赖于浆料供应商，从电池研究的角度无法再进一步深入。
发明内容
本发明旨在提供一种异质结太阳能电池及其制备方法，以提高异质结太阳能电池的光电转化效率。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种异质结太阳能电池，包括TCO，以及形成在TCO上的栅极，栅极部分延伸进入TCO中。
进一步地，上述异质结太阳能电池中栅极具有一端宽一端窄的结构，栅极的宽端延伸进入TCO中。
进一步地，上述异质结太阳能电池中栅极呈梯形结构。
进一步地，上述异质结太阳能电池中栅极中延伸进入TCO中的第一部分与位于TCO外部的第二部分的高度比为1/1000～1/100。
进一步地，上述异质结太阳能电池中栅极中第一部分的高度与TCO的厚度之间的比值为0.1～0.9。
进一步地，上述异质结太阳能电池中异质结太阳能电池包括衬底，TCO设置在衬底的正面和/或背面，栅极位于TCO远离衬底的一侧。
同时，根据本发明的另一方面，提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，包括：提供衬底；在衬底上方形成TCO；以及在TCO上形成栅极，在TCO上形成栅极的步骤中，栅极部分延伸进入TCO中。
进一步地，上述制备方法中在TCO上形成栅极的步骤包括：在TCO上刻蚀形成凹槽；在凹槽中形成栅极，以使栅极部分延伸进入TCO中。
进一步地，上述制备方法中TCO包括第一TCO和第二TCO，在衬底上方形成TCO，以及在TCO上形成的栅极的步骤包括：在衬底上形成第一TCO；在第一TCO上形成栅极；以及在第一TCO上，围绕栅极形成第二TCO，以使栅极部分延伸进入TCO中。
进一步地，上述制备方法中TCO形成在衬底的正面和/或背面上方，栅极形成在TCO远离衬底的一侧上，并朝向衬底的方向部分延伸进入TCO中。
本发明的有益效果：本发明中异质结太阳能电池及其制备方法，通过将栅极部分延伸进入TCO的内部，增加栅极和TCO的接触面积，减小了接触电阻；同时，通过栅极与TCO之间的侧向接触在一定程度上改善了载流子输运，进而提高了太阳能电池的填充因子，提升电池的能量转化效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中异质结太阳能电池的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的异质结太阳能电池的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的异质结太阳能电池制备方法的流程示意图；
图4a示出了根据本发明实施例中的异质结太阳能电池的制备方法中在衬底正面的非晶掺杂层和第一TCO后基体的结构示意图；
图4b示出了在图4a的基础上在第一TCO上形成栅极后基体的结构示意图；以及
图4c示出了在图4b的基础上在第一TCO上，围绕栅极形成第二TCO后基体的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了降低如背景技术部分所提及的栅极和TCO的接触电阻，以提高太阳能电池的能量转化效率，本发明的发明人提供了一种新型异质结太阳能电池结构，如图2所示，在一种实施方式中，这种异质结太阳能电池结构，包括TCO50，以及形成在TCO50上的栅极60，其中，栅极60至少部分延伸进入TCO50中。
本发明所提供的上述方案是对异质结太阳能电池结构中TCO50和栅极60的相对结构进行的一种改进。本领域技术人员能够将这种TCO50和栅极60的相对结构合理地运用到异质结太阳能电池结构中。
在一种常见的n型异质结太阳能电池结构中，包括n型衬底(N-c-Si)10，在n型衬底10正面和背面分别镀有起到良好地钝化效果，调高少子寿命的氢化本证非晶硅（a-Si:H(i)）20，在n型衬底10正面的氢化本证非晶硅20上形成P型氢化非晶硅（a-Si:H(p)）30，在n型衬底10背面的氢化本证非晶硅20上形成n型氢化非晶硅（a-Si:H(n+)）40，在P型氢化非晶硅30和n型氢化非晶硅40的外侧通过PVD的方法镀上透明导电薄膜（TCO）50，然后在透明导电薄膜50的远离衬底10的一侧形成栅极60。在本发明中，位于该异质结太阳能电池正面和/或背面的栅极60至少部分延伸进入TCO50中，以形成本发明所保护的技术方案。
同样的，一种常见的P型异质结太阳能电池与上述n型异质结太阳能电池结构相同，仅是P型氢化非晶硅（a-Si:H(p)）30变为n型氢化非晶硅（a-Si:H(n)），n型氢化非晶硅（a-Si:H(n+)）40变为p型氢化非晶硅（a-Si:H(p+)）。
在上述异质结太阳能电池结构中非晶掺杂层30的材料包括但不限于非晶硅，非晶碳化硅，非晶氢化硅，微晶硅，微晶碳化硅，以及能实现掺杂的金属化合物材料，如碲化镉等，其优选为氢化非晶硅。
本发明所提供的异质结太阳能电池通过将栅极部分延伸进入TCO的内部，增加栅极和TCO的接触面积，减小了接触电阻；同时，通过栅极与TCO之间的侧向接触在一定程度上改善了载流子输运，进而提高了太阳能电池的填充因子，提升电池的能量转化效率。
在上述异质结太阳能电池中，栅极60的结构不限于为方形，优选地，该栅极60具有一端宽一端窄的结构，且将栅极60的宽端延伸进入TCO中。将栅极60设置为这种一端宽一端窄的结构，有利于在保持栅极60体积不变的情况下，增加栅极60与TCO50的接触面，进而增加栅极60和TCO50的接触面积，减小了接触电阻。更为优选地，该栅极60具有梯形结构。在栅极60延伸进入TCO50中的第一部分的高度相同的情况下，相对于具有方形结构的栅极60，将栅极60设置为梯形结构，能够明显增加栅极60与TCO的接触面，进而增加栅极和TCO的接触面积，减小了接触电阻，进而提高太阳能电池的能量转化效率。
在上述异质结太阳能电池中，将栅极60延伸进入TCO50，对其延伸部分的高度并没有强制性的规定，只要保证栅极60与非晶掺杂层之间存在TCO就可以，优选栅极60中延伸进入TCO中的第一部分与位于TCO外部的第二部分的高度比为1/1000～1/100。将两者比例设定在该范围内能够有利于提高载流子的收集效率。
在上述异质结太阳能电池中，将栅极60向TCO50中延伸，对其延伸部分的高度与TCO的厚度之间的比值也没有特定的要求，只要保证栅极60与非晶掺杂层之间存在TCO就可以，优选栅极60中第一部分的高度与TCO的厚度之间的比值为0.1～0.9。将两者比值设定在该范围内有利于改善FF。
本发明所提供的上述异质结太阳能电池的结构，本领域技术人员有能力制备出与上述异质结太阳能电池结构相同的异质结太阳能电池。为了简化制备流程，在本发明中给出了一种优选的异质结太阳能电池的制备方法，如图3所示，其包括提供衬底10，在衬底10上形成TCO50；以及在TCO50上形成栅极的步骤，其中，在TCO50上形成栅极60的步骤中，栅极60部分延伸进入TCO50中。
本申请所提供的方法是在现有的异质结太阳能电池的制备方法的基础上为了适应栅极60部分延伸进入TCO中的结构所提出的新方法。本领域技术人员在本申请的教导下，有能力合理地将本申请所提供的方法应用到相应的异质结太阳能电池的制备方法。
在一种常见的n型异质结太阳能电池的制备方法中，包括以下步骤：提供n型衬底10，在n型衬底10正面和背面分别镀设氢化本证非晶硅20，在n型衬底10正面的氢化本证非晶硅20上形成P型氢化非晶硅30，在n型衬底10’背面的氢化本证非晶硅20上形成n型氢化非晶硅40，在P型氢化非晶硅30和n型氢化非晶硅40的外侧镀上透明导电薄膜（TCO）50，然后在TCO50的远离衬底10的一侧形成栅极60。本申请所提供的方法在上述制备方法的基础上，对形成位于该异质结太阳能电池正面和/或背面的透明导电薄膜（TCO）50以及形成栅极60的步骤进行了改进，以使得栅极60部分延伸进入TCO50中，以形成本发明所保护的技术方案。
在上述异质结太阳能电池的制备方法中，优选地，在TCO50上形成栅极60的步骤包括：在TCO50上刻蚀形成凹槽；在凹槽中形成栅极60，以使栅极60部分延伸进入TCO50中。在这种方法中通过简单地在TCO50上设置凹槽即可实现将栅极60部分延伸进入TCO50中的目的，操作步骤简单，适用，适于大规模生产。其中刻蚀凹槽的方法可以采用干法刻蚀、湿法刻蚀或者干湿法混合刻蚀，形成TCO50步骤可以通过物理气相沉积法（PVD）、化学气相沉积法（CVD）以及等离子化学气相沉积法（PECVD）等方式沉积方法。形成栅极60的步骤可以通过丝网印刷，模板印刷，电镀，喷墨印刷等方法进行成型。
在一种具体的实施方式中，在上述异质结太阳能电池的制备方法中，优选地，如图4a至4c所给出的异质结太阳能电池的制备方法中基体的变化图所示，TCO50包括第一TCO层51和第二TCO52，在衬底10上方形成TCO50，以及在TCO50上形成的栅极60的步骤包括：在衬底10上方形成第一TCO51；在第一TCO51上形成栅极60；以在第一TCO51上，围绕栅极60形成上表面低于栅极60上表面的第二TCO52，以使栅极60部分延伸进入TCO50中。在这种方法中通过将TCO50分为第一TCO51和第二TCO52，将第一TCO51和第二TCO52分先后步骤制备进而形成将栅极60部分延伸进入TCO50中的目的。这种方法步骤可控性更高，且对栅极60的制备没有特别的要求，能够更容易制作出一端宽一端窄的栅极结构。其中第一TCO和第二TCO可以采用相同的材料或者根据实际情况采用不同的材料。形成第一TCO51和第二TCO52步骤均可以通过物理气相沉积法（PVD）、化学气相沉积法（CVD）以及等离子化学气相沉积法（PECVD）等方式沉积方法。
本发明中异质结太阳能电池及其制备方法具有如下优势：
（1）通过将栅极部分延伸进入TCO的内部，增加栅极和TCO的接触面积，减小了接触电阻；
（2）通过栅极与TCO之间的侧向接触在一定程度上改善了载流子输运，进而提高了太阳能电池的填充因子，提升电池的能量转化效率。
（3）制备方法简单，容易操作，适于大规模生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异质结太阳能电池，包括TCO（50），以及形成在所述TCO（50）上的栅极（60），其特征在于，所述栅极（60）部分延伸进入所述TCO（50）中。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述栅极（60）具有一端宽一端窄的结构，所述栅极（60）的宽端延伸进入所述TCO（50）中。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述栅极（60）呈梯形结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述栅极（60）中延伸进入所述TCO（50）中的第一部分与位于所述TCO（50）外部的第二部分的高度比为1/1000～1/100。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述栅极（60）中所述第一部分的高度与所述TCO（50）的厚度之间的比值为0.1～0.9。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池包括衬底（10），所述TCO（50）设置在所述衬底（10）的正面和/或背面，所述栅极位于所述TCO（50）远离所述衬底（10）的一侧。
7.一种异质结太阳能电池的制备方法，包括：
提供衬底（10）；
在所述衬底上方形成TCO（50）；以及
在所述TCO（50）上形成栅极（60），
其特征在于，在所述TCO（50）上形成栅极（60）的步骤中，所述栅极（60）部分延伸进入所述TCO（50）中。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述TCO（50）上形成栅极（60）的步骤包括：
在所述TCO（50）上刻蚀形成凹槽；
在所述凹槽中形成所述栅极（60），以使所述栅极（60）部分延伸进入所述TCO（50）中。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述TCO（50）包括第一TCO（51）和第二TCO（52），在所述衬底上方形成TCO（50），以及在所述TCO（50）上形成的栅极（60）的步骤包括：
在所述衬底上形成所述第一TCO（51）；
在所述第一TCO（51）上形成所述栅极（60）；以
在所述第一TCO（51）上，围绕所述栅极（60）形成所述第二TCO（52），以使所述栅极（60）部分延伸进入所述TCO（50）中。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述TCO（50）形成在所述衬底的正面和/或背面上方，所述栅极形成在所述TCO（50）远离所述衬底（10）的一侧上，并朝向所述衬底的方向部分延伸进入所述TCO（50）中。
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