CN103346195A - 一种含本征层的双面高效异质结电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含本征层的双面高效异质结电池，该电池结构由下而上依次包括背电极、第一ITO层、非晶N+层、第一本征层、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、第二本征层、非晶P层、第二ITO层和正电极。本发明的N型高效异质结电池，其结构简单，本征层能够起到很好的钝化作用，减小界面态和悬挂键，从而提高开路电压和短路电流，转换效率高。

Description

一种含本征层的双面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造方法，特别是涉及一种含本征层的双面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
太阳能电池技术普及的最大问题是成本高以及电池的光电转换效率低。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转化效率高的含本征层的双面高效异质结电池。
本发明的另一个目的在于提供这种含本征层的双面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，一种含本征层的双面高效异质结电池，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、非晶N+层、第一本征层、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、第二本征层、非晶P层、第二ITO层和正电极。
优选的，所述第一本征层和第二本征层厚度为10nm。
优选的，所述量子点结构氮化硅层的厚度为10nm。
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。
一种含本征层的双面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分别在电池片的正、背面镀钝化层，即第一本征层和第二本征层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为220℃，第一本征层和第二本征层厚度为10nm；
(d)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第二本征层上镀非晶P层，通入的气体流量为：B2H6/H2=20sccm；SiH4=1500sccm；H2=7000sccm；压强为1Torr，功率为2000W，温度为210℃；
(e)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第一本征层上镀非晶N+层；其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为232℃；
(f)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；
(g)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，本征层能够起到很好的钝化作用，减小界面态和悬挂键，从而提高开路电压和短路电流，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、非晶N+层3、第一本征层4、第一绒面层5、N型单晶硅基片6、第二绒面层7、量子点结构氮化硅层8、第二本征层9、非晶P层10、第二ITO层11和正电极12。
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，将N型单晶硅基片用去离子水清洗3分钟，取出，用N2吹干10分钟；
(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10nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术分别在电池片的正、背面镀钝化层，即第一本征层和第二本征层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为220℃，第一本征层和第二本征层厚度为10nm；
(d)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第二本征层上镀非晶P层，通入的气体流量为：B2H6/H2=20sccm；SiH4=1500sccm；H2=7000sccm；压强为1Torr，功率为2000W，温度为210℃；
(e)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第一本征层上镀非晶N+层；其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为232℃；
(f)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，ITO层厚度为100nm；
(g)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，将N型单晶硅基片用去离子水清洗3分钟，取出，用N2吹干10分钟；
(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10nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术分别在电池片的正、背面镀钝化层，即第一本征层和第二本征层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为220℃，第一本征层和第二本征层厚度为10nm；
(d)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第二本征层上镀非晶P层，通入的气体流量为：B2H6/H2=20sccm；SiH4=1500sccm；H2=7000sccm；压强为1Torr，功率为2000W，温度为210℃。；
(e)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第一本征层上镀非晶N+层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为232℃。
(f)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，ITO层厚度为100nm；
(g)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，将N型单晶硅基片用去离子水清洗3分钟，取出，用N2吹干10分钟；
(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10nm；
(c)采用等离子体增强化学气相沉积技术分别在电池片的正、背面镀钝化层，即第一本征层和第二本征层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为220℃，第一本征层和第二本征层厚度为10nm；
(d)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第二本征层上镀非晶P层，通入的气体流量为：B2H6/H2=20sccm；SiH4=1500sccm；H2=7000sccm；压强为1Torr，功率为2000W，温度为210℃。；
(e)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第一本征层上镀非晶N+层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为232℃。
(f)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，ITO层厚度为100nm；
(g)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。

Claims (8)

1.一种含本征层的双面高效异质结电池，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)、非晶N+层(3)、第一本征层(4)、第一绒面层(5)、N型单晶硅基片(6)、第二绒面层(7)、量子点结构氮化硅层(8)、第二本征层(9)、非晶P层(10)、第二ITO层(11)和正电极(12)。 
2.根据权利要求1所述的含本征层的双面高效异质结电池，所述第一本征层(4)和第二本征层(9)厚度为10nm。 
3.根据权利要求1所述的含本征层的双面高效异质结电池，其特征在于：所述量子点结构氮化硅层(8)的厚度为10nm。 
4.根据权利要求1所述的含本征层的双面高效异质结电池，其特征在于：所述第一绒面层(5)和第二绒面层(7)为金字塔绒面结构。 
5.根据权利要求4所述的含本征层的双面高效异质结电池，其特征在于：所述金字塔绒面结构高度为4～6μm。 
6.根据权利要求1所述的含本征层的双面高效异质结电池，其特征在于：所述第一ITO层(2)和第二ITO层(11)厚度为100nm。 
7.一种含本征层的双面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分别在电池片的正、背面镀钝化层，即第一本征层和第二本征层。其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为220℃，第一本征层和第二本征层厚度为10nm； 
(d)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第二本征层上镀非晶P层，通入的气体流量为：B2H6/H2=20sccm；SiH4=1500sccm；H2=7000sccm；压强为1Torr，功率为2000W，温度为210℃； 
(e)采用等离子体增强化学气相沉积技术在第一本征层上镀非晶N+层；其中通入的各气体流量为：PH3/H2=6100sccm；SiH4=2000sccm；H2=7000sccm；压强为0.9Torr，功率为4500W，温度为232℃； 
(f)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； 
(g)采用丝网印刷技术在电池片的正、背面印上银电极。 
8.根据权利要求7所述的含本征层的双面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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