CN103390675A - 晶体硅太阳电池及其制作方法 - Google Patents

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郭群超
柳琴
庞宏杰
王凌云
白晓宇
张愿成
张滢清
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Abstract

一种晶体硅太阳电池及其制作方法是，以制有PN结的晶体硅片为基片，在基片的正面和背面分别沉积一层透明导电薄膜，在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀铜栅线电极。本发明用TCO取代SiNx，电镀铜取代丝网印刷银栅线。电镀铜取代丝网印刷银栅线，一方面可以把电极栅线做到更精细、遮光面积更小，另外一方面铜取代银，成本更低。TCO具有高透光率和导电性，一方面能取代SiNx的减反射膜和钝化作用，另外一方面有一定的收集电流的作用，从而可以减少栅线数量，更重要的是还能阻挡电镀铜渗入硅中，克服了硅电池直接电镀铜的缺点。此外，TCO生产设备价格远低于SiNx生产设备。TCO和电镀铜两者的结合，制作成本低廉，制备工艺简单，能有效提高电池的效率。

Description

晶体硅太阳电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳电池，特别涉及一种晶体硅太阳电池及其制作方法。
背景技术
传统的晶体硅电池制备工艺流程是，在清洗制绒后的晶体硅片上先扩散形成pn结，然后去除PSG和刻边，再镀一层减反射膜SiNx，最后丝网印刷正背面电极和背电场，烧结而成。电池在光的照射下产生光生载流子，由pn结与外界相连的两端电极将电流导出。前电极尽量避免遮挡入射光以保证大部分入射光进入pn结内，又要对光生载流子有充分的收集，这是两个互相矛盾的要求，目前的技术是采用金属栅状电极来解决这对矛盾。但采用的栅状电极大约要覆盖6～10％的表面积，使太阳电池的有效面积减小，从而使转换效率降低。
为了减少电极对光线的遮挡，高效晶体硅电池设计对细栅电极的宽度提出了更高的要求。然而，细栅宽度下降自然会引起电极横截面积的降低，从而导致电极电阻的增大，也即电池串联电阻的增大。同时，细栅宽度的降低对丝网印刷技术提出了更高的要求。电池前表面的细栅线要求导电性好而且遮光面积少，这就要求栅线做到细而高。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种新型结构的晶体硅太阳电池。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种晶体硅太阳电池，包括制有PN结的晶体硅片，在制有PN结的晶体硅片的正面和背面分别沉积一层透明导电薄膜，在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀铜栅线电极。
所述的透明导电薄膜的厚度为20nm-80nm；所述的铜栅线电极的宽度为30μm-60μm。
所述的透明导电薄膜为ITO薄膜、ZnO薄膜、IWO薄膜或TiO2薄膜。
上述晶体硅太阳电池的制作方法，包括以下步骤：
A、以晶体硅片作为衬底，用碱液对衬底表面进行清洗和表面织构化处理；
B、对衬底通过热扩散的方法进行磷掺杂制备PN结；
C、采用湿法或干法刻边，去掉扩散后造成的边缘短路；
D、采用氢氟酸腐蚀的方法去除磷硅玻璃；
E、采用磁控溅射或RPD的方法在制有PN结的晶体硅片的正面和背面分别沉积一层透明导电薄膜；
F、在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀铜栅线电极。
步骤A中所述的作为衬底的晶体硅片为P型晶体硅片。
本发明采用常规晶体硅太阳电池工艺制备好pn结后，在其正背面直接沉积透明导电薄膜TCO(ITO薄膜、ZnO薄膜、IWO薄膜、TiO2薄膜或者其它透明导电氧化物薄膜)，然后电镀铜形成栅线，避免了常规印刷带来的栅线过粗、高宽比较低、电阻损耗大、印刷对准困难等问题，并且制作成本低廉，制备工艺简单，能有效提高电池的效率。本发明的要点是用TCO取代SiNx，电镀铜取代了银丝网印刷，TCO具有高透光率高导电性，并且能阻挡电镀铜渗入硅中，电镀铜成本低，而且能减少银栅状电极的光遮挡，两者的结合不仅克服了银丝网印刷的缺点，而且提高了电池的转换效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明晶体硅太阳电池的层状结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明的晶体硅太阳电池，包括制有PN结的晶体硅片1，在制有PN结的晶体硅片的正面和背面分别沉积有一层透明导电薄膜3和4，在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀有铜栅线电极5和6。图1中所示，2为扩散的n区。
本发明中的透明导电薄膜的厚度为20nm-80nm；铜栅线电极的宽度为30μm-60μm。
本发明中的透明导电薄膜为ITO(纳米铟锡金属氧化物)薄膜或ZnO薄膜、IWO薄膜(铟钨氧化物)、TiO2薄膜或者其它透明导电氧化物薄膜。
本发明晶体硅太阳电池的制作方法通过以下实施例结合附图说明：
按照附图1所示各层结构，选用晶向为<100>、厚度为200μm、面积为125mm×125mm的p型晶体硅片1作为衬底，先进行化学清洗和制绒处理；然后采用三氯氧磷热扩散的方法在p型硅片衬底上形成pn结n区2，结深约0.4μm；采用等离子刻蚀；采用氢氟酸腐蚀去除磷硅玻璃；采用磁控溅射的方法在pn结的正面和背面分别生长约40nm的ITO薄膜3和4；电镀约40μm宽的正面铜栅线电极5和背面铜栅线电极6。
经测定，在模拟光源AM1.5，100mW/cm2的标准光强照射下，按上述实施例制备得到的透明导电薄膜加电镀铜栅线的晶体硅太阳电池的效率达到了20.8％，其中开路电压为685mV，短路电流密度为38.4mA/cm2，填充因子为0.79，相对于传统晶体硅电池的产线上17％-18％的效率有了很大的提升。

Claims (5)

1.一种晶体硅太阳电池，其特征在于：包括制有PN结的晶体硅片，在制有PN结的晶体硅片的正面和背面分别沉积一层透明导电薄膜，在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀铜栅线电极。
2.如权利要求1所述的晶体硅太阳电池，其特征在于：所述的透明导电薄膜的厚度为20nm-80nm；所述的铜栅线电极的宽度为30μm-60μm。
3.如权利要求1所述的晶体硅太阳电池，其特征在于：所述的透明导电薄膜为ITO薄膜、ZnO薄膜、IWO薄膜或TiO2薄膜。
4.如权利要求1所述的晶体硅太阳电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、以晶体硅片作为衬底，用碱液对衬底表面进行清洗和表面织构化处理；
B、对衬底通过热扩散的方法进行磷掺杂制备PN结；
C、采用湿法或干法刻边，去掉扩散后造成的边缘短路；
D、采用氢氟酸腐蚀的方法去除磷硅玻璃；
E、采用磁控溅射或RPD的方法在制有PN结的晶体硅片的正面和背面分别沉积一层透明导电薄膜；
F、在正面和背面的透明导电薄膜上分别电镀铜栅线电极。
5.如权利要求4所述的晶体硅太阳电池的制作方法，其特征在于：步骤A中所述的作为衬底的晶体硅片为P型晶体硅片。
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