CN104300026B - P型hit太阳能电池结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种P型HIT太阳能电池结构，采用石墨烯薄膜作为HIT太阳能电池的窗口层可以在保证光的透过率及其的高的导电率的同时可以降低载流子在n‑a‑Si与透明导电薄膜层的势垒，同时由于石墨烯薄膜高的透移率和导电性，从而提高电池的短路电流密度，提高效率。

Description

P型HIT太阳能电池结构
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是一种P型HIT太阳能电池结构。
背景技术
HIT太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效率和高稳定性,同时由于制备过程中不存在高温过程，能耗小,工艺相对简单。因此，HIT电池还具有比单晶硅电池更好的温度特性,在高温下也能有较高的输出。因此，HIT电池作为高效率、低成本的太阳能电池,近年来备受人们的关注，已经成为太阳能电池的发展方向之一。由于非晶硅的导电性较差，所以在HIT的制作过程中，在电极和非晶硅层之间加一层TCO膜可以有效地增加载流子的收集。透明导电氧化薄膜具有光学透明和导电双重功能，对有效载流子的收集起着关键作用，可以减少光的反射，起到很好的陷光作用，是很好的窗口层材料。目前三洋公司产业化的HIT电池效率已达到21％，其实验室效率更是超过了25.6％。其在HIT太阳能电池中均采用n型IWO薄膜作为窗口层，因为IWO薄膜的迁移率高于ITO薄膜，从而提高HIT太阳能电池的短路电流密度。
近年来，石墨烯薄膜材料作为一种新型的透明导电薄膜，由于其特殊结构使其在室温条件下具有高电子迁移率、高理论比表面积、高热导率、量子隧道效应、半整数量子霍尔效应等一系列独特的物理化学性质，无论在理论还是实验研究方面都展示出重大的科学意义和应用价值，更是激发起科学界对碳纳米材料的又一轮研究热潮。石墨烯是一种二维半金属纳米碳同素异形体，是由单层sp2碳原子组成的六方点阵蜂巢状二维结构，是石墨、富勒烯以及碳纳米管的基本结构单元。石墨烯是半金属性材料，它有着独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性使其能够在室温下观测到霍尔效应且表现出很高的载流子迁移率，室温下高达15000cm2/V·s。其电阻率仅为10-6Ω/cm，比目前室温下电阻率最低的金属材料银(约为1.59×310-6Ω/cm)还略低些。同时石墨烯具有量子隧道效应及半整数霍尔效应[4]、安德森局域化的弱化现象、永不消失的电导率等特性；以及其它一些优异的物理化学特性，如高吸附性、高化学稳定性，高达2630m2/g的理论比表面积、铁磁性、良好的导热性(3080～5150W/(m·K))等，同时石墨烯的功函数为4.5eV-5.2eV与IWO的功函数相似。
发明内容
本发明提供一种P型HIT太阳能电池结构，可以提高电池的短路电流密度，进一步提高HIT太阳能电池的效率。
本发明提供的一种P型HIT太阳能电池结构：包括P型单晶硅片(1)、P型单晶硅片(1)正反面沉积本征非晶硅薄膜(2)，在正面的本征非晶硅薄膜(2)上沉积的N型重掺杂非晶硅薄膜(3)；在N型重掺杂非晶硅薄膜(3)上沉积SiO2薄膜(5)，将N型掺杂石墨烯薄膜(7)直接转移到SiO2薄膜表面上；在正面N型掺杂石墨烯薄膜(7)上印刷银金属栅线正电极(9)；P型单晶硅片背面的本征非晶硅薄膜(2)；在背面的本征非晶硅薄膜(2)上沉积P型重掺杂非晶硅薄膜(4)；在P型重掺杂非晶硅薄膜(4)上沉积Al2O3薄膜(6)，在Al2O3薄膜(6)上沉积透明的IWO导电薄膜(8)；在背面透明的IWO导电薄膜(8)上印刷银金属栅线电极(10)；本征非晶硅薄膜厚度在5-15nm。所述的N型掺杂石墨烯薄膜(7)的石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2。
上述的P型HIT太阳能电池结构，所述的本征非晶硅薄膜(2)、N型重掺杂非晶硅薄膜(3)、P型重掺杂非晶硅薄膜(4)、SiO2薄膜(5)、Al2O3薄膜(6)缓冲层均采用PECVD沉积。
上述P型HIT太阳能电池结构，所述的IWO导电薄膜(8)采用脉冲激光沉积法进行沉积，沉积的厚度约为80nm。
其中所有的本征非晶硅薄膜和N型、P型重掺杂非晶硅薄膜及SiO2以及Al2O3薄膜缓冲层均采用PECVD沉积，背面透明的IWO导电薄膜采用脉冲激光沉积法进行沉积。
有益技术效果：本发明中采用石墨烯薄膜作为HIT太阳能电池的窗口层可以在保证光的透过率及其的高的导电率的同时可以降低载流子在n-a-Si与透明导电薄膜层的势垒，同时由于石墨烯薄膜高的透移率和导电性，从而提高电池的短路电流密度，提高效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中，1.P型单晶硅片，2.本征非晶硅薄膜，3.N型重掺杂非晶硅薄膜，4.P型重掺杂非晶硅薄膜，5.SiO2薄膜，6.Al2O3薄膜，7.N型掺杂石墨烯薄膜，8.IWO导电薄膜，9.正面电极，10.背面电极。
具体实施方式
实施例1：所有的本征非晶硅薄膜和N型、P型重掺杂非晶硅薄膜及正面的SiO2和反面的Al2O3薄膜插层均采用PECVD沉积，而N型掺杂石墨烯透明导电薄膜为直接转移到SiO2薄膜表面，背面的IWO导电薄膜采用PLD方法进行沉积。制备过程为：
1.清洗制绒。在单晶硅片上做成大小均匀的金字塔结构，且硅片的表面要求光亮，无斑点，划痕，水痕等。
2.PECVD。采用PECVD分别沉积本征非晶硅薄膜(i-a-Si),N型重掺杂非晶硅薄膜(n-a-Si),P型重掺杂非晶硅薄膜(p-a-Si)以及正面的SiO2和反面的Al2O3层，本征非晶硅薄膜厚度在5nm。
3.将N型的石墨烯薄膜转移至SiO2薄膜的表面，石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2。
4.脉冲激光沉积(PLD)：采用PLD方法沉积HIT电池背面的IWO导电薄膜，沉积的厚度约为80nm,沉积的基底温度为150度，同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为0.15-0.2。
5.丝网印刷工艺。用丝网印刷工艺印刷低温银浆料，做所有正反面栅电极。烘干温度为140度，烧结温度为200度。
实施例2：所有的本征非晶硅薄膜和N型、P型重掺杂非晶硅薄膜及正面的SiO2和反面的Al2O3薄膜插层均采用PECVD沉积，而N型掺杂石墨烯透明导电薄膜为直接转移到SiO2薄膜表面，背面的IWO导电薄膜采用PLD方法进行沉积。制备过程为：
1.清洗制绒。在单晶硅片上做成大小均匀的金字塔结构，且硅片的表面要求光亮，无斑点，划痕，水痕等。
2.PECVD。采用PECVD分别沉积本征非晶硅薄膜(i-a-Si),N型重掺杂非晶硅薄膜(n-a-Si),P型重掺杂非晶硅薄膜(p-a-Si)以及正面的SiO2和反面的Al2O3层，本征非晶硅薄膜厚度在15nm。
3.将N型的石墨烯薄膜转移至SiO2薄膜的表面，石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2。
4.脉冲激光沉积(PLD)：采用PLD方法沉积HIT电池背面的IWO导电薄膜，沉积的厚度约为80nm,沉积的基底温度为150度，同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为0.2。
5.丝网印刷工艺。用丝网印刷工艺印刷低温银浆料，做所有正反面栅电极。烘干温度为140度，烧结温度为200度。
实施例3：所有的本征非晶硅薄膜和N型、P型重掺杂非晶硅薄膜及正面的SiO2和反面的Al2O3薄膜插层均采用PECVD沉积，而N型掺杂石墨烯透明导电薄膜为直接转移到SiO2薄膜表面，背面的IWO导电薄膜采用PLD方法进行沉积。制备过程为：
1.清洗制绒。在单晶硅片上做成大小均匀的金字塔结构，且硅片的表面要求光亮，无斑点，划痕，水痕等。
2.PECVD。采用PECVD分别沉积本征非晶硅薄膜(i-a-Si),N型重掺杂非晶硅薄膜(n-a-Si),P型重掺杂非晶硅薄膜(p-a-Si)以及正面的SiO2和反面的Al2O3层，本征非晶硅薄膜厚度在10nm。
3.将N型的石墨烯薄膜转移至SiO2薄膜的表面，石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2。
4.脉冲激光沉积(PLD)：采用PLD方法沉积HIT电池背面的IWO导电薄膜，沉积的厚度约为80nm,沉积的基底温度为150度，同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为0.18。
5.丝网印刷工艺。用丝网印刷工艺印刷低温银浆料，做所有正反面栅电极。烘干温度为140度，烧结温度为200度。

Claims (1)

1.一种P型HIT太阳能电池结构：包括P型单晶硅片(1)、P型单晶硅片(1)正反面沉积本征非晶硅薄膜(2)，在正面的本征非晶硅薄膜(2)上依次沉积N型重掺杂非晶硅薄膜(3)、SiO2薄膜(5)和N型掺杂石墨烯薄膜(7)，在正面N型石墨烯薄膜(7)上印刷银金属栅线正电极(9)；在P型单晶硅片背面的本征非晶硅薄膜(2)上依次沉积P型重掺杂非晶硅薄膜(4)、沉积Al2O3薄膜(6)和透明的IWO导电薄膜(8)，在背面透明的IWO导电薄膜(8)上印刷银金属栅线电极(10)；
所述的N型掺杂石墨烯薄膜(7)的石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2；
所述的本征非晶硅薄膜(2)、N型重掺杂非晶硅薄膜(3)、P型重掺杂非晶硅薄膜(4)、SiO2薄膜(5)、Al2O3薄膜(6)缓冲层均采用PECVD沉积；
所述的本征非晶硅薄膜(2)在5-15nm；
所述的IWO导电薄膜(8)采用脉冲激光沉积法进行沉积，沉积的厚度约为80nm；制备过程主要为：
1)清洗制绒：在单晶硅片上做成大小均匀的金字塔结构，且硅片的表面要求光亮，无斑点，划痕，水痕；
2)PECVD：采用PECVD分别沉积本征非晶硅薄膜(i-a-Si),N型重掺杂非晶硅薄膜(n-a-Si),P型重掺杂非晶硅薄膜(p-a-Si)以及正面的SiO2和反面的Al2O3层，本征非晶硅薄膜厚度在5nm；
3)将N型的石墨烯薄膜转移至SiO2薄膜的表面，石墨烯的掺杂浓度为1013cm-2；
4)脉冲激光沉积(PLD)：采用PLD方法沉积HIT电池背面的IWO导电薄膜(8)，沉积的厚度约为80nm,沉积的基底温度为150度，同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为0.2；
5)丝网印刷工艺:用丝网印刷工艺印刷低温银浆料，做所有正反面栅电极；烘干温度为140度，烧结温度为200度。
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