CN104505440B - 一种双面太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：A．在P型硅片正面形成绒面；B．扩散形成PN结；C．去磷硅玻璃；D．在所述P型硅片正面形成减反膜；E．在所述P型硅片背面沉积第二本征非晶硅层；F．在所述第二本征非晶硅层上沉积N型非晶硅层；G．在所述N型非晶硅层上沉积第一本征非晶硅层；H．在所述第一本征非晶硅层上沉积P型非晶硅层；I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积TCO层；J．丝网印刷正面电极和背面电极；K．烧结，形成双面太阳能电池。采用本发明，可克服现有双面电池背面的弱光响应较差的技术问题，正背面都能实现载流子分离，能有效地提高电池光电转换效率，且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种双面太阳能电池的制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池由于制备工艺成熟、成本低、容易产业化，深受各光伏企业的亲睐，占据了90%以上的光伏市场。目前市场上的晶硅太阳能电池大部分设置一个受光面，即太阳能电池只能利用正面照射过来的那部分光子，对于电池背面的太阳光都不能利用，这成为提高太阳能电池实际发电量的一个很大的障碍。因此开发双面太阳能电池成为了提高电池实际发电量的一个重要研究课题。
现有技术的双面太阳能电池结构：基底采用N型硅片，当太阳光子照射电池背面时，在N型硅片中产生的载流子穿过厚度约为200微米的硅片，由于N型硅片少子寿命高，载流子复合速率低，部分载流子可以到达正面的p-n结；太阳能电池的正面为主要受光面，其转换效率占整个电池转换效率的比例很高；正背面的综合作用，从而大大提高电池的转换效率。这种技术有两个弊端：一是N型硅片价格高；二是由于背面的光线较弱，晶硅电池对于背面的弱光响应较差，有效载流子数量受弱光的限制，整个电池转换效率提升不大。因此，如何开发高效低成本的双面太阳能成为企业和研究者关注的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双面太阳能电池的制备方法，可克服现有双面电池背面的弱光响应较差的技术问题，正背面都能实现载流子分离，能有效地提高电池光电转换效率，且成本低廉。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3-5nm的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积N型非晶硅层；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为10-1500nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积P型非晶硅层；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积TCO层；
J．丝网印刷正面电极和背面电极：
K．烧结，形成双面太阳能电池。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，包括所述N型非晶硅层的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019
cm-3。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，所述P型非晶硅层的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019cm-3。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，所述第二本征非晶硅层折射率为1.7-1.9。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，所述第二本征非晶硅、所述N型非晶硅层、所述第一本征非晶硅和所述P型非晶硅层采用PECVD、磁控溅射或PVD的方法制备。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，波长小于1100nm的太阳光照射所述减反膜时，反射率为0.5%-7%。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，所述TCO层厚度为500-1000
nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10-5Ω·m。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，在正面印刷Ag浆形成所述正面电极，在背面印刷Ag浆或Cu浆形成所述背面电极，且所述正面电极或所述背面电极占双面太阳能电池正面面积或背面面积的比例为4%-10%。
作为上述双面太阳能电池的制备方法的优选方式，所述步骤B中扩散时控制目标方块电阻在100-150欧/□。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
通过本发明所述制备方法在电池的正面形成同质p-n结，背面形成p-i-n非晶硅异质结，相当于两个串联的电源，不论光线从正面或背面照射电池，光线皆可穿透整个电池，正面p-n结和背面的p-i-n结都能实现载流子分离，相对于现有的双面太阳能电池光电转换效率提高至18.5%-24.5%，解决现有双面太阳能电池采用N型硅片作为衬底而造成原料成本高，以及弱光响应差导致光电转换效率提高受限的技术问题。另外，本发明所述制备方法在原有的多晶硅电池制备的基础上再沉积非晶硅异质结的各层，沉积时间短，易于沉积，适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明一种双面太阳能电池的制备方法的流程图；
图2是本发明一种双面太阳能电池的制备方法制得的双面太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
结合图2，本发明提供一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S100在P型硅片正面形成绒面。
本发明所述制备方法可选用湿法或者干法刻蚀技术，进行制绒。
需要说明的是，本发明所采用的所述P型硅片是通过P型硅原料晶体成长的方法，形成晶棒后，切片成156mm x 156mm的尺寸，但不限于该尺寸。
S101通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结。
需要说明的是，将P型硅片放入扩散炉中进行磷扩散，扩散时需控制温度在800℃～820℃范围内，目标方块电阻为100-150欧/□。
S102去磷硅玻璃。
使用HF溶液去除所述N型发射极正面及所述P型硅片背面扩散过程中形成的磷硅玻璃层。
S103在所述P型硅片正面形成减反膜。
需要说明的是，本发明所述制备方法利用PECVD方法或者磁控溅射方法，在所述硅片正面镀单层氮化硅、多层氮化硅或氮化硅/二氧化硅叠层减反膜。
S104在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3-5nm的第二本征非晶硅层。
本发明所述制备方法采用PECVD、磁控溅射或PVD方法在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3-5nm的第二本征非晶硅层，该第二本征非晶硅层不仅能使N型非晶硅层收集到的电子可通过第二本征非晶硅层迁移至P型硅片，形成电子隧穿导电，而且由于设在P型硅片的背面，第二本征非晶硅层能减少P型硅片背表面的复合中心，提高有效少子寿命，起到钝化的作用。
而第二本征非晶硅层需控制厚度在3-5nm范围内，以确保能起到电子隧穿导电的效果，如厚度低于3nm则其钝化效果不佳，影响PN结晶硅结构的少子寿命，如厚度高于5nm则电子隧穿导电效果不佳，使得电子和空穴无法顺利地迁移至正面电极和背面电极，影响电池性能。
需要说明的是，沉积而成的所述第二本征非晶硅层折射率为1.7-1.9。
S105在所述第二本征非晶硅层上沉积N型非晶硅层。
其中，所述N型非晶硅层的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019
cm-3。
S106在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为10-1500nm的第一本征非晶硅层。
S107在所述第一本征非晶硅层上沉积P型非晶硅层。
其中，所述P型非晶硅层的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019cm-3。
所述N型非晶硅层、所述第一本征非晶硅和所述P型非晶硅层可采用PECVD、磁控溅射或PVD的方法制备。
S108采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积TCO层。
优选地，所述TCO层厚度为500-1000 nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10-5Ω·m。
需要说明的是，TCO层（Transparent
Conductive Oxide），又称透明导电膜，是在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜的方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜而制的玻璃产品。由于非晶硅几乎没有横向导电性能，因此必须在玻璃表面沉积一层大面积的透明导电膜（TCO）以有效地收集电池的电流，同时TCO层具有减反射的功能让大部分光进入吸收层。
通过步骤S104-S108，在P型硅片的背面依次沉积有第二本征非晶硅层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层、P型非晶硅层和TCO层，形成p-i-n非晶硅结构。由于非晶硅电池光敏性好，在弱光的环境下光吸收系数高，适合与设置在电池的背面。
S109丝网印刷正面电极和背面电极。
本发明所述制备方法可在正面印刷Ag浆形成所述正面电极，在背面印刷Ag浆或Cu浆形成所述背面电极，且所述正面电极或所述背面电极占双面太阳能电池正面面积或背面面积的比例为4%-10%。
S110烧结，形成双面太阳能电池。
本发明所述制备方法制得的双面太阳能电池从下至上依次包括所述背面电极1、TCO层2、P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4、N型非晶硅层5、第二本征非晶硅层6、P型硅7、N型发射极8、减反膜9和正面电极10。
在所述电池的正面和背面各形成一个p-n结，即正面的P型硅7和N型发射极8形成同质p-n结，背面的P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4和N型非晶硅层5形成p-i-n非晶硅异质结，相当于两个串联的电源，光线正面照射电池时，光线穿透电池，正面p-n结和背面的p-n结都能实现载流子分离，实现转换效率17.5%-18.5%；背面的弱光照射电池的背面时，光线穿透电池，正面p-n结和背面的p-n结都能载流子分离，实现转换效率1%-6%；本双面太阳能置于太阳光下时，正背面都可以利用太阳光，实现转换效率18.5%-24.5%，相对于现有的双面太阳能电池有效且明显地提高光电转换效率，解决现有双面太阳能电池采用N型硅片作为衬底而造成原料成本高，以及弱光响应差导致光电转换效率提高受限的技术问题。另外，本发明所述制备方法在原有的多晶硅电池制备的基础上再沉积非晶硅异质结的各层，沉积时间短，易于沉积，适合大规模生产。
下面以具体实施例进一步阐述本发明：
实施例1
一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3nm，折射率为1.7的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积一层厚度为50nm的N型非晶硅层，P元素的掺杂浓度为3×1019
cm-3；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为30nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积一层厚度为60nm的P型非晶硅层，B元素的掺杂浓度为2×1019cm-3；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积一层厚度为800
nm的TCO薄膜；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
实施例2
一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为4nm，折射率为1.8的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积一层厚度为80nm的N型非晶硅层，P元素的掺杂浓度为0.5×1019cm-3；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为150nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积一层厚度为90nm的P型非晶硅层，B元素的掺杂浓度为1×1019cm-3；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积一层厚度为550
nm的TCO薄膜；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
实施例3
一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为5nm，折射率为1.8的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积一层厚度为100nm的N型非晶硅层，P元素的掺杂浓度为5×1019
cm-3；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为700nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的P型非晶硅层，B元素的掺杂浓度为4×1019cm-3；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积一层厚度为600
nm的TCO薄膜；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
实施例4
一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为4nm，折射率为1.7的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积一层厚度为150nm的N型非晶硅层，P元素的掺杂浓度为7×1019
cm-3；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为1000nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积一层厚度为150nm的P型非晶硅层，B元素的掺杂浓度为2×1019cm-3；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积一层厚度为800
nm 的TCO薄膜；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
实施例5
一种双面太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3nm，折射率为1.8的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的N型非晶硅层，P元素的掺杂浓度为8×1019
cm-3；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为900nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积一层厚度为130nm的P型非晶硅层，B元素的掺杂浓度为6×1019cm-3；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积一层厚度为700
nm 的TCO薄膜；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．在P型硅片正面形成绒面；
B．通过扩散在所述P型硅片正面形成N型发射极，并在所述P型硅片和所述N型发射极之间形成PN结；
C．去磷硅玻璃；
D．在所述P型硅片正面形成减反膜；
E．在所述P型硅片背面沉积一层厚度为3-5nm的第二本征非晶硅层；
F．在所述第二本征非晶硅层上沉积N型非晶硅层；
G．在所述N型非晶硅层上沉积一层厚度为10-1500nm的第一本征非晶硅层；
H．在所述第一本征非晶硅层上沉积P型非晶硅层；
I．采用磁控溅射方法在所述P型非晶硅层上沉积TCO层；
J．丝网印刷正面电极和背面电极；
K．烧结，形成双面太阳能电池。
2.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括所述N型非晶硅层的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019 cm-3。
3.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型非晶硅层的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×1019-10×1019cm-3。
4.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二本征非晶硅层折射率为1.7-1.9。
5.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二本征非晶硅、所述N型非晶硅层、所述第一本征非晶硅和所述P型非晶硅层采用PECVD或PVD的方法制备。
6.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，波长小于1100nm的太阳光照射所述减反膜时，反射率为0.5%-7%。
7.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述TCO层厚度为500-1000 nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10-5Ω·m。
8.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，在正面印刷Ag浆形成所述正面电极，在背面印刷Ag浆或Cu浆形成所述背面电极，且所述正面电极或所述背面电极占双面太阳能电池正面面积或背面面积的比例为4%-10%。
9.如权利要求1所述双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤B中扩散时控制目标方块电阻在100-150欧/□。
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