CN104576800B - 一种可组装的hit太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种可组装的hit太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可组装的HIT太阳能电池，包括正面复合电极、复合P型掺杂层、第一复合本征半导体层、N型硅、第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层和背面复合电极，其中，正面复合电极包括第一复合TCO透明导电薄膜和正面电极，背面复合电极包括第二复合TCO透明导电薄膜和背面电极。相应的，本发明还提供一种制备上述可组装的HIT太阳能电池的方法。本发明HIT电池的各层结构可任意拆开和再组合，当某层结构异常可将其替换，大大提高了电池的加工速度和工艺的简易程度。

Description

一种可组装的HIT太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种可组装的HIT太阳能电池及其制备方法。
背景技术
HIT异质结太阳能电池是目前产业化太阳能电池转换效率最高纪录的一种高效电池，HIT电池结构如图1所示，其制备过程如下：利用PECVD在制绒后的N型硅片的正面沉积很薄的本征a-Si:H层和P型a-Si:H层，然后在硅片背面沉积薄的本征a-Si:H层和N型a-Si:H层；利用磁控溅射等技术在电池的两面沉积透明导电氧化物薄膜（TCO），用丝网印刷的方法在TCO上制备Ag电极。
HIT电池的本征a-Si:H层、P型a-Si:H层、N型a-Si:H层和TCO薄膜借助PECVD在硅片上一层层的沉积，工艺要求高，一旦发现某一层出现异常，需要将该电池进行返工处理或者报废处理。比如，在沉积P型a-Si:H层时，PECVD设备故障，沉积的a-Si:H层中P型掺杂量太高，这样形成的异质结不合格，需要将硅片上沉积的本征a-Si:H层、P型a-Si:H层腐蚀去除再重新镀膜，重新镀膜后HIT的转换效率也会大大下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可组装的HIT太阳能电池，其各层结构可以任意拆开和再组合。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种制备上述可组装的HIT太阳能电池的方法，大大提高了电池的加工速度和工艺的简易程度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可组装的HIT太阳能电池，包括正面复合电极、复合P型掺杂层、第一复合本征半导体层、N型硅、第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层和背面复合电极，其中，
所述正面复合电极包括第一复合TCO透明导电薄膜和正面电极，所述正面电极印刷在第一复合TCO透明导电薄膜上，所述第一复合TCO透明导电薄膜是在石墨烯层上沉积第一TCO透明导电薄膜形成的复合薄膜；
所述复合P型掺杂层是在石墨烯层上沉积P型掺杂层形成的复合层；
所述第一复合本征半导体层是在石墨烯层上沉积第一本征半导体层形成的复合层；
所述第二复合本征半导体层是在石墨烯层上沉积第二本征半导体层形成的复合层；
所述复合N型掺杂层是在石墨烯层上沉积N型掺杂层形成的复合层；
所述背面复合电极包括第二复合TCO透明导电薄膜和背面电极，所述背面电极印刷在第二复合TCO透明导电薄膜上，所述第二复合TCO透明导电薄膜是在石墨烯层上沉积第二TCO透明导电薄膜形成的复合薄膜。
作为上述方案的改进，所述正面复合电极、复合P型掺杂层、第一复合本征半导体层、N型硅、第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层和背面复合电极经过层压后形成接触，层压的压强为1.1-2.0个标准大气压。
作为上述方案的改进，所述石墨烯层为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%。或者，所述石墨烯层为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。
作为上述方案的改进，所述P型掺杂层为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe；
所述N型掺杂层为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe；
所述第一本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述第二本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述正面电极、背面电极为Ag电极或Cu电极。
作为上述方案的改进，所述第一TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%；
所述第二TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。
相应的，本发明还提供一种可组装的HIT太阳能电池的制备方法，包括：
A、制备石墨烯层；
B、在石墨烯层上沉积P型掺杂层、N型掺杂层、第一本征半导体层、第二本征半导体层、第一TCO透明导电薄膜、第二TCO透明导电薄膜，形成复合P型掺杂层、复合N型掺杂层、第一复合本征半导体层、第二复合本征半导体层、第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜；
C、在第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜上印刷电极，经烧结后分别形成正面复合电极和背面复合电极；
D、对N型硅进行制绒；
E、在硅片正面依次覆盖第一复合本征半导体层、复合P型掺杂层，在硅片背面依次覆盖第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层；
F、在硅片正面覆盖正面复合电极，在硅片背面覆盖背面复合电极；
G、层压，使HIT电池的各层结构形成良好接触，得到成品，
作为上述方案的改进，层压的压强为1.1-2.0个标准大气压。
作为上述方案的改进，所述石墨烯层为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%；或者，所述石墨烯层为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。
作为上述方案的改进，所述P型掺杂层为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe；
所述N型掺杂层为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe；
所述第一本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述第二本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述正面电极、背面电极为Ag电极或Cu电极。
作为上述方案的改进，所述第一TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%；
所述第二TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明将HIT电池的各层结构的制备进行隔离，借助石墨烯的高透光率、超薄和高柔韧性，事先根据需求在石墨烯上制备出HIT太阳能电池所需的P层、本征层、N层和电极；由于这种复合的P层、本征层、N层和电极的柔韧性好，将其接覆盖在N型硅片上，经过层压就可制备出HIT电池。本发明HIT电池的各层结构可任意拆开和再组合，当某层结构异常可将其替换，大大提高了电池的加工速度和工艺的简易程度。
附图说明
图1是现有技术的HIT太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明可组装的HIT太阳能电池的结构示意图；
图3是图2所示正面复合电极的结构示意图；
图4是图2所示复合P型掺杂层的结构示意图；
图5是图2所示第一复合本征半导体层的结构示意图；
图6是图2所示第二复合本征半导体层的结构示意图；
图7是图2所示复合N型掺杂层的结构示意图；
图8是图2所示背面复合电极的结构示意图。
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。
参见图1，图1显示了现有HIT太阳能电池，包括正电极1、TCO透明导电薄膜2、P型a-Si:H层3、本征a-Si:H层4、N型硅5、本征a-Si:H层6、N型a-Si:H层7、TCO透明导电薄膜8和背电极9。
其制备过程如下：利用PECVD在制绒后的N型硅片的正面沉积很薄的本征a-Si:H层和P型a-Si:H层，然后在硅片背面沉积薄的本征a-Si:H层和N型a-Si:H层；利用磁控溅射等技术在电池的两面沉积透明导电氧化物薄膜（TCO），用丝网印刷的方法在TCO上制备Ag电极。
HIT电池的本征a-Si:H层、P型a-Si:H层、N型a-Si:H层和TCO薄膜借助PECVD在硅片上一层层的沉积，工艺要求高，一旦发现某一层出现异常，需要将该电池进行返工处理或者报废处理。比如，在沉积P型a-Si:H层时，PECVD设备故障，沉积的a-Si:H层中P型掺杂量太高，这样形成的异质结不合格，需要将硅片上沉积的本征a-Si:H层、P型a-Si:H层腐蚀去除再重新镀膜，重新镀膜后HIT的转换效率也会大大下降。
为此，本发明提供一种可组装的HIT太阳能电池，如图2所示，包括正面复合电极1、复合P型掺杂层2、第一复合本征半导体层3、N型硅4、第二复合本征半导体层5、复合N型掺杂层6和背面复合电极7。
正面复合电极1、复合P型掺杂层2、第一复合本征半导体层3、N型硅4、第二复合本征半导体层5、复合N型掺杂层6和背面复合电极7经过层压后形成良好的接触，以使各层结构相互连接，其中，层压的压强优选为1.1-2.0个标准大气压，压强高于2.0个标准大气压容易压碎电池片，压强低于1.1个标准大气压又很难形成良好的接触。
参见图3，所述正面复合电极1包括第一复合TCO透明导电薄膜11和正面电极12，所述正面电极12印刷在第一复合TCO透明导电薄膜11上，正面电极12可以为Ag电极或Cu电极，但不限于此。第一复合TCO透明导电薄膜11是在石墨烯层111上沉积第一TCO透明导电薄膜112形成的复合薄膜，第一TCO透明导电薄膜112可以为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%，厚度越大导电性能越好，但透光率变差，选择50-300nm厚度的第一TCO透明导电薄膜可以平衡导电能力和透光率，从而获得电学性能优异的太阳能电池。
优选的，第一TCO透明导电薄膜112的厚度为100-250nm，透光率为88-95%。更佳的，第一TCO透明导电薄膜112的厚度为100 nm、120 nm、150 nm、180 nm、200 nm、220 nm或250nm，透光率为88%、90%、92%、94%或95%，但不限于此。
需要说明的是，TCO (transparentconductiveoxide，透明导电氧化物)薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，具有较高的灵活性和化学稳定性，容易制造，也比较坚硬。还需要说明的是，ZnO为氧化锌，ITO为氧化铟锡，FTO为掺氟二氧化锡。
参见图4，所述复合P型掺杂层2是在石墨烯层21上沉积P型掺杂层22形成的复合层， P型掺杂层22可以为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe，但不限于此。
需要说明的是，GaAs为砷化镓，CIGS为铜铟镓硒， CdTe为碲化镉。
参见图5，所述第一复合本征半导体层3是在石墨烯层31上沉积第一本征半导体层32形成的复合层，第一本征半导体层32可以为本征非晶硅或微晶硅，但不限于此。
参见图6，所述第二复合本征半导体层5是在石墨烯层51上沉积第二本征半导体层52形成的复合层，第二本征半导体层52可以为本征非晶硅或微晶硅，但不限于此。
参见图7，所述复合N型掺杂层6是在石墨烯层61上沉积N型掺杂层62形成的复合层， N型掺杂层62可以为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe，但不限于此。
参见图8，所述背面复合电极7包括第二复合TCO透明导电薄膜71和背面电极72，所述背面电极72印刷在第二复合TCO透明导电薄膜71上，背面电极72可以为Ag电极或Cu电极，但不限于此。所述第二复合TCO透明导电薄膜71是在石墨烯层711上沉积第二TCO透明导电薄膜712形成的复合薄膜，第二TCO透明导电薄膜712可以为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。厚度越大导电性能越好，但透光率变差，选择80-300nm厚度的第二TCO透明导电薄膜可以平衡导电能力和透光率，从而获得电学性能优异的太阳能电池。
优选的，第二TCO透明导电薄膜712的厚度为120-250nm，透光率为85%-95%。更佳的，第二TCO透明导电薄膜712的厚度为120 nm、140 nm、150 nm、180 nm、200 nm、220 nm、240 nm或250nm，透光率为85%、86%、88%、90%、92%、93%、94%或95%，但不限于此。
在上述复合电极1、复合P型掺杂层2、第一复合本征半导体层3、第二复合本征半导体层5、复合N型掺杂层6和背面复合电极7的各层结构中，其采用的石墨烯层可以为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%，选用电阻率小于10-8 Ω·cm，可以使得石墨烯层的导电能力很优异，从而使得电极收集电流的能力大大提高；选用97%-99.5%的高透光率可以使得光子被充分利用，从而提高太阳能电池的电流。优选的，石墨烯层的透光率为97%、97.5%、98%、98.5%、99%或99.5%，但不限于此。
或者，石墨烯层也可以为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。多层石墨烯相对单层石墨烯的制备工艺简单，成本低，但是其透光率有下降，导电能力稍有提高。优选的，石墨烯层的透光率为97%、97.5%、98%、98.5%、99%或99.5%，但不限于此。
需要说明的是，石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是一种只有一个碳原子厚度的二维材料，具有高透光率、超薄和高柔韧性等优点。
本发明将HIT电池的各层结构的制备进行隔离，借助石墨烯的高透光率、超薄和高柔韧性，事先根据需求在石墨烯上制备出HIT太阳能电池所需的P层、本征层、N层和电极；由于这种复合的P层、本征层、N层和电极的柔韧性好，将其接覆盖在N型硅片上，经过层压就可制备出HIT电池。本发明HIT电池的各层结构可任意拆开和再组合，当某层结构异常可将其替换，大大提高了电池的加工速度和工艺的简易程度。
本发明还提供一种可组装的HIT太阳能电池的制备方法，包括：
S901、制备石墨烯层：石墨烯层的制备可通过PECVD、磁控溅射等方法获得，所述石墨烯层可以为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%，也可以为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。
S902、在石墨烯层上沉积P型掺杂层、N型掺杂层、第一本征半导体层、第二本征半导体层、第一TCO透明导电薄膜、第二TCO透明导电薄膜，形成复合P型掺杂层、复合N型掺杂层、第一复合本征半导体层、第二复合本征半导体层、第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜。
具体的，所述P型掺杂层为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe；所述N型掺杂层为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe；所述第一本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；所述第二本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；所述第一TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%；所述第二TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。
S903、在第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜上印刷电极，经烧结后分别形成正面复合电极和背面复合电极。所述正面电极、背面电极为Ag电极或Cu电极，但不限于此。
S904、对N型硅进行制绒。
S905、在硅片正面依次覆盖第一复合本征半导体层、复合P型掺杂层，在硅片背面依次覆盖第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层。
S906、在硅片正面覆盖正面复合电极，在硅片背面覆盖背面复合电极。
S907、层压，使HIT电池的各层结构形成良好接触，得到成品。其中，层压的压强为1.1-2.0个标准大气压。
综上，本发明HIT电池的各层结构可任意拆开和再组合，大大提高了电池的加工速度和工艺的简易程度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可组装的HIT太阳能电池，其特征在于，包括正面复合电极、复合P型掺杂层、第一复合本征半导体层、N型硅、第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层和背面复合电极，其中，
所述正面复合电极包括第一复合TCO透明导电薄膜和正面电极，所述正面电极印刷在第一复合TCO透明导电薄膜上，所述第一复合TCO透明导电薄膜是在石墨烯层上沉积第一TCO透明导电薄膜形成的复合薄膜；
所述复合P型掺杂层是在石墨烯层上沉积P型掺杂层形成的复合层；
所述第一复合本征半导体层是在石墨烯层上沉积第一本征半导体层形成的复合层；
所述第二复合本征半导体层是在石墨烯层上沉积第二本征半导体层形成的复合层；
所述复合N型掺杂层是在石墨烯层上沉积N型掺杂层形成的复合层；
所述背面复合电极包括第二复合TCO透明导电薄膜和背面电极，所述背面电极印刷在第二复合TCO透明导电薄膜上，所述第二复合TCO透明导电薄膜是在石墨烯层上沉积第二TCO透明导电薄膜形成的复合薄膜；
所述正面复合电极、复合P型掺杂层、第一复合本征半导体层、N型硅、第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层和背面复合电极经过层压后形成接触，层压的压强为1.1-2.0个标准大气压；
所述P型掺杂层为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe；
所述N型掺杂层为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe。
2.如权利要求1所述的可组装的HIT太阳能电池，其特征在于，所述石墨烯层为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%；
或者，所述石墨烯层为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。
3.如权利要求1所述的可组装的HIT太阳能电池，其特征在于，
所述第一本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述第二本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述正面电极、背面电极为Ag电极或Cu电极。
4.如权利要求1所述的可组装的HIT太阳能电池，其特征在于，所述第一TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%；
所述第二TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。
5.一种可组装的HIT太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
制备石墨烯层；
在石墨烯层上沉积P型掺杂层、N型掺杂层、第一本征半导体层、第二本征半导体层、第一TCO透明导电薄膜、第二TCO透明导电薄膜，形成复合P型掺杂层、复合N型掺杂层、第一复合本征半导体层、第二复合本征半导体层、第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜；
在第一复合TCO透明导电薄膜、第二复合TCO透明导电薄膜上印刷电极，经烧结后分别形成正面复合电极和背面复合电极；
对N型硅进行制绒；
在硅片正面依次覆盖第一复合本征半导体层、复合P型掺杂层，在硅片背面依次覆盖第二复合本征半导体层、复合N型掺杂层；
在硅片正面覆盖正面复合电极，在硅片背面覆盖背面复合电极；
层压，使HIT电池的各层结构形成良好接触，得到成品。
6.如权利要求5所述的可组装的HIT太阳能电池的制备方法，其特征在于，层压的压强为1.1-2.0个标准大气压。
7.如权利要求5所述的可组装的HIT太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述石墨烯层为单层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为97%-99.5%；
或者，所述石墨烯层为2-10层石墨烯，其电阻率小于10-8 Ω·cm，透光率为90%-97%。
8.如权利要求5所述的可组装的HIT太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述P型掺杂层为P型非晶硅、P型微晶硅、P型GaAs、P型CIGS或P型CdTe；
所述N型掺杂层为N型非晶硅、N型微晶硅、N型GaAs、N型CIGS或N型CdTe；
所述第一本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述第二本征半导体层为本征非晶硅或微晶硅；
所述正面电极、背面电极为Ag电极或Cu电极。
9.如权利要求5所述的可组装的HIT太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为50-300nm，透光率为85%-97%；
所述第二TCO透明导电薄膜为ZnO、ITO或FTO，厚度为80-300nm，透光率为83%-97%。
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