CN104752561A - 一种异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能光伏技术领域，公开了一种异质结太阳能电池及其制备方法，用以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率。其中异质结太阳能电池的制备方法，包括：在第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上分别采用第一溅射法形成第一透明导电氧化物薄膜层，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量；在每层第一透明导电氧化物薄膜层上采用第二溅射法形成第二透明导电氧化物薄膜层，第二溅射法中溅射粒子的能量高于第一溅射法中溅射粒子的能量。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着人类对能源需求量的增加，常规能源储量有限并且不可再生，因此开发可再生能源特别是太阳能越来越受到关注，太阳电池的研究开发也越来越广泛。
目前，太阳电池可以分为晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池和新型太阳电池。其中，晶体硅太阳电池相比其他类型的电池，有着优异的电学性能和机械性能，因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。
硅异质结电池是由多种膜层，存在多种异质材料界面，在制备过程中，就需要考虑各种异质材料界面接触性能。目前生产上沉积透明导电氧化物薄膜的主要方法是直流磁控溅射法。
但是，直流磁控溅射法在沉积透明导电氧化物薄膜的过程中等离子体的粒子能量较大，一般大于50电子伏特且小于或等于200电子伏特，对非晶硅会造成损伤，非晶硅与透明导电氧化物薄膜的界面复合增加，降低非晶硅的钝化质量，最终导致电池的短路电流密度和开路电压降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种异质结太阳能电池及其制备方法，用以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，包括：
在第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上分别采用第一溅射法形成第一透明导电氧化物薄膜层，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量；
在每层第一透明导电氧化物薄膜层上均采用第二溅射法形成第二透明导电氧化物薄膜层，第二溅射法中溅射粒子的能量高于所述第一溅射法中溅射粒子的能量。
本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，通过将透明导电氧化物薄膜层分层形成，可以使得透明导电氧化物薄膜层可以采用不同溅射粒子能量的溅射方法形成，将与非晶硅薄膜层(第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层)直接接触的第一透明导电氧化物薄膜层采用第一溅射方法形成，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力；将位于第一透明导电氧化物薄膜上的第二透明导电氧化物薄膜采用第二溅射法形成，第二溅射法中溅射粒子的能量高于第一溅射法中溅射粒子的能量，由于溅射粒子能量越低，沉积速度越慢，故在形成第二透明导电氧化物薄膜时可以采用溅射粒子能量较大的第二溅射方法，可以提高沉积速率，提高生产效率。
所以，本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率。
在一些可选的实施方式中，所述第一溅射法中溅射粒的能量大于0电子伏特且小于或等于50电子伏特。
在一些可选的实施方式中，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。
在一些可选的实施方式中，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。
在一些可选的实施方式中，所述第一溅射法为射频溅射法或中频溅射法或直流和射频耦合溅射法或反应等离子体溅射。
在一些可选的实施方式中，所述第二溅射法为直流磁控溅射法。
在一些可选的实施方式中，上述制备方法还包括：在每层第二透明导电氧化物薄膜层上采用所述第一溅射法形成第三透明导电氧化物薄膜层。
本发明还提供了一种异质结太阳能电池，包括：第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层，还包括：
分别设置于所述第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上的第一透明导电氧化物薄膜层；
设置于每层第一透明导电氧化物薄膜层上的第二透明导电氧化物薄膜层。
由于本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率，所以，本发明提供的异质结太阳能电池，具有较好的使用效果。
在一些可选的实施方式中，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。
在一些可选的实施方式中，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。
附图说明
图1为本发明实施例提供的异质结太阳能电池的一种制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的异质结太阳能电池的另一种制备方法流程示意图；
图3本发明实施例提供的异质结太阳能电池的结构示意图。
附图标记：
1-N型硅衬底 2-钝化薄膜层
3-P型非晶硅层 41-第一透明导电氧化物薄膜层
42-第二透明导电氧化物薄膜层 5-金属前电极层
6- N型非晶硅层 7-金属后电极层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
为了解决现有技术中在制备异质结太阳能电池时，直流磁控溅射法在沉积透明导电氧化物薄膜的过程中等离子体的粒子能量较大，对非晶硅会造成损伤，非晶硅与透明导电氧化物薄膜的界面复合增加，降低非晶硅的钝化质量，最终导致电池的短路电流密度和开路电压降低的问题，如图1所示，图1为本发明实施例提供的异质结太阳能电池的一种制备方法流程示意图；
本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，包括：
步骤S101：在第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上分别采用第一溅射法形成第一透明导电氧化物薄膜层，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量；
步骤S102：在每层第一透明导电氧化物薄膜层上均采用第二溅射法形成第二透明导电氧化物薄膜层，第二溅射法中溅射粒子的能量高于第一溅射法中溅射粒子的能量。
本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，通过将透明导电氧化物薄膜层分层形成，可以使得透明导电氧化物薄膜层可以采用不同溅射粒子能量的溅射方法形成，将与非晶硅薄膜层(第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层)直接接触的第一透明导电氧化物薄膜层采用第一溅射方法形成，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力；将位于第一透明导电氧化物薄膜上的第二透明导电氧化物薄膜采用第二溅射法形成，第二溅射法中溅射粒子的能量高于第一溅射法中溅射粒子的能量，由于溅射粒子能量越低，沉积速度越慢，故在形成第二透明导电氧化物薄膜时可以采用溅射粒子能量较大的第二溅射方法，可以提高沉积速率，提高生产效率。
所以，本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率。
上述第一溅射法中溅射粒子的能量大于0电子伏特且小于或等于50电子伏特，例如：可以为10电子伏特、15电子伏特、20电子伏特、25电子伏特、30电子伏特、35电子伏特、40电子伏特、45电子伏特、50电子伏特等，这里就不再一一赘述。
在本发明技术方案中，第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层的导电类型不同，如第一导电类型非晶硅层为P型非晶硅层，则第二导电类型非晶硅层为N型非晶硅层，如第一导电类型为N型非晶硅层，则第二导电类型非晶硅层为P型非晶硅层，本发明并不限制第一导电类型非晶硅层为P型非晶硅层或N型非晶硅层，仅是对导电类型做一个区分。
一种具体的实施方式中，以硅衬底为N型硅衬底为例，如图2所示，图2为本发明实施例提供的异质结太阳能电池的另一种制备方法流程示意图；
异质结太阳能电池的制备方法具体包括：
步骤S201：对N型硅衬底进行制绒和清洗处理；
步骤S202：在N型硅衬底正面形成钝化薄膜层和位于钝化薄膜层上的P型非晶硅层，此步骤形成就可以采用等离子增强化学气相沉积法；
步骤S203：在N型硅衬底背面形成钝化薄膜层和位于钝化薄膜层上的N型非晶硅层，此步骤形成就可以采用等离子增强化学气相沉积法；
步骤S204：在N型非晶层和P型非晶硅层上分别采用第一溅射法形成第一透明导电氧化物薄膜层，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量；
步骤S205：在每层第一透明导电氧化物薄膜层上均采用第二溅射法形成第二透明导电氧化物薄膜层，第二溅射法中溅射粒子的能量高于第一溅射法中溅射粒子的能量；
第一透明导电氧化物薄膜层和第二透明导电氧化物薄膜层的材质为掺杂锡的氧化铟、掺杂氟的二氧化锡或掺杂铝的氧化锌的任意一种或几种的组合，也可以为其它元素掺杂的氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)中的任意一种或几种的组合，例如其它元素可以为镓等，形成的掺杂氧化物可以为铟镓锌氧化物(IGZO)。第一透明导电氧化物薄膜层和第二透明导电氧化物薄膜层用于收集载流子。
步骤S206：在位于N型硅衬底的正面的第二透明导电氧化物薄膜层上形成金属前电极层，在位于N型硅衬底的背面的第二透明导电氧化物薄膜层上形成金属后电极层，金属前电极层的材质为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铜镍合金(Cu/Ni)、铝镍合金(Al/Ni)或钛钯银合金(Ti/Pd/Ag)，厚度范围为100纳米～100微米，例如金属前电极层的厚度可以为100纳米、150纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米、600纳米、800纳米、1微米、10微米、50微米、100微米等这里就不再一一赘述；金属后电极层的材质为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铜镍合金(Cu/Ni)、铝镍合金(Al/Ni)或钛钯银合金(Ti/Pd/Ag)，厚度范围为100纳米～100微米，例如金属后电极层的厚度可以为100纳米、160纳米、300纳米、800纳米、1微米、10微米、50微米、100微米等。
金属前电极层主要起收集光生电流的作用；金属后电极层主要用来收集太阳电池背面的载流子，同时形成背面反射层，增加太阳电池的长波光响应。
当然，上述N型硅衬底也可以为P型，则此时第一导电类型非晶硅层为N型非晶硅层，第二导电类型非晶硅层为P型非晶硅层，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底类型相反，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底形成同质结，主要用于分离载流子。
优选的，第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。例如：10纳米、40纳米、70纳米、85纳米、95纳米、100纳米等这里就不再一一赘述。
进一步的，第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。例如：10纳米、40纳米、70纳米、85纳米、95纳米、105纳米、120纳米、145纳米、160纳米、180纳米、200纳米、500纳米、550纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米、1000纳米等这里就不再一一赘述。
可选的，上述第一溅射法可以为射频溅射法或中频溅射法或直流和射频耦合溅射法或反应等离子体溅射。射频溅射(RFsputtering)用交流电源代替直流电源就构成了交流溅射系统，由于常用的交流电源的频率在射频段。如13.56MHz，所以称为射频溅射。在直流溅射装置中如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得正离子会在靶面上累积，使其带正电，靶电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄灭和溅射停止，所以直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。由于离子比电子质量大，迁移率小，不像电子那样很快地向靶表面集中，所以靶表面的点位上升缓慢，由于在靶上会形成负偏压，所以射频溅射装置也可以溅射导体靶。在射频溅射装置中，等离子体中的电子容易在射频场中吸收能量并在电场内振荡，因此，电子与工作气体分子碰撞并使之电离产生离子的概率变大，故使得击穿电压、放电电压及工作气压显著降低。
可选的，上述第二溅射法为直流磁控溅射法。直流磁控溅射法中溅射粒子的能量大于50电子伏特且小于或等于200电子伏特。
上述透明导电氧化物薄膜层可以为两层也可以为三层或者更多层，透明导电氧化物薄膜层为三层时，上述制备方法还包括：在每层第二透明导电氧化物薄膜层上采用第一溅射法形成第三透明导电氧化物薄膜层。
本发明实施例还提供了一种采用上述制备方法形成的异质结太阳能电池，包括：第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层，还包括：
分别设置于第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上的第一透明导电氧化物薄膜层；
设置于每层第一透明导电氧化物薄膜层上的第二透明导电氧化物薄膜层。
由于本发明提供的异质结太阳能电池的制备方法，可以减少溅射沉积透明导电氧化物薄膜层时对非晶硅薄膜的轰击力，提高异质结太阳能电池的开路电压和短路电流密度，提高生产效率，所以，本发明提供的异质结太阳能电池，具有较好的使用效果。
一种具体的实施方式中，以N型硅衬底为例，如图3所示，图3本发明实施例提供的异质结太阳能电池的结构示意图，该结构的异质结太阳能电池包括：沿图示箭头方向依次为：金属前电极层5，第二透明导电氧化物薄膜层42，第一透明导电氧化物薄膜层41，P型非晶硅3，钝化薄膜层2，N型硅衬底1，钝化薄膜层2，第一透明导电氧化物薄膜层41，第二透明导电氧化物薄膜层42，N型非晶硅6以及金属后电极层7。
金属前电极层主要起收集光生电流的作用；金属后电极层主要用来收集太阳电池背面的载流子，同时形成背面反射层，增加太阳电池的长波光响应。
当然，上述N型硅衬底也可以为P型，则此时第一导电类型非晶硅层为N型非晶硅层，第二导电类型非晶硅层为P型非晶硅层，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底类型相反，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底形成同质结，主要用于分离载流子。
金属前电极层主要起收集光生电流的作用；金属后电极层主要用来收集太阳电池背面的载流子，同时形成背面反射层，增加太阳电池的长波光响应。
当然，上述N型硅衬底也可以为P型，则此时第一导电类型非晶硅层为N型非晶硅层，第二导电类型非晶硅层为P型非晶硅层，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底类型相反，第一导电类型非晶硅层与N型硅衬底形成同质结，主要用于分离载流子。
优选的，第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。例如：10纳米、40纳米、70纳米、85纳米、95纳米、100纳米等这里就不再一一赘述。
进一步的，第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。例如：10纳米、40纳米、70纳米、85纳米、95纳米、105纳米、120纳米、145纳米、160纳米、180纳米、200纳米、500纳米、550纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米、1000纳米等这里就不再一一赘述。
一种可选的实施方式中，上述异质结太阳能电池还包括：设置于每层第二透明导电氧化物薄膜层上的第三透明导电氧化物薄膜层。所述第三透明导电氧化物薄膜层采用第一溅射法溅射形成。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上分别采用第一溅射法形成第一透明导电氧化物薄膜层，第一溅射法中溅射粒子的能量低于直流磁控溅射法中溅射粒子的能量；
在每层第一透明导电氧化物薄膜层上采用第二溅射法形成第二透明导电氧化物薄膜层，第二溅射法中溅射粒子的能量高于所述第一溅射法中溅射粒子的能量。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溅射法中溅射粒的能量大于0电子伏特且小于或等于50电子伏特。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。
4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一溅射法为射频溅射法或中频溅射法或直流和射频耦合溅射法或反应等离子体溅射。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二溅射法为直流磁控溅射法。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：在每层第二透明导电氧化物薄膜层上采用所述第一溅射法形成第三透明导电氧化物薄膜层。
8.一种异质结太阳能电池，包括：第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层，其特征在于，还包括：
分别设置于所述第一导电类型非晶硅层和第二导电类型非晶硅层上的第一透明导电氧化物薄膜层；
设置于每层第一透明导电氧化物薄膜层上的第二透明导电氧化物薄膜层。
9.如权利要求8所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于100纳米。
10.如权利要求8或9所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二透明导电氧化物薄膜层的厚度大于0纳米且小于或等于1000纳米。
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