CN104867850A - 一种异质结太阳能电池载板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异质结太阳能电池载板,所述异质结太阳能电池载板包括顶面以及自顶面凹陷的用以收容并平置基片的凹槽,所述基片设有位于所述凹槽内的上表面,所述载板顶面与基片上表面之间的高度差为0~0.35mm。如此设置,有助于基片获得更加均匀的等离子体分布,提高整个基片内膜层的工艺均匀性,从而提高薄膜质量,进而提升异质结太阳能电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域,尤其涉及一种基片镀膜用异质结太阳能电池载板。
背景技术
异质结太阳能电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池。异质结太阳能电池制造方法为利用PECVD在表面织构化后的基片的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜和p型非晶硅薄膜,然后在基片的背面沉积薄的本征非晶硅薄膜和n型非晶硅薄膜;利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜,然后透明氧化物导电薄膜上制作金属电极。
异质结太阳能电池具有高效的原理是:
(1)全部制作工艺都是在低温下完成,有效地保护载流子寿命;
(2)双面制结,可以充分利用背面光线;
(3)表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性;
(4)采用的n型基片其载流子寿命很大,远大于p型硅,并且由于基片较薄,有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集;
(5)织构化的基片对太阳光的反射降低;
(6)利用PECVD在基片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进行钝化,这是该电池取得高效的重要原因。
所以说PECVD是异质结太阳能电池制备极为关键的一环。虽然一些传统的太阳能电池中也制作工艺中也涉及薄膜沉积步骤,但由于这些太阳能电池所沉积的膜层相对较厚,约为百纳米以上量级,使得电池性能受膜层均匀性影响并非十分敏感,例如晶硅电池中氮化硅减反射层的覆膜厚度约为100纳米,覆膜均匀性的精度误差对晶硅电池的性能而言是在可接受范围内的。然而,异质结太阳能电池中非常关键的钝化层厚度约仅约3-10纳米,此时对覆膜均匀性的要求就显著提高,需要精确控制其工艺水平,否则将对异质结太阳能电池的性能会产生很大影响,降低电池光电转换效率。
异质结太阳能电池载板用于装载所述异质结太阳能电池,以便于传输方便,并且保证异质结太阳能电池基片的清洁。如图1所示,通常一片异质结太阳能电池载板具有间隔排列的多个凹槽,可以装载多片异质结太阳能电池基片。传统的异质结太阳能电池PECVD载板以金属或者玻璃为材质,对载板的选材以及凹槽结构尺寸没有严格要求。通常的太阳能电池载板仅用于传输太阳能电池,考虑较多的是其传输安全性,因而会将凹槽深度设计的明显大于载板厚度以使基片在传输过程中不易滑出,而忽略凹槽的设计对其他方面的影响,在传统太阳能电池中这样的设计结构是允许的。但是,对于异质结太阳能电池而言,由于电池性能好坏对覆膜的均匀性程度非常敏感,而高精度的覆膜均匀性又会受到载板凹槽设计的影响,所以此时因载板凹槽所引起的膜层非均匀性就不能忽视。例如图2中所示为业内常见的基片规格,所述基片规格为156mm×156mm,厚度为200um,所述基片设有A、B、C、D、E、F五个区域,其中F区域位于中心区域,E区域位于中心区域的外侧,而ABCD四个区域位于E区域外侧并位于电池的四拐角。为了承托上述规格的基片,业内一般使用凹槽深度为0.4~0.6mm的载板。我们选取了凹槽深度为0.55mm的载板进行测试,所述载板内单个凹槽的规格为:157.3mm×157.3mm,倒角4×R10mm。在其他测试条件一样的情况下对所述载板进行测试,得出F区域的开路电压为730mV,E区域的开路电压为720mV,而A、B、C、D四个区域的开路电压均为699mV。可见中心区域的等离子体分布均匀性最好,且电池开路电压最高;而电池四周特别是四拐角,受到载板顶面与基片上表面之间的高度差、载板材质以及载板凹槽侧面与基片侧表面的侧边距影响,电磁场跳变较大,使得基片等离子体分布均匀性较差,开路电压比中心区域低1.3%~5%。由此可见,所述异质结太阳能电池载板直接影响了基片四周的等离子体分布,无法保证基片中心和边缘膜层的均一性,也就无法保证薄膜质量,从而无法保证异质结太阳能电池性能。
因此,有必要对现有技术进行改进,以克服以上技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有助于基片获得更加均匀的等离子体分布的异质结太阳能电池载板。
为实现上述发明目的,本发明提供了一种异质结太阳能电池载板,所述异质结太阳能电池载板包括顶面以及自顶面凹陷的用以收容并平置基片的凹槽,所述凹槽内设有侧面,所述基片设有位于所述凹槽内的上表面及侧表面,所述载板顶面与基片上表面之间的高度差为0~0.35mm。
进一步的,所述载板顶面与基片上表面齐平。
进一步的,所述基片为硅片。
进一步的,所述载板为介电常数为4~30的材质。
进一步的,所述载板为介电常数为5.5~16.5的材质。
进一步的,所述载板为碳材质。
进一步的,所述载板为硅材质。
进一步的,所述载板凹槽侧面与基片侧表面的侧边距为0~2mm。
进一步的,所述载板凹槽侧面与基片侧表面相抵靠。
与现有技术相比,本发明通过将所述载板顶面与基片上表面之间的高度差设置为0~0.35mm。如此设置,有助于基片获得更加均匀的等离子体分布,提高基片中心和边缘膜层的均一性,从而提高薄膜质量,进而提升异质结太阳能电池性能。
附图说明
图1为现有技术中异质结太阳能电池载板示意图。
图2为现有技术中异质结太阳能电池载板凹槽中的基片开路电压分布图。
图3为一种双面型异质结太阳能电池结构示意图。
图4为本发明异质结太阳能电池载板凹槽与基片位置结构示意图。
图5为现有技术中异质结太阳能电池载板凹槽中基片x方向上的z方向电磁场分布曲线图。
图6为现有技术中异质结太阳能电池载板凹槽中基片y方向上的z方向电磁场分布曲线图。
图7为异质结太阳能电池铝载板中的基片电磁场分布曲线图。
图8为异质结太阳能电池硅载板中的基片电磁场分布曲线图。
图9为异质结太阳能电池铝载板和硅载板中基片上表面与载板顶面高度差齐平时电磁场分布曲线图。
图10为本发明测试用基片的形状示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施例对本发明进行详细描述。值得说明的是,下文所记载的实施例并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施例所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
异质结太阳能电池包括单面型异质结太阳能电池和双面型异质结太阳能电池,其中双面型异质结太阳能电池的光电转换效率可以高达26%,本发明所揭示的一种异质结太阳能电池载板对单面型或者双面型异质结太阳能电池均适用。图3所示举例说明的其中一种双面型异质结太阳能电池结构示意图。所述异质结太阳能电池依次包括电极01、透明氧化物导电薄膜02、p型非晶硅薄膜03、本征非晶硅薄膜04、基片05、本征非晶硅薄膜06、n型非晶硅薄膜07、透明氧化物导电薄膜08及电极09。所述异质结太阳能电池制造方法为利用PECVD在表面织构化后的基片05的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜04和p型非晶硅薄膜03,然后在基片05的背面沉积薄的本征非晶硅薄膜06和n型非晶硅薄膜07;利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜02、08,用丝网印刷的方法在透明氧化物导电薄膜02、08上制作Ag电极01、09。PECVD是异质结太阳能电池制备极为关键的一环。虽然一些传统的太阳能电池中也制作工艺中也涉及薄膜沉积步骤,但由于这些太阳能电池所沉积的膜层相对较厚,约为百纳米以上量级,使得电池性能受膜层均匀性影响并非十分敏感,例如晶硅电池中氮化硅减反射层的覆膜厚度约为100纳米,覆膜均匀性的精度误差对晶硅电池的性能而言是在可接受范围内的。然而,异质结太阳能电池中非常关键的钝化层厚度约仅约3-10纳米,此时对覆膜均匀性的要求就显著提高,需要精确控制其工艺水平,否则将对异质结太阳能电池的性能会产生很大影响,降低电池光电转换效率。普通的太阳能电池载板仅用于传输太阳能电池,考虑较多的是其传输安全性,因而会将凹槽深度设计的明显大于载板厚度以使基片在传输过程中不易滑出,而忽略凹槽的设计对其他方面的影响,在传统太阳能电池中这样的设计结构是允许的。但是,对于异质结太阳能电池而言,由于电池性能好坏对覆膜的均匀性程度非常敏感,而高精度的覆膜均匀性又会受到载板凹槽设计的影响,所以此时因载板凹槽所引起的膜层非均匀性就不能忽视。。
本发明为一种的异质结太阳能电池载板1,包括载板1材质的选择,凹槽12结构的设计和要求,所述异质结太阳能电池载板1有助于基片05获得更加均匀的等离子体分布,保证整个基片05内膜层的均匀性。
请参考图4所示,为在PECVD反应腔成膜时本发明异质结太阳能电池载板1与载板1单个凹槽12内基片05的位置结构示意图。并请结合现有技术图1所示,所述载板1设有顶面11、自顶面11向下凹陷的若干间隔排列的用以收容并平置基片05的凹槽12,所述凹槽12内设有底面121以及位于底面121四周的侧面122。所述基片05设有上表面051、用以与凹槽12底面121相对的下表面052以及位于四周用以与凹槽12侧面122相对的侧表面053。现有技术中,基片05在载板1中并未完全填满其对应的凹槽12,基片05的上表面051与载板1顶面11存在一定的高度差,所述高度差会影响到基片05等离子体分布均匀性。请参考图5及图6所示,为用时域有限差分方法理论分析基片05在现有技术中的异质结太阳能电池载板1凹槽12中的电磁场分布图。其中图5为基片05在现有技术中的异质结太阳能电池载板1凹槽12中x方向上的z方向电磁场分布曲线图;图6为基片05在现有技术中的异质结太阳能电池载板1凹槽12中y方向上的z方向电磁场分布曲线图。从图5、图6的电磁场分布可见:电磁场在基片05的侧表面053与载板1侧面122接触处发生突变,使得等离子体分布在此处产生很大的不均匀度,如此设置,相应的工艺膜层在此处也会与中心区域产生较大的差异。
本发明异质结太阳能电池载板1顶面11与基片05上表面051之间的高度差为0~0.35mm。如此设置,可改善电场分布,使得等离子场更为均一,提高沉积均匀性以及薄膜质量,进而提高异质结太阳能电池性能。具体的,我们用时域有限差分方法计算本发明异质结太阳能电池载板1凹槽12中的基片05电磁场分布:请参考图7所示,为基片05在铝载板1中基片05的上表面051距离铝载板1顶面11不同高度差时的电磁场分布曲线图。即,基片05的上表面051距离铝载板1顶面11高度差分别为0mm、0.2mm及0.4mm时的电磁场分布图。请参考图8所示,为基片05在硅载板1中,基片05的上表面051距离硅载板1顶面11不同高度差时的电磁场分布曲线图。即,基片05的上表面051距离硅载板1顶面11高度差分别为0mm、0.2mm及0.4mm时的电磁场分布图。从图7、图8的电磁场分布可知基片05的上表面051与载板1顶面11不同高度差对电磁场中的分布具有很大影响:不论载板1的材质如何选择,所述高度差大小对基片05等离子体分布的影响是一致的;所述基片05上表面051与载板1顶面11的高度差越小,等离子体分布的均匀性越好。优选的,当载板1顶面11与基片05上表面051齐平时,可改善电场分布,使得等离子场充分均一,将薄膜沉积在基片05边缘的影响降至最小。并且当载板1顶面11与基片05上表面051齐平且载板1的材质为硅时,等离子体分布在基片05的边缘不会有明显的不均匀。
在本实施方式中,所述基片05为硅片,具体地,可以为N型单晶硅、P型单晶硅、N型多晶硅、P型多晶硅,优选地,为N型单晶硅,如此可实现单晶硅、本征非晶硅薄膜及非晶硅薄膜的结合。在其他实施方式中所述基片05还可以是除由于硅以外的其他材质。硅的介电常数为11.9,本发明异质结太阳能电池载板1可选择介电常数为4~30的材质。如此设置,可使载板1的电磁性质与基片05的电磁性质较接近,进而使得基片05能够获得更均匀的等离子体分布,从而降低对基片05边缘沉积薄膜的影响。优选的,本发明异质结太阳能电池载板1可进一步选择介电常数为5.5~16.5的材质,例如碳材质或其他材质。如此设置,可使载板1的电磁性质与基片05的电磁性质更为接近,进而使得基片05能够获得更加均匀的等离子体分布,从而有效降低对基片05边缘沉积薄膜的影响。优选的,所述异质结太阳能电池载板1可与基片05为同种材质。在本实施方式中,所述异质结太阳能电池载板1与基片05的材质均为硅,如此设置,所述基片05能够获得最为均匀的等离子体分布,将薄膜沉积在基片05边缘的影响降至最小。具体的,如图9所示为基片05上表面051与载板1顶面11高度差为0mm载板1为铝和硅材质的电磁场分布曲线图。从图9的电磁场分布可见不同材质载板1对电磁场中的分布具有一定影响:当载板1材质为铝时,基片05边缘处的电磁场有明显的突变,使得等离子体分布的均匀性较差;当载板1材质为硅时,基片05边缘处的电磁场连续,无明显的跳变现象,使得等离子体分布均匀性很好。由此可见,所述异质结太阳能电池载板1的电磁性质与基片05的电磁性质越接近,基片05越能够获得均匀的等离子体分布。
本发明异质结太阳能电池载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053的侧边距为0~2mm,如此设置,可使载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053之间的空隙较小,避免由于存在较大的空隙而产生此处电磁场跳变,从而利于基片05获得均匀的等离子体分布,减少对基片05边缘薄膜沉积产生的影响。优选的,当载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053相抵靠时,可使载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053之间不存在空隙,避免抵靠处的电磁场跳变,将薄膜沉积在基片05边缘的影响降至最小。
为了验证本发明异质结太阳能电池载板1对异质结太阳能电池性能所产生的影响,我们使用光电导寿命测试仪(Photoconductance Lifetime Tester)对改进前后的异质结太阳能电池载板1中的基片05的少子寿命和开路电压理论模拟值进行测试:其中,改进前的异质结太阳能电池载板1凹槽12顶面11与基片05上表面051高度差为0.55mm、凹槽12侧面122与基片05侧表面053的侧边距0.7mm、材质为碳材质;改进后的异质结太阳能电池载板1凹槽12顶面11与基片05上表面051高度差为0.25mm、载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053的侧边距0.5mm、载板1材质为碳材质。如图10所示,所述基片05设有H、I、J、K、L五个区域。测试得出结果如表1所示:
表1:改进前后异质结太阳能电池载板1中基片05在H、I、J、K、L五个区域上的少子寿命和开路电压理论模拟值。
由上表可知,改进后异质结太阳能电池载板1中的基片05上的少子寿命和开路电压理论模拟值的非均匀性比改进前的异质结太阳能电池载板1均降低了50%以上,同时平均值也有了显著提升。其中,所述载板1顶面11与基片05上表面051之间的高度差为0.25mm,如此设置,可改善电场分布,使得等离子场更为均一的同时考虑到载板1制备工艺条件,当高度差为0.25mm时,既保证一定的沉积均匀性,又便于载板1制造。另外,由于载板1为碳材质,可使载板1和基片05的电磁性质较接近,进而改善电场分布,使得基片05能够获得较均匀的等离子体分布,且使用碳材质可降低生产成本。再者,载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053的侧边距0.5mm,可使载板1凹槽12侧面122与基片05侧表面053之间的空隙较小,避免由于存在较大的空隙而产生电磁场在此处的跳变,从而利于基片05获得均匀的等离子体分布,既保证基片05具有一定的沉积均匀性,又便于载板1制造以及基片05与载板1之间的取放。
综上所述,改进后的本发明异质结太阳能电池载板1有助于基片05获得更加均匀的等离子体分布,提高基片05中心和边缘膜层的均一性,从而提高薄膜质量,进而提升异质结太阳能电池性能。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种异质结太阳能电池载板,包括顶面以及自顶面凹陷的用以收容并平置基片的凹槽,所述凹槽内设有侧面,所述基片设有位于所述凹槽内的上表面及侧表面,其特征在于:所述载板顶面与基片上表面之间的高度差为0~0.35mm。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板顶面与基片上表面齐平。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述基片为硅片。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板为介电常数为4~30的材质。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板为介电常数为5.5~16.5的材质。
6.根据权利要求5所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板为碳材质。
7.根据权利要求5所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板为硅材质。
8.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板凹槽侧面与基片侧表面的侧边距为0~2mm。
9.根据权利要求8所述的异质结太阳能电池载板,其特征在于:所述载板凹槽侧面与基片侧表面相抵靠。
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PB01 | Publication | ||
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TA01 | Transfer of patent application right | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20150826 |