CN105655433A - 一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池从上而下依次为：电池的正极1、减反射膜2、透明导电前电极3、非晶硅P层4、非晶硅本征层5、微晶硅N层6、微晶硅P层7、非晶硅I层8、N型硅衬底9、非晶硅I层10、非晶硅N层11、透明导电背电极12、电池的负极13。本发明充分利用太阳的光谱，制备出了高效的太阳电池。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体是一种太阳能电池结构及其制造方法。
背景技术
目前，与国外先进电池制备技术相比，我国晶硅太阳电池制备技术还是相对落后，基本流程由在P型硅片上以制绒、扩散、刻蚀、沉积减反膜、丝网印刷方法制造太阳电池。
2010年以来，太阳电池片的销售从卖方市场到买方市场，政务补贴大幅削减，使得电池片得制造商努力降低自己的生产成本，而提高电池片的效率就是有效的途径，不仅降低了每瓦的生产成本，并且销售得市场更大；目前高效电池的研发集中在背面钝化，细栅印刷，双面电池等，这些电池的制备和传统电池的制备工艺兼容和接近，都是单节电池，不能充分的利用太阳电池的光谱，效率的提高受到了限制。
发明内容
发明目的：是针对现有技术存在的不足，提供一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池及其制造方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，所述太阳能电池从上而下依次为：电池的正极、减反射膜、透明导电前电极、非晶硅P层、本征非晶硅层、微晶硅N层、微晶硅P层、非晶硅I层、N型硅衬底、非晶硅I层、非晶硅N层、透明导电背电极、电池的负极，其中所述减反射膜包括底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层，所述透明导电前电极包括依次层叠的第一石墨烯层、金属网格薄膜层以及第二石墨烯层，所述透明导电背电极包括依次层叠的第三石墨烯层以及纳米金属层。
本发明在N型硅衬底的前后表面制备非晶硅I层，背表面制备非晶硅N层，前表面制备微晶硅P层，形成叠成电池的下电池-异质结电池；同时下电池的微晶硅P和上电池的微晶硅N形成良好的隧穿节；此叠成电池的上电池是NIP结构的非晶硅电池；并且制备透明导前电极、透明导背电极、和减反射膜，并且制备银电极作为电池的正极和负极。
本发明所述的一种晶体硅\非晶硅双节电池的制造方法，具体步骤如下
(1)对N型单晶硅半导体衬底表面绒面化并进行化学清洗；
表面绒面化的目的是增加太阳光在表面的折射次数，增加光线在硅衬底中的光程，提高太阳光的利用率。单晶硅半导体通常在在碱溶液(如氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液)进行表面绒面化，是形成由金字塔形状的绒面。同时绒面给前薄膜PIN电池提供内反射，提高薄膜电池的电流密度；
化学清洗，化学清洗一般在稀盐酸和氢氟酸中进行，目的是去除表面的杂质，为后面的沉积本征非晶硅提供准备；
(2)在N型硅衬底两面沉积非晶硅I层；
非晶硅I层的主要作用是钝化N型晶体硅的表面；
(3)沉积非晶硅N层；
在N型硅衬底的下表面沉积非晶硅N层，主要作用是形成异质结，同时非晶硅致密度高，可以保护电池的内部不受水气的影响；
(4)沉积微晶硅P层；
在N型硅衬底的上面沉积微晶硅P层，主要作用是形成异质结，同时微晶硅P和后来的微晶硅N形成良好的隧穿节，有利于载流子的通过；
(5)沉积前电池的微晶硅N层；
在微晶硅P层上沉积前电池的微晶硅N层，一方面它是前电池的构成部分，另一方面是和前面的微晶硅P形成良好的隧穿节，有利于载流子的通过；
(6)沉积前电池的本征非晶硅层；
在微晶硅N的上面采用PECVD的方法沉积前电池的本征非晶硅层，它是前电池有源层；
(7)沉积前电池的非晶硅P层；
在非晶硅的I层的沉积非晶硅P层，它是前电池的正极；
(8)制备透明导电前电极和透明导电背电极；
制备透明导电前电极包括：形成第一石墨烯层，并将所述第一石墨烯层转移至所述非晶硅P层上；在所述第一石墨烯层上形成金属网格薄膜层；以及形成第二石墨烯层，并将所述第二石墨烯层转移至所述金属网格薄膜层上，以得到所述透明导电前电极；制备透明导电背电极包括：形成第三石墨烯层，并将所述第三石墨烯层转移至所述非晶硅N层上；再在所述第三石墨烯层上形成纳米金属层，以得到所述透明导电背电极。
(9)制备减反射膜；
制备减反射膜包括：在所述透明导电前电极上依次沉积底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层。
(10)制备银电极作为电池的正极和负极；
银电极的主要作用是把太阳电池的电流收集起来，导出电池。
本发明中N型硅衬底的电阻率为：0.3Ω·cm-6Ω·cm；本征非晶硅层的厚度为300-2000nm，非晶硅I层的厚度均为5-30nm；非晶硅P层、非晶硅N层、微晶硅N层和微晶硅P层的厚度均为10nm-30nm；微晶硅的N的光敏性为1-10，电导率为1-10S/cm；微晶硅N层的光敏性为1-10，电导率为1-10S/cm；微晶硅P层的光敏性为1-10，电导率在0.1-10S/cm；非晶硅I层的光敏性为105；底层二氧化硅层的厚度为5-20nm,所述中间层氮化硅层的厚度为50-90nm,所述表层二氧化硅层的厚度为80-100nm。
有益效果：本发明所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，具有以下优点：本发明充分利用太阳的光谱，同时可以利用电池背面反射回来的光发电，制备出了高效的太阳电池；本发明所述制造方法的整个过程中无高温过程，最大限度的提高晶体硅的有效少子寿命，提高电池的转化效率；
本发明所述方法整个制造过程采用薄膜电池的制备工艺和设备，制造成本较低，本发明具有减反射膜以及优异电学性能的透明导电膜。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例
如图1所示的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，所述太阳能电池从上而下依次为：电池的正极1、减反射膜2、透明导电前电极3、非晶硅P层4、本征非晶硅层5、微晶硅N层6、微晶硅P层7、非晶硅I层8、N型硅衬底9、非晶硅I层10、非晶硅N层11、透明导电背电极12、电池的负极13，其中所述减反射膜2包括底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层，所述透明导电前电极3包括依次层叠的第一石墨烯层、金属网格薄膜层以及第二石墨烯层，所述透明导电背电极12包括依次层叠的第三石墨烯层以及纳米金属层。
本实施例所述的晶体硅\非晶硅双节太阳能电池的制造方法具体步骤如下：
(1)选择N型硅衬底，且N型硅片的电阻率在0.3Ω·cm-6Ω·cm之间，并对N型单晶硅半导体衬底表面绒面化并进行化学清洗，对于N型单晶硅衬底，采用稀得氢氧化钠或氢氧化钾溶液在衬底的表面制备出金字塔形状的陷光结构，随后用稀释的盐酸和氢氟酸进行清洗；
(2)在N型硅衬底两面沉积本征非晶硅I层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-10Torr，氢气/硅烷的比在10:1到1:10的范围内，采用PECVD的方法生长5到30nm的非晶硅I层；
(3)沉积非晶硅N层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-5Torr，氢气/硅烷/磷烷的比在200:3:1到50:6:1的范围内，采用PECVD的方法生长10到30nm的非晶硅N层；
(4)沉积微晶硅P层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-5Torr，氢气/硅烷/硼烷的比在400:3:1到100:6:1的范围内采用PECVD的方法生长10到30nm的微晶硅P层；
(5)沉积前电池的微晶硅N层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-5Torr，氢气/硅烷/磷烷的比在200:3:1到50:6:1的范围内，采用PECVD的方法生长10到30nm的微晶硅N层；
(6)沉积前电池的本征非晶硅层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-5Torr，氢气/硅烷的比在10:1到1:10的范围内，采用PECVD的方法生长300到2000nm的非晶硅I层；
(7)沉积前电池的非晶硅P层；
在180℃到300℃的温度下，沉积气压0.5-5Torr，氢气/硅烷/硼烷的比在200:3:1到50:6:1的范围内，采用PECVD的方法生长10到30nm的非晶P层；
(8)制备透明导电前电极和透明导电背电极；
制备透明导电前电极包括：形成第一石墨烯层，并将所述第一石墨烯层转移至所述非晶硅P层上；在所述第一石墨烯层上形成金属网格薄膜层；以及形成第二石墨烯层，并将所述第二石墨烯层转移至所述金属网格薄膜层上，以得到所述透明导电前电极；制备透明导电背电极包括：形成第三石墨烯层，并将所述第三石墨烯层转移至所述非晶硅N层上；再在所述第三石墨烯层上形成纳米金属层，以得到所述透明导电背电极。
(9)制备减反射膜；
制备减反射膜包括：在所述透明导电前电极上依次沉积底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层。
(10)制备银电极作为电池的正极和负极；
采用印刷的在法在减反射膜和透明导电背电极的表面印刷电池的银电极。
Claims (9)
1.一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池从上而下依次为：电池的正极、减反射膜、透明导电前电极、非晶硅P层、本征非晶硅层、微晶硅N层、微晶硅P层、非晶硅I层、N型硅衬底、非晶硅I层、非晶硅N层、透明导电背电极、电池的负极，其中所述减反射膜包括底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层，所述透明导电前电极包括依次层叠的第一石墨烯层、金属网格薄膜层以及第二石墨烯层，所述透明导电背电极包括依次层叠的第三石墨烯层以及纳米金属层。
2.根据权利要求1所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，其特征在于：本征非晶硅层的厚度为300-2000nm；非晶硅I层的厚度均为5-30nm；非晶硅P层、非晶硅N层、微晶硅N层和微晶硅P层的厚度均为10nm-30nm。
3.根据权利要求1所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，其特征在于：N型硅衬底的电阻率为：0.3Ω·cm-6Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，其特征在于：微晶硅N层的光敏性为1-10，电导率为1-10S/cm；微晶硅P层的光敏性为1-10，电导率在0.1-10S/cm；非晶硅I层的光敏性为105。
5.根据权利要求1所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池，其特征在于：所述底层二氧化硅层的厚度为5-20nm,所述中间层氮化硅层的厚度为50-90nm,所述表层二氧化硅层的厚度为80-100nm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种晶体硅\非晶硅双节太阳能电池的制造方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)对N型单晶硅半导体衬底表面绒面化并进行化学清洗；
(2)在N型硅衬底两面沉积非晶硅I层；
(3)沉积非晶硅N层；
(4)沉积微晶硅P层；
(5)沉积前电池的微晶硅N层；
(6)沉积前电池的本征非晶硅层；
(7)沉积前电池的非晶硅P层；
(8)制备透明导电前电极和透明导电背电极；
(9)制备减反射膜；
(10)制备银电极作为电池的正极和负极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：制备透明导电前电极包括：形成第一石墨烯层，并将所述第一石墨烯层转移至所述非晶硅P层上；
在所述第一石墨烯层上形成金属网格薄膜层；以及形成第二石墨烯层，并将所述第二石墨烯层转移至所述金属网格薄膜层上，以得到所述透明导电前电极。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：制备透明导电背电极包括：形成第三石墨烯层，并将所述第三石墨烯层转移至所述非晶硅N层上；
再在所述第三石墨烯层上形成纳米金属层，以得到所述透明导电背电极。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：制备减反射膜包括：在所述透明导电前电极上依次沉积底层二氧化硅层、中间层氮化硅层和表层二氧化硅层。
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