CN105845747A - 一种太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池结构，自上而下依次包括银电极、减反射膜、透明导电层、N型扩散层、P型硅衬底、P+扩散层、背面钝化层和铝背场，其中所述减反射膜包括层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层氮化硅薄膜，所述透明导电层包括层叠的第一石墨烯层、金属纳米薄膜层以及第二石墨烯层，所述背面钝化层包括层叠的氧化铝钝化膜、氮氧化硅钝化膜以及氮化硅介质膜，并在所述背面钝化层中设有若干槽，铝背场填充所述槽并覆盖所述背面钝化层的表面。本发明更进一步提高了太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池结构，特别涉及一种原子层沉积氧化铝钝化膜与PECVD沉积氮氧化硅钝化膜的双层钝化膜太阳能电池结构。
背景技术
目前，传统太阳能电池结构，其太阳光谱短波响应和串联电阻始终是一对矛盾，制约了电池的光电转换效率。为解决两者之间的矛盾，近年来人们致力于开发新型电池结构的高效电池，例如新南威尔士大学实验室研发的PESC、PERL结构的新型电池，使得电池的转换效率达到了24.5％。目前产业化的选择性发射极电池(SE solar cell)是在传统电池的基础上的进一步改善，使电池转换效率提高了约0.6％。选择性发射极结构具有如下优点：在金属化电极栅线下形成磷高掺杂深扩散区以形成良好的欧姆接触；在其它受光区域形成磷低掺杂浅扩散区以有效收集光生载流子，提高电池在短波段的光谱响应。这种电池结构可以显著的提高电池的开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF，从而可以使晶硅电池光电转换效率提高到一个新的高度。尽管选择性发射极电池能大大提高电池在短波段的光谱响应，但是在组件端的封装损失却较大，是由于在组件端需要匹配高透射紫外光的玻璃及耐紫外光照射的EVA膜。由于目前对制造这种高透射紫外光的玻璃仍存在门槛，对于普遍应用还存在一定的困难。此外，对于EVA长期在强紫外光照射下的老化现象仍然需要解决。因此，这两种技术 难题限制了选择性发射极电池的普及。虽然我们很难应用太阳光的短波段光谱，但是我们可以开发新的技术提高电池在长波段的光能利用率。为提高长波段光谱的利用率，必须提高背电场的钝化效果，增强背场收集载流子的能力，提高电池效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能电池结构，更进一步提高了太阳能电池的光电转换效率。
本发明解决问题采用的技术方案是：一种太阳能电池结构，其特征在于：自上而下依次包括银电极、减反射膜、透明导电层、N型扩散层、P型硅衬底、P+扩散层、背面钝化层和铝背场，其中所述减反射膜包括层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，所述透明导电层包括层叠的第一石墨烯层、金属纳米薄膜层以及第二石墨烯层，所述背面钝化层包括层叠的氧化铝钝化膜、氮氧化硅钝化膜以及氮化硅介质膜，并在所述背面钝化层中设有若干槽，铝背场填充所述槽并覆盖所述背面钝化层的表面。
作为一种优选，在所述硅衬底的背面沉积的氧化铝钝化膜的厚度为10～20nm。
作为一种优选，在所述氧化铝钝化膜上沉积的氮氧化硅钝化膜的厚度为15～25nm,在所述氮氧化硅钝化膜上沉积的氮化硅介质膜的厚度为90-150纳米。
作为一种优选，所述的底层二氧化硅薄膜和表层二氧化硅薄膜总厚度为100-150nm，中间层氮化硅薄膜厚度为50-90nm，所述的底层 二氧化硅薄膜的厚度为5-20nm，所述的底层二氧化硅薄膜折射率为1.5-1.8。，中间层氮化硅薄膜的折射率为2.0-2.3，表层二氧化硅薄膜的折射率为1.5-1.8。
本发明太阳能电池结构的制备方法为：
首先，P型硅衬底在经过常规工艺进行硅片清洗、制绒后，在800℃下进行低温扩散，方阻控制在75Ω/□左右的轻掺杂发射极N型扩散层，并用湿化学法进行磷硅玻璃的去除和边缘隔离，然后利用模板在P型硅衬底的背面形成P+层；
然后形成第一石墨烯层，并将所述第一石墨烯层转移至所述N型扩散层上；在所述第一石墨烯层上形成金属纳米薄膜层；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纳米薄膜层上，以得到所述透明导电层；
然后采用PECVD的方法沉积层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，其中，沉积底层二氧化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜时，硅烷和一氧化二氮流量比为1：2.5，沉积温度为300-400℃，射频功率为1000W，沉积中间层氮化硅薄膜时，硅烷和氨气流量比为1：3，沉积温度为350-450℃，射频功率为3000W，反应压强为3×10-2Pa；
然后利用原子层沉积技术对P型硅衬底的背面沉积厚度为10～20nm的氧化铝钝化膜；将沉积氧化铝钝化膜的硅片利用PECVD法在硅片背面同时沉积厚度约为15～25nm的氮氧化硅钝化膜和厚度为90-150nm的氮化硅介质膜。然后利用激光器或腐蚀性浆料对氧化 铝及氮氧化硅钝化膜和氮化硅介质膜背电场进行开槽，将开槽完毕的硅片进行铝背场和正银电极的印刷，然后烧结，完成电池的制作。
本发明的有益效果是：在电池正面，减反射膜包括层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，可降低电池片的反射率，增加对光的吸收，且明导电层包括层叠的第一石墨烯层、金属纳米薄膜层以及第二石墨烯层，提高了电池的电荷收集能力，在电池背面，在氧化铝及氮氧化硅钝化膜和氮化硅介质膜膜的背场上分布槽，开槽的区域铝浆可与硅形成铝-硅合金，更好的收集载流子，提升电池在长波段的光谱响应，未被开槽的氮化硅介质膜保护氧化铝和氮氧化硅钝化膜不被浆料腐蚀，进而达到背场钝化的效果；背面的氧化铝钝化膜主要提供电场钝化和表面钝化，提高电池在长波段的光谱响应；背面的氮氧化硅钝化膜主要提供反射器的作用，使入射到背场的红外光重新反射到硅片内部，重复利用。此外氮氧化硅还可以使氮化硅介质膜中的氢在快速烧结阶段易于进入硅内部，进一步提升钝化效果。
附图说明
图1是本发明太阳能电池结构示意图。
图中，1-银电极，2-减反射膜，3-透明导电层，4-N型扩散层，5-P型硅衬底，6-P+扩散层，7-氧化铝钝化膜，8-氮氧化硅钝化膜，9-氮化硅介质膜，10-铝背场。
具体实施方式
如图1所示，一种太阳能电池结构，自上而下依次包括银电极1、 减反射膜2、透明导电层3、N型扩散层4、P型硅衬底5、P+扩散层6、背面钝化层和铝背场10，其中所述减反射膜包括层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，所述透明导电层包括层叠的第一石墨烯层、金属纳米薄膜层以及第二石墨烯层，所述背面钝化层包括层叠的氧化铝钝化膜7、氮氧化硅钝化膜8以及氮化硅介质膜9，并在所述背面钝化层中设有若干槽，铝背场填充所述槽并覆盖所述背面钝化层的表面。氧化铝钝化膜3的厚度在10～20nm范围内，氮氧化硅钝化膜的厚度在15～25nm范围内，氮化硅介质膜的厚度在90-150范围内，所述的底层二氧化硅薄膜和表层二氧化硅薄膜总厚度为100-150nm，中间层氮化硅薄膜厚度为50-90nm，所述的底层二氧化硅薄膜的厚度为5-20nm，所述的底层二氧化硅薄膜折射率为1.5-1.8。，中间层氮化硅薄膜的折射率为2.0-2.3，表层二氧化硅薄膜的折射率为1.5-1.8。
该太阳能电池结构的制备方法为：
首先，P型硅衬底在经过常规工艺进行硅片清洗、制绒后，在800℃下进行低温扩散，方阻控制在75Ω/□左右的轻掺杂发射极N型扩散层，并用湿化学法进行磷硅玻璃的去除和边缘隔离，然后利用模板在P型硅衬底的背面形成P+层；
然后形成第一石墨烯层，并将所述第一石墨烯层转移至所述N型扩散层上；在所述第一石墨烯层上形成金属纳米薄膜层；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纳米薄膜层上，以得到所述透明导电层；
然后采用PECVD的方法沉积层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，其中，沉积底层二氧化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜时，硅烷和一氧化二氮流量比为1：2.5，沉积温度为300-400℃，射频功率为1000W，沉积中间层氮化硅薄膜时，硅烷和氨气流量比为1：3，沉积温度为350-450℃，射频功率为3000W，反应压强为3×10-2Pa；
然后利用原子层沉积技术对P型硅衬底的背面沉积厚度为10～20nm的氧化铝钝化膜；将沉积氧化铝钝化膜的硅片利用PECVD法在硅片背面同时沉积厚度约为15～25nm的氮氧化硅钝化膜和厚度为90-150nm的氮化硅介质膜。然后利用激光器或腐蚀性浆料对氧化铝及氮氧化硅钝化膜和氮化硅介质膜背电场进行开槽，将开槽完毕的硅片进行铝背场和正银电极的印刷，然后烧结，完成电池的制作。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种太阳能电池结构，其特征在于：自上而下依次包括银电极、减反射膜、透明导电层、N型扩散层、P型硅衬底、P+扩散层、背面钝化层和铝背场，其中所述减反射膜包括层叠的底层二氧化硅薄膜、中间层氮化硅薄膜以及表层二氧化硅薄膜，所述透明导电层包括层叠的第一石墨烯层、金属纳米薄膜层以及第二石墨烯层，所述背面钝化层包括层叠的氧化铝钝化膜、氮氧化硅钝化膜以及氮化硅介质膜，并在所述背面钝化层中设有若干槽，铝背场填充所述槽并覆盖所述背面钝化层的表面。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池结构，其特征在于：在所述P型硅衬底的背面沉积的氧化铝钝化膜的厚度为10～20nm。
3.如权利要求2所述的一种太阳能电池结构，其特征在于：在所述氧化铝钝化膜上沉积的氮氧化硅钝化膜的厚度为15～25nm，在所述氮氧化硅钝化膜上沉积的氮化硅介质膜的厚度为90-150纳米。
4.如权利要求1所述的一种太阳能电池结构，其特征在于：所述的底层二氧化硅薄膜和表层二氧化硅薄膜总厚度为100-150nm，中间层氮化硅薄膜厚度为50-90nm，所述的底层二氧化硅薄膜的厚度为5-20nm，所述的底层二氧化硅薄膜折射率为1.5-1.8。，中间层氮化硅薄膜的折射率为2.0-2.3，表层二氧化硅薄膜的折射率为1.5-1.8。
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