CN105932075A - 一种背结晶硅异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种背结晶硅异质结双面太阳电池及制备方法，其结构从迎光面开始依次为：迎光面栅线状电极、高透过率减反射薄膜、重掺杂晶体硅背场层、硅片、本征非晶硅基薄膜钝化层、重掺杂非晶硅薄膜发射极、透明导电薄膜层，背光面栅线状电极。首先硅片制绒清洗，然后依次制备重掺杂晶体硅背场层、高透过率减反射薄膜、迎光面栅线状电极；硅片的背光面再次清洗，再制备本征非晶硅基薄膜钝化层、重掺杂非晶硅薄膜发射极、透明导电薄膜层、背光面栅线状电极制备。相对于双面异质结HIT结构，本发明可增大太阳电池的短路电流，减少串联电阻，获得更高转换效率，减少了至少一半甚至全部ITO用量，减少了部分银用量，与现行晶体硅太阳电池产线技术兼容。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池和半导体器件技术领域。涉及太阳电池的结构设计和制造技术。
背景技术
晶硅异质结太阳电池的典型代表为日本松下公司的基于n型硅片的双面异质结HIT结构，该结构的问题主要有：1）ITO层、掺杂和本征非晶硅层有较大的光吸收损耗；2）双面银栅线与双面ITO相比于常规晶硅太阳电池消耗了双倍的银量以及大量的ITO稀缺高价材料，且即使如此，该类太阳电池的串联电阻相比于常规晶硅太阳电池仍然较大；3）制备技术与现有晶硅太阳电池产线技术几乎不兼容，导致生产技术需全部革新，技术换代成本高。
通过器件结构的创新减少光吸收损耗，并且减少贵重金属银和ITO材料的消耗将有助于提升太阳电池的转换效率，降低成本。且如果能充分利用现有常规太阳电池产线设备和已有技术储备，将更加有利于太阳电池生产技术的更新过渡。
发明内容
本发明的目的是提出一种背结晶体硅异质结太阳电池结构以及配套的生产技术方法。
本发明所述的一种背结晶硅异质结太阳电池，其结构从迎光面开始依次为：迎光面栅线状电极、高透过率减反射薄膜、重掺杂晶体硅背场层、硅片、本征非晶硅基薄膜钝化层、重掺杂非晶硅薄膜发射极、金属薄膜导电反射层、背面金属主栅线。
本发明所述的一种背结晶硅异质结太阳电池的制备方法为：硅片的制绒清洗，重掺杂晶体硅背场层的制备，高透过率减反射薄膜的制备，迎光面栅线状电极制备；硅片的背光面再次清洗，本征非晶硅基薄膜钝化层的制备，重掺杂非晶硅薄膜发射极的制备，金属薄膜导电反射层制备、背面金属主栅线制备。
进一步，为提高硅片的背光面再次清洗的效果，优选在硅片的制绒清洗后在硅片的背光面预先沉积一层氧化硅保护膜，所述氧化硅保护膜在硅片的背光面再次清洗步骤中予以去除。
本发明所述的一种背结晶硅异质结太阳电池，各部分的优选材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜，重掺杂非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜发射极，铝薄膜导电反射层，银或铜主栅线。
本发明上述优选材料构成的背结晶硅异质结太阳电池的制备方法为：n型硅片的制绒清洗，采用CVD或PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD或热丝CVD法依次沉积本征非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜、重掺杂非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜发射极，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用PVD法沉积纯银主栅线或丝网印刷低温银浆或者铜浆并烘干背面主栅线，对硅片边缘进行防漏电处理。
进一步，上述的制备方法中，优选在硅片的制绒清洗后，在硅片的背光面上沉积一层氧化硅薄膜，该层薄膜将在硅片的背光面再次清洗技术步骤中予以去除。
本发明所述的一种背结晶体硅异质结太阳电池和制备方法，适用于厚度20-200微米的硅片，且优选80-180微米厚的薄硅片。
本发明为减少重掺杂非晶硅基薄膜与铝薄膜导电反射层间的接触电阻，在两层结构之间可插入减少两层结构的接触电阻的薄膜，优选一层1-100纳米的导电氧化物薄膜或钛/钯复合电极或其它高导电性薄膜。
本发明相对于双面异质结HIT结构，增大太阳电池的短路电流，获得更高转换效率，避免稀缺高价ITO材料的使用，减少贵重金属银用量；设计新型器件的制造技术路线，使之与现行晶体硅太阳电池产线技术兼容，减少设备成本。
本发明的技术效果：本发明采用重掺杂晶体硅层作为非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的背场，并对其采用氮化硅作为该面的钝化减反射层，配以高温烧结的银栅线作为电极，将该新型结构用作太阳电池的迎光面，减少了非晶硅/晶体硅太阳电池的光吸收损耗和背场面的串联电阻，减少了该类太阳电池贵重原材料ITO的消耗。将非晶硅/晶体硅异质结的重掺杂发射极部分放置于太阳电池的背面，以保留其高内建电势的优点，但采用铝导电反射薄膜和银栅线结构在保证导电性的情况下省去了ITO的用量、减少了银的用量且通过背面反射的作用进一步增加了太阳电池的短路电流。设计了新型太阳电池结构的整套制造技术路线，保证了其大规模产业化生产的可行性、与现有晶硅太阳电池产线的兼容和低制造成本。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
一种背结晶硅异质结太阳电池，各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅薄膜，重掺杂非晶硅薄膜发射极，铝薄膜导电反射层，银主栅线。上述材料构成的采用180微米厚的n型硅片太阳电池结构的制造技术方案为：硅片的制绒清洗，采用PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD法依次沉积本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜发射极，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用PVD法沉积纯银主栅线，对硅片边缘进行防漏电处理。
本结构相比于双面异质结HIT结构具有更高的短路电流，从而具有更高的转换效率。省却了全部ITO的用量，和部分银耗量；约半数产线设备采用现有晶硅电池产线所采用的设备，价格便宜，技术兼容性好，大大降低了设备的成本投入。
实施例2。
一种背结晶硅异质结太阳电池，各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅薄膜，重掺杂非晶硅薄膜发射极，铝薄膜导电反射层，银主栅线。上述材料构成的采用100微米厚的n型硅片太阳电池结构的制造技术方案为：硅片的制绒清洗，采用PVD法在拟沉积发射极一面沉积一层50纳米的不掺杂氧化硅薄膜，采用PECVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉积本征非晶氧化硅薄膜、重掺杂非晶氧化硅薄膜发射极，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用丝网印刷法印刷低温银浆主栅线并烘干，对硅片边缘进行防漏电处理。
本结构相比于双面异质结HIT结构具有更高的短路电流，从而具有更高的转换效率。省却了全部ITO的用量，和部分银耗量；约半数产线设备采用现有晶硅电池产线所采用的设备，价格便宜，技术兼容性好，大大降低了设备的成本投入。
实施例3。
一种背结晶硅异质结太阳电池的结构，各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅薄膜，重掺杂非晶硅薄膜发射极，铝薄膜导电反射层，铜主栅线。上述材料构成的采用100微米厚的n型硅片太阳电池结构的制造技术方案为：硅片的制绒清洗，采用PVD法在拟沉积发射极一面沉积一层50纳米的不掺杂氧化硅薄膜，采用PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉积本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜发射极，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用丝网印刷法印刷低温铜浆主栅线并烘干，对硅片边缘进行防漏电处理。
本结构相比于双面异质结HIT结构具有更高的短路电流，从而具有更高的转换效率。省却了全部ITO的用量，和半数银耗量；约半数产线设备采用现有晶硅电池产线所采用的设备，价格便宜，技术兼容性好，大大降低了设备的成本投入。
实施例4。
一种背结晶硅异质结太阳电池，各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅薄膜，重掺杂非晶硅薄膜发射极，20纳米高导电性氧化物薄膜，铝薄膜导电反射层，铜主栅线。上述材料构成的采用100微米厚的n型硅片太阳电池结构的制造技术方案为：硅片的制绒清洗，采用PVD法在拟沉积发射极一面沉积一层50纳米的不掺杂氧化硅薄膜，采用PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉积本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜发射极，采用PVD法沉积高导电性氧化物薄膜，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用丝网印刷法印刷低温铜浆主栅线并烘干，对硅片边缘进行防漏电处理。
本结构相比于双面异质结HIT结构具有更高的短路电流，从而具有更高的转换效率。省却了全部ITO的用量，和半数银耗量；约半数产线设备采用现有晶硅电池产线所采用的设备，价格便宜，技术兼容性好，大大降低了设备的成本投入。
实施例5。
一种背结晶硅异质结太阳电池，各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极，氮化硅薄膜钝化减反射层，重掺杂n型晶体硅背场层，n型晶体硅片，本征非晶硅薄膜，重掺杂非晶硅薄膜发射极，5纳米钛薄膜，铝薄膜导电反射层，铜主栅线。上述材料构成的采用160微米厚的n型硅片太阳电池结构的制造技术方案为：硅片的制绒清洗，采用PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD法依次沉积本征非晶硅薄膜、重掺杂非晶硅薄膜发射极，采用PVD法沉积钛薄膜，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用丝网印刷法印刷低温铜浆主栅线并烘干，对硅片边缘进行防漏电处理。
本结构相比于双面异质结HIT结构具有更高的短路电流，从而具有更高的转换效率。省却了全部ITO的用量，和半数银耗量；约半数产线设备采用现有晶硅电池产线所采用的设备，价格便宜，技术兼容性好，大大降低了设备的成本投入。
Claims (9)
1.一种背结晶硅异质结太阳电池，其特征是其结构从迎光面开始依次为：迎光面栅线状电极、高透过率减反射薄膜、重掺杂晶体硅背场层、硅片、本征非晶硅基薄膜钝化层、重掺杂非晶硅薄膜发射极、金属薄膜导电反射层、背面金属主栅线。
2.根据权利要求1所述的背结晶硅异质结太阳电池，其特征是其结构的各部分的材料构成从迎光面依次为：栅线状银电极、氮化硅薄膜钝化减反射层、重掺杂n型晶体硅背场层、n型晶体硅片、本征非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜、重掺杂非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜发射极、铝薄膜导电反射层、银或铜主栅线。
3.根据权利要求1所述的背结晶体硅异质结太阳电池，其特征是所用硅片厚度为20-200微米。
4.根据权利要求1或3所述的背结晶体硅异质结太阳电池，其特征是所用硅片厚度为80-180微米。
5.根据权利要求1所述的背结晶体硅异质结太阳电池，其特征是在重掺杂非晶硅基薄膜与铝薄膜导电反射层间插入减少两层结构的接触电阻的薄膜。
6.根据权利要求1或5所述的背结晶体硅异质结太阳电池，其特征是在重掺杂非晶硅基薄膜与铝薄膜导电反射层间插入一层1-100纳米的导电氧化物薄膜或钛/钯复合电极或其它高导电性薄膜。
7.权利要求1所述的背结晶硅异质结太阳电池的制备方法，其特征是按以下步骤：硅片的制绒清洗，重掺杂晶体硅背场层的制备，高透过率减反射薄膜的制备，迎光面栅线状电极制备；硅片的背光面再次清洗，本征非晶硅基薄膜钝化层的制备，重掺杂非晶硅薄膜发射极的制备，金属薄膜导电反射层制备、背面金属主栅线制备。
8.根据权利要求7所述的背结晶硅异质结太阳电池的制备方法，其特征是按权利要求2所述材料，按如下步骤：n型硅片的制绒清洗，采用CVD或PVD法在硅片的迎光面上沉积含磷氧化硅薄膜作为扩散源进行高温扩散制造重掺杂n型晶体硅背场层，去除扩散源层并进行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜钝化减反射层，丝网印刷高温银浆并烘干烧结得到迎光面栅线状银电极，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD或热丝CVD法依次沉积本征非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜、重掺杂非晶硅或非晶亚氧化硅薄膜发射极，采用PVD法沉积铝薄膜导电反射层，采用PVD法沉积纯银主栅线或丝网印刷低温银浆或者铜浆并烘干背面主栅线，对硅片边缘进行防漏电处理。
9.根据权利要求7或8所述的背结晶硅异质结太阳电池的制备方法，其特征是在硅片的制绒清洗后，在硅片的背光面预先沉积一层氧化硅保护膜，该层氧化硅保护膜在硅片的背光面再次清洗步骤中予以去除。
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