CN106129175A - 光伏电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种光伏电池的制备方法。所述光伏电池的制备方法包括以下步骤：(a)在栅线层上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；(b)对所述硅锭进行掺杂处理，使所述硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，其中所述栅线层埋设于所述掺杂硅层；(c)在所述衬底硅层的下方设置背电极层，形成光伏电池。本发明通过使栅线层埋设于掺杂硅层中，使得阳光能够直接照射到掺杂硅层的上表面，有效减少栅线层对阳光的遮挡，提高了光伏电池的转化效率，能够有效促进光伏电池在很多领域的应用。

Description

光伏电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种光伏电池的制备方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求量不断增长，能源问题已是全球性问题。人类现在使用的化学能源和核能源不是清洁能源，同时现有可开采能源也已不能维持人类的可持续发展，充分利用太阳能成为一种必然趋势。
太阳能清洁环保，取之不尽，用之不竭，而又不产生任何的环境污染，是人类可利用的最丰富的可再生能源，人们开发了许多技术利用太阳能，现在利用太阳能技术成熟且已用于发电的主要是硅基光伏电池，该光伏电池采用硅片作为基体材料，通过掺杂剂进行扩散制结，然后在硅片的表面设置栅线，以收集电流，供用电设备使用。但是由于栅线对于太阳光的遮挡，导致该光伏电池的光电转换效率太低，制约了其在很多领域的应用。为了增加该光伏电池的发电量，人们进行一直在进行不懈的努力，但始终没有取得实质性进展。
因此，如何提高光伏电池的光电转换效率，促进光伏电池的快速发展，已成为本技术领域人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏电池的制备方法，以解决现有技术中存在的光伏电池由于栅线对于太阳光的遮挡，导致该光伏电池的光电转换效率太低，制约了其在很多领域应用的技术问题。
本发明提供了一种光伏电池的制备方法，包括以下步骤：
(a)在栅线层上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；
(b)对所述硅锭进行掺杂处理，使所述硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，其中所述栅线层埋设于所述掺杂硅层；
(c)在所述衬底硅层的下方设置背电极层，形成光伏电池。
进一步地，所述步骤(b)中，在所述硅锭中掺入施主杂质或受主杂质。
进一步地，在步骤(a)与步骤(b)之间还包括步骤(s)，对所述硅锭的上表面进行制绒处理。
进一步地，在步骤(b)与步骤(c)之间或步骤(c)之后还包括步骤(s)，对所述掺杂硅层的上表面进行制绒处理。
进一步地，在所述步骤(b)与步骤(c)之间还包括步骤(m),。
进一步地，在所述掺杂硅层的上表面设置减反射膜。
进一步地，所述栅线层由导电性材料制成，并且所述导电性材料的熔点高于硅的熔点。
进一步地，所述背电极层由金属制成。
进一步地，所述栅线层包括多根栅线，并且所述多根栅线均匀间隔设置。
本发明还提供了另一种光伏电池的制备方法，包括以下步骤：
(A)将多个栅线层上下间隔设置，在所述多个栅线层上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；
(B)将所述硅锭分割成多个子硅锭，并且每个子硅锭中埋设有一个所述栅线层；
(C)对所述子硅锭进行掺杂处理，使所述子硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，其中所述栅线层埋设于所述掺杂硅层；
(D)在所述衬底硅层的下表面设置背电极层，形成光伏电池。
本发明提供的光伏电池的制备方法，通过在栅线层上浇铸熔融状态的硅料，硅料固化后形成硅锭，使栅线层埋设于硅锭中；通过对硅锭做掺杂处理，使得硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，以使掺杂硅层与衬底硅层的接触面形成P-N结；通过使栅线层埋设于掺杂硅层中，减少栅线层对阳光的遮挡，增大阳光的照射面积，提高光伏电池的光电转化效率；通过在衬底硅层的下表面设置背电极层，以形成光伏电池，供用电设备使用。本发明通过将栅线层埋设于掺杂硅层，使得阳光能够直接照射到掺杂硅层的上表面，有效减少栅线层对阳光的遮挡，以提高光伏电池的转化效率，促进光伏电池在很多领域的应用。
本发明还提供了另一种光伏电池的制备方法，通过使栅线层埋设于掺杂硅层中，减少栅线层对阳光的遮挡，增大阳光的照射面积，提高光伏电池的光电转化效率；通过在衬底硅层的下表面设置背电极层，以形成光伏电池，供用电设备使用。本发明通过将栅线层埋设于掺杂硅层，使得阳光能够直接照射到掺杂硅层的上表面，有效减少栅线层对阳光的遮挡，以提高光伏电池的转化效率，促进光伏电池在很多领域的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的光伏电池的结构示意图。
附图标记：
10-栅线层； 11-栅线； 20-基体；
21-掺杂硅层； 22-衬底硅层； 23-背电极层；
30-反射层； 40-减反射膜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1为本发明实施例提供的光伏电池的结构示意图；如图1所示，本实施例提供的光伏电池，包括栅线层10和基体20，基体20包括由上至下依次设置的掺杂硅层21、衬底硅层22和背电极层23，其中，栅线层10埋设于掺杂硅层21中，掺杂硅层21与衬底硅层22接触设置，形成P-N结。
光伏电池是利用半导体材料的光生伏特原理制成的。根据半导体光电转换材料种类不同，太阳能电池可以分为硅基太阳能电池、砷化镓太阳能电池以及有机薄膜太阳能电池等。目前技术较为成熟且用于发电的主要是硅基光伏电池。现有技术中的硅基光伏电池包括从上而下依次设置的栅线层、掺杂硅层、衬底硅层和背电极层，当光伏电池工作时，太阳光从栅线层直接入射，并经过栅线层和掺杂硅层到达掺杂硅层与衬底硅层接触形成的P-N结区，P-N结区在太阳光的激发下产生多个电子-空穴对，电子空穴对在静电势能作用下分离并分别向所述背电极和栅线层移动，当通过导线将栅线层与背电极层连通时，可以对用电设备进行供电。
由于现有技术中的栅线层设置于硅基光伏电池的上表面，因此当阳光照射光伏电池的上表面时，一部分阳光会被栅线层遮挡，导致从掺杂硅层上表面照射进入的光子减少，导致P-N结区激发出的电子-空穴对减少，使得光电转化效率不高，限制了硅基光伏电池的应用。
有鉴于此，本发明提供了一种光电电池的制备方法，将栅线层10埋设于掺杂硅层21中，以减少栅线层10对阳光的遮挡，增大阳光的照射面积，使从掺杂硅层入社的光子增多，以激发出更多的电子-空穴对，提高光伏电池的光电转化效率，促进光伏电池在很多领域的应用。
本发明提供的光伏电池的制备方法，包括如下步骤：
(a)在栅线层10上浇铸硅料，使硅料形成硅锭；
(b)对硅锭进行掺杂处理，使硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层21和衬底硅层22，其中栅线层10埋设于掺杂硅层21；
(c)在衬底硅层22的下方设置背电极层23，形成光伏电池。
在本发明的(a)步骤中，栅线层10的材质的熔点高于硅的熔点，将栅线层10放置于晶硅铸锭池中，将熔融的硅料注入晶硅铸锭池，使硅料浇铸在栅线层10上或者先将熔融的硅料放置于晶硅铸电池中，再将栅线层10放入晶硅铸锭池中中，使硅料浇铸在栅线层10上，待硅料冷却固化后形成硅锭，将硅锭从晶硅铸锭池中取出，待用。
在本发明提供的(b)步骤中，对硅锭进行掺杂处理，将掺杂剂扩散进入硅锭中，硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层21和衬底硅层22，掺杂硅层21和衬底硅层22接触设置，掺杂硅层21和衬底硅层22的接触面形成P-N结，通过掺杂处理使掺杂硅层21形成P型硅或N型硅，以使掺杂硅层21和衬底硅层22的内部形成电子-空穴对，在太阳光的照射下，形成电流。通过使栅线层10埋设于掺杂硅层21中，使得栅线层10能够收集掺杂硅层21中的电流。
在本发明提供的(c)步骤中，在衬底硅层22的下方设置背电极层23，并且背电极层23与衬底硅层22接触设置，以通过背电极层23收集衬底硅层22的电流，以形成光伏电池。当需要使用该光伏电池供电时，通过导线将栅线层10和背电极层23连通，即可对用电设备进行供电。
在本发明述提供的步骤(b)中，在硅锭中掺入施主杂质或受主杂质。
掺杂过通常是指为了改善某种材料或物质性能，有目的的在这种材料或基质中，掺入少量其他元素或化合物。掺杂可以使材料、基质产生特定的电学、磁学和光学的性能，从而使其具有特定的价值或用途。
在本发明中，可以在硅锭中掺入受主杂质，使硅锭分为上下层叠设置的P型掺杂硅层和衬底硅层22，也可以在硅锭中掺入施主杂质，使硅锭分为上下层叠设置的N型掺杂硅层和衬底硅层22。其中，受主杂质一般为三族元素，在硅锭中掺入三族元素杂质(如硼、铝、镓等)，这些三族杂质原子在硅晶体中替换掉一部分硅原子，由于它们最外层只有三个价电子，在与硅原子形成共价键时产生一个空穴，掺杂后的掺杂硅层21为P型硅层，以使掺杂硅层21与衬底硅层22的接触区形成P-N结；施主杂质一般为五族元素，在硅锭中掺入五族元素杂质(如磷、砷等)，这些五族杂质原子在硅晶体中替换掉一部分硅原子，由于它们最外层有五个价电子，在与硅原子形成共价键时，多余的一个电子成为自由电子，掺杂后的掺杂硅层21为N型硅层，以使掺杂硅层21与衬底硅层22的接触面上形成P-N结。
在本发明中，在步骤(a)与步骤(b)之间还包括步骤(s)，对所述硅锭的上表面进行制绒处理。
为了增加硅锭的阳光照射面积，在进行掺杂工艺前，需要在硅锭的表面进行制绒处理，以使硅锭的上表面形成绒面。
按硅原料可分为单晶硅制绒与多晶硅制绒，按腐蚀液的酸碱性可分为酸制绒与碱制绒。单晶制绒的原理为：单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片的表面产生出许多细小的金字塔外观，达到制绒的目的。多晶制绒的原理为：先使用硝酸或亚硝酸将硅氧化成二氧化硅，生成的二氧化硅与氢氟反应，使二氧化硅溶解，使硅重新被氧化，这样不断重复，硅片就可以被持续的腐蚀下去，使硅片的表面形成绒面。不管是单晶硅片还是多晶硅片，都可以用酸或碱来处理。无论用哪种方法处理，一般情况下，用碱处理是为了得到金字塔状绒面，用酸处理是为了得到虫孔状绒面，不管是哪种绒面，都可以提高硅片的陷光作用。需要说明的是，后续进行(b)步骤形成掺杂硅层21时，绒面位于掺杂硅层21的上表面。
在本发明中，在步骤(b)与步骤(c)之间或步骤(c)之后还包括步骤(s)，对掺杂硅层21的上表面进行制绒处理。
在本发明实施例中，掺杂工艺也可以放在掺杂工艺之后或者制作背电极层23之后进行，对掺杂硅层21的上表面进行制绒处理，使掺杂硅层21的上表面形成凹凸面，以提高阳光的照射面积，激发出更多的电子-空穴对，以达到提高光电转换效率的目的。
在本发明实施例中，在步骤(b)和步骤(c)之间还包括步骤(m),在衬底硅层22的下方设置反射层30。反射层30与衬底硅层22接触设置，并且反射层30的下方设置有背电极层23，背电极层23与反射层30接触设置。
当太阳光照射到本发明实施例提供的光伏电池上时，一部分太阳光能够依次通过掺杂硅层21和衬底硅层22，从衬底硅层22射出，造成光能的损失。通过在背电极层23和衬底硅层22之间设置反射层30，使得照射到反射层30的阳光能够反射回到衬底硅层22和/或掺杂硅层21，以激发出更多的电子-空穴对，提高光能的利用率。在本发明实施例中，反射层30可以通过真空蒸镀或磁控溅射等方法形成于衬底硅层22的下表面。
在本发明中，在掺杂硅层21的上表面设置减反射膜40。
太阳光照射到掺杂硅层21的上表面，其中一部分被反射，即使对掺杂硅层21的上表面进行值了制绒处理，入射光能够产生多次反射而增加了吸收，但仍有一部分份光被反射损失掉了。在本发明实施例中，在掺杂硅层21的上表面设置一层减反射膜40，能够大大降低光的反射，提高太阳光的利用效率。该碱反射的基本原理是利用光在减反射膜40上下表面反射所产生的光程差，使得两束反射光干涉相消，从而较弱反射，增加投射。在本发明实施例中，减反射膜40可以通过真空蒸镀或磁控溅射等方法形成于掺杂硅层21的上表面。
在本发明实施例中，栅线层10由导电材料制成，并且导电材料的熔点高于硅的熔点。
栅线层10的作用为收集掺杂硅层21产生的电流，因此栅线层10由导电材料制成，该导电材料可以为金属、导电聚合物、金属氧化物，也可以为碳纳米管，还可以为石墨等材料。由于本发明提供的光伏电池，需要在栅线层10上浇铸硅料，因此，制备栅线层10的导电材料的熔点高于硅的熔点，避免在浇铸的过程中，栅线层10熔融，影响电池的使用。
在本发明实施例中，背电极层23由金属制成。
背电极层23的作用为收集衬底硅层22中产生的电流，背电极层23的材质可以为铝、铜、银等。
在本发明中，栅线层10包括多根栅线11，并且多根栅线11均匀间隔设置。
通过在掺杂硅层21中埋设多根栅线11，通过多根栅线11收集掺杂硅层21中的电流，以使电流汇聚后通过导线导出，多根栅线11具有多种均匀间隔设置方式，可以为多根栅线11平行排列，也可以为多根栅线11交叉排列，在本发明实施例中，多根栅线11均匀间隔排列形成栅线层10。
需要说明的是，本发明实施例提供的光伏电池还可以根据需要进行磨边，以去除边缘的P-N结，防止出现短路。
实施例2
本发明实施例是在实施例1基础上的改进，实施例1所描述的技术方案也属于本实施例，实施例1已描述的技术方案不再重复描述。
为了提高光伏电池的制备效率，本发明还提供了另一种光伏电池的制备方法，包括以下步骤：
(A)将多个栅线层10上下间隔设置，在多个栅线层10上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；
(B)将所述硅锭分割成多个子硅锭，并且每个子硅锭中埋设有一个所述栅线层；
(C)对所述子硅锭进行掺杂处理，使所述子硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层21和衬底硅层22，其中栅线层10埋设于掺杂硅层21；
(D)在所述衬底硅层22的下表面设置背电极层，形成光伏电池。
在本发明实施例步骤(A)中，将多个栅线层10通过支撑柱上下间隔设置，然后将所述多个栅线层10放入晶硅铸锭池中，使硅料浇铸在栅线层10上，待硅料冷却固化后形成硅锭，然后将硅锭从晶硅铸锭池中取出，待用；在本发明实施例步骤(B)中，将硅锭分割为多个子硅锭，并且使每个子硅锭中埋设有一个栅线层10，每个子硅锭与实施例1中提供的硅锭为相同的硅锭结构，后续对子硅锭的处理与实施例1中描述的对硅锭的处理步骤相同，在此不再赘述。
本发明实施例提供的光伏电池的制备方法，通过将多个栅线层10上下间隔设置，使得硅料浇铸时能够形成多个子硅锭，从而提高了光伏电池的制备效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光伏电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在栅线层上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；
(b)对所述硅锭进行掺杂处理，使所述硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，其中所述栅线层埋设于所述掺杂硅层；
(c)在所述衬底硅层的下方设置背电极层，形成光伏电池。
2.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中，在所述硅锭中掺入施主杂质或受主杂质。
3.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：在步骤(a)与步骤(b)之间还包括步骤(s)，对所述硅锭的上表面进行制绒处理。
4.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：在步骤(b)与步骤(c)之间或步骤(c)之后还包括步骤(s)，对所述掺杂硅层的上表面进行制绒处理。
5.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(b)和步骤(c)之间还包括步骤(m)，在所述衬底硅层的下方设置反射层。
6.根据权利要求1所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：在所述掺杂硅层的上表面设置减反射膜。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：所述栅线层由导电性材料制成，并且所述导电性材料的熔点高于硅的熔点。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：所述背电极层由金属制成。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏电池的制备方法，其特征在于：所述栅线层包括多根栅线，并且所述多根栅线均匀间隔设置。
10.一种光伏电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)将多个栅线层上下间隔设置，在所述多个栅线层上浇铸硅料，使所述硅料形成硅锭；
(B)将所述硅锭分割成多个子硅锭，并且每个子硅锭中埋设有一个所述栅线层；
(C)对所述子硅锭进行掺杂处理，使所述子硅锭分为上下层叠设置的掺杂硅层和衬底硅层，其中所述栅线层埋设于所述掺杂硅层；
(D)在所述衬底硅层的下表面设置背电极层，形成光伏电池。
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