CN106340559B - 一种硅异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。制备方法包括：非晶硅层形成步骤：在硅片的正面和背面均沉积非晶硅，形成非晶硅层；透明导电膜层形成步骤：在硅片正面和背面的非晶硅层表面沉积透明导电膜，形成透明导电膜层；电极形成步骤：在硅片的正面和背面的透明导电膜层表面形成电极；焊带焊接步骤：将焊带焊接到电极的主栅线上；减反膜层形成步骤：在硅片的正面，和/或背面的电极表面沉积减反膜，形成减反膜层。基于该方法，本发明无需额外制备镂空模具，因而可以简化工艺，从而降低成本；此外，可以在硅片的正面和/或背面的整版位置制备减反膜层，大大增加了电池的减反面积，进而可以提高电池的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
非晶硅/单晶硅异质结太阳能电池（简称硅异质结太阳能电池）是一种应用广泛的电池。如图2所示，硅异质结太阳能电池通常由多种膜层构成，主要包括硅片10、非晶硅膜层11以及透明导电膜层12（TCO膜层）。其中，非晶硅膜层11包括非晶n层、非晶p层以及本征i层，非晶硅膜层11主要由化学气相沉积（CVD）或者热丝法制备；透明导电膜层12通常采用掺锡氧化铟（ITO）或者掺铝氧化锌（AZO），透明导电膜层12主要由磁控溅射法或者蒸发法制备。
通常情况下，为了减少TCO膜层和硅片对太阳光线的反射，进而提高电池对太阳光的利用率，大多数电池都会在太阳能电池的受光面设置减反膜层涂层，进而形成减反膜层14（ARC）。减反膜层14主要包括氟化镁（MgF2）或者氮化硅（SixNy）等材料，可以通过溅射法或者喷涂法制备。目前，电池的电能主要依靠在电极13的主栅线位置焊上焊带15而引出，而制备减反膜层14的工序一般都是在丝网印刷电极13之后进行，由于减反膜层14通常情况下不导电或者导电性能很差，一旦电池表面全部镀上减反膜层14，将会导致焊带15无法有效焊接电池电极13的主栅线，进而严重影响电流的输出，增加了电池的串联电阻，进一步降低电池的发电效率。
为了解决上述问题，通常的做法为在制作减反膜层时使用镂空模具，电极的主栅线的位置和预焊接焊带的位置被镂空模具遮挡，这样主栅线的位置和预焊接焊带的位置可以避免镀上减反膜层，从而焊带可以直接焊接到主栅线上。
然而，上述做法需要额外制作镂空模具，制作镂空模具的工艺复杂，且制作成本和维护成本较高；其次，主栅线的位置处没有设置减反膜层，因而该位置处无法进行减反射，进而导致整个电池的减反面积减小，影响电池的发电效率；再次，镂空模具在长期使用过程中容易发生变形，进而容易导致主栅线的位置和预焊接焊带的位置覆盖减反膜层，会严重影响到电流的输出，增加电池的串联电阻，进而影响电池的发电效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅异质结太阳能电池及其制备方法，以简化硅异质结太阳能电池的制备工艺，降低其制备成本，进一步提高其发电效率。
本发明实施例提供一种硅异质结太阳能电池的制备方法，包括：
非晶硅层形成步骤：在硅片的正面和背面均沉积非晶硅，形成非晶硅层；
透明导电膜层形成步骤：在硅片正面和背面的所述非晶硅层表面均沉积透明导电膜，形成透明导电膜层；
电极形成步骤：在硅片的正面和背面的所述透明导电膜层表面均形成电极；
焊带焊接步骤：将焊带焊接到所述电极的主栅线上；
减反膜层形成步骤：在硅片的正面，和/或背面的所述电极表面沉积减反膜，形成减反膜层。
根据本发明的制备方法，在将焊带焊接至电极的主栅线后，在硅片的正面，和/或背面的电极表面形成减反膜层，基于这样的设计，首先，本发明无需额外制备镂空模具，因而可以简化电池的制备工艺，从而降低电池的制备成本；其次，可以在硅片的正面和/或背面的整版位置制备减反膜层，有利于提高电池的成品率；再次，电池的主栅线和焊带位置处均覆盖了减反膜层，相比现有技术而言，大大增加了电池的减反面积，有利于提高电池对入射光的利用率，进而可以提高电池的发电效率。
优选的，在所述减反膜层形成步骤中，所述减反膜层的厚度为100nm～1000nm。
优选的，所述减反膜层的厚度为200nm～400nm。
优选的，在所述减反膜层形成步骤中，所述减反膜层的折射率为1～1.7。
优选的，所述减反膜层的折射率为1.5～1.7。
优选的，在所述焊带焊接步骤中，所述焊带的宽度为0.5mm～3mm，所述焊带的厚度为0.2mm～1mm。
优选的，在所述焊带焊接步骤中，焊头的温度为320℃～420℃。
优选的，在所述焊带焊接步骤中，对形成电极后的硅片加热至25℃～240℃后，用温度为250℃～400℃的焊头进行焊带的焊接。
优选的，在所述非晶硅层形成步骤之前，所述制备方法还包括：
硅片处理步骤：所述硅片处理步骤包括硅片的碱腐、制绒与清洗；和/或在所述减反膜层形成步骤之后，所述制备方法还包括：
退火步骤：将经历上述步骤的硅片在退火炉中进行退火处理，得到硅异质结太阳能电池。
本发明实施例还提供一种硅异质结太阳能电池，采用上述任一技术方案的方法制备而成。该太阳能电池的制备工艺简单，制备成本较低，且发电效率较高。
附图说明
图1为本发明实施例硅异质结太阳能电池的制备方法流程图；
图2为现有技术的硅异质结太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明实施例的硅异质结太阳能电池的结构示意图。
现有技术附图标记说明：
10-硅片
11-非晶硅层
12-透明导电膜层
13-电极
14-减反膜层
15-焊带
本发明实施例附图标记说明：
20-硅片
21-非晶硅层
22-透明导电膜层
23-电极
24-焊带
25-减反膜层
具体实施方式
为了简化硅异质结太阳能电池的制备工艺，降低其制备成本，进一步提高其发电效率，本发明实施例提供了一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
如图1和图3所示，本发明实施例提供的硅异质结太阳能电池的制备方法，包括：
步骤101，非晶硅层21形成步骤：在硅片20的正面和背面均沉积非晶硅，形成非晶硅层21；
步骤102，透明导电膜层22形成步骤：在硅片20正面和背面的非晶硅层21表面均沉积透明导电膜，形成透明导电膜层22；
步骤103，电极23形成步骤：在硅片20的正面和背面的透明导电膜层22表面均形成电极23；
步骤104，焊带24焊接步骤：将焊带24焊接到电极23的主栅线上；
步骤105，减反膜层25形成步骤：在硅片20的正面，和/或背面的电极23表面沉积减反膜，形成减反膜层25。
值得一提的是，在步骤105中，硅片的正面，和/或背面的电极表面包括焊接焊带的位置和未焊接焊带的位置，即减反膜层覆盖硅片电极表面的整版位置。
根据本发明的制备方法，在将焊带焊接至电极的主栅线后，在硅片的正面，和/或背面的电极表面形成减反膜层，基于这样的设计，首先，本发明无需额外制备镂空模具，因而可以简化电池的制备工艺，从而降低电池的制备成本；其次，可以在硅片的正面和/或背面的整版位置制备减反膜层，有利于提高电池的成品率；再次，电池的主栅线和焊带位置处均覆盖了减反膜层，相比现有技术而言，大大增加了电池的减反面积，有利于提高电池对入射光的利用率，进而可以提高电池的发电效率。
在本发明的一个具体实施例中，在非晶硅层形成步骤之前，制备方法还包括硅片处理步骤，硅片处理步骤通常包括硅片的碱腐、制绒与清洗。
其中，碱腐处理操作通常为：将硅片置于重量百分比为2%～20%的氢氧化钠溶液中3～10分钟，优选8分钟，在25℃～80℃的温度环境下，去除硅片在多线切割锯切片时产生的表面损伤层，同时利用氢氧化钠对硅片腐蚀的各向异性，形成反射率较低的表面结构。
制绒处理操作通常为：将硅片置于重量百分比为3～8%，优选5%的氢氧化钠溶液和体积百分比为0.1～0.5%，优选0.3%的制绒添加剂的溶液中，在80～90℃，优选85℃，浸泡15～25分钟，优选20分钟，用去离子水冲洗5～10分钟。
清洗处理为经过三次清洗后甩干：首先进行第一次清洗：将制绒后的硅片放入体积比为1∶1∶5的NH3·H2O∶H2O2∶H2O的溶液中在75℃浸泡15min，其中，NH3·H2O代表质量百分比为29%的氨水的水溶液；H2O2代表质量百分比为30%的双氧水溶液；然后用去离子水冲洗5-10min；然后进行第二次清洗：将进行第一次清洗的硅片放入HCl：H2O2：H2O体积比为1：1：5的溶液中，其中，HCl代表质量百分比为36%的盐酸水溶液，H2O2代表质量百分比为30%的双氧水溶液,在75℃浸泡15分钟，用去离子水冲洗5～10分钟；之后进行第三次清洗：用重量百分比为2%的HF溶液清洗2分钟，然后用去离子水冲洗2～5分钟；最后将硅片放入甩干机中甩干。其中优选电阻率1-5Ω·cm、N型（也可选用P型）、厚度195μm的硅片。
值得一提的是，在减反膜层形成步骤中，温度可以为室温25℃左右，也可以为25℃～240℃的高温。当减反膜层的形成温度为室温时，在减反膜层形成步骤之后，制备方法还包括退火步骤，具体为：在退火炉中，在25℃～240℃，在大气氛围下退火处理10min～60min，得到硅异质结太阳能电池；当减反膜层的形成温度为25℃～240℃的高温时，后续将不再需要退火处理。
在减反膜层形成步骤中，减反膜层25的厚度为100nm～1000nm，优选为200nm～400nm，当减反膜层25的厚度超过1000nm后，减反效果不会再有显著增加，相反还会增加减反膜层的成本，因而减反膜层的厚度不超过1000nm；此外，减反膜层25的折射率为1～1.7，优选为1.5～1.7，减反膜层主要由折射率较低的一层或者多层材料构成，其中，减反膜层的材料可以包括氟化镁（MgF2）、氮化硅（SixNy）或者氧化硅（SixOy）。
在焊带焊接步骤中，焊带24的宽度为0.5～3mm。本申请的发明人经过多次试验发现，当焊带的宽度超过3mm时，由焊带造成的对光的损失会远远大于焊带对填充因子的提升，电池的电流会严重下降，发电效率也会明显降低，因而焊带的宽度不超过3mm，优选的，焊带的宽度为0.8～1.2mm；此外，焊带的厚度为0.2mm～1mm。本申请的发明人经过多次试验发现，当焊带的厚度超过1mm时，不仅材料成本增加，且厚度超过1mm的焊带位置处容易产生气泡，这样极易造成封装组件过程工艺复杂，进而导致组件封装出现缺陷。
焊带焊接步骤中，根据本发明的一个方面，可以采用高温焊头焊接，具体的，焊头的温度为320℃～420℃。基于该种焊接方式，本申请的发明人通过多次试验得知，当焊头的温度低于320℃时，无法进行有效焊接，当焊头的温度高于420℃时，焊接时会对主栅线的浆料结构造成破坏，对电池的各膜层结构造成损伤，并进一步导致电池性能的下降，因此，焊头的温度为320℃～420℃。
焊带焊接步骤中，根据本发明的另一方面，可以采用硅片加热和低温焊头组合的方式进行焊接，在该步骤中，首先对形成电极后的硅片加热至25℃～240℃后，再用温度为250℃～400℃的焊头进行焊带的焊接。基于该种焊接方式，本申请的发明人经过多次试验得知，当形成电极后的硅片加热后的温度低于25℃时，无法达到加热效果，当形成电极后的硅片加热后的温度高于240℃时，会改变电池各膜层的结构，破坏电池的钝化效果，降低电池的开路电压，进而降低电池的发电效率。因此，形成电极后的硅片加热后的温度为25℃～240℃。
具体的，在非晶硅层形成步骤中，步骤101可具体包括：用等离子体增强化学气相沉积设备（PECVD设备）在硅片的正面和背面沉积非晶硅的本征层和掺杂层。
在透明导电膜层形成步骤中，步骤102可具体包括：利用离子镀膜设备，在硅片的正面和背面的非晶硅层分别沉积透明导电薄膜（TCO)，形成透明导电膜层。
在电极形成步骤中，步骤103可具体包括：在硅片的正面，和/或背面的透明导电膜层表面用银浆料丝网印刷形成电极。
本发明实施例还提供了一种硅异质结太阳能电池，采用前述任一方法实施例制备而成。该太阳能电池的制备工艺简单，制备成本较低，且发电效率较高。
此外，考虑到环境和光照等各种因素，本发明的硅异质结太阳能电池可以为单面发电电池和双面发电电池。当硅异质结太阳能电池为单面发电电池时，只需在硅片的正面的电极表面制备减反膜层，背面的电极表面无需制备减反膜层，较优的，可以在硅片背面的电极表面制备一层金属层，当从电池正面吸收的太阳能透过硅片到达背面时，硅片背面的金属层可以将这部分太阳光再次反射回电池内部，从而有利于提高电池的发电效率；当硅异质结太阳能电池为双面发电电池时，硅片正面和背面的电极表面均需制备减反膜层。
由此可见，根据本发明的硅异质结太阳能电池及其制备方法可选因素较多，根据权利要求可以组合出不同的实施例。因此实施例仅用于对本发明的说明和描述，并不是对本发明进行限制，因此请读者知悉。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
非晶硅层形成步骤：在硅片的正面和背面均沉积非晶硅，形成非晶硅层；
透明导电膜层形成步骤：在硅片正面和背面的所述非晶硅层表面均沉积透明导电膜，形成透明导电膜层；
电极形成步骤：在硅片的正面和背面的所述透明导电膜层表面均形成电极；
焊带焊接步骤：将焊带焊接到所述电极的主栅线上；
减反膜层形成步骤：在硅片的正面，和/或背面的所述电极表面沉积减反膜，形成减反膜层，其中，所述硅片的正面，和/或背面的所述电极表面包括焊接焊带的位置和未焊接焊带的位置。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述减反膜层形成步骤中，所述减反膜层的厚度为100nm～1000nm。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述减反膜层的厚度为200nm～400nm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述减反膜层形成步骤中，所述减反膜层的折射率为1～1.7。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述减反膜层的折射率为1.5～1.7。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述焊带焊接步骤中，所述焊带的宽度为0.5mm～3mm，所述焊带的厚度为0.2mm～1mm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述焊带焊接步骤中，焊头的温度为320℃～420℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述焊带焊接步骤中，对形成电极后的硅片加热至25℃～240℃后，用温度为250℃～400℃的焊头进行焊带的焊接。
9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述非晶硅层形成步骤之前，所述制备方法还包括：
硅片处理步骤：所述硅片处理步骤包括硅片的碱腐、制绒与清洗；和/或在所述减反膜层形成步骤之后，所述制备方法还包括：
退火步骤：将经历上述步骤的硅片在退火炉中进行退火处理，得到硅异质结太阳能电池。
10.一种硅异质结太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的方法制备而成。
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