CN106449814A - 双面钝化异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双面钝化异质结太阳能电池及其制备方法。所述双面钝化异质结太阳能电池的结构是：在n型硅衬底的正面制有第一钝化层，在n型硅衬底的背面制有第二钝化层，第一钝化层为PSS薄膜或掺杂PEDOT的PSS薄膜，第二钝化层为PSS薄膜或掺杂PEDOT的PSS薄膜；在第一钝化层上制有发射极，在发射极上制有正面电极；在n型硅衬底的背面制有穿过第二钝化层的背面栅型线电极。PSS薄膜具有非常好的钝化效果，因此使得太阳能电池具有较好的性能。第一钝化层上的发射极同时兼为减反射层，因此无需使用昂贵的ITO材料。且第一钝化层、第二钝化层以及发射极均可采用非真空工艺制备，可大大降低太阳能电池的制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池领域，具体地说是一种双面钝化异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
硅异质结太阳能电池目前取得了非常高的能量转化效率。现有的硅异质结太阳能电池的结构如图1所示，在n型硅衬底1的正面制备有本征非晶硅作为表面钝化层2，在表面钝化层2上生长有p型掺杂非晶硅薄膜作为发射极3，在n型硅衬底1的背面同样制备有本征非晶硅作为背面钝化层6，在背面钝化层6上制备有n型掺杂层作为背场7。在发射极3上制备有正面透明导电薄膜4，在背场7上制备有背面透明导电薄膜8。在正面透明导电薄膜4上制备有正面金属电极5，在背面透明导电薄膜8上制备有背面金属电极9。硅异质结太阳能电池具有能量转化效率高、低温工艺、制备流程简单等优点。但是其制备过程（一般采用等离子体增强化学气相沉积法，即PECVD）需要大规模的真空设备，因此工艺条件苛刻，而且制备过程需要危险气源（如易燃易爆气体硅烷），故缺乏安全性。所需正面透明导电薄膜和背面透明导电薄膜通常为ITO，由于ITO中的In元素在地壳含量中较为匮乏，所以ITO薄膜的造价相对较高，从而导致硅太阳能电池的成本高。
发明内容
本发明的目的之一就是提供一种双面钝化异质结太阳能电池，以解决现有的硅异质结太阳能电池制备工艺条件苛刻、成本高及缺乏安全性的问题。
本发明的目的之二就是提供一种上述双面钝化异质结太阳能电池的制备方法。
本发明的目的之一是这样实现的：一种双面钝化异质结太阳能电池，在n型硅衬底的正面制备有第一钝化层，在n型硅衬底的背面制备有第二钝化层，所述第一钝化层为聚苯乙烯磺酸（PSS）薄膜或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）的聚苯乙烯磺酸薄膜，所述第二钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂PEDOT的聚苯乙烯磺酸薄膜；在所述第一钝化层上制备有发射极，在所述发射极上制备有正面电极；在所述n型硅衬底的背面制备有穿过所述第二钝化层的背面栅型线电极。
优选的，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度均为纳米量级。
更优选的，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度均为30nm-200nm。
优选的，所述发射极为PEDOT:PSS薄膜。
优选的，所述发射极兼为减反射层。
本发明所提供的双面钝化异质结太阳能电池，n型硅衬底正面的第一钝化层和背面的第二钝化层均为聚合物薄膜，具体为聚苯乙烯磺酸薄膜（即PSS薄膜）或掺杂PEDOT的PSS薄膜。PSS薄膜具有非常好的钝化效果，因此使得太阳能电池具有较好的性能（太阳能电池的性能可由开路电压、短路电流和填充因子三个参数来衡量）。除此之外，第一钝化层上的发射极同时兼为减反射层，即：发射极与减反射层合二为一，因此无需使用昂贵的ITO材料。且第一钝化层、第二钝化层以及发射极均可采用非真空的旋涂法、喷涂法、印刷法等制备，可大大降低太阳能电池的制备成本。再有，本发明所提供的双面钝化异质结太阳能电池，在太阳光的照射下性能会增强，这不同于常规太阳能电池性能衰减的现象，因此本发明所提供的双面钝化异质结太阳能电池具有非常优异的特性。
本发明的目的之二是这样实现的：一种双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
a、在n型硅衬底的正面制备第一钝化层，所述第一钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂PEDOT的聚苯乙烯磺酸薄膜；
b、在第一钝化层上制备发射极；
c、在所述发射极上制备正面电极；
d、在n型硅衬底的背面制备背面栅型线电极；
e、在所述n型硅衬底的背面制备第二钝化层，所述第二钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂PEDOT的聚苯乙烯磺酸薄膜；所述背面栅型线电极穿过所述第二钝化层。
优选的，步骤b中所制备的发射极为PEDOT:PSS薄膜，且该发射极兼为减反射层。
步骤a中可采用旋涂法、蒸发法、喷涂法或印刷法等来制备第一钝化层，考虑到蒸发法需要真空环境，因此一般采用无需真空的旋涂法、喷涂法或印刷法等来制备。
优选的，采用旋涂法制备第一钝化层，具体如下：
a1、配制制备第一钝化层时所需的水溶液；
a2、将步骤a1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底的正面形成湿膜；通过控制旋涂时间、旋涂速度可控制所形成的湿膜的厚度，一般控制湿膜厚度为纳米量级；
a3、将步骤a2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分。
同样，步骤e中第二钝化层也可采用旋涂法、蒸发法、喷涂法或印刷法等来制备。
优选的，采用旋涂法制备第二钝化层，具体如下：
e1、配制制备第二钝化层时所需的水溶液；
e2、将步骤e1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底的背面形成湿膜；本步骤中通过控制旋涂时间、旋涂速度控制所形成的湿膜的厚度为纳米量级；
e3、将步骤e2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分。
本发明所提供的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，可通过旋涂法、喷涂法或印刷法等制备第一钝化层、第二钝化层和发射极，钝化技术工艺简单，无需真空，成本低，安全且便于操作。且第一钝化层和第二钝化层均为聚合物薄膜（PSS薄膜或掺杂PEDOT的PSS薄膜），PSS薄膜对硅片表面具有很好的钝化效果；经纯PSS薄膜钝化后，少子寿命可达到20ms以上，经掺杂PEDOT的PSS薄膜钝化后，少子寿命也可达到6ms以上。
附图说明
图1是现有的硅异质结太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明中双面钝化异质结太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明实施例2中采用PSS薄膜钝化硅片表面后所测硅片少子寿命的曲线示意图。
图4是本发明实施例3中采用掺杂PEDOT的PSS薄膜钝化硅片表面后所测硅片少子寿命的曲线示意图。
图5是本发明实施例3中太阳能电池在光照前后的I-V曲线示意图。
图中：1、n型硅衬底，2、表面钝化层，3、发射极，4、正面透明导电薄膜，5、正面金属电极，6、背面钝化层，7、背场，8、背面透明导电薄膜，9、背面金属电极，10、第一钝化层，11、第二钝化层，12、第一发射极，13、正面电极，14、背面栅型线电极。
具体实施方式
实施例1，双面钝化异质结太阳能电池。
如图2所示，本发明所提供的双面钝化异质结太阳能电池，其结构具体是：在n型硅衬底1的正面制备有第一钝化层10，在n型硅衬底1的背面制备有第二钝化层11，第一钝化层10为聚苯乙烯磺酸薄膜（PSS薄膜）或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）的聚苯乙烯磺酸薄膜，第二钝化层11为PSS薄膜或掺杂PEDOT的PSS薄膜。PSS薄膜对硅片的表面可起到非常好的钝化作用，而在PSS中掺杂PEDOT后形成的混合薄膜，可使得太阳能电池在光照下性能增强。第一钝化层10和第二钝化层11的厚度均为纳米量级，优选的，第一钝化层10和第二钝化层11的厚度均为30nm-200nm。
在第一钝化层10上制备有第一发射极12，第一发射极12为PEDOT:PSS薄膜，PEDOT:PSS薄膜同时作为减反射薄膜。在第一发射极12上制备有正面电极13；在n型硅衬底1的背面制备有穿过第二钝化层11的背面栅型线电极14，即背面栅型线电极14与n型硅衬底1局部接触，同时，第二钝化层11也与n型硅衬底1局部接触。
实施例2，双面钝化异质结太阳能电池的制备方法。
本实施例所提供的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法具体包括如下步骤：
a、在n型硅衬底1的正面制备第一钝化层10，本实施例中第一钝化层10为PSS薄膜。
第一钝化层10可通过旋涂法、蒸发法、喷涂法或印刷法等来制备。本实施例中以旋涂法为例介绍第一钝化层10的制备过程，具体如下：
a1、配制PSS水溶液；
a2、将步骤a1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底1的正面形成湿膜；通过控制旋涂时间、旋涂速度控制所形成的湿膜的厚度为纳米量级；
a3、将步骤a2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分，形成固化的干膜。
采用PSS薄膜对硅片的表面进行钝化后，对硅片的少子寿命进行检测，所得少子寿命的曲线图如图3所示。由图3可知，本发明采用PSS薄膜对硅片的表面进行钝化后，硅片的少子寿命可达22.98毫秒，因此PSS薄膜具有非常好的钝化效果。
b、在第一钝化层10上制备PEDOT:PSS薄膜作为发射极12以形成pn结，PEDOT:PSS薄膜同时作为减反射薄膜，增强正面入射光的利用率。PEDOT:PSS薄膜同样可通过旋涂法、蒸发法、喷涂法或印刷法等来制备。
c、在发射极12上制备正面电极13。正面电极13为金属电极。正面电极13可采用物理气相沉积法来制备。
d、在n型硅衬底1的背面制备背面栅型线电极14。背面栅型线电极14同样为金属电极，背面栅型线电极14与n型硅衬底1的背面局部接触。背面栅型线电极14也可采用物理气相沉积法来制备。
e、在n型硅衬底1的背面制备第二钝化层11，本实施例中第二钝化层11为PSS薄膜。第二钝化层11位于背面栅型线电极14之间的空隙处，且第二钝化层11与n型硅衬底1的背面局部接触。背面栅型线电极14的表面高于第二钝化层11的表面，背面栅型线电极14穿过第二钝化层11。
第二钝化层11可通过旋涂法、蒸发法、喷涂法或印刷法等来制备。本实施例中以旋涂法为例制备第二钝化层11，具体如下：
e1、配制PSS水溶液；
e2、将步骤e1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底1的背面形成湿膜；通过控制旋涂时间、旋涂速度控制所形成的湿膜的厚度为纳米量级；
e3、将步骤e2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分，得到固化的干膜。
实施例3，双面钝化异质结太阳能电池的制备方法。
本实施例与实施例2相比，所不同的是，第一钝化层10和第二钝化层11均为掺杂PEDOT的PSS薄膜，其他工艺步骤均与实施例2相同。
本实施例中，在n型硅衬底正面制备掺杂PEDOT的PSS薄膜后，对硅片的少子寿命进行测试，结果如图4所示。由图4可知，由掺杂PEDOT的PSS薄膜对硅片表面进行钝化后，硅片的少子寿命达6.06ms，这也是相当不错的了。
对本实施例所制备的太阳能电池在光照前后进行I-V曲线测试，所得结果见图5。由图5可知，光照前太阳能电池的I-V曲线相对比较低，而在光照30min后太阳能电池的I-V曲线有了显著的提升，即：经掺杂PEDOT的PSS薄膜对硅片表面进行钝化而后制成的双面钝化异质结太阳能电池，在太阳光的照射下性能会增强。
Claims (10)
1.一种双面钝化异质结太阳能电池，其特征是，在n型硅衬底的正面制备有第一钝化层，在n型硅衬底的背面制备有第二钝化层，所述第一钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸薄膜，所述第二钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸薄膜；在所述第一钝化层上制备有发射极，在所述发射极上制备有正面电极；在所述n型硅衬底的背面制备有穿过所述第二钝化层的背面栅型线电极。
2.根据权利要求1所述的双面钝化异质结太阳能电池，其特征是，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度均为纳米量级。
3.根据权利要求2所述的双面钝化异质结太阳能电池，其特征是，所述第一钝化层和所述第二钝化层的厚度均为30nm-200nm。
4.根据权利要求1所述的双面钝化异质结太阳能电池，其特征是，所述发射极为PEDOT:PSS薄膜。
5.根据权利要求4所述的双面钝化异质结太阳能电池，其特征是，所述发射极兼为减反射层。
6.一种双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
a、在n型硅衬底的正面制备第一钝化层，所述第一钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸薄膜；
b、在第一钝化层上制备发射极；
c、在所述发射极上制备正面电极；
d、在n型硅衬底的背面制备背面栅型线电极；
e、在所述n型硅衬底的背面制备第二钝化层，所述第二钝化层为聚苯乙烯磺酸薄膜或掺杂聚3，4-乙撑二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸薄膜；所述背面栅型线电极穿过所述第二钝化层。
7.根据权利要求6所述的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤a中制备第一钝化层的步骤如下：
a1、配制制备第一钝化层时所需的水溶液；
a2、将步骤a1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底的正面形成湿膜；
a3、将步骤a2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分。
8.根据权利要求6所述的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤e中制备第二钝化层的步骤如下：
e1、配制制备第二钝化层时所需的水溶液；
e2、将步骤e1所配置的水溶液旋涂在n型硅衬底的背面形成湿膜；
e3、将步骤e2中旋涂好的湿膜在100℃-200℃下进行烘烤，去除湿膜内部的水分。
9.根据权利要求6所述的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤a中所制备的第一钝化层的厚度以及步骤e中所制备的第二钝化层的厚度均为纳米量级。
10.根据权利要求6所述的双面钝化异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，步骤b中所制备的发射极为PEDOT:PSS薄膜，且该发射极兼为减反射层。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111653638A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-09-11 | 河北大学 | 一种多交界面结太阳电池及其制备方法 |
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| CN114122165A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 河北大学 | 一种光伏组件的制作方法及光伏组件 |
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| CN103503121A (zh) * | 2011-05-26 | 2014-01-08 | 日立化成株式会社 | 用于形成半导体基板用钝化膜的材料、半导体基板用钝化膜及其制造方法、以及太阳能电池元件及其制造方法 |
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2016
- 2016-11-15 CN CN201611003166.4A patent/CN106449814A/zh active Pending
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