CN106601855A - 一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法，所述方法包括：a)在N型硅片的两面制绒，形成金字塔绒面；b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层；c)在N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层上沉积透明导电薄膜层；d)在N型硅片两面的透明导电薄膜层上沉积金属层；e)在N型硅片两面的金属层上形成金属栅线电极；f)去除金属栅线电极区域外的金属层。本发明可以使低温金属与透明导电膜之间形成好的接触，同时可以去除金属栅线边缘的高分子遮挡层，有利于降低电池的串联电阻，增加太阳能电池的有效吸收光，进而提升转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。近年来，太阳能电池生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，光伏发电的应用日益广泛并成为电力供应的重要能源。
晶体硅太阳能电池具有光电转换效率高，生产技术成熟等优点，一直以来占据着世界太阳能电池总产量的绝大部分，然而传统晶体硅太阳能电池生产中的高温扩散制PN结工艺导致的一系列问题以及缺乏良好的表面钝化机制还没有得到很好地改善，因此限制了电池效率的提升。
目前，一般是用宽带隙的氢化非晶硅层作为窗口层或发射极，窄带隙的单晶硅、多晶硅片作衬底，形成异质结太阳电池。这种电池发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点，具有实现高效低成本硅太阳能电池的发展前景。
现有的双面异质结太阳能电池基本制备过程如下：1)首先在硅片表面制备绒面结构以形成光陷作用；2)利用PECVD在具有绒面结构的N型单晶硅片的正面沉积一层4nm～10nm厚度的本征非晶硅层和P型非晶硅层；3)然后再在硅片的背面沉积一层4nm～10nm的本征非晶硅层和N型非晶硅层；4)利用溅射技术在电池的两面沉积透明导电膜，透明导电膜同时也具有抗反射作用；5)然后用丝网印刷在电池正反两面制作银浆电极，整个制备过程都是在低于220℃下进行的。
从上述制备过程看，异质结太阳能电池制备过程都在220度下进行，传统的单晶硅或多晶硅电池银浆电极都在600度以上高温烧结形成，银浆电极与硅片容易形成欧姆接触，然而异质结太阳能电池采用低温银浆丝网印刷工艺，无法在600度的高温条件下烧结固化，导致银浆电极与透明导电膜之间无法形成良好的欧姆接触，同时低温固化后的银浆栅线在栅线边缘会形成一层高分子遮挡层，从而增加了电池的串联电阻，减少了太阳能电池的有效吸收光，因此限制了填充因子和短路电流的提升，降低了太阳能电池的转换效率。
发明内容
本发明的目的改善现有技术中存在的缺陷，提供一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法，其在优化了传统电池的结构，提升了电池性能。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：
a)在N型硅片的两面制绒，形成金字塔绒面；
b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层；
c)在N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层上沉积透明导电薄膜层；
d)在N型硅片两面的透明导电薄膜层上沉积金属层；
e)在N型硅片两面的金属层上形成金属栅线电极；
f)去除金属栅线电极区域外的金属层。
优选的，所述步骤b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层为先沉积N型硅片两面的第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层，再沉积N型非晶硅薄膜层、P型非晶硅薄膜层，或者先沉积N型硅片两面的第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层，再沉积P型非晶硅薄膜层、N型非晶硅层。
优选的，所述步骤b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层为先沉积N型硅片一面的第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，再沉积另一面的第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，或者先沉积N型硅片一面的第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，再沉积另一面的第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层。
优选的，所述透明导电薄膜层为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌薄膜、掺硼氧化锌、掺钨氧化铟、石墨烯薄膜中的至少一种。
优选的，所述金属栅线电极为银浆栅线电极。
优选的，所述金属层为Ag、Cu、Al、Ni、Ti、TiN、Sn或NiCr中的至少一种。
优选的，所述金属栅线电极烘烤固化温度为170-220℃。
优选的，所述f)去除金属栅线电极区域外的金属层为采用金属蚀刻液或金属蚀刻膏去除。
优选的，所述第一本征非晶硅薄膜层、N型非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层通过等离子体增强化学气相沉积；所述透明导电薄膜层和金属层通过磁控溅射沉积；所述金属栅线电极通过丝网印刷形成。
优选的，所述金字塔绒面宽度为2-7um,高度为2-5um、所述第一本征非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、N型非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、第二本征非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、P型非晶硅薄膜层厚度为4-10nm；所述透明导电薄膜层厚度为90-120nm、所述金属层厚度为50-100nm。
本发明采用以上技术方案，在印刷金属栅线电极前沉积金属层，由于异质结太阳能电池整个制备过程都在220度以下进行，丝网印刷后的金属栅线与透明导电膜之间的界面无法形成良好接触，同时金属栅线低温固化后在栅线边缘会形成一层高分子遮挡层，严重影响到光的吸收，而在金属栅线与透明导电膜之间增加一层金属层，可以使低温金属与透明导电膜之间形成非常好的接触，同时金属栅线固化后再腐蚀栅线区域外的金属层，可以去除金属栅线边缘的高分子遮挡层，有利于降低电池的串联电阻，增加太阳能电池的有效吸收光，从而提升太阳能电池填充因子和短路电流，进而提升转换效率。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程示意图；
图2为本发明双面发电异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开了一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：
S101：在N型硅片的两面制绒，形成金字塔绒面；
S102：在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层；
S103:在N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层上沉积透明导电薄膜层；
S104:在N型硅片两面的透明导电薄膜层上沉积金属层；
S105:在N型硅片两面的金属层上形成金属栅线电极；
S106：去除金属栅线电极区域外的金属层。
其中，所述去除金属栅线电极区域外的金属层为采用金属蚀刻液或金属蚀刻膏去除。所述第一本征非晶硅薄膜层、N型非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层通过等离子体增强化学气相沉积；所述透明导电薄膜层和金属层通过磁控溅射沉积；所述金属栅线电极通过丝网印刷形成。
具体的可以如下：
提供N型硅片，对N型硅片制绒和清洗，在N型硅片两面形成金字塔绒面，然后在150-220℃温度条件下，将N型硅片放置反应腔中，往反应腔中通入SiH4和H2的混合气体，其中SiH4的含量为10％至50％，H2的含量为5％至20％，通过等离子体增强化学气相沉积的方法在N型硅片的两面上沉积形成第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层；
将形成第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层的N型硅片放入掺杂腔内，往掺杂腔中通入SiH4、H2以及含掺杂剂P的气体，由此在第一本征非晶硅薄膜层上沉积N型非晶硅薄膜层；继续通入SiH4和H2气体，并且同步通入含掺杂剂B的气体，在第二本征非晶硅薄膜层上形成P型非晶硅薄膜层；
在P型非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层上分别通过磁控溅射的方法生成透明导电膜层和金属层，然后再在金属层上通过丝网印刷形成金属栅线图案，其中所述金属栅线电极烘烤固化温度为170-220℃。
通过采用金属蚀刻液或金属蚀刻膏去除金属栅线电极区域外的金属层。
如图2所示，为根据本发明制备的双面发电异质结太阳能电池，其包括：
N型硅片1；
设在N型硅片1其中一面的第一本征非晶硅薄膜层2以及另一面的第二本征非晶硅薄膜层3；
设在第一本征非晶硅薄膜层2上的N型非晶硅薄膜层4；
设在第二本征非晶硅薄膜层3上的P型非晶硅薄膜层5；
分别设在第一本征非晶硅薄膜层3和第二本征非晶硅薄膜层4上的透明导电薄膜层6、7；
分别设在N型硅片1两面的透明导电薄膜层6、7上的金属层8、9；
分别设在N型硅1片两面的金属层8、9上的金属栅线电极10、11。
其中，所述金字塔绒面宽度为2-7um,高度为2-5um。
所述第一本征非晶硅薄膜层厚2度为4-10nm、N型非晶硅薄膜层4厚度为4-10nm、第二本征非晶硅薄膜层6厚度为4-10nm、P型非晶硅薄膜层5厚度为4-10nm、所述透明导电薄膜层6、7厚度为90-120nm、所述金属层8、9厚度为50-100nm。
所述透明导电薄膜层6、7为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌薄膜、掺硼氧化锌、掺钨氧化铟、石墨烯薄膜中的至少一种；
所述金属栅线电极10、11为银浆栅线电极。
所述金属层8、9为Ag、Cu、Al、Ni、Ti、TiN、Sn或NiCr中的至少一种。
本发明通过在印刷银浆栅线前沉积金属层，银浆栅线丝网印刷固化后再腐蚀掉银浆栅线电极区域外的金属层。由于异质结太阳能电池整个制备过程都在220度以下进行，丝网印刷后的银浆栅线与透明导电膜之间的界面也无法形成良好接触，同时银浆栅线低温固化后在栅线边缘会形成一层高分子遮挡层，严重影响到光的吸收，而在银浆栅线与透明导电膜之间增加一层金属层，可以使低温银浆与透明导电膜之间形成非常好的接触，同时银浆栅线固化后再腐蚀栅线区域外的金属层，可以去除银浆栅线边缘的高分子遮挡层，这样非常有利于降低电池的串联电阻，增加太阳能电池的有效吸收光，从而提升太阳能电池填充因子和短路电流，进而提升转换效率。本发明所采用的制备方法简单易行，工艺可靠，电池的转换效率高，且适合大规模生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双面发电异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)在N型硅片的两面制绒，形成金字塔绒面；
b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层；
c)在N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层上沉积透明导电薄膜层；
d)在N型硅片两面的透明导电薄膜层上沉积金属层；
e)在N型硅片两面的金属层上形成金属栅线电极；
f)去除金属栅线电极区域外的金属层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层为先沉积N型硅片两面的第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层，再沉积N型非晶硅薄膜层、P型非晶硅薄膜层，或者先沉积N型硅片两面的第一本征非晶硅薄膜层和第二本征非晶硅薄膜层，再沉积P型非晶硅薄膜层、N型非晶硅层。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤b)在制绒后的N型硅片的其中一面沉积第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，另一面上沉积第二本征非晶硅膜层和P型非晶硅薄膜层为先沉积N型硅片一面的第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层，再沉积另一面的第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，或者先沉积N型硅片一面的第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，再沉积另一面的第一本征非晶硅薄膜层和N型非晶硅薄膜层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述透明导电薄膜层为氧化铟锡薄膜、掺铝氧化锌薄膜、掺硼氧化锌、掺钨氧化铟、石墨烯薄膜中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属栅线电极为银浆栅线电极。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属层为Ag、Cu、Al、Ni、Ti、TiN、Sn或NiCr中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属栅线电极烘烤固化温度为170-220℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述f)去除金属栅线电极区域外的金属层为采用金属蚀刻液或金属蚀刻膏去除。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一本征非晶硅薄膜层、N型非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层通过等离子体增强化学气相沉积；所述透明导电薄膜层和金属层通过磁控溅射沉积；所述金属栅线电极通过丝网印刷形成。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金字塔绒面宽度为2-7um,高度为2-5um、所述第一本征非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、N型非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、第二本征非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、P型非晶硅薄膜层厚度为4-10nm、所述透明导电薄膜层厚度为90-120nm、所述金属层厚度为50-100nm。
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