CN107068798A - 背接触异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法，其中，该背接触异质结太阳能电池包括单晶硅衬底，单晶硅衬底背面上依次设置有第一钝化层和载流子收集层，载流子收集层包括设置在第一钝化层上的第一层和设置在第一层上的第二层；第一层由n型非晶硅和p型非晶硅间隔设置形成；第二层为设置在第一层的n型非晶硅上的p型非晶硅，或者第二层为设置在第一层的p型非晶硅上的n型非晶硅。本发明的技术方案中，在已经形成的p型或n型非晶硅图案上，全表面覆盖一层n型或p型非晶硅，只需要做一次图案形成，省略了第二次的非晶硅图案形成，不存在两次图案之间的定位问题，极大简化了生产工艺，有利于背接触异质结电池的量产。

Description

背接触异质结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能资源取之不尽，用之不竭，光伏电池将太阳能转化为电能输出，是一种绿色能源技术。目前，以晶体硅为太阳能吸收主体的晶硅太阳能光伏电池，由于具有高转换效率和低制造成本的优势，在光伏市场上占主导地位。背接触异质结(Interdigitated BackContact Heterojunction)单晶硅太阳能光伏电池，简称IBH电池，是晶体硅光伏电池的一种。IBH电池结合了背接触和异质结两种技术，能量转换效率远高于其他普通晶硅电池。IBH电池通常以n型单晶硅为衬底，单晶硅衬底1’正面通常有第二钝化层5’和减反层6’，衬底背面在第一钝化层2’上形成叉指状交叉排列的p型和n型非晶硅(即载流子收集层)，然后在p型和n型非晶硅上形成金属栅线电极4’，请参照图1。
一般采用光刻技术和掩膜镀膜技术来获得衬底背面叉指状排列的载流子收集层，无论是光刻还是掩膜镀膜，都是设法将不需要镀膜的区域盖住，只在需要镀膜的区域形成镀膜，缺点在于需要两次定位，而且两次定位之间需要严格的匹配，否则会造成p型和n型非晶硅的排列混乱，造成电池效率降低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法，旨在解决现有技术中难以获得排列良好的载流子收集层的缺陷。
为实现上述目的，本发明提出的背接触异质结太阳能电池包括单晶硅衬底，所述单晶硅衬底背面上依次设置有第一钝化层和载流子收集层，所述载流子收集层包括设置在所述第一钝化层上的第一层和设置在所述第一层上的第二层；所述第一层由n型非晶硅和p型非晶硅间隔设置形成；所述第二层为设置在所述第一层的n型非晶硅上的p型非晶硅，或者所述第二层为设置在所述第一层的p型非晶硅上的n型非晶硅。
优选地，所述第一层上的n型非晶硅和p型非晶硅之间没有间隙。
优选地，所述第一层和所述第二层之间设置有导电薄膜。
优选地，所述n型非晶硅和所述p型非晶硅的厚度为5-500nm。
优选地，还包括设置在所述载流子收集层上的金属栅线电极，且所述金属栅线电极形成在与所述第二层半导体类型一致的非晶硅上，形成物理上的正负极，从而引出光伏效应产生的电流。
优选地，还包括设置在所述单晶硅衬底正面上的第二钝化层和设置在所述第二钝化层上的减反层。
优选地，所述减反层为氮化硅或透明导电氧化物薄膜。
优选地，所述单晶硅衬底的厚度小于300μm。
为实现上述目的，本发明还提供一种背接触异质结太阳能电池的制作方法，所述制作方法包括：
步骤一、在单晶硅衬底背面上设置第一钝化层；
步骤二、在所述第一钝化层上放置掩膜后，向所述钝化层镀第一层载流子收集层，所述第一层载流子收集层为n型或p型非晶硅；
步骤三、拿开掩膜，向所述第一钝化层镀与步骤二中非晶硅的半导体类型不同的非晶硅。
优选地，在所述步骤三之前还包括：
步骤四，保持所述掩膜的位置不变，向所述n型或p型非晶硅镀导电薄膜。
本发明的技术方案中，在已经形成的p型或n型非晶硅图案上，全表面覆盖一层n型或p型非晶硅。采用这种电池结构，只需要做一次图案形成，省略了第二次的非晶硅图案形成，不存在两次图案之间的定位问题，极大简化了生产工艺，有利于背接触异质结电池的量产，比如，在衬底背面上使用掩膜形成n型非晶硅图案之后，不使用掩膜直接在其上形成p型非晶硅，克服了p型非晶硅掩膜制作困难这一问题，有利于采用最佳的IBH电池结构设计，获得最佳的电池性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为现有技术中背接触异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明背接触异质结太阳能电池一实施例的结构示意图；
图3为本发明背接触异质结太阳能电池的制作方法第一实施例的流程示意图；
图4为本发明背接触异质结太阳能电池的制作方法第二实施例的流程示意图。
其中，附图1中的标号说明：
标号 名称 标号 名称
1’ 单晶硅衬底 5’ 第二钝化层
2’ 第一钝化层 6’ 减反层
4’ 金属栅线电极
附图2中的标号说明：
标号 名称 标号 名称
1 单晶硅衬底 4 金属栅线电极
2 第一钝化层 5 第二钝化层
31 第一层 6 减反层
32 第二层
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种背接触异质结太阳能电池及其制作方法。
请参照图2，在本发明一实施例中，该背接触异质结太阳能电池包括单晶硅衬底1，单晶硅衬底1背面上依次设置有第一钝化层2和载流子收集层，载流子收集层包括设置在第一钝化层2上的第一层31和设置在第一层31上的第二层32；第一层31由n型非晶硅和p型非晶硅间隔设置形成；第二层32为设置在第一层31的n型非晶硅上的p型非晶硅，或者第二层32为设置在第一层31的p型非晶硅上的n型非晶硅。
现有技术中，光刻技术由于生产效率低，不适用于量产应用；掩膜镀膜技术路线相对成本较低，难点是掩膜的制作和掩膜的定位，因为需要两次p型和n型非晶硅之间互相定位，生产控制上较难以实现。另外，最佳的IBH电池结构要求n型非晶硅的宽度小于0.5毫米，这样在制作p型非晶硅掩膜时就要求掩膜遮挡的宽度只有不到0.5毫米，这样细的掩膜很难保证不变形，因此，在实际掩膜镀膜制作IBH电池时，由于掩膜尺寸的限制，很难做到最佳IBH电池的结构设计。
本发明的技术方案中，在已经形成的p型或n型非晶硅图案上，全表面覆盖一层n型或p型非晶硅。采用这种电池结构，只需要做一次图案形成，省略了第二次的非晶硅图案形成，不存在两次图案之间的定位问题，极大简化了生产工艺，有利于背接触异质结电池的量产，比如，在衬底背面上使用掩膜形成n型非晶硅图案之后，不使用掩膜直接在其上形成p型非晶硅，克服了p型非晶硅掩膜制作困难这一问题，有利于采用最佳的IBH电池结构设计，获得最佳的电池性能。
请再次参照图2，第一层31上的n型非晶硅和p型非晶硅之间没有间隙。当载流子收集层与第一钝化层2的接触面积增大时，可以提高载流子的收集。
作为本发明的优选实施方式，第一层31和第二层32之间设置有导电薄膜。请再次参照图2，因为第一层31上p型非晶硅收集的载流子需经第二层32上n型非晶硅后由金属栅线电极4引出，而第一层31和第二层32之间形成有反向p-n结，所以本发明提出的IBH电池的串联电阻会略微增加。本实施例通过在p型和n型非晶硅之间加一层高电导率的材料提高垂直电导率，以减小反向p-n结的影响。导电薄膜可以为氧化物透明导电薄膜(比如ITO、AZO)或者金属薄膜(铝或者银)，可以采用热蒸发、磁控溅射等方法镀在第一层31上。
进一步地，n型非晶硅和p型非晶硅的厚度为5-500nm。太厚的载流子收集层会增加电池的串联电阻，但是太薄的载流子收集层起不到收集载流子的作用。
进一步地，背接触异质结太阳能电池还包括设置在载流子收集层上的金属栅线电极4，且金属栅线电极4形成在与第二层32半导体类型一致的非晶硅上。在载流子收集层上制备金属栅线电极4，形成物理上的正负极，从而引出光伏效应产生的电流。
进一步地，背接触异质结太阳能电池还包括设置在单晶硅衬底1正面上的第二钝化层5和设置在第二钝化层5上的减反层6。
钝化工艺可以有效地减少表面缺陷态，减弱光生载流子在某些区域的复合，从而提高少子寿命，因此本实施例中在单晶硅衬底1的背面设置有第一钝化层2，在正面设置有第二钝化层5。一般在异质结单晶硅太阳能电池中，采用本征非晶硅进行单晶硅表面的钝化，本征非晶硅由于具有很低的缺陷态密度，可以有效降低硅片表面的载流子复合速率，从而提高少子寿命。硅片正面也可采用热氧钝化、原子氢钝化，或利用磷、硼、铝的表面扩散进行钝化。热氧钝化是在衬底的正面形成氧化硅膜，可以有效地阻止载流子在表面处的复合。原子氢钝化是因为硅的表面有大量的悬挂键，这些悬挂键是载流子的有效复合中心，而原子氢可以中和悬挂键，所以减弱了复合。
减反层6即减反射膜，为具有一定折射率的膜，可以使入射光产生的各级反射相互间进行干涉从而完全抵消。优选地，减反层6为氮化硅或透明导电氧化物薄膜。一般可以采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2单层或双层减反射膜。在制好绒面的电池表面上蒸镀减反射膜后可以使反射率降至2％左右。当然，也可以将平整的硅片表面织构化，在正面实现一定形状的几何结构来降低反射率，硅片表面织构化的方法有多种，如机械刻槽、化学腐蚀和等离子体刻蚀等。
优选地，单晶硅衬底1的厚度小于300μm。减小单晶硅衬底1的厚度，能有效减小载流子复合速率从而获得更高的开路电压，也能降低电池的成本。但是由于晶体硅对入射光的吸收系数较低，减小硅片厚度后，硅片对太阳光的吸收会变小，从而造成电池短路电流的减小，因此需要选择合适的单晶硅衬底1厚度。
请参照图3，为本发明背接触异质结太阳能电池的制作方法的第一实施例，该制作方法包括：
步骤S1、在单晶硅衬底背面上设置第一钝化层；
步骤S2、在第一钝化层上放置掩膜后，向钝化层镀第一层载流子收集层，第一层载流子收集层为n型或p型非晶硅；
步骤S3、拿开掩膜，向第一钝化层镀与步骤S2中非晶硅的半导体类型不同的非晶硅。
本发明的技术方案中，在制备载流子收集层时，只需要做一次图案形成，省略了第二次的非晶硅图案形成，不存在两次图案之间的定位问题，极大简化了生产工艺，有利于背接触异质结电池的量产，比如，在衬底背面上使用掩膜形成n型非晶硅图案之后，不使用掩膜直接在其上形成p型非晶硅，克服了p型非晶硅掩膜制作困难这一问题，有利于采用最佳的IBH电池结构设计，获得最佳的电池性能。另外，由于不需要两次定位，消除了制作和使用小尺寸p型非晶硅掩膜的难度，可以减小p型非晶硅的尺寸，进而提高电池的性能。
请参照图4，为本发明背接触异质结太阳能电池的制作方法第二实施例的流程示意图，基于上述第一实施例，在步骤S3之前还包括：
步骤S4，保持掩膜的位置不变，向n型或p型非晶硅镀导电薄膜。
具体地，在单晶硅衬底背面镀上第一钝化层后，在第一钝化层上放置掩膜，然后依次向上镀第一层载流子收集层和导电薄膜，最后拿开掩膜，向单晶硅衬底背面镀第二层载流子收集层，并在载流子收集层上设置金属栅线电极，金属栅线电极具体是形成在与第二层半导体类型一致的非晶硅上。通过在p型和n型非晶硅之间加一层高电导率的材料提高垂直电导率，可以消除反向p-n结的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种背接触异质结太阳能电池，其特征在于，包括单晶硅衬底，所述单晶硅衬底背面上依次设置有第一钝化层和载流子收集层，所述载流子收集层包括设置在所述第一钝化层上的第一层和设置在所述第一层上的第二层；所述第一层由n型非晶硅和p型非晶硅间隔设置形成；所述第二层为设置在所述第一层的n型非晶硅上的p型非晶硅，或者所述第二层为设置在所述第一层的p型非晶硅上的n型非晶硅。
2.如权利要求1所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一层上的n型非晶硅和p型非晶硅之间没有间隙。
3.如权利要求2所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一层和所述第二层之间设置有导电薄膜。
4.如权利要求3所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，所述n型非晶硅和所述p型非晶硅的厚度为5-500nm。
5.如权利要求1-4任一项所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，还包括设置在所述载流子收集层上的金属栅线电极，且所述金属栅线电极形成在与所述第二层半导体类型一致的非晶硅上，形成物理上的正负极，从而引出光伏效应产生的电流。
6.如权利要求1-4任一项所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，还包括设置在所述单晶硅衬底正面上的第二钝化层和设置在所述第二钝化层上的减反层。
7.如权利要求6所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，所述减反层为氮化硅或透明导电氧化物薄膜。
8.如权利要求1-4任一项所述的背接触异质结太阳能电池，其特征在于，所述单晶硅衬底的厚度小于300μm。
9.一种背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
步骤一、在单晶硅衬底背面上设置第一钝化层；
步骤二、在所述第一钝化层上放置掩膜后，向所述钝化层镀n型或p型非晶硅；
步骤三、拿开掩膜，向所述第一钝化层镀与步骤二中非晶硅的半导体类型不同的非晶硅。
10.如权利要求9所述的背接触异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤三之前还包括：
步骤四，保持所述掩膜的位置不变，向所述n型或p型非晶硅镀导电薄膜。
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