CN107393996A - 异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异质结太阳能电池，其包括晶体硅片、第一本征层、第一掺杂非晶硅层、第一电极及第二电极；在晶体硅片靠近第一本征层的表面向内形成有重掺杂带；重掺杂带与晶体硅片的外缘线的间距为0.1～0.5mm；重掺杂带与晶体硅片反型。该电池由于在边缘形成重掺杂带；从而在边缘形成局部少数载流子加强收集区域，避免了边缘区域钝化效果差的问题，抑制了边缘少数载流子复合，进而提高电池的开路电压及填充因子，最终提高了光电转化效率。另因有重掺杂带，从而使边缘区域对少数载流子的导电性提高，提高边缘区域对于载流子的收集效率，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了光电转化效率。本发明还提供了一种异质结太阳能电池的制备方法。

Description

异质结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
异质结太阳能电池是一种典型的高效太阳能电池，其具有温度系数低，无光致衰减效应(LID)，无电势诱发衰减效应(PID)、以及可以双面发电等特点。太阳能电池的实际发电量可以比同标称功率的多晶硅电池高出15％～30％，尤其适合分布式发电市场的应用。
传统的异质结太阳能电池，一般由晶体硅片、掺杂非晶硅层、位于晶体硅片与掺杂非晶硅层之间的本征层、以及第一、第二电极构成。
但是，传统的异质结太阳能电池的光电转化效率有待进一步提高。
发明内容
基于此，有必要针对现有的异质结太阳能电池光电转化效率有待进一步提高的问题，提供一种新型的异质结太阳能电池结构，其可提高光电转化效率。
一种异质结太阳能电池，包括：
晶体硅片；
第一掺杂非晶硅层，位于所述晶体硅片的一侧，且与所述晶体硅片构成异质PN结；
第一本征层，位于所述晶体硅片与所述第一掺杂非晶硅层之间；
第一电极，位于所述第一掺杂非晶硅层的外侧；
以及第二电极，位于所述晶体硅片的另一侧；
在所述晶体硅片靠近所述第一本征层的一侧表面向内形成有重掺杂带；所述重掺杂带与所述晶体硅片的外缘线之间的间距为0.1mm～0.5mm；所述重掺杂带与所述晶体硅片反型。
上述异质结太阳能电池，由于在晶体硅片的边缘形成重掺杂带；从而在边缘形成局部少数载流子加强收集区域，避免了现有技术中边缘区域钝化效果差的问题，这样抑制了边缘区域的少数载流子复合，进而提高异质结太阳能电池的开路电压、以及填充因子，最终提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。另外，由于在边缘形成有重掺杂带，从而使边缘区域对少数载流子的导电性提高，提高边缘区域对于载流子的收集效率，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。
在其中一个实施例中，所述重掺杂带的宽度为0.5mm～2mm。
在其中一个实施例中，所述重掺杂带的深度为0.1μm～0.6μm。
在其中一个实施例中，所述重掺杂带的掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。
在其中一个实施例中，所述晶体硅片为N型，所述第一掺杂非晶硅层为P型，所述重掺杂带为P型。
在其中一个实施例中，所述异质结太阳能电池还包括第一透明导电层，所述第一透明导电层位于所述第一掺杂非晶硅层与所述第一电极之间。
在其中一个实施例中，所述第一透明导电层的外缘线与所述晶体硅片的外缘线之间的间距为0.5mm～2mm。
在其中一个实施例中，所述异质结太阳能电池还包括位于所述第二电极与所述晶体硅片之间的加强电场结构，所述加强电场结构包括靠近所述晶体硅片设置的第二本征层、以及靠近所述第二电极设置的第二掺杂非晶硅层。
本发明还提供了一种异质结太阳能电池的制备方法。
一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
在晶体硅片的一侧表面向内形成重掺杂带；
对形成有重掺杂带的晶体硅片进行制绒；
在制绒后的硅片的一侧表面上形成第一本征层；
在所述第一本征层上形成第一掺杂非晶硅层；
在所述第一掺杂非晶硅层上形成第一电极；
以及在所述晶体硅片的另一侧形成第二电极。
上述太阳能电池的制备方法，由于在晶体硅片的边缘形成重掺杂带；从而在边缘形成局部少数载流子加强收集区域，避免了现有技术中边缘区域钝化效果差的问题，这样抑制了边缘区域的少数载流子复合，进而提高异质结太阳能电池的开路电压、以及填充因子，最终提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。另外，由于在边缘形成有重掺杂带，从而使边缘区域对少数载流子的导电性提高，提高边缘区域对于载流子的收集效率，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。
在其中一个实施例中，所述重掺杂带通过离子注入、热扩散、或激光掺杂形成。
附图说明
图1为本发明一实施方式的异质结太阳能电池的截面结构示意图。
图2为本发明一实施方式的晶体硅片的俯视图。
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，以下结合具体实施方式，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，本发明一实施方式的异质结太阳能电池100，包括晶体硅片110、重掺杂带101、第一本征层121、第一掺杂非晶硅层131、第一透明导电层141、第一电极151、第二本征层122、第二掺杂非晶硅层132、第二透明导电层142、以及第二电极152。
在本实施方式中，晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131构成异质PN结。晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132之间形成加强电场(亦叫背电场)。通过加强电场可以进一步提高异质结太阳能电池100的开路电压。当然，可以理解的是，本发明也可以不设加强电场结构，也就是说不设第二掺杂非晶硅层132、以及第二本征层122。
在本实施方式中，晶体硅片110为N型晶体硅片(n-c-Si)，对应地，第一掺杂非晶硅层131为P型非晶硅层(p-a-Si)，第二掺杂非晶硅层132为N型非晶硅层(n-a-Si)。当然，可以理解的是，并不局限于上述形式，本发明的异质结太阳能电池中，还可以是晶体硅片110为P型，对应地，第一掺杂非晶硅层131为N型，第二掺杂非晶硅层132为P型。
在本实施方式中，晶体硅片110采用N型晶体硅片(n-c-Si)，可使异质结太阳能电池100的性能更加优越，能够克服采用P型的电池光致衰退现象，另外，其高效复合中心的密度远低于P型，使得电子具有更高的寿命及扩散长度。具体地，晶体硅片可以是直拉单晶硅片、铸造准单晶硅片或铸造多晶硅片。更具体地，本实施方式的晶体硅片110为N型直拉单晶硅片。
具体地，晶体硅片110的厚度一般小于200μm。优选地，晶体硅片110的厚度为100～200μm。这样既可以节约硅材料的使用，进而降低成本；又可以提高工艺稳定性。
优选地，晶体硅片110的表面为绒面；也就是说，对晶体硅进行制绒。这样可以减小电池表面的反射，使得更多的光子能够被晶体硅片110吸收；同时还具有能够去除晶体硅表面损伤的作用。在本实施方式中，绒面为金字塔形状绒面，这样更有利于光线斜射到晶体硅片110的内部，降低电池表面的光的反射率，使得光程变大，吸收的光子数量变多。
其中，重掺杂带101形成于晶体硅片110的边缘位置，重掺杂带101在晶体硅片110靠近第一本征层121的一侧表面向内形成。重掺杂带101与晶体硅片110反型；也就是说，当晶体硅片110为N型时，则重掺杂带101为P+；当晶体硅片110为P型时，则重掺杂带101为N+。
在本发明中，重掺杂带101与晶体硅片110的外缘线之间的间距d为0.1mm～0.5mm。也就是说，从重掺杂带的外缘线到晶体硅片的外缘线的距离为0.1mm～0.5mm。
优选地，重掺杂带101与晶体硅片110的外缘线之间的间距d为0.2mm～0.4mm。这样可以进一步降低形成边缘短路的风险，便于稳定量产。
在本实施方式中，重掺杂带101呈方形的带环。当然，可以理解的是，本发明的重掺杂带也可以是非封闭，即带环中间被一个、两个、或若干缺口打断。
优选地，重掺杂带101的宽度L为0.5mm～2mm，更优选为1-2mm。这样可以进一步加强对边缘局部载流子的收集作用。
优选地，重掺杂带101的掺杂浓度在1×1018cm-3～1×1020cm-3，更优选为6×1019cm-3～9×1019cm-3。这样利于掺杂工艺有较宽的工艺窗口，且有利于重掺杂带性能稳定。
优选地，重掺杂带101的深度为0.1μm～0.6μm，更优选为0.3μm～0.5μm。这样利于掺杂工艺有较宽的工艺窗口，且有利于重掺杂带性能稳定。
其中，第一本征层121的作用是，用于钝化晶体硅片110，使位于第一本征层121两侧的晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。第一本征层121的光学带隙介于晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131之间。在本实施例中，第一本征层121为本征氢化非晶硅层(i-a-Si:H)。一般地，第一本征层121的厚度不大于10nm，优选为5～10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少第一本征层121对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。在本实施例中，第一本征层121的厚度为6nm。
同理，第二本征层122的作用是，用于钝化晶体硅片110，使位于第二本征层122两侧的晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。第二本征层122的光学带隙介于晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132之间。在本实施例中，第二本征层122为本征氢化非晶硅层(i-a-Si:H)。同样地，第二本征层122的厚度也不大于10nm，优选为5～10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少第二本征层122对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。在本实施例中，第二本征层122的厚度为6nm。
当然，可以理解的是，本发明也可以不设置第二本征层122。
在本实施方式中，第一电极151为正电极，第二电极152为背电极。具体地，第一电极151、第二电极152均成格栅状，一般通过丝网印刷形成。当然，可以理解的是，本发明并不局限于上述形式，还可以是第一电极为背电极，第二电极为正电极。
其中，第一透明导电层141的作用是，提高第一掺杂非晶硅层的导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第一透明导电层141为掺钨氧化铟(IWO)层。掺钨氧化铟(IWO)层具有潜在的高载流子迁移率特性，在保证相同电导率的情况下，与ITO层相比，IWO层具有较低的载流子浓度，因此具有较小的载流子吸收和较大的等离子波长，进而IWO层在近红外光区具有高透光率和低吸收率。当然，第一透明导电层141还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层、还可以是氧化铟钛(ITiO)层等。
优选地，第一透明导电层141的厚度为60～90nm。这样其电学性能和光学性能更优。
为了避免边缘区域短路，一般地，第一透明导电层141的边缘线与晶体硅片110的边缘线具有一定的间隔，也就是说，在临近晶体硅片110的边缘线处未被第一透明导电层141覆盖，也即第一透明导电层在晶体硅片110的边缘处向内缩进。
由于边缘区域未被第一透明导电层141覆盖，故而边缘区域对载流子的收集变差，从而影响电池的短路电流，进而影响光电转化效率。而本发明的重掺杂带，从而使边缘区域的导电性提高，增强了边缘区域对于载流子的收集作用，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。
优选地，第一透明导电层141的外缘线与晶体硅片110的外缘线之间的间距为0.5mm-2mm。这样可以避免由绕镀或边缘并联电阻小引起的电池边缘局部短路，同时有利于降低第一透明导电层141的沉积精度，从而降低第一透明导电层141的制备难度。
其中，同理地，第二透明导电层142的作用是，提高第二掺杂非晶硅层132与第二电极152导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第二透明导电层142也为掺钨氧化铟(IWO)层。当然，第二透明导电层142还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层、还可以是氧化铟钛(ITiO)层等。
优选地，第二透明导电层142的厚度为60～100nm。这样其电学性能和光学性能更优。
当然，可以理解的是，本发明也可以不设置第二透明导电层142，亦或设置不透明的导电层。
在本实施方式中，异质结太阳能电池100基本呈对称结构，这样可以减少生产过程中热应力和机械应力，同时有利于晶体硅片110的减薄发展。另外，两面均可以吸收光线使发电量增加。
本发明的发明人通过研究发现：现有技术中的异质结太阳能电池，硅片的边缘容易受到二次污染，且边缘非晶硅薄膜(包括本征层和掺杂层)的质量往往有所下降，导致异质结太阳能电池的边缘载流子复合严重，进而影响光电转化效率。
本发明所提供的异质结太阳能电池，由于在晶体硅片的边缘形成重掺杂带；从而在边缘形成局部少数载流子加强收集区域，避免了现有技术中边缘区域钝化效果差的问题，这样抑制了边缘区域的载流子复合，进而提高异质结太阳能电池的开路电压、以及填充因子，最终提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。另外，由于在边缘形成有重掺杂带，从而使边缘区域对少数载流子的导电性提高，提高边缘区域对于载流子的收集效率，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。
本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法。
一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在晶体硅片的一侧表面向内形成重掺杂带；
对形成有重掺杂带的晶体硅片进行制绒；
在制绒后的硅片的一侧表面上形成第一本征层；
在所述第一本征层上形成第一掺杂非晶硅层；
在所述第一掺杂非晶硅层上形成第一电极；
以及在所述晶体硅片的另一侧形成第二电极。
其中，形成重掺杂带可以采用涂覆掺杂剂，然后热扩散或激光掺杂的方式形成。若需形成P+重掺杂，则选用P型掺杂剂(例如硼墨)。若需形成N+重掺杂，则选用N型掺杂剂(例如磷墨、磷酸等)；
更优选地，涂覆掺杂剂的具体步骤为丝网印刷硼墨或磷墨。
当然，形成重掺杂带并不局限于上述形式，还可以采用离子注入的形式形成重掺杂带。
为了进一步提高异质结太阳能电池的性能，本发明还包括在形成重掺杂带之前，对晶体硅片进行去损伤层操作。
其中，为了提高异质结太阳能电池的性能，优选地，首先对晶体硅片进行制绒和清洗步骤。其中，制绒方式可以采用湿法制绒或干法制绒；湿法制绒一般使用一定配比的碱性溶液(例如：KOH、NaOH、四甲基氢氧化胺等)进行一定时间的各向异性腐蚀；干法制绒一般是通过光刻掩膜板得到图形再使用反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)进行刻蚀(主要通过C2H4和SF6)；干法制绒也可在没有掩膜的情况下可以通过机器进行反应离子刻蚀(RIE)，使用气体为SF6和O2。对晶体硅片制绒之后需要进行清洗步骤，清洗的主要作用在于去除制绒后残余在晶体硅片表面的金属离子和晶体硅片表面形成的自然氧化膜。另外，在清洗时，用于去除晶体硅片表面氧化膜的化学液体还能够起到对晶体硅片部分钝化的作用。对于晶体硅片的清洗，可以采用化学清洗，例如：使用RCA洗液(碱性和酸性过氧化氢溶液)，碱性过氧化氢溶液，配比可以是，H2O:H2O2:NH4OH＝5:1:1-5:2:1；酸性过氧化氢溶液，配比可以是，H2O:H2O2:HC1＝6:1:1-8:2:1；RCA洗液使用条件为：75℃-85℃，清洗时间10-20分钟，清洗顺序先使用碱性过氧化氢溶液后在使用酸性过氧化氢溶液。
为了提高异质结太阳能电池的性能，本实施方式的异质结太阳能电池还包括第二本征层、第二掺杂非晶硅层、及第二透明导电层等。
其中，第一本征层、第二本征层、第一掺杂非晶硅层、第二掺杂非晶硅层的形成采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)。当然，可以理解的是，并不局限于上述方式，还可以是热丝化学气相沉积法(HWCVD，Hot wire Chemical Vapor Deposition)或者高频等离子体增强化学气相沉法(VHF-PECVD)、亦或其他制备方法。
优选地，第一透明导电层以及第二透明导电层通过反应等离子沉积(RPD)。当然，可以理解的是，并不局限于上述方法，还可以是本领域技术人员认为合适的其它方法，例如物理气相沉积(PVD)。
优选地，第一电极以及第二电极采用丝网印刷低温银浆形成。
本发明所提供的太阳能电池的制备方法，由于在边缘形成有重掺杂带；从而在边缘形成局部场效应钝化区域，这样抑制了边缘区域的载流子复合，进而提高异质结太阳能电池的开路电压、以及填充因子，最终提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。另外，由于在边缘形成有重掺杂带，从而使边缘区域的导电性提高，增强了边缘区域对于载流子的收集作用，提高异质结太阳能电池的短路电流，最终也提高了异质结太阳能电池的光电转化效率。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
将N型晶体硅片经过碱溶液去除损伤层；然后在N型晶体硅片上边缘处丝网印刷硼墨，在900℃下热扩散形成重掺杂带。重掺杂带呈方形环带。重掺杂带与晶体硅片的外缘线之间的间距为0.3mm，重掺杂带的宽度为1mm，重掺杂带的深度为0.4μm，掺杂浓度为7×1019cm-3。
对N型晶体硅片进行清洗制绒，并去除表面硼硅玻璃。
在N型晶体硅片无重掺杂带的一表面上，采用PECVD沉积本征氢化非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和N型氢化非晶硅薄膜(n-a-Si:H)，形成第二本征层以及第二掺杂非晶硅层。
在N型晶体硅片有重掺杂带的一表面上，采用PECVD沉积本征氢化非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和P型氢化非晶硅薄膜(p-a-Si:H)，形成第一本征层以及第一掺杂非晶硅层。
采用反应等离子沉积(RPD)在N型晶体硅片的两面再沉积ITO薄膜，形成第一透明导电层以及第二透明导电层。
最后，丝网印刷低温银浆，形成正电极以及背电极。
得到异质结太阳能电池。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，包括：
晶体硅片；
第一掺杂非晶硅层，位于所述晶体硅片的一侧，且与所述晶体硅片构成异质PN结；
第一本征层，位于所述晶体硅片与所述第一掺杂非晶硅层之间；
第一电极，位于所述第一掺杂非晶硅层的外侧；
以及第二电极，位于所述晶体硅片的另一侧；
在所述晶体硅片靠近所述第一本征层的一侧表面向内形成有重掺杂带；所述重掺杂带与所述晶体硅片的外缘线之间的间距为0.1mm～0.5mm；所述重掺杂带与所述晶体硅片反型。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述重掺杂带的宽度为0.5mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述重掺杂带的深度为0.1μm～0.6μm。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述重掺杂带的掺杂浓度为1×1018cm-3～1×1020cm-3。
5.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅片为N型，所述第一掺杂非晶硅层为P型，所述重掺杂带为P型。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池还包括第一透明导电层，所述第一透明导电层位于所述第一掺杂非晶硅层与所述第一电极之间。
7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一透明导电层的外缘线与所述晶体硅片的外缘线之间的间距为0.5mm～2mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池还包括位于所述第二电极与所述晶体硅片之间的加强电场结构，所述加强电场结构包括靠近所述晶体硅片设置的第二本征层、以及靠近所述第二电极设置的第二掺杂非晶硅层。
9.一种权利要求1所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在晶体硅片的一侧表面向内形成重掺杂带；
对形成有重掺杂带的晶体硅片进行制绒；
在制绒后的硅片的一侧表面上形成第一本征层；
在所述第一本征层上形成第一掺杂非晶硅层；
在所述第一掺杂非晶硅层上形成第一电极；
以及在所述晶体硅片的另一侧形成第二电极。
10.根据权利要求9所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述重掺杂带通过离子注入、热扩散、或激光掺杂形成。
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