CN107425083A - 一种叠层背钝化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种叠层背钝化太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域。一种叠层背钝化太阳能电池，包括硅晶片、背电极、叠层TMO膜，第一层TMO薄膜覆盖于硅晶片靠近背电极的一侧表面，第二层TMO薄膜覆盖第一层TMO薄膜远离硅晶片的一侧表面的至少一部分，背电极覆盖于第二层TMO薄膜以及未被第二层TMO薄膜覆盖的第一层TMO薄膜的表面。该结构具有优异的性能，降低生产成本，简化生产工艺，可大规模生产。一种上述叠层背钝化太阳能电池的制备方法，包括：采用热蒸发方法沉积形成第一层TMO薄膜及第二层TMO薄膜。该方法可通过掩膜板实现，不需要激光开模，降低生产成本，简化生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种叠层背钝化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
局部接触，又称为PERC，这种结构目前采用Al2O3/SiNx叠层介质钝化膜来对电池背面进行钝化，由于Al2O3带有负电荷，因此可同时在背面实现悬挂键的化学钝化和场效应钝化。然而，由于叠层介质膜是非导电的薄膜，因此需要进行局部激光开槽，然后通过丝网印刷，高温烧结实现金属化。虽然这种方法是目前商业化的高效太阳能电池制造技术，可实现大于21％以上的效率，但其相对于更高效电池的要求来说，存在以下几个缺点：
超薄Al2O3隧穿层对厚度要求极为敏感，通常在1～2nm，因此，厚度控制方面本身就是一个技术难点，此外，要想使Al2O3实现较好的场效应钝化，需要使Al2O3的厚度大于2nm，因此隧穿和良好的钝化不可同时兼得；Al2O3沉积虽然技术成熟，但是设备昂贵，国产设备约为500万～1000万，进口设备普遍大于1000万；额外的工艺步骤不仅是额外的Al2O3、SiNx沉积工艺，还需要进行激光开模工艺，这都会增加企业的生产成本；局部接触由于采用更小的接触面积，因此会带来填充因子的降低；局部接触区域部分仍是金属半导体直接接触，是高复合区域。另外多次高温过程，会带来体缺陷的增加。
因此，新型的太阳能电池对太阳能电池的发展和应用具有重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叠层背钝化太阳能电池，该结构具有优异的钝化性能和背反射能力，降低了背面的复合，降低生产成本，简化生产工艺，可大规模生产。
本发明的另一目的在于提供一种叠层背钝化太阳能电池的制备方法，该方法可通过简单掩膜板实现，不需要激光开模，降低生产成本，简化生产工艺。
本发明的实施例是这样实现的：
一种叠层背钝化太阳能电池，包括硅晶片、背电极、叠层TMO(过渡金属氧化物)膜，叠层TMO膜包括第一层TMO薄膜与第二层TMO薄膜，第一层TMO薄膜覆盖于硅晶片靠近背电极的一侧表面，第二层TMO薄膜覆盖第一层TMO薄膜远离硅晶片的一侧表面的至少一部分，背电极覆盖于第二层TMO薄膜远离第一层TMO薄膜的一侧表面以及未被第二层TMO薄膜覆盖的第一层TMO薄膜的表面。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第二层TMO薄膜包括并排间隔设置的多条TMO膜，多条TMO膜的面积至少为第一层TMO薄膜面积的50％。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第二层TMO薄膜包括并排等间隔设置的多条TMO膜。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一层TMO薄膜的厚度为0～20nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第二层TMO薄膜的厚度为0～50nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一层TMO薄膜与硅晶片之间设有钝化层，优选地，钝化层由热蒸发的叠层TMO膜与硅晶片反应而得。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，钝化层的厚度为1～5nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，背电极由透明导电氧化物材料或金属材料制成。
一种上述叠层背钝化太阳能电池的制备方法，包括：采用热蒸发方法在硅晶片的一侧表面沉积形成第一层TMO薄膜，采用热蒸发方法在第一层TMO薄膜远离硅晶片的一侧表面沉积形成第二层TMO薄膜，以及形成背电极，优选地，第二层TMO薄膜通过掩膜热蒸发沉积于第一层TMO薄膜。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，热蒸发的蒸发速率为0.1～2A/s。
本发明实施例的有益效果：
本发明提供了一种叠层背钝化太阳能电池及其制备方法，一种叠层背钝化太阳能电池，采用叠层TMO膜代替Al2O3/SiNx叠层介质膜，具有优异的钝化性能。该结构的短路电流密度达到39.69mA/cm2，说明具备优异的被反射能力。背面采用全接触选择性钝化传输膜，避免了金属半导体直接接触，从而降低了背面的复合。该结构可以与透明导电氧化物(TCO)相结合，实现p型双面电池的制备。该太阳能电池效率高，成本低，具有较好的应用前景，有望成为太阳能电池高效技术之一。
一种上述叠层背钝化太阳能电池的制备方法，通过热蒸发方法制备叠层TMO膜，衬底温度为室温，实现了低温工艺，减少了高温对晶体缺陷的影响。局部接触的结构可通过简单掩膜板实现，不需要激光开模，降低生产成本，简化生产工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的叠层背钝化太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的叠层背钝化太阳能电的结构示意图。
图标：100-叠层背钝化太阳能电池；110-硅晶片；111-第一表面；113-第二表面；120-背电极；130-叠层TMO膜；131-第一层TMO薄膜；132-第二层TMO薄膜；1321-TMO膜；133-SiO2钝化层；140-n+扩散层；150-SiNx减反钝化膜；160-前金属电极；200-叠层背钝化太阳能电池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
请参照图1，本实施例提供一种叠层背钝化太阳能电池100，包括硅晶片110、背电极120、设置于硅晶片110与背电极120之间的叠层TMO膜130、n+扩散层140、SiNx减反钝化膜150、前金属电极160。
在本实施例中，叠层TMO膜130包括第一层TMO薄膜131与第二层TMO薄膜132，在本发明的其他实施例中，叠层TMO膜130可以包括第三层TMO薄膜(图未示)以及第四层TMO薄膜(图未示)，本发明对其不做限定。
具体的，硅晶片110包括第一表面111、与第一表面111相对应的第二表面113。在本实施例中，硅晶片110为p型CZ硅片，较优的，电阻率为1～3Ω·cm。硅晶片110作为吸收层，主要作用是将满足条件的光子转化为电子。在本发明的其他实施例中，硅晶片110可以是其他类型的材料，本发明对其不做限定。
第一层TMO薄膜131覆盖于硅晶片110的第二表面113。在本实施例中，第一层TMO薄膜131通过热蒸发的方法覆盖于第二表面113，第一层TMO薄膜131与Si反应形成SiO2钝化层133，由于第一层TMO薄膜131自身高功函数，在硅晶片110的第二表面113产生一层p+层，起到选择性传输空穴的作用。较优的，SiO2钝化层133的厚度为1～2nm。与丝网印刷及高温烧结的制备方法比，热蒸发的衬底温度为室温，降低了制备温度，实现了低温工艺，减少了高温对晶体缺陷的影响。为了具有较好的钝化性能，第一层TMO薄膜131的厚度为0～2nm。在本实施例中，以纯度为99.99％的材料作为蒸发源，在0.1～1A/s的蒸发速率下进行制备。其中，蒸发速率根据膜厚度进行调节。
第二层TMO薄膜132覆盖于第一层TMO薄膜131的下表面。在本实施例中，第二层TMO薄膜132通过热蒸发的方法完全覆盖于第一层TMO薄膜131。优选地，以纯度为99.99％的材料作为蒸发源，在0.1～1A/s的蒸发速率下进行制备。其中，蒸发速率根据膜厚度进行调节。第二层TMO薄膜132起到增强第一层TMO薄膜131的钝化性能的作用，较优的，第二层TMO薄膜132的厚度为0～2nm。
背电极120覆盖于第二层TMO薄膜132，起到将空穴传输到外电路的作用。在本实施例中，背电极120为透明导电氧化物(TCO)，通过热蒸发制得。在本发明的其他实施例中，背电极120可以是金属电极，制备方法可以是热蒸发也可以是磁控溅射，本发明对其不做限定。背电极120采用TCO材料，可以实现p型双面电池的制备。TCO的厚度可以根据叠层TMO膜130的厚度进行调节。
在本实施例中，硅晶片110、第一层TMO薄膜131、n+扩散层140均为水平结构。
硅晶片110的第一表面111设有n+扩散层140，又称为发射极，主要作用是与p-Si形成p-n结，对电子进行选择性传输，厚度为0.5μm左右。一般采用POCl3作为磷源，在管式炉扩散制备。
在n+扩散层140的上表面设有SiNx减反钝化膜150和前金属电极160。在本实施例中，SiNx减反钝化膜150通过PECVD进行沉积制备，厚度为75nm左右，前金属电极160通过丝网印刷、高温烧结制得。在本发明的其他实施例中，SiNx减反钝化膜150和前金属电极160的制备方法可以为其他可实现的方法，本发明对其不做限定。SiNx减反钝化膜150的主要作用是提供H原子进行悬挂键饱和，起到减反射的作用，增加光的透过率，利用自身所带正电荷提供场效应钝化。
对本实施例提供的叠层背钝化太阳能电池100进行性能测试，结果如下表：
表1测试结果
由表1可知，叠层背钝化太阳能电池100具有优异的钝化性能，其在2×2cm2的硅片上得到了开压为630mV的开路电压，相对于测得的PERC电池在2×2cm2时632mV的开压相比，仅低2mV，因此说明叠层TMO的钝化已经达到了Al2O3/SiNx叠层介质膜的钝化水平；其短路电流密度39.69mA/cm2，说明其同时具备优异的背反射能力；然而，随着膜厚的增加，虽然得到了优异的开路电压和短路电流，但是其填充因子FF却呈下降趋势。
实施例2
请参照图2，本实施例提供一种叠层背钝化太阳能电池200。
叠层背钝化太阳能电池200与叠层背钝化太阳能电池100的区别在于：
第二层TMO薄膜132部分覆盖于第一层TMO薄膜131的下表面，裸露部分第一层TMO薄膜131。在本实施例中，第二层TMO薄膜132包括多条TMO膜1321，多条TMO膜1321并排间隔设置于第一层TMO薄膜131。为了使叠层背钝化太阳能电池200性能稳定，多条TMO膜1321等间隔设置。
背电极120对第二层TMO薄膜132进行覆盖时，将第一层TMO薄膜131裸露的部分同时进行覆盖。该结构减小了叠层TMO膜130的厚度，避免了因全接触钝化结构体电阻引起填充因子下降，导致填充因子较低的问题。由于第一层TMO薄膜131、第二层TMO薄膜132采用热蒸发的方式制得，第一层TMO薄膜131完全覆盖于硅晶片110，避免了电极与硅晶片110表面直接接触，具有较好的钝化作用。
叠层背钝化太阳能电池200的制备流程为：清洗制绒，POCl3扩散制备p-n结，背抛光去背结，在前表面镀SiNx减反钝化膜150，在后表面镀SiNx保护膜(图未示)，采用丝网印刷、高温烧结的方法对前表面进行处理，制得前金属电极160，采用HF酸刻蚀背表面的SiNx保护膜，采用热蒸发方法蒸镀沉积第一层TMO薄膜131、采用掩膜热蒸发方法蒸镀沉积第二层TMO薄膜132、蒸镀背电极120。
为简化表示，本实施例中未提及处，请参阅实施例1中相应内容。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，包括硅晶片、背电极、叠层TMO膜，所述叠层TMO膜包括第一层TMO薄膜与第二层TMO薄膜，所述第一层TMO薄膜覆盖于所述硅晶片靠近所述背电极的一侧表面，所述第二层TMO薄膜覆盖所述第一层TMO薄膜远离所述硅晶片的一侧表面的至少一部分，所述背电极覆盖于所述第二层TMO薄膜远离所述第一层TMO薄膜的一侧表面以及未被所述第二层TMO薄膜覆盖的所述第一层TMO薄膜的表面。
2.根据权利要求1所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述第二层TMO薄膜包括并排间隔设置的多条TMO膜，所述多条TMO膜的面积至少为所述第一层TMO薄膜面积的50％。
3.根据权利要求2所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述第二层TMO薄膜包括并排等间隔设置的所述多条TMO膜。
4.根据权利要求1所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述第一层TMO薄膜的厚度为0～20nm。
5.根据权利要求4所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述第二层TMO薄膜的厚度为0～50nm。
6.根据权利要求1所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述第一层TMO薄膜与所述硅晶片之间设有钝化层，优选地，所述钝化层由热蒸发的所述叠层TMO膜与所述硅晶片反应而得。
7.根据权利要求6所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述钝化层的厚度为0～5nm。
8.根据权利要求1所述的叠层背钝化太阳能电池，其特征在于，所述背电极由透明导电氧化物材料或金属材料制成。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的叠层背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：采用热蒸发方法在所述硅晶片的一侧表面沉积形成所述第一层TMO薄膜，采用热蒸发方法在所述第一层TMO薄膜远离所述硅晶片的一侧表面沉积形成所述第二层TMO薄膜，以及形成所述背电极，优选地，所述第二层TMO薄膜通过掩膜热蒸发沉积于所述第一层TMO薄膜。
10.根据权利要求9所述的叠层背钝化太阳能电池的制备方法，其特征在于，热蒸发的蒸发速率为0.1～2A/s。
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