CN108091727A - 太阳能电池的制备方法和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的制备方法和太阳能电池，太阳能电池的制备方法包括：沉积二氧化硅减反射膜至太阳能电池的硅基体表面，沉积氮化硅减反射膜至二氧化硅减反射膜表面。二氧化硅与硅基体具有良好的相容性，从而改善现有技术中硅‑氮化硅直接接触造成的硅基体与减反射膜界面的晶格失配的状况，同时减少界面上载流子复合导致载流子损失的现象，有利于太阳能电池光电转换效率的提高；并且，二氧化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，大于氮化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，从而提高了太阳能电池的减反射膜的附着能力；太阳能电池的双层减反射膜形成多重减反射机制，增加硅机体对太阳光的吸收量，有利于太阳能电池光电转换效率的进一步提高。
Description
技术领域
本发明实施例涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池的制备方法和太阳能电池。
背景技术
太阳能是一种可再生的清洁资源，太阳能电池利用太阳能进行光电转换，从而为用户提供电能。多晶硅太阳能电池的基底材料硅基体对太阳光的反射率高，无法有效地吸收太阳光，导致太阳能电池的光电转换效率低。
现有的制备多晶硅太阳能电池的技术中，通过在太阳能电池的硅基体表面沉积单层氮化硅减反射膜，减少对太阳光的反射率，提高太阳能电池对太阳能的吸收，进而提高太阳能电池的光电转换效率。
然而，采用现有技术制备的太阳能电池的光电转换效率有待进一步提高。
发明内容
本发明实施例提供了一种太阳能电池的制备方法和太阳能电池，以使采用现有技术制备的太阳能电池的光电转换效率得到进一步提高。
本发明实施例第一方面提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
沉积二氧化硅减反射膜至上述太阳能电池的硅基体表面；
沉积氮化硅减反射膜至上述二氧化硅减反射膜表面。
可选的，上述沉积二氧化硅减反射膜至上述太阳能电池的硅基体表面，包括：通过液相沉积方法沉积第一预设厚度的二氧化硅减反射膜至上述太阳能电池的硅基体表面；
其中，上述液相沉积方法为设置上述硅基体于前驱溶液中预设时间段，以使上述第一预设厚度的二氧化硅减反射膜沉积至上述硅基体表面。
可选的，上述第一预设厚度小于或等于20纳米。
可选的，上述前驱溶液的温度在30℃至60℃之间。
可选的，上述前驱溶液中硅氟酸的质量分数为10％至50％，上述前驱溶液中促反应剂的质量分数为0.01％至10％；其中，上述前驱溶液中硅氟酸的质量分数和上述前驱溶液中促反应剂的质量分数用于共同控制上述二氧化硅减反射膜的沉积速率。
可选的，上述促反应剂为硼酸。
可选的，上述沉积氮化硅减反射膜至上述二氧化硅减反射膜表面，包括：
通过等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，简称PECVD)方法沉积第二预设厚度的上述氮化硅减反射膜至上述二氧化硅减反射膜上；
其中，上述第二预设厚度和上述第一预设厚度之和小于或等于80纳米。
可选的，上述沉积二氧化硅减反射膜至上述太阳能电池的硅基体表面之前，还包括：
获取表面无氧化物的硅基体；
对上述硅基体的表面进行磷扩散，获得pn结。
本发明实施例第二方面提供一种太阳能电池，包括：二氧化硅减反射膜和氮化硅减反射膜；
上述二氧化硅减反射膜位于上述太阳能电池的硅基体上；
上述氮化硅减反射膜位于上述二氧化硅减反射膜上。
可选的，上述二氧化硅减反射膜的厚度小于或等于20纳米；
上述二氧化硅减反射膜的厚度和上述氮化硅减反射膜的厚度之和小于或等于80纳米。
本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法和太阳能电池，其中，太阳能电池的制备方法包括：沉积二氧化硅减反射膜至上述太阳能电池的硅基体表面，沉积氮化硅减反射膜至上述二氧化硅减反射膜表面。本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法制备的太阳能电池的硅基体表面依次设置有二氧化硅减反射膜和氮化硅减反射膜。由于二氧化硅与硅基体具有良好的相容性，从而改善现有技术中硅基体与氮化硅减反射膜直接接触造成的硅基体与减反射膜的界面的晶格失配的状况，同时减少界面上载流子复合导致载流子损失的现象，有利于太阳能电池光电转换效率的提高；并且，二氧化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，大于氮化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，从而提高太阳能电池的减反射膜在硅基体表面的附着能力；太阳能电池的双层减反射膜形成对光的多重减反射机制，增加硅基体对太阳光的吸收量，有利于太阳能电池光电转换效率的进一步提高。
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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例二提供的太阳能电池的制备方法的另一流程示意图；
图4为本发明实施例二提供的太阳能电池的结构示意图；
图5为本发明实施例三提供的太阳能电池的制备方法的曲线示意图。
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做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和/或“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
利用现有技术制备的太阳能电池的硅基体表面沉积有单层氮化硅减反射膜，太阳能电池的光电转换效率有待进一步提高。
本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法制备的太阳能电池的硅基体表面依次设置有二氧化硅减反射膜和氮化硅减反射膜。由于二氧化硅与硅基体具有良好的相容性，从而改善现有技术中硅基体与氮化硅减反射膜直接接触造成的硅基体与减反射膜的界面的晶格失配的状况，同时减少界面上载流子复合导致载流子损失的现象，有利于太阳能电池光电转换效率的提高；并且，二氧化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，大于氮化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，从而提高太阳能电池的减反射膜在硅基体表面的附着能力；太阳能电池的双层减反射膜形成对光的多重减反射机制，增加硅基体对太阳光的吸收量，有利于太阳能电池光电转换效率的进一步提高。
本发明提供的下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例一提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图。参考图1，本实施例提供的太阳能电池的制备方法，包括以下内容。
步骤111：沉积二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面。
步骤112：沉积氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜表面。
其中，本实施例提供的太阳能电池的制备方法制备的太阳能电池的硅基体表面依次设置有二氧化硅减反射膜和氮化硅减反射膜。由于二氧化硅与硅基体具有良好的相容性，从而改善现有技术中硅基体与氮化硅减反射膜直接接触造成的硅基体与减反射膜的界面的晶格失配的状况，同时减少界面上载流子复合导致载流子损失的现象，有利于太阳能电池光电转换效率的提高；并且，二氧化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，大于氮化硅减反射膜与硅基体表面的附着力，从而提高太阳能电池的减反射膜在硅基体表面的附着能力；太阳能电池的双层减反射膜形成对光的多重减反射机制，增加硅基体对太阳光的吸收量，有利于太阳能电池光电转换效率的进一步提高。
图2为本发明实施例二提供的太阳能电池的制备方法的流程示意图，本实施例是在实施例一的基础上进行的。参考图2，本实施例提供的太阳能电池的制备方法，包括以下内容。
步骤211：通过液相沉积方法沉积第一预设厚度的二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面。
其中，所述液相沉积方法为设置所述硅基体于前驱溶液中预设时间段，以使所述第一预设厚度的二氧化硅减反射膜沉积至所述硅基体表面。
需要说明的是，本实施例中前驱溶液为二氧化硅薄膜沉积溶液，其具体的获取过程如下：
(1)取质量分数为10％至50％的氟硅酸溶液，向其中加入高纯硅酸粉末(纯度>99％)磁力搅拌直至形成饱和溶液状态。
(2)取上述饱和的氟硅酸溶液，加入聚四氟乙烯容器中，经磁力搅拌器搅拌，并同时加热30分钟至60分钟；然后，向其中加入40％至89.99％的高纯去离子水，使氟硅酸饱和溶液达到过饱和态。
(3)上述过饱和溶液经30分钟至60分钟磁力搅拌后，向其中加入质量分数为0.01％至10％的硼酸为促反应剂，形成二氧化硅薄膜沉积溶液。
具体地，步骤(1)中可以使用双氧水溶液检测过氟硅酸溶液是否达到饱和状态：取质量分数为30％的双氧水溶液滴入所述的氟硅酸溶液，当双氧水溶液呈现浅黄色或亮黄色，则说明氟硅酸溶液已经达到饱和状态。
更为具体地，通过上述前驱溶液在硅基体表面沉积二氧化硅减反射膜的过程中，上述前驱溶液的温度在30℃至60℃之间。
进一步地，上述液相沉积方法过程中，硼酸用作促反应剂，并且通过促反应剂的质量分数以及硅氟酸的质量分数共同控制上述二氧化硅减反射膜在硅基体上的沉积速度。例如，前驱溶液中的硅氟酸的质量分数为M％，同时促反应剂的质量分数为N％，则二氧化硅减反射膜在硅基体上的沉积速率为P，其中，10<M<50,0.01<N<10，P为正数。进而，在确定的沉积速率P下，控制沉积时间，获得具有第一预设厚度的二氧化硅减反射膜。具体地，所述二氧化硅减反射膜的第一预设厚度小于或等于20纳米。
步骤212：通过PECVD方法沉积第二预设厚度的所述氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜上。
其中，所述第二预设厚度和所述第一预设厚度之和小于或等于80纳米。
图3为本发明实施例二提供的太阳能电池的制备方法的另一流程示意图。参考图3，所述沉积二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面之前，还包括：
步骤201：获取表面无氧化物的硅基体。
步骤202：对所述硅基体的表面进行磷扩散，获得pn结。
具体地，在太阳能电池的硅基体表面沉积二氧化硅减反射膜之前：
首先，需获取表面无氧化物以及无损坏的硅基体。更为具体地，为了去除硅基体表面的机械损伤层、清除表面油污以及金属杂质，需对其进行制绒，形成起伏不平的绒面，增加硅基体对光的吸收，通过减少骨干的反射率，提高短路电流，增加pn结的面积，以提供太阳能电池的光电转换效率。
然后，表面无氧化物以及无损坏的硅基体经过磷扩散获得pn结
可选的，为了提高制绒效果，在制绒之前对硅基体进行预清洗。具体地，配置质量分数为4％的氢氟酸溶液，硅基体放入4％质量分数的氢氟酸溶液中，然后，用去离子水冲洗上述硅基体，并将清洗后的硅基体浸泡到高纯去离子水中浸泡1小时至2小时。
图4为本发明实施例二提供的太阳能电池的结构示意图，参考图4，通过本实施例提供的方法获得的太阳能电池，包括：二氧化硅减反射膜11和氮化硅减反射膜12。
其中，二氧化硅减反射膜11位于所述太阳能电池的硅基体上，氮化硅减反射膜12位于所述二氧化硅减反射膜11上。
具体的，所述二氧化硅减反射膜11的厚度小于或等于20纳米；二氧化硅减反射膜11的厚度和所述氮化硅减反射膜12的厚度之和小于或等于80纳米。
更为具体的，太阳能电池还包括：N型结构层13、P型结构层14和铝背场15，以及上电极16和背电极17。
本实施例提供的太阳能电池的制备方法中，硅基体经过预清洗、制绒以及磷扩散后，通过上述二氧化硅薄膜沉积溶液对其沉积第一预设厚度的二氧化硅减反射膜，进一步通过PECVD方法沉积第二预设厚度的所述氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜上。通过本实施例提供的方法获得的太阳能电池的性能如下：可见光反射率不高于5％，短路电流为600毫安至830毫安，开路电压为0.59伏特至0.70伏特，光电转化率为5.0％至16.67％。
实施例三
本实施例基于实施例进行，具体地，制备硅基体表面的二氧化硅减反射薄膜厚度分别10纳米、15纳米和20纳米，对应的在上述二氧化硅减反射膜上沉积的氮化硅减反射膜厚度分别为70纳米、65纳米和60纳米的三种太阳能电池(三种太阳能电池分别标号为A1、A2和A3)的制备方法包括以下步骤：
(1)祛除硅基体表面的氧化物及其表面损伤。
(2)在硅基体表面进行磷扩散，制备pn结，待用。
(3)配制质量分数4％的氢氟酸溶液。
(4)将步骤(2)制得的硅基体放入4％质量分数氢氟酸溶液中。
(5)将步骤(4)制得的硅基体用去离子水冲洗，并将硅基体放入高纯去离子水中浸泡1小时至2小时。
(6)配制二氧化硅薄膜沉积溶液；
(a)量取5000毫升质量分数30％至35％的氟硅酸溶液，向该溶液中加入高纯硅酸粉末(纯度>99％)直到溶液达到饱和状态。
(b)将上述饱和状态的溶液全部倒入聚四氟烧杯容器中，在30℃至60℃加热环境中，磁力搅拌30分钟至60分钟；然后，加入高纯去离子水使溶液使之达到过饱和态，同时调节过饱和溶液浓度，经过30分钟至60分钟后向过饱和溶液中加入硼酸，调节硼酸的质量分数0.01％至10％之间。
(7)将步骤(5)所得的硅基体，加入步骤(6)配制的溶液中，经过液相沉积制备硅表面二氧化硅薄膜。
步骤(6)的(b)中，硼酸作为沉积反应的促进剂。
步骤(6)的(b)中，含硅前驱物的沉积溶液经过搅拌30分钟至60分钟后，向其中加入高纯去离子水使溶液达到过饱和态，去离子水加量调控氟硅酸溶液质量分数为10％至50％。
步骤(7)中，步骤(5)所得的硅基体，加入步骤(6)配制的溶液中沉积二氧化硅薄膜，在硅氟酸的质量分数以及硼酸的质量分数一定的情况下，控制沉积时间，以在硅基体表面分别沉积有10纳米、15纳米和20纳米厚度的二氧化硅减反射膜。
(8)在沉积有二氧化硅减反射膜的硅基体表面，以PECVD方法分别沉积形成70纳米、65纳米和60纳米厚度的氮化硅减反射膜，得到三种双层减反射膜总厚度均为80纳米的太阳能电池。
(9)铝背场与电极的制备。
(10)烧结。
通过上述步骤(1)至(10)，获得A1、A2和A3三种太阳能电池，分别特征为A1太阳能电池(10纳米厚度的二氧化硅减反射膜和70纳米厚度的氮化硅减反射膜)、A2太阳能电池(15纳米厚度的二氧化硅减反射膜和65纳米厚度的氮化硅减反射膜)以及A3太阳能电池(20纳米厚度的二氧化硅减反射膜和60纳米厚度的氮化硅减反射膜)。
图5为本发明实施例三提供的太阳能电池的制备方法的曲线示意图，参考图5，本实施例中A1、A2和A3三种太阳能电池对应的双层减反射膜的反射率-波长关系图。参考图4，三种太阳能电池对应的双层减反射膜的反射率在波长为600纳米左右时，反射率均达到最低值(约5％)，此时，双层减反射膜的减反射率最高，太阳能电池对光的吸收率最大，有利于太阳能电池的光电转换效率的提高。
本实施例提供的液相沉积方法，使用氟硅酸、硼酸和去离子水混合得到前驱溶液，在硅基体表面沉积获得预设厚度的二氧化硅减反射膜层。二氧化硅减反射膜层具有较高的光折射率，同时具有匹配氮化硅减反射膜层特性，进而，氮化硅/二氧化硅双层减反射膜具有较高的减反射率，有利于沉积有氮化硅/二氧化硅双层减反射膜的太阳能电池光电转换效率的提高。
具体地，本实施例中A1、A2和A3三种太阳能电池的性能参数见表1。
表1
作为对比，表2提供具有四种不同厚度的二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池(随着减反射膜厚度的增加，分别记为B1、B2、B3和B4)的性能参数。
表2
参考表1和表2，可见表1中A1、A2和A3三种太阳能电池的填充因子均在78％左右，大于表2中二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池的填充因子，由于填充因子为太阳能电池最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，是评价太阳能电池输出特性重要参数，填充因子的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋近于矩形，对应的光电转换效率越高，因此，具有双减反射膜的A1、A2和A3三种太阳能电池优于表2中二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池。并且，可见表1中A1、A2和A3三种太阳能电池的光电转换效率均在16％至17％之间，而表2中二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池的光电转换效率均在5％至11％之间，显然具有双减反射膜的A1、A2和A3三种太阳能电池优于表2中二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池。
然而，表1中A1、A2和A3三种太阳能电池的开路电压均约0.6伏特，而表2中二氧化硅(单层)减反射膜的太阳能电池的开路电压最高达到0.7伏特，开路电压与减反射膜的钝化效果正相关，表明表2中二氧化硅(单层)减反射膜太阳能电池的钝化效果良好。但是，二氧化硅(单层)减反射膜太阳能电池在串联电阻高及烧结温度过低条件下，硅基体表面的银电极不能完全烧穿二氧化硅薄膜，不能形成良好银-硅接触；参考表2，二氧化硅(单层)减反射膜太阳能电池的并联电阻也较高(最高50欧姆)，采用二氧化硅(单层)减反射膜的液相沉积方法，硅基体边缘沉积有二氧化硅薄减反射膜层，导致二氧化硅薄减反射膜扩散过程中硅基体背面边缘局部扩散及沉积二氧化硅减反射膜后，已经沉积的减反射膜阻碍铝与硅表面接触进而产生较多的金属掺杂及硅基体背面局部漏电，不利于太阳能电池的光电转化效率的提高。
其中，表2对应的二氧化硅(单层)减反射膜太阳能电池中，银颗粒与硅基体之间存在一层未被烧透的二氧化硅减反射膜层阻碍银浆与硅基体接触，进而银浆与硅基体接触不良，导致电池片串联电阻过高，降低多晶硅太阳能电池光电转化效率。本实施例提供的双层减反射膜太阳能电池中，银浆与硅基体接触良好，有利于太阳能电池效率的提高，比二氧化硅减(单层)反射膜太阳能电池效率显著提高，从而使得采用现有技术制备的太阳能电池的光电转换效率得到进一步提高。
进一步地，表4提供二氧化硅减反射膜厚度大于20纳米时太阳能电池的性能参数，具体地，表3对应两种双减反射膜中二氧化硅减反射膜的厚度为30纳米。
表3提供一种30纳米厚度的二氧化硅减反射膜和40纳米厚度的氮化硅减反射膜的双减反射膜太阳能电池，一种30纳米厚度的二氧化硅减反射膜和50纳米厚度的氮化硅减反射膜的双减反射膜太阳能电池(分别为表3中的C1和C2)。
表3
参考表1和表3，包含有30纳米厚度的二氧化硅减反射膜的双减反射膜太阳能电池的光电转换效率5％左右，低于表1中太阳能电池对应的光电转换效率(16％至17％之间)，可见，由于二氧化硅减反射膜厚大，电极处未烧穿，银浆与硅接触不良，从而，二氧化硅减反射膜厚度大于20纳米时太阳能电池的光电转换效率不高，即为了使得采用现有技术制备的太阳能电池的光电转换效率得到进一步提高，本实施例提供的氮化硅/二氧化硅双层减反射膜中二氧化硅减反射膜的厚度需控制在不大于20纳米的范围内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
沉积二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面；
沉积氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述沉积二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面，包括：
通过液相沉积方法沉积第一预设厚度的二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面；
其中，所述液相沉积方法为设置所述硅基体于前驱溶液中预设时间段，以使所述第一预设厚度的二氧化硅减反射膜沉积至所述硅基体表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预设厚度小于或等于20纳米。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述前驱溶液的温度在30℃至60℃之间。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述前驱溶液中硅氟酸的质量分数为10％至50％，所述前驱溶液中促反应剂的质量分数为0.01％至10％，
所述前驱溶液中硅氟酸的质量分数和所述前驱溶液中促反应剂的质量分数用于共同控制所述二氧化硅减反射膜的沉积速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述促反应剂为硼酸。
7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，
所述沉积氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜表面，包括：
通过等离子体增强化学气相沉积PECVD方法沉积第二预设厚度的所述氮化硅减反射膜至所述二氧化硅减反射膜上；
其中，所述第二预设厚度和所述第一预设厚度之和小于或等于80纳米。
8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
所述沉积二氧化硅减反射膜至所述太阳能电池的硅基体表面之前，还包括：
获取表面无氧化物的硅基体；
对所述硅基体的表面进行磷扩散，获得pn结。
9.一种太阳能电池，其特征在于，包括：二氧化硅减反射膜和氮化硅减反射膜；
所述二氧化硅减反射膜位于所述太阳能电池的硅基体上；
所述氮化硅减反射膜位于所述二氧化硅减反射膜上。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，
所述二氧化硅减反射膜的厚度小于或等于20纳米；
所述二氧化硅减反射膜的厚度和所述氮化硅减反射膜的厚度之和小于或等于80纳米。
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