CN108389917B - 一种n型硅基太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N型硅基太阳能电池的制造方法，其包括：在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。通过优化具体的制备工序以及相应太阳能电池的结构，进而得到有益的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种N型硅基太阳能电池及其制造方法。
背景技术
与传统的占主导地位的煤炭石油能源相比，太阳能最大的优势在于其取之不尽，用之不竭，而且在使用过程中不会破坏生态平衡、污染环境。因此，太阳能是一种环境友好的绿色可再生能源。从另一方面来讲，煤炭石油本质上是数亿万年前太阳辐射到地球上的一部分能源被储存在生物体内，经长时间的演变而成为现在地球上的煤炭石油。光伏电池可以将光能转换为电能，且转换过程中不会有任何的环境污染现象，因而，光伏电池成为最有潜力的太阳能的利用方式。现有硅基光伏电池的制备过程中，通常是直接在硅基底上沉积多晶硅层和电极，而原本硅基底表面的缺陷态影响相应光伏电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种N型硅基太阳能电池及其制造方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
作为优选的，在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。
作为优选的，在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为2-6次，退火处理的次数为2-6次。
作为优选的，在所述步骤(2)中，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.05-0.1mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.02-0.05mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在300-400℃下热处理5-10分钟，接着升温至500-600℃，并在500-600℃的温度下热处理20-30分钟。
作为优选的，在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。
作为优选的，在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为3-5次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理。
作为优选的，在所述步骤(4)中，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.2-0.5mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.05-0.1mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在400-700℃的温度下热处理20-40分钟。
作为优选的，所述透明导电层的材质为ITO，所述上电极的材质为铝，所述下电极的材质为银。
本发明还提供了一种N型硅基太阳能电池，所述N型硅基太阳能电池为采用上述方法制备形成的。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的N型硅基太阳能电池的制备过程中，首先在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层，然后再沉积P型多晶硅层，有效减少N型单晶硅片上下表面的缺陷态，进而减少电子和空穴在N型单晶硅片表面复合的几率，同时通过优化正丙醇铌和异丙醇锆各自的浓度以及退火的具体工艺参数，以形成合适厚度的第一复合金属氧化物层，在有效减少N型单晶硅片的缺陷态的同时且不会影响电子和空穴的传输，进而提高其光电转换效率。
同时在P型多晶硅层与透明导电层之间形成第二复合金属氧化物层，通过优化各项工艺参数，以在P型多晶硅层与透明导电层之间形成隧穿效应，有效提高空穴的传输性能，进而提高该N型硅基太阳能电池的光电转换效率。利用本发明的方法形成N型硅基太阳能电池的过程中，在现有制备工艺的基础上，利用简单的喷涂工艺和退火工艺，即可形成均匀致密的第一、第二复合金属氧化物层，且通过大量的试验以得到最优的工艺参数，且本发明的制备过程简单，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的N型硅基太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明具体实施例提出的一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
其中，在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为2-6次，退火处理的次数为2-6次，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.05-0.1mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.02-0.05mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在300-400℃下热处理5-10分钟，接着升温至500-600℃，并在500-600℃的温度下热处理20-30分钟。在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为3-5次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.2-0.5mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.05-0.1mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在400-700℃的温度下热处理20-40分钟。所述透明导电层的材质为ITO，所述上电极的材质为铝，所述下电极的材质为银。
如图1所示，本发明根据上述方法制备的N型硅基太阳能电池，所述N型硅基太阳能电池从下至上包括下电极1、第一复合金属氧化物层2、N型单晶硅片3、黑硅层4、第一复合金属氧化物层2、P型多晶硅层5、第二复合金属氧化物层6、透明导电层7以及上电极8。
实施例1：
一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
其中，在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为4次，退火处理的次数为4次，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.8mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.03mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在350℃下热处理7分钟，接着升温至550℃，并在550℃的温度下热处理25分钟。在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为4次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.3mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.08mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在550℃的温度下热处理30分钟。所述透明导电层的材质为ITO，具体厚度为350纳米，所述上电极的材质为铝，具体厚度为300纳米，所述下电极的材质为银，具体的厚度为300纳米。
上述方法制备的N型硅基太阳能电池的开路电压为0.635V，短路电流为39.2mA/cm2，填充因子为0.81，光电转换效率为20.2％。
实施例2
一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
其中，在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为2-6次，退火处理的次数为6次，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.05mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.02mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在400℃下热处理5分钟，接着升温至600℃，并在600℃的温度下热处理20分钟。在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为5次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.2mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.05mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在700℃的温度下热处理20分钟。所述透明导电层的材质为ITO，具体厚度为200纳米，所述上电极的材质为铝，具体厚度为200纳米，所述下电极的材质为银，具体的厚度为260纳米。
上述方法制备的N型硅基太阳能电池的开路电压为0.628V，短路电流为38.5mA/cm2，填充因子为0.79，光电转换效率为19.1％。
实施例3
一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
其中，在所述步骤(1)中，通过干法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为2次，退火处理的次数为2次，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.1mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.05mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在300℃下热处理10分钟，接着升温至500℃，并在500℃的温度下热处理30分钟。在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为3次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.5mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.1mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在400℃的温度下热处理40分钟。所述透明导电层的材质为ITO，具体厚度为220纳米，所述上电极的材质为铝，具体厚度为150纳米，所述下电极的材质为银，具体的厚度为200纳米。
上述方法制备的N型硅基太阳能电池的开路电压为0.631V，短路电流为37.5mA/cm2，填充因子为0.79，光电转换效率为18.7％。。
对比例：
作为对比，一种N型硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；(2)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；(3)在所述P型多晶硅层的表面沉积透明导电层；(4)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极。
其中，在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。在所述步骤(2)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。所述透明导电层的材质为ITO，具体厚度为350纳米，所述上电极的材质为铝，具体厚度为300纳米，所述下电极的材质为银，具体的厚度为300纳米。
上述方法制备的参比N型硅基太阳能电池的开路电压为0.625V，短路电流为37.3mA/cm2，填充因子为0.78，光电转换效率为18.2％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种N型硅基太阳能电池的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在N型单晶硅片的表面形成黑硅层；
(2)在所述N型单晶硅片的上表面和下表面喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液，并进行退火处理，以形成第一复合金属氧化物层；
(3)在所述N型单晶硅片的上表面沉积P型多晶硅层；
(4)在所述P型多晶硅层的表面交替喷涂含有三异丙醇铝的溶液和含有异丙醇钽的溶液，然后进行退火处理，以形成第二复合金属氧化物层；
(5)在所述第二复合金属氧化物层的表面沉积透明导电层；
(6)在所述透明导电层表面形成上电极，并在所述N型单晶硅片的背面形成下电极；
其中，在所述步骤(2)中，喷涂含有正丙醇铌的溶液和含有异丙醇锆的溶液交替进行，且每次交替喷涂工序之后直接进行一次退火处理，然后再进行下一次的交替喷涂工序，交替喷涂的次数为2-6次，退火处理的次数为2-6次，含有正丙醇铌的溶液中的正丙醇铌的浓度为0.05-0.1mg/ml，含有异丙醇锆的溶液中的异丙醇锆的浓度为0.02-0.05mg/ml，每次退火处理的具体工艺为：在空气中，先在300-400℃下热处理5-10分钟，接着升温至500-600℃，并在500-600℃的温度下热处理20-30分钟；
其中，在所述步骤(4)中，交替喷涂的次数为3-5次，交替喷涂工艺结束之后进行所述退火处理，含有三异丙醇铝的溶液中的三异丙醇铝的浓度为0.2-0.5mg/ml，含有异丙醇钽的溶液中的异丙醇钽的浓度为0.05-0.1mg/ml，所述退火处理的具体工艺为：在空气中，在400-700℃的温度下热处理20-40分钟。
2.根据权利要求1所述的N型硅基太阳能电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在所述N型单晶硅片的表面形成所述黑硅层。
3.根据权利要求1所述的N型硅基太阳能电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，在所述N型单晶硅片的上表面形成P型多晶硅层的具体工艺为：首先在所述N型单晶硅片的上表面沉积含硼非晶硅层，然后通过退火处理以形成所述P型多晶硅层。
4.根据权利要求1所述的N型硅基太阳能电池的制造方法，其特征在于：所述透明导电层的材质为ITO，所述上电极的材质为铝，所述下电极的材质为银。
5.一种N型硅基太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的方法制备形成的。
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