CN108521832A - 一种背电极异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背电极异质结太阳能电池及其制备方法，其中背电极异质结太阳能电池包括：晶硅基片、异质结部分和背电极部分，晶硅基片的正面形成有陷光层，陷光层上沉积有增透膜，异质结部分位于晶硅基片的背部，包括本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层，P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上沉积有导电膜，背电极部分沉积于所述导电膜上，本发明将背电极异质结一体化，一方面具有异质结电池制造中工艺较为简单的优点，克服了常规异质结电池存在正面栅线的缺点；另一方面保持了背电极电池没有正面栅线的优点，克服了常规背电极电池制造工艺复杂的缺点。
Description
本发明属于新能源领域，具体涉及一种背电极异质结太阳能电池及其制备方法。
晶硅电池是当前的主流产品，为进一步提高晶硅电池的光伏效率，研发出多种基于晶硅电池的新的太阳能电池，其中，异质结电池和背电极电池是其中光伏效率最高、最有市场化前景的新一代高效太阳能电池。
单纯的异质结电池，正、负电极位于晶硅基片的正、背两面，即需要制备正面栅线和背面栅线，虽然工艺过程比较简单，但是工艺精确性要求高，否则产品良率会大幅度下降；采用常规非晶硅太阳能电池工艺制备异质结电池时，需要精确严格的掩膜手段及清洗控制；异质结电池中的栅线加工，因为需要使用专业的低温银浆，其成为制约异质结电池发展的主要因素；最后，正面栅线的使用，不可避免的降低光伏效率。
单纯的背电极电池虽然可以通过扩散的方式制备正、负电极均位于晶硅基片背面的背电极，但是其制作工艺过程特别复杂、工艺精度要求特别高，使得其发展受到严重约束；另一方面，工艺过程中存在严重污染排放问题，目前能够生产背电极电池的企业少之又少。
发明内容
本发明旨在提供一种背电极异质结一体化的高效太阳能电池及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种背电极异质结太阳能电池，包括：晶硅基片、异质结部分和背电极部分，晶硅基片的正面形成有陷光层，陷光层上沉积有增透膜，异质结部分位于晶硅基片的背部，异质结部分包括本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层，本征非晶硅膜层沉积于晶硅基片的背面，P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层间隔沉积于本征非晶硅膜层，及P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上沉积有导电膜，背电极部分沉积于导电膜上。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，晶硅基片为P型晶硅基片、N型晶硅基片或本征型晶硅基片。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅膜层包括P型非晶硅膜线和P型非晶硅集电极膜线，及N型非晶硅膜层包括N型非晶硅膜线和N型非晶硅集电极膜线，P型非晶硅集电极膜线和N型非晶硅集电极膜线分别与P型非晶硅膜线和N型非晶硅膜线垂直联通。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅膜线或N型非晶硅膜线利用点状沉积源或线性沉积源在本征非晶硅膜层上以预先设计的几何图形沉积扫描形成相同的膜线图形。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，所述膜线图形包括直线型或曲线型，膜线图形宽度不相等时，膜线图形越靠近集电极膜线，宽度越大。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅集电极膜线和N型非晶硅集电极膜线分别分布于晶硅基片上的本征非晶硅膜层的两边以分别在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上的导电膜上形成第一电极引线区和第二电极引线区。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，背电极部分包括正电极引线和负电极引线，其中，正电极引线位于第一电极引线区及负电极引线位于第二电极引线区，或正电极引线位于第二电极引线区及负电极引线位于第一电极引线区。
本发明提供了一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在晶硅基片的正面利用腐蚀技术进行制绒处理，制备陷光层；
步骤二：在陷光层上利用PVD、CVD或表面氧化处理方法沉积增透膜；
步骤三：在晶硅基片的背面，首先利用PECVD沉积本征非晶硅膜层；
步骤四：在本征非晶硅膜层上利用点状沉积源或线性沉积源，依照预先设计的几何图形，分别沉积P型非晶硅膜层和所述N型非晶硅膜层，其中，P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层间隔沉积在本征非晶硅膜层上，这样本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层形成了异质结部分；
步骤五：利用点状沉积源或线性沉积源，在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上面分别沉积导电膜；及
步骤六：在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层的导电膜上沉积形成背电极部分。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，点状沉积源在本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层或N型非晶硅膜层表面扫描沉积实现所需的具有线性特征的膜线图形。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，点状沉积源是采用电子束、离子束、激光束或微细热源形成的，然后通过线性扫描的方法，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成点状沉积源膜层，点状沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，线性沉积源在固定条件下通过固定晶硅基片实现所需的单线性薄膜图形，及线性沉积源在固定条件下通过移动晶硅基片实现所需的多线性薄膜图形。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，线性沉积源是采用电子束、离子束、等离子体束或微细热源形成的，然后，在线性沉积源固定不动下，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成线性沉积源膜层，线性沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，点状沉积源形成点状沉积源膜层及线性沉积源形成线性沉积源膜层的工艺条件包括点状沉积源或线性沉积源的工作压强、输出的能量密度、离子能量、离子组成及点状沉积源距离晶硅基片的间距；
其中，工作压强范围为0.1Pa-10kPa，输出的能量密度范围为1mW/cm2-1W/mm2，粒子能量范围为100k-104k，粒子组成为薄膜沉积所需的包括Si、N、B、H及Ar的配合粒子，点状沉积源距离晶硅基片的间距不超过1m；
其中，粒子能量的动能分量越小越有利于减小粒子对衬底表面的冲击，及在不影响工作气体充分混合均匀分布在衬底表面的条件下，点状沉积源距离晶硅基片的间距越小越有利于点状沉积源膜层的形成。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，本征非晶硅膜沉积过程中，工作气体包括氢气、硅烷和氩气，氢气、硅烷和氩气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其中，利用点状沉积源或线性沉积源，沉积P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层过程中，工作气体包括氢气、硅烷、氩气和掺杂气体，掺杂气体包括硼烷和/或磷烷，其中，氢气、硅烷和氩气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，掺杂气体与硅烷的流量比为(0.1-10)：100，工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
本发明公开了一种背电极异质结太阳能电池及其制备方法，将背电极异质结一体化，使其具有正、负电极均在晶硅基片背面的背电极，同时具有异质结通过镀膜、印刷的方法实现背电极的制备，这样，一方面具有异质结电池制造中工艺较为简单的优点，克服了常规异质结电池存在正面栅线的缺点；另一方面保持了背电极电池没有正面栅线的优点，克服了常规背电极电池制造工艺复杂的缺点。
图1是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的剖面图；
图2是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的一种本征非晶硅膜层上P型非晶硅膜线和N型非晶硅膜线的膜线图形示意图；
图3是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的另一种本征非晶硅膜层上P型非晶硅膜线和N型非晶硅膜线的膜线图形示意图；
图4是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的另一种本征非晶硅膜层上P型非晶硅膜线和N型非晶硅膜线的膜线图形示意图。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的剖面图，如图1所示，本发明提供了一种背电极异质结太阳能电池，包括：晶硅
基片01、异质结部分02和背电极部分(图中未示出)，晶硅基片01的正面形成有陷光层03，陷光层03上沉积有增透膜04，异质结部分02位于晶硅基片01的背部，异质结部分02包括本征非晶硅膜层05、P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07，本征非晶硅膜层05沉积于晶硅基片01的背面，P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07间隔沉积于本征非晶硅膜层05，及P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07上沉积有导电膜08，背电极部分沉积于导电膜08上。
本发明进一步公开了一种背电极异质结太阳能电池，其中，晶硅基片01为P型晶硅基片、N型晶硅基片或本征型晶硅基片，当晶硅基片01为本征型晶硅基片时，异质结部分02可以不包括本征非晶硅膜层05，即此时P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07可以直接间隔沉积于本征型晶硅基片。
图2、图3和图4分别是本发明公开的一种背电极异质结太阳能电池的三种本征非晶硅膜层上P型非晶硅膜线和N型非晶硅膜线的膜线图形示意图，如图2、图3和图4所示，根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅膜层06包括P型非晶硅膜线09和P型非晶硅集电极膜线10，及N型非晶硅膜层07包括N型非晶硅膜线11和N型非晶硅集电极膜线12，P型非晶硅集电极膜线10和N型非晶硅集电极膜线12分别与P型非晶硅膜线09和N型非晶硅膜线11垂直联通。
如图2、图3和图4所示，根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅膜线09或N型非晶硅膜线11利用点状沉积源
或线性沉积源在本征非晶硅膜层05上以预先设计的几何图形沉积扫描形成相同的膜线图形，进一步地，膜线图形包括直线型或曲线型，膜线图形的宽度可以相等，例如可以是图1和图2所示的膜线图形，也可以不相等，直线型膜线图形宽度不相等的例如可以是三角形，直线型膜线图形宽度不相等的例如可以是图3所示的膜线图形，膜线图形宽度不相等时，膜线图形越靠近集电极膜线，宽度越大，这样的设计有利于获得最大光伏效率。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，P型非晶硅集电极膜线10和N型非晶硅集电极膜线12分别分布于晶硅基片01上的本征非晶硅膜层05的两边以分别在P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07上的导电膜08上形成第一电极引线区和第二电极引线区(图中未示出)。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，背电极部分包括正电极引线和负电极引线，其中，正电极引线位于第一电极引线区及负电极引线位于第二电极引线区，或正电极引线位于第二电极引线区及负电极引线位于第一电极引线区(图中未示出)。
本发明提供了一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在晶硅基片01的正面利用腐蚀技术进行制绒处理，制备陷光层03；
步骤二：在陷光层03上利用PVD、CVD或表面氧化处理方法沉积增透膜04；
步骤三：在晶硅基片01的背面，首先利用PECVD沉积本征非晶硅膜层05；
步骤四：在本征非晶硅膜层05上利用点状沉积源或线性沉积源，依照预先设计的几何图形，分别沉积P型非晶硅膜层06和所述N型非晶硅膜层07，其中，P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07间隔沉积在本征非晶硅膜层05上，这样本征非晶硅膜层05、P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07形成了异质结部分05；
步骤五：利用点状沉积源或线性沉积源，在P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07上面分别沉积导电膜08；及
步骤六：在P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07的导电膜08上沉积形成背电极部分。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，点状沉积源在本征非晶硅膜层05、P型非晶硅膜层06或N型非晶硅膜层07表面扫描沉积实现所需的具有线性特征的膜线图形。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，点状沉积源是采用电子束、离子束、激光束或微细热源形成的，然后通过线性扫描的方法，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成点状沉积源膜层，点状沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，线性沉积源在固定条件下通过固定晶硅基片01实现所需的单线性薄膜图形，及线性
沉积源在固定条件下通过移动晶硅基片01实现所需的多线性薄膜图形。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，线性沉积源是采用电子束、离子束、等离子体束或微细热源形成的，然后，在线性沉积源固定不动下，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成线性沉积源膜层，线性沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，点状沉积源形成点状沉积源膜层及线性沉积源形成线性沉积源膜层的工艺条件包括点状沉积源或线性沉积源的工作压强、输出的能量密度、离子能量、离子组成及点状沉积源距离晶硅基片01的间距；
其中，工作压强范围为0.1Pa-10kPa，输出的能量密度范围为1mW/cm2-1W/mm2，粒子能量范围为100k-104k，粒子组成为薄膜沉积所需的包括Si、N、B、H及Ar的配合粒子，点状沉积源距离晶硅基片01的间距不超过1m；
其中，粒子能量的动能分量越小越有利于减小粒子对衬底表面的冲击，及在不影响工作气体充分混合均匀分布在衬底表面的条件下，点状沉积源距离晶硅基片01的间距越小越有利于点状沉积源膜层的形成。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，本征非晶硅膜层05沉积过程中，工作气体包括氢气、硅烷和氩气，氢气、硅烷和氩
气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
根据上述一种背电极异质结太阳能电池，其中，利用点状沉积源或线性沉积源，沉积P型非晶硅膜层06和N型非晶硅膜层07过程中，工作气体包括氢气、硅烷、氩气和掺杂气体，掺杂气体包括硼烷和/或磷烷，其中，氢气、硅烷和氩气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，掺杂气体与硅烷的流量比为(0.1-10)：100，工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
实施例一：
N型晶硅基片，迎光面经过制绒处理得到陷光层，在经过制绒处理的表面，利用真空镀膜技术沉积增透膜。增透膜可以是MgF2、SiO2或SiC。
在晶硅基片背光面，利用PECVD沉积本征非晶硅膜层。利用聚焦斑点为1000微米的电子枪，在沉积有本征非晶硅膜层的表面，线性扫描沉积得到P型非晶硅膜线。P型非晶硅膜线之间的间距为1060微米，P型非晶硅膜线的线头距离晶硅基片边缘为3.2mm。
利用聚集斑点为3mm的电子束源，与P型非晶硅膜线垂直、距离晶硅基片边缘0.2mm，沉积比P型非晶硅膜线宽的P型非晶硅集电极膜线，该P型非晶硅集电极膜线与前面的P型非晶硅膜线联通，形成P型非晶硅膜层。
同样方法沉积N型非晶硅膜线，其中，N型非晶硅膜线与P型非晶硅膜线的间距为30微米，N型非晶硅集电极膜线位于相对于P型
非晶硅集电极膜线的晶硅基片的另一边，与所有N型非晶硅膜线联通，形成线性N型非晶硅膜层。
在P型非晶硅膜层、N型非晶硅膜层表面，同样利用电子束源，沉积导电膜，由于之前的N型非晶硅集电极膜线位于相对于P型非晶硅集电极膜线的晶硅基片的另一边，因此，在P型非晶硅集电极膜线和N型非晶硅集电极膜线的导电膜上分别形成第一电极引线区和第二电极引线区，最后，在上述两个电极引线区内分别沉积正电极引线和负电极引线形成背电极部分，这样就获得了本发明中的背电极异质结太阳能电池。
另外，上述导电膜的材质也可以为Ag，此时，导电膜即可直接作为背电极部分的正电极引线和负电极引线使用，存在导电膜时，可以减小电池的内电阻，有利于提高光伏性能。
以上所述，仅是本发明较佳的实施方式，并非对本发明的技术方案做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例做任何简单修改，形式变化和修饰，均落入本发明的保护范围。
Claims (15)
- 一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池包括：晶硅基片、异质结部分和背电极部分，所述晶硅基片的正面形成有陷光层，所述陷光层上沉积有增透膜，所述异质结部分位于所述晶硅基片的背部，所述异质结部分包括本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层，所述本征非晶硅膜层沉积于所述晶硅基片的背面，所述P型非晶硅膜层和所述N型非晶硅膜层间隔沉积于所述本征非晶硅膜层，及所述P型非晶硅膜层和所述N型非晶硅膜层上沉积有导电膜，所述背电极部分沉积于所述导电膜上。
- 根据权利要求1所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述晶硅基片为P型晶硅基片、N型晶硅基片或本征型晶硅基片。
- 根据权利要求1所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型非晶硅膜层包括P型非晶硅膜线和P型非晶硅集电极膜线，及所述N型非晶硅膜层包括N型非晶硅膜线和N型非晶硅集电极膜线，所述P型非晶硅集电极膜线和所述N型非晶硅集电极膜线分别与所述P型非晶硅膜线和所述N型非晶硅膜线垂直联通。
- 根据权利要求3所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型非晶硅膜线或所述N型非晶硅膜线利用点状沉积源或线性沉积源在本征非晶硅膜层上以预先设计的几何图形沉积扫描形成相同的膜线图形。
- 根据权利要求4所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述膜线图形包括直线型或曲线型，所述膜线图形宽度不相等时，膜线图形越靠近集电极膜线，宽度越大。
- 根据权利要求3所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型非晶硅集电极膜线和所述N型非晶硅集电极膜线分别分布于所述晶硅基片上的本征非晶硅膜层的两边以分别在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上的导电膜上形成第一电极引线区和第二电极引线区。
- 根据权利要求1所述的一种背电极异质结太阳能电池，其特征在于：所述背电极部分包括正电极引线和负电极引线，其中，所述正电极引线位于第一电极引线区及所述负电极引线位于第二电极引线区，或所述正电极引线位于第二电极引线区及所述负电极引线位于第一电极引线区。
- 一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：在晶硅基片的正面利用腐蚀技术进行制绒处理，制备陷光层；步骤二：在陷光层上利用PVD、CVD或表面氧化处理方法沉积增透膜；步骤三：在晶硅基片的背面，首先利用PECVD沉积本征非晶硅膜层；步骤四：在本征非晶硅膜层上利用点状沉积源或线性沉积源，依照预先设计的几何图形，分别沉积P型非晶硅膜层和所述N型非晶硅膜层，其中，P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层间隔沉积在本征非晶硅膜层上，这样本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层形成了异质结部分；步骤五：利用点状沉积源或线性沉积源，在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层上面分别沉积导电膜；及步骤六：在P型非晶硅膜层和N型非晶硅膜层的导电膜上沉积形成背电极部分。
- 根据权利要求8所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述点状沉积源在本征非晶硅膜层、P型非晶硅膜层或N型非晶硅膜层表面扫描沉积实现所需的具有线性特征的膜线图形。
- 根据权利要求9所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述点状沉积源是采用电子束、离子束、激光束或微细热源形成的，然后通过线性扫描的方法，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成点状沉积源膜层，所述点状沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
- 根据权利要求8所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述线性沉积源在固定条件下通过固定晶硅基片 实现所需的单线性薄膜图形，及所述线性沉积源在固定条件下通过移动晶硅基片实现所需的多线性薄膜图形。
- 根据权利要求11所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述线性沉积源是采用电子束、离子束、等离子体束或微细热源形成的，然后，在线性沉积源固定不动下，将反应材料蒸发后产生的反应气体或直接将反应气体电离并获得膜层材料沉积到相应的位置以形成线性沉积源膜层，所述线性沉积源膜层的宽度在微米级至毫米级范围内变化。
- 根据权利要求8所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述点状沉积源形成点状沉积源膜层及所述线性沉积源形成线性沉积源膜层的工艺条件包括点状沉积源或线性沉积源的工作压强、输出的能量密度、离子能量、离子组成及点状沉积源距离晶硅基片的间距；其中，所述工作压强范围为0.1Pa-10kPa，所述输出的能量密度范围为1mW/cm2-1W/mm2，粒子能量范围为100k-104k，所述粒子组成为薄膜沉积所需的包括Si、N、B、H及Ar的配合粒子，所述点状沉积源距离晶硅基片的间距不超过1m；其中，所述粒子能量的动能分量越小越有利于减小粒子对衬底表面的冲击，及在不影响工作气体充分混合均匀分布在衬底表面的条件下，点状沉积源距离晶硅基片的间距越小越有利于点状沉积源膜层的形成。
- 根据权利要求8所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述本征非晶硅膜沉积过程中，工作气体包括氢气、硅烷和氩气，氢气、硅烷和氩气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，上述工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
- 根据权利要求8所述的一种背电极异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：利用所述点状沉积源或所述线性沉积源，沉积所述P型非晶硅膜层和所述N型非晶硅膜层过程中，工作气体包括氢气、硅烷、氩气和掺杂气体，所述掺杂气体包括硼烷和/或磷烷，其中，氢气、硅烷和氩气的流量比为：100:(1-20)：(0-100)，掺杂气体与硅烷的流量比为(0.1-10)：100，上述工作气体的工作压强为0.1Pa-10kPa。
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