CN109166937B - 一种硅基光伏电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅基光伏电池及其制造方法，该硅基光伏电池的制造方法包括以下步骤：在所述单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；接着在所述单晶硅片的上下表面分别形成对应的第一矩形沟槽和第二矩形沟槽，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；然后在所述单晶硅片的上下表面沉积各非晶硅层、透明导电层以及栅电极。本发明的硅基光伏电池具有优异的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种硅基光伏电池及其制造方法。
背景技术
现有的异质结太阳能电池的制备过程中，通常是首先在硅片表面制备类金子塔结构以减少硅片的反光率；接着利用等离子体增强化学气相沉积法在具有类金子塔结构的n型单晶硅片的正面沉积本征非晶硅层和P型非晶硅层；接着是再在n型单晶硅片的背面沉积本征非晶硅层和N型非晶硅层；然后利用磁控溅射技术在该n型单晶硅片的正面和背面均沉积透明导电层；最后通过丝网印刷在该n型单晶硅片的正面和背面分别制备电极。现有的异质结太阳能电池的结构有待进一步改进，进而提高异质结太阳能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，提供一种硅基光伏电池及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：
1)提供一具有第一导电类型的单晶硅片，对所述单晶硅片进行双面制绒处理，在所述单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；
2)接着在所述单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；
3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；
4)接着在所述单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和第二导电类型掺杂的第二非晶硅层；
5)接着在所述单晶硅片的下表面依次沉积第三本征非晶硅层和第一导电类型掺杂的第四非晶硅层；
6)接着在所述单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；
7)接着在所述单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；
8)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；
9)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，所述第一导电类型为N型且所述第二导电类型为P型；或者所述第一导电类型为P型且所述第二导电类型为N型。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度为5-10毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为5-10毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为60-80微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为100-120微米。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-7纳米，所述第二非晶硅层的厚度为3-6纳米。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为6-9纳米，所述第四非晶硅层的厚度为5-10纳米。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(6)和(7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的材质为ITO、FTO、铝掺杂氧化锌以及石墨烯中的一种或多种，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为200-500纳米。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第一栅电极的厚度为500-3000纳米。
上述硅基光伏电池的制造方法，进一步的，在所述步骤(9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第二栅电极的厚度为500-3000纳米。
本发明还提出一种硅基光伏电池，其采用上述方法制造形成的。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的硅基光伏电池中，通过在单晶硅片的上下表面分别形成相对应的第一矩形沟槽和第二矩形沟槽，进而使得所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠，通过进一步优化使得所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为100-120微米，当所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为小于100微米时，单晶硅片容易破碎，良品率明显降低；当所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为大于120微米时，无法有效缩短电子或空穴在单晶硅片中的传输距离，进而使得相应光伏电池的光电转换效率增幅不明显。通过利用利用本发明的单晶硅片形成硅基HIT光伏电池，有效缩短了电子或空穴在单晶硅片中的传输距离，进而有效提高了电荷的收集效率，使得本发明的硅基光伏电池具有优异的光电转换效率。通过优化第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的具体尺寸、各非晶硅层的厚度、透明导电层的材质与厚度以及电极的材质与厚度，使得本发明的硅基光伏电池的光电转换效率达到最优。同时本发明的制造方法简单易行，且与现有的制备工艺兼容，便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的硅基光伏电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：1)提供一具有第一导电类型的单晶硅片，对所述单晶硅片进行常规双面制绒处理，在所述单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；2)接着在所述单晶硅片的上表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述单晶硅片的下表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述单晶硅片的上表面依次通过PECVD法沉积第一本征非晶硅层和第二导电类型掺杂的第二非晶硅层；5)接着在所述单晶硅片的下表面依次通过PECVD法沉积第三本征非晶硅层和第一导电类型掺杂的第四非晶硅层；6)接着在所述单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；7)接着在所述单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；8)在所述第一透明导电层上通过热蒸镀法沉积第一栅电极；9)在所述第二透明导电层上通过热蒸镀法沉积第二栅电极。
其中，所述第一导电类型为N型且所述第二导电类型为P型；或者所述第一导电类型为P型且所述第二导电类型为N型。在所述步骤(2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度为5-10毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为5-10毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为60-80微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为100-120微米。在所述步骤(4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-7纳米，所述第二非晶硅层的厚度为3-6纳米。在所述步骤(5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为6-9纳米，所述第四非晶硅层的厚度为5-10纳米。在所述步骤(6)和(7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的材质为ITO、FTO、铝掺杂氧化锌以及石墨烯中的一种或多种，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为200-500纳米。在所述步骤(8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第一栅电极的厚度为500-3000纳米。在所述步骤(9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第二栅电极的厚度为500-3000纳米。
如图1所示，本发明提出一种硅基光伏电池，所述硅基光伏电池从上至下包括第一栅电极1、第一透明导电层2、第二非晶硅层3、第一本征非晶硅层4、单晶硅片5、第三本征非晶硅层6、第四非晶硅层7、第二透明导电层8以及第二栅电极9，其中，第一透明导电层2、第二非晶硅层3以及第一本征非晶硅层4中的一部分位于单晶硅片5的第一矩形沟槽51中，所述第一栅电极1的主栅线位于所述第一矩形沟槽51中，第三本征非晶硅层6、第四非晶硅层7以及第二透明导电层8的一部分位于单晶硅片5的第二矩形沟槽52中，所述第二栅电极9的主栅线位于所述第一矩形沟槽52中。
实施例1：
一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：1)提供一N单晶硅片，对所述N单晶硅片进行常规双面制绒处理，在所述N单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；2)接着在所述N单晶硅片的上表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述N单晶硅片的下表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述N单晶硅片的上表面依次通过PECVD法沉积第一本征非晶硅层和P型掺杂的第二非晶硅层；5)接着在所述单晶硅片的下表面依次通过PECVD法沉积第三本征非晶硅层和N型掺杂的第四非晶硅层；6)接着在所述单晶硅片的上表面通过溅射工艺沉积第一透明导电层；7)接着在所述单晶硅片的下表面通过溅射沉积第二透明导电层；8)在所述第一透明导电层上通过热蒸镀法沉积第一栅电极；9)在所述第二透明导电层上通过热蒸镀法沉积第二栅电极。
其中。在所述步骤(2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度为7.5毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为7.5毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为70微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为110微米。在所述步骤(4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为5纳米，所述第二非晶硅层的厚度为4纳米。在所述步骤(5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为7纳米，所述第四非晶硅层的厚度为8纳米。在所述步骤(6)和(7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的材质为ITO，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为400纳米。在所述步骤(8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银，所述第一栅电极的厚度为2000纳米。在所述步骤(9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银，所述第二栅电极的厚度为2000纳米。
上述方法制备的硅基光伏电池的开路电压为0.73V，短路电流为39.6mA/cm2，填充因子为0.85，光电转换效率为24.6％。
实施例2
一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：1)提供一N单晶硅片，对所述N单晶硅片进行常规双面制绒处理，在所述N单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；2)接着在所述N单晶硅片的上表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述N单晶硅片的下表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述N单晶硅片的上表面依次通过PECVD法沉积第一本征非晶硅层和P型掺杂的第二非晶硅层；5)接着在所述单晶硅片的下表面依次通过PECVD法沉积第三本征非晶硅层和N型掺杂的第四非晶硅层；6)接着在所述单晶硅片的上表面通过溅射工艺沉积第一透明导电层；7)接着在所述单晶硅片的下表面通过溅射沉积第二透明导电层；8)在所述第一透明导电层上通过热蒸镀法沉积第一栅电极；9)在所述第二透明导电层上通过热蒸镀法沉积第二栅电极。
其中，在所述步骤(2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度为10毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为5毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为60微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为120微米。在所述步骤(4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4纳米，所述第二非晶硅层的厚度为6纳米。在所述步骤(5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为9纳米，所述第四非晶硅层的厚度为10纳米。在所述步骤(6)和(7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的材质为铝掺杂氧化锌，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为500纳米。在所述步骤(8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银、钛以及钯形成的叠层，所述第一栅电极的厚度为500纳米。在所述步骤(9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银、钛以及钯形成的叠层，所述第二栅电极的厚度为500纳米。
上述方法制备的硅基光伏电池的开路电压为0.725V，短路电流为39.2mA/cm2，填充因子为0.84，光电转换效率为23.9％。
实施例3
一种硅基光伏电池的制造方法，包括以下步骤：1)提供一P单晶硅片，对所述单晶硅片进行常规双面制绒处理，在所述P单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；2)接着在所述P单晶硅片的上表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述P单晶硅片的下表面通过光刻工艺形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠；3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述P单晶硅片的上表面依次通过PECVD法沉积第一本征非晶硅层和N掺杂的第二非晶硅层；5)接着在所述单晶硅片的下表面依次通过PECVD法沉积第三本征非晶硅层和P型掺杂的第四非晶硅层；6)接着在所述P单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；7)接着在所述P单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；8)在所述第一透明导电层上通过热蒸镀法沉积第一栅电极；9)在所述第二透明导电层上通过热蒸镀法沉积第二栅电极。
其中，在所述步骤(2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度为8毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为8毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为75微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为100微米。在所述步骤(4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为6纳米，所述第二非晶硅层的厚度为4纳米。在所述步骤(5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为8纳米，所述第四非晶硅层的厚度为9纳米。在所述步骤(6)和(7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层均包括层叠的ITO层、石墨烯层以及ITO层，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为200-500纳米。在所述步骤(8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银，所述第一栅电极的厚度为1000纳米。在所述步骤(9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银，所述第二栅电极的厚度为1000纳米。
上述方法制备的硅基光伏电池的开路电压为0.67V，短路电流为38.5mA/cm2，填充因子为0.79，光电转换效率为20.4％
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 (8)
1.一种硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一具有第一导电类型的单晶硅片，对所述单晶硅片进行双面制绒处理，在所述单晶硅片的上表面和下表面均形成类金字塔微结构；
2)接着在所述单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形沟槽，在所述单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形沟槽，多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽分别一一对应，所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽的尺寸相同，且所述第一矩形沟槽与相应的所述第二矩形沟槽在垂直方向上完全重叠，在所述步骤2)中，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的宽度均为5-10毫米，相邻所述第一矩形沟槽之间的间距为5-10毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度均为60-80微米，所述第一矩形沟槽的底面与相应的所述第二矩形沟槽的底面之间的单晶硅片的厚度为100-120微米；
3)对多个所述第一矩形沟槽和多个所述第二矩形沟槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形沟槽和所述第二矩形沟槽各自的底面形成类金字塔微结构；
4)接着在所述单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和第二导电类型掺杂的第二非晶硅层；
5)接着在所述单晶硅片的下表面依次沉积第三本征非晶硅层和第一导电类型掺杂的第四非晶硅层；
6)接着在所述单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；
7)接着在所述单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；
8)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；
9)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
2.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：所述第一导电类型为N型且所述第二导电类型为P型；或者所述第一导电类型为P型且所述第二导电类型为N型。
3.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-7纳米，所述第二非晶硅层的厚度为3-6纳米。
4.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤5)中，所述第三本征非晶硅层的厚度为6-9纳米，所述第四非晶硅层的厚度为5-10纳米。
5.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤6)和所述步骤7)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的材质为ITO、FTO、铝掺杂氧化锌以及石墨烯中的一种或多种，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的厚度为200-500纳米。
6.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：在所述步骤8)中，所述第一栅电极包括主栅线和副栅线，所述第一栅电极的所述主栅线位于所述第一矩形沟槽中，所述第一栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第一栅电极的厚度为500-3000纳米。
7.根据权利要求1所述的硅基光伏电池的制造方法，其特征在于：
在所述步骤9)中，所述第二栅电极包括主栅线和副栅线，所述第二栅电极的所述主栅线位于所述第二矩形沟槽中，所述第二栅电极的材质为银、铜、钛、钯、金以及铝中的一种或多种，所述第二栅电极的厚度为500-3000纳米。
8.一种硅基光伏电池，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制造形成的。
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