CN109309147B - 一种n型单晶硅基太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N型单晶硅基太阳能电池及其制备方法，该N型单晶硅基太阳能电池的制备方法包括以下步骤：在N型单晶硅片的上下表面形成类金字塔微结构；接着在所述N型单晶硅片的上下表面分别形成多个平行排列的对应的第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；在所述N型单晶硅片的上下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行退火处理，以形成氧化铝钝化层；然后在所述N型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N型单晶硅基太阳能电池具有优异的光电转换效率。
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型单晶硅基太阳能电池及其制备方法。
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N型单晶硅基太阳能电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)提供一N型单晶硅片，对所述N型单晶硅片进行双面制绒处理，在所述N型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型单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形凹槽，在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形凹槽，多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽分别一一对应，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽的尺寸相同，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；
3)对多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形凹槽和所述第二矩形凹槽各自的底面形成类金字塔微结构；
4)接着在所述N型单晶硅片的上表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第一退火处理，以形成第一氧化铝钝化层；
5)接着在所述N型单晶硅片的下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第二退火处理，以形成第二氧化铝钝化层；
6)接着在所述N型单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和P型非晶硅层；
7)接着在所述N型单晶硅片的下表面依次沉积第二本征非晶硅层和N型非晶硅层；
8)接着在所述N型单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；
9)接着在所述N型单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；
10)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；
11)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
作为优选，在所述步骤(2)中，所述第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的宽度均为6-9毫米，相邻所述第一矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，相邻所述第二矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为70-90微米，所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度为80-90微米，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的宽度的比值为0.3-0.6。
作为优选，在所述步骤(4)和(5)中，所述含有三乙醇铝的溶液中三乙醇铝的浓度为0.3-0.8mg/ml，所述第一退火处理和所述第二退火处理的具体工艺为：在在400-550℃的温度下退火处理30-50分钟。
作为优选，在所述步骤(6)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-6纳米，所述P型非晶硅层的厚度为4-6纳米。
作为优选，在所述步骤(7)中，所述第二本征非晶硅层的厚度为5-8纳米，所述N型非晶硅层的厚度为6-9纳米。
作为优选，在所述步骤(8)和(9)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300-600纳米。
作为优选，在所述步骤(10)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凹槽中，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1-4微米。
作为优选，在所述步骤(11)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凹槽中，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1-4微米。
本发明还提出一种N型单晶硅基太阳能电池，其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型单晶硅基太阳能电池中，通过在所述N型单晶硅片的上下表面分别形成多个平行排列的相对应第一矩形凹槽和第二矩形凹槽，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠，进而使得所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度缩小至80-90微米，同时可以确保该N型单晶硅片不易破碎，保证相应太阳能电池的良品率。通过利用利用本发明的N型单晶硅片形成N型单晶硅基HIT太阳能电池，有效缩短了电子在N型单晶硅片中的传输距离，进而有效提高了电子的收集效率，使得本发明的N型单晶硅基太阳能电池具有优异的光电转换效率。通过在N型单晶硅片的上下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，可以有效钝化N型单晶硅片表面的缺陷态。通过优化第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的具体尺寸、重叠部分的宽度、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N型单晶硅基太阳能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N型单晶硅基太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型单晶硅片，对所述N型单晶硅片进行双面制绒处理，在所述N型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型单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形凹槽，在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形凹槽，多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽分别一一对应，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽的尺寸相同，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；3)对多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形凹槽和所述第二矩形凹槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述N型单晶硅片的上表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第一退火处理，以形成第一氧化铝钝化层；5)接着在所述N型单晶硅片的下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第二退火处理，以形成第二氧化铝钝化层；6)接着在所述N型单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和P型非晶硅层；7)接着在所述N型单晶硅片的下表面依次沉积第二本征非晶硅层和N型非晶硅层；8)接着在所述N型单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；9)接着在所述N型单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；10)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；11)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
其中，在所述步骤(2)中，所述第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的宽度均为6-9毫米，相邻所述第一矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，相邻所述第二矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为70-90微米，所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度为80-90微米，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的宽度的比值为0.3-0.6。在所述步骤(4)和(5)中，所述含有三乙醇铝的溶液中三乙醇铝的浓度为0.3-0.8mg/ml，所述第一退火处理和所述第二退火处理的具体工艺为：在在400-550℃的温度下退火处理30-50分钟。在所述步骤(6)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-6纳米，所述P型非晶硅层的厚度为4-6纳米。在所述步骤(7)中，所述第二本征非晶硅层的厚度为5-8纳米，所述N型非晶硅层的厚度为6-9纳米。在所述步骤(8)和(9)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300-600纳米。在所述步骤(10)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凹槽中，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1-4微米。在所述步骤(11)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凹槽中，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1-4微米。
如图1所示，本发明提出一种N型单晶硅基太阳能电池，所述N型单晶硅基太阳能电池从上至下包括第一栅电极1、第一透明导电层2、P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4、第一氧化铝钝化层5、N型单晶硅片6、第二氧化铝钝化层7、第二本征非晶硅层8、N型非晶硅层9、第二透明导电层10以及第二栅电极11，其中，第一透明导电层2、P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4以及第一氧化铝钝化层5中的一部分位于N行单晶硅片6的第一矩形凹槽61中，所述第一栅电极1的主栅线位于所述第一矩形凹槽61中，第二氧化铝钝化层7、第二本征非晶硅层8、N型非晶硅层9以及第二透明导电层10的一部分位于N型单晶硅片6的第二矩形凹槽62中，所述第二栅电极11的主栅线位于所述第二矩形凹槽62中。
实施例1：
一种N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型单晶硅片，对所述N型单晶硅片进行双面制绒处理，在所述N型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型单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形凹槽，在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形凹槽，多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽分别一一对应，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽的尺寸相同，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；3)对多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形凹槽和所述第二矩形凹槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述N型单晶硅片的上表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第一退火处理，以形成第一氧化铝钝化层；5)接着在所述N型单晶硅片的下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第二退火处理，以形成第二氧化铝钝化层；6)接着在所述N型单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和P型非晶硅层；7)接着在所述N型单晶硅片的下表面依次沉积第二本征非晶硅层和N型非晶硅层；8)接着在所述N型单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；9)接着在所述N型单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；10)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；11)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
其中，在所述步骤(2)中，所述第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的宽度均为7.5毫米，相邻所述第一矩形凹槽之间的间距为7.5毫米，相邻所述第二矩形凹槽之间的间距为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80微米，所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度为85微米，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的宽度的比值为0.45。在所述步骤(4)和(5)中，所述含有三乙醇铝的溶液中三乙醇铝的浓度为0.5mg/ml，所述第一退火处理和所述第二退火处理的具体工艺为：在500℃的温度下退火处理40分钟。在所述步骤(6)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为5纳米，所述P型非晶硅层的厚度为5纳米。在所述步骤(7)中，所述第二本征非晶硅层的厚度为6纳米，所述N型非晶硅层的厚度为8纳米。在所述步骤(8)和(9)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(10)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凹槽中，所述第一栅电极的材质为银，所述第一栅电极的厚度为2微米。在所述步骤(11)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凹槽中，所述第二栅电极的材质为银，所述第二栅电极的厚度为2微米。
上述方法制备的N型单晶硅基太阳能电池的开路电压为0.74V，短路电流为39.9mA/cm2，填充因子为0.84，光电转换效率为24.8％。
实施例2
一种N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型单晶硅片，对所述N型单晶硅片进行双面制绒处理，在所述N型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型单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形凹槽，在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形凹槽，多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽分别一一对应，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽的尺寸相同，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；3)对多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形凹槽和所述第二矩形凹槽各自的底面形成类金字塔微结构；4)接着在所述N型单晶硅片的上表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第一退火处理，以形成第一氧化铝钝化层；5)接着在所述N型单晶硅片的下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第二退火处理，以形成第二氧化铝钝化层；6)接着在所述N型单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和P型非晶硅层；7)接着在所述N型单晶硅片的下表面依次沉积第二本征非晶硅层和N型非晶硅层；8)接着在所述N型单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；9)接着在所述N型单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；10)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；11)在所述第二透明导电层上沉积第二栅电极。
其中，在所述步骤(2)中，所述第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的宽度均为7毫米，相邻所述第一矩形凹槽之间的间距为8毫米，相邻所述第二矩形凹槽之间的间距为8毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为90微米，所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度为80微米，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的宽度的比值为0.35。在所述步骤(4)和(5)中，所述含有三乙醇铝的溶液中三乙醇铝的浓度为0.4mg/ml，所述第一退火处理和所述第二退火处理的具体工艺为：在在450℃的温度下退火处理50分钟。在所述步骤(6)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4纳米，所述P型非晶硅层的厚度为6纳米。在所述步骤(7)中，所述第二本征非晶硅层的厚度为8纳米，所述N型非晶硅层的厚度为7纳米。在所述步骤(8)和(9)中，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层均为层叠的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300纳米。在所述步骤(10)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凹槽中，所述第一栅电极的材质为铜，所述第一栅电极的厚度为4微米。在所述步骤(11)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凹槽中，所述第二栅电极的材质为铜，所述第二栅电极的厚度为4微米。
上述方法制备的N型单晶硅基太阳能电池的开路电压为0.73V，短路电流为39.5mA/cm2，填充因子为0.84，光电转换效率为24.2％。
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 (9)
1.一种N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)提供一N型单晶硅片，对所述N型单晶硅片进行双面制绒处理，在所述N型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型单晶硅片的上表面形成多个平行排列的第一矩形凹槽，在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列的第二矩形凹槽，多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽分别一一对应，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽的尺寸相同，且所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上部分重叠；
3)对多个所述第一矩形凹槽和多个所述第二矩形凹槽进行二次制绒处理，以在所述第一矩形凹槽和所述第二矩形凹槽各自的底面形成类金字塔微结构；
4)接着在所述N型单晶硅片的上表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第一退火处理，以形成第一氧化铝钝化层；
5)接着在所述N型单晶硅片的下表面喷涂含有三乙醇铝的溶液，然后进行第二退火处理，以形成第二氧化铝钝化层
6)接着在所述N型单晶硅片的上表面依次沉积第一本征非晶硅层和P型非晶硅层；
7)接着在所述N型单晶硅片的下表面依次沉积第二本征非晶硅层和N型非晶硅层；
8)接着在所述N型单晶硅片的上表面沉积第一透明导电层；
9)接着在所述N型单晶硅片的下表面沉积第二透明导电层；
10)在所述第一透明导电层上沉积第一栅电极；
11)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N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述第一矩形凹槽与所述第二矩形凹槽的宽度均为6-9毫米，相邻所述第一矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，相邻所述第二矩形凹槽之间的间距为6-9毫米，所述第一矩形沟槽与所述第二矩形沟槽的深度为70-90微米，所述第一矩形凹槽的底面与相应的所述第二矩凹槽的底面之间的单晶硅片的厚度为80-90微米，所述第一矩形凹槽与相应的所述第二矩形凹槽在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的宽度的比值为0.3-0.6。
3.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)和(5)中，所述含有三乙醇铝的溶液中三乙醇铝的浓度为0.3-0.8mg/ml，所述第一退火处理和所述第二退火处理的具体工艺为：在在400-550℃的温度下退火处理30-50分钟。
4.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，所述第一本征非晶硅层的厚度为4-6纳米，所述P型非晶硅层的厚度为4-6纳米。
5.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(7)中，所述第二本征非晶硅层的厚度为5-8纳米，所述N型非晶硅层的厚度为6-9纳米。
6.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(8)和(9)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300-600纳米。
7.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(10)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凹槽中，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1-4微米。
8.根据权利要求1所述的N型单晶硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(11)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凹槽中，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1-4微米。
9.一种N型单晶硅基太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备形成的。
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