CN109411551A - 多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有多层非晶硅本征层，所述正背面的非晶硅本征层的外侧设有非晶硅掺杂层，所述非晶硅掺杂层外侧设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧均设有若干Ag电极，相邻两层非晶硅本征层之间均设有H等离子体处理层，最外层的非晶硅本征层和非晶硅掺杂层之间设有H等离子体处理层。本发明采用多步沉积非晶硅本征层，在完成每一步沉积后都加一步H等离子体处理，既可以增加薄膜中H原子含量，提高非晶硅本征层对晶硅表面的钝化效果，同时降低非晶硅本征层自身的缺陷态密度，提升太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法。
背景技术
“光伏领跑者计划”是国家能源局拟从2015年开始，之后每年都实行的光伏扶持专项计划，意在促进光伏发电技术进步、产业升级、市场应用和成本下降为目的，通过市场支持和试验示范，以点带面，加速技术成果向市场应用转化，以及落后技术、产能淘汰，实现2020年光伏发电用电侧平价上网目标。在“领跑者”计划中所采用技术和使用的组件都是行业技术绝对领先的技术和产品，高效PERC、黑硅、N型双面、硅异质结（HJT）等高效电池的开发越来越受重视。其中硅基异质结（HJT)太阳电池的高转化效率、高开路电压、低温度系数、无光致衰减（LID）、无电致衰减（PID）、低制程工艺温度等优势成为了最热门研究方向之一。
性能优异的非晶硅薄膜钝化技术是获得高效HJT电池的关键技术。本征非晶硅的钝化主要是通过非晶硅薄膜内的H原子钝化晶体硅表面的悬挂键，但为了避免晶硅、非晶硅界面的外延生长和H离子对晶硅表面的轰击，沉积的非晶硅薄膜内的H原子含量有限，不能很好钝化晶体硅表面悬挂键，非晶硅本身也具有很多悬挂键缺陷态，成为复合中心，影响HJT太阳能电池的光电转换效率。
如图1所示，为现有技术的HJT电池片的电极结构。现有技术是完成非晶硅本征层沉积后直接沉积P层和N层，直接沉积的非晶硅本征薄层内H原子的含量少，且非晶硅本征层自身悬挂键缺陷多，既不能有效地钝化晶硅表面的悬挂键，减少界面缺陷态密度，又因为自身的悬挂键缺陷多，对HJT太阳能电池的电性能产生不良影响，不能满足高效HJT太阳能电池的需求，无法更进一步提升太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法，提高钝化效果，同时降低非晶硅本征层自身的缺陷态密度。
本发明的目的是这样实现的：
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有非晶硅本征层，所述正面的非晶硅本征层的外侧设有n型非晶硅掺杂层，所述背面的非晶硅本征层的外侧设有p型非晶硅掺杂层，所述n型非晶硅掺杂层和p型非晶硅掺杂层的外侧均设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧均设有若干Ag电极，所述非晶硅本征层设有多层，相邻两层非晶硅本征层之间均设有H等离子体处理层，正面最外层的非晶硅本征层和n型非晶硅掺杂层之间设有H等离子体处理层，背面最外层的非晶硅本征层和p型非晶硅掺杂层之间设有H等离子体处理层。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，所述非晶硅本征层的总厚度为6~12nm，每层非晶硅本征层的厚度大于2nm。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
第一步、选取基材N型单晶硅片进行制绒、清洗处理；
第二步、通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的本征非晶硅各采用多步沉积，每沉积完一步采用H等离子体处理为20~60s；
第三步、选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层；
第五步、使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层；
第六步、使用反应离子沉积方法沉积TCO导电膜；
第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极；
第八步、固化使得银栅线与TCO导电膜之间形成良好的欧姆接触；
第九步、进行测试电池的电性能。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，所述非晶硅本征层的总厚度为6~12nm，每层非晶硅本征层的厚度大于2nm。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，所述H等离子体处理的时间为20~60s。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，所述n型非晶硅掺杂层的厚度为4~8nm，所述p型非晶硅掺杂层的厚度为7~15 nm。
一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，所述TCO导电膜厚度为70~110nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在沉积非晶硅本征层采用多步沉积，在完成每一步沉积后都加一步H等离子体处理，既可以增加薄膜中H原子含量，提高非晶硅本征层对晶硅表面的钝化效果，同时降低非晶硅本征层自身的缺陷态密度，提升太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为现有HJT异质结太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明HJT异质结太阳能电池的结构示意图。
其中：
N型晶体硅片1、非晶硅本征层第一层2、H等离子体处理第一层3、非晶硅本征层第二层4、H等离子体处理第二层5、n型非晶硅掺杂层6、p型非晶硅掺杂层7、TCO导电膜8、Ag电极9。
具体实施方式
实施例1：
参见图2，本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有两层非晶硅本征层，即N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层第一层2和非晶硅本征层第二层4；
所述正面的非晶硅本征层第二层4的外侧设有n型非晶硅掺杂层6，所述n型非晶硅掺杂层6的外侧设有TCO导电膜8，所述正面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述背面的非晶硅本征层第二层4外侧设有p型非晶硅掺杂层7，所述p型非晶硅掺杂层7的外侧设有TCO导电膜8，所述背面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第一层2和非晶硅本征层第二层4之间均设有H等离子体处理第一层3，所述非晶硅本征层第二层4和n型非晶硅掺杂层6之间设有H等离子体处理第二层5，所述非晶硅本征层第二层4和p型非晶硅掺杂层7之间也设有H等离子体处理第二层5。
所述非晶硅本征层第一层2的厚度为4nm，所述非晶硅本征层第二层4的厚度为3nm。
本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的本征非晶硅各采用两步沉积，每沉积完一步采用H等离子体处理30s；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层6，厚度为6nm；
（5）使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层7，总厚度为10nm；
（6）使用RPD或PVD方法沉积TCO导电膜8，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极9；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜8之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
实施例2：
参见图2，本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有三层非晶硅本征层，即N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层第一层2、非晶硅本征层第二层4和非晶硅本征层第三层；
所述正面的非晶硅本征层第三层的外侧设有n型非晶硅掺杂层6，所述n型非晶硅掺杂层6的外侧设有TCO导电膜8，所述正面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述背面的非晶硅本征层第三层的外侧设有p型非晶硅掺杂层7，所述p型非晶硅掺杂层7的外侧设有TCO导电膜8，所述背面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第一层2和非晶硅本征层第二层4之间均设有H等离子体处理第一层3，所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第二层4和非晶硅本征层第三层之间均设有H等离子体处理第二层5，所述非晶硅本征层第三层和n型非晶硅掺杂层6之间设有H等离子体处理第三层，所述非晶硅本征层第三层和p型非晶硅掺杂层7之间也设有H等离子体处理第三层。
所述非晶硅本征层第一层2的厚度为3nm，所述非晶硅本征层第二层4的厚度为3nm，所述非晶硅本征层第三层的厚度为2nm。
本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的本征非晶硅各采用三步沉积，每沉积完一步采用H等离子体处理20s；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层6，厚度为6nm；
（5）使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层7，总厚度为10nm；
（6）使用RPD或PVD方法沉积TCO导电膜8，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极9；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜8之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
实施例3：
参见图2，本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有四层非晶硅本征层，即N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层第一层2、非晶硅本征层第二层4、非晶硅本征层第三层和非晶硅本征层第四层；
所述正面的非晶硅本征层第四层的外侧设有n型非晶硅掺杂层6，所述n型非晶硅掺杂层6的外侧设有TCO导电膜8，所述正面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述背面的非晶硅本征层第四层的外侧设有p型非晶硅掺杂层7，所述p型非晶硅掺杂层7的外侧设有TCO导电膜8，所述背面的TCO导电膜8的外侧设有若干Ag电极9；
所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第一层2和非晶硅本征层第二层4之间均设有H等离子体处理第一层3，所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第二层4和非晶硅本征层第三层之间均设有H等离子体处理第二层5，所述N型晶体硅片1的正面和背面的非晶硅本征层第三层和非晶硅本征层第四层之间均设有H等离子体处理第三层，所述非晶硅本征层第四层和n型非晶硅掺杂层6之间设有H等离子体处理第四层，所述非晶硅本征层第四层和p型非晶硅掺杂层7之间也设有H等离子体处理第四层。
所述非晶硅本征层第一层2的厚度为3nm，所述非晶硅本征层第二层4的厚度为2nm，所述非晶硅本征层第三层的厚度为2nm，所述非晶硅本征层第四层的厚度为2nm。
本发明涉及的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的本征非晶硅各采用四步沉积，每沉积完一步采用H等离子体处理60s；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层6，厚度为6nm；
（5）使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层7，总厚度为10nm；
（6）使用RPD或PVD方法沉积TCO导电膜8，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极9；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜8之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
将本发明的实施例数据与非晶硅本征层结构不同其他参数均相同的现有技术对比，本发明与现有技术的电性能对比参见下表，主要从开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF体现，可以得到本发明的太阳能电池电性能参数的提升，使太阳能电池的转换效率Eta有绝对0.15%的提升。
| Voc（mV） | Isc（mA/cm2） | FF（%） | Eta（%） | |
| 现有技术 | 736.8 | 38.35 | 80 | 22.605 |
| 实施例1 | 739.8 | 38.4 | 80.1 | 22.755 |
| 实施例2 | 738.5 | 38.33 | 80.35 | 22.744 |
| 实施例3 | 739 | 38.37 | 80.2 | 22.741 |
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，它包括N型晶体硅片（1），所述N型晶体硅片（1）的正面和背面均设有非晶硅本征层，所述正面的非晶硅本征层的外侧设有n型非晶硅掺杂层（6），所述背面的非晶硅本征层的外侧设有p型非晶硅掺杂层（7），所述n型非晶硅掺杂层（6）和p型非晶硅掺杂层（7）的外侧均设有TCO导电膜（8），所述TCO导电膜（8）的外侧均设有若干Ag电极（9），其特征在于：所述非晶硅本征层设有多层，相邻两层非晶硅本征层之间均设有H等离子体处理层，正面最外层的非晶硅本征层和n型非晶硅掺杂层（6）之间设有H等离子体处理层，背面最外层的非晶硅本征层和p型非晶硅掺杂层（7）之间设有H等离子体处理层。
2.根据权利要求1所述的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，其特征在于：所述非晶硅本征层的总厚度为6~12nm，每层非晶硅本征层的厚度大于2nm。
3.一种权利要求1所述的多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
第一步、选取基材N型单晶硅片（1）进行制绒、清洗处理；
第二步、通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的本征非晶硅各采用多步沉积，每沉积完一步采用H等离子体处理为20~60s；
第三步、选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层（6）；
第五步、使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层（7）；
第六步、使用反应离子沉积方法沉积TCO导电膜（8）；
第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极（9）；
第八步、固化使得银栅线与TCO导电膜（8）之间形成良好的欧姆接触；
第九步、进行测试电池的电性能。
4.根据权利要求3所述的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，其特征在于: 所述非晶硅本征层的总厚度为6~12nm，每层非晶硅本征层的厚度大于2nm。
5.根据权利要求3所述的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，其特征在于:所述H等离子体处理的时间为20~60s。
6.根据权利要求3所述的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，其特征在于: 所述n型非晶硅掺杂层（6）的厚度为4~8nm，所述p型非晶硅掺杂层（4）的厚度为7~15 nm。
7.根据权利要求3所述的一种多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，其特征在于:所述TCO导电膜（8）厚度为70~110nm。
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