CN109461780B - 高匹配度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
本发明涉及的一种高匹配度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n型非晶硅掺杂层的外侧设有n面TCO导电膜；所述背面的非晶硅本征层外侧设有p型非晶硅掺杂层，所述p型非晶硅掺杂层的外侧设有p面TCO导电膜；所述n面TCO导电膜采用功函数低于p面TCO导电膜的TCO作为透明导电减反射层。本发明通过双面沉积不同TCO的方式，n面采用低功函数的TCO，p面采用高功函数的TCO，使非晶硅掺杂层与TCO形成良好的接触，降低非晶硅掺杂层与TCO的接触电阻，减少接触损失，提升HJT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，尤其涉及一种高匹配度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。
在制备HJT太阳能电池的过程中，PECVD在决定产品的性能方面扮演着最重要的角色。入光面所沉积的钝化层为本征层（i），并在上面堆叠掺磷的（n）层，背面同样沉积本征钝化层（i）并堆叠掺硼的（p）层,表面钝化层i/p和i/n的厚度都约为12～20nm。 然后在正反两面溅镀上约50-100nm的透明导电膜,目前大都采用传统的ITO(铟锡氧化物)作为透明导电膜层,在透明导电膜上可以用丝印低温银浆的方式制造正反两面的导线,或者采用电铸铜的方式来制作入光面的导线,这样便完成一个HJT电池片的制作。
如图1所示，为现有技术的HJT电池片的电极结构。现有技术是正反面透明导电氧化物薄膜都采用ITO(铟锡氧化物)作为透明导电膜层。但载流子在膜层之间的传输与膜层的带隙、功函数相关，对于HJT电池，n面与p面对TCO的功函数要求是不一样的，p面的TCO要求具有高功函数，n面的TCO要求具有低功函数。当双面TCO都采用ITO结构时，无法匹配p、n面的要求，使得非晶硅掺杂层和透明导电膜层无法更好地匹配，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，提供一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法，使得非晶硅掺杂层与TCO层更能很好匹配，形成良好接触。
本发明的目的是这样实现的：
一种高匹配度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n型非晶硅掺杂层的外侧设有n面TCO导电膜，所述n面TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极；所述背面的非晶硅本征层外侧设有p型非晶硅掺杂层，所述p型非晶硅掺杂层的外侧设有p面TCO导电膜，所述p面TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极；所述n面TCO导电膜采用功函数低于p面TCO导电膜的TCO作为透明导电减反射层。
一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，所述n面TCO导电膜采用功函数为3.5~4.7eV的TCO作为透明导电减反射层。
一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，所述p面TCO导电膜采用功函数为5.1~6.9eV的TCO作为透明导电减反射层。
一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，所述n面TCO导电膜的厚度为70~110nm，所述p面TCO导电膜的厚度为70~110nm。
一种高匹配度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，正背面的非晶硅本征层各自采用一步完成7nm沉积；
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RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜，其中n面TCO导电膜采用功函数低于p面TCO导电膜的TCO作为透明导电减反射层；
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。
一种高匹配度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面TCO导电膜采用功函数为3.5~4.7eV的TCO作为透明导电减反射层，所述p面TCO导电膜采用功函数为5.1~6.9eV的TCO作为透明导电减反射层。
一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构的制备方法，所述正背面的非晶硅本征层厚度为5~10nm。
一种高匹配度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型非晶硅掺杂层厚度为4~8nm，所述p型非晶硅掺杂层的厚度为7~15 nm。
一种高匹配度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：
本发明通过双面沉积不同TCO的方式，其中n面采用低功函数的TCO，p面采用高功函数的TCO，使非晶硅掺杂层与TCO形成良好的接触，从而降低非晶硅掺杂层与TCO的接触电阻，减少接触损失，从而提升HJT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2、n型非晶硅掺杂层3、p型非晶硅掺杂层4、n面TCO导电膜5、p面TCO导电膜6、Ag电极7。
具体实施方式
实施例1：
参见图2，本发明涉及的一种高匹配度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2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有n型非晶硅掺杂层3，所述n型非晶硅掺杂层3的外侧设有n面TCO导电膜5，所述n面TCO导电膜5的外侧设有若干Ag电极7；
所述背面的非晶硅本征层2外侧设有p型非晶硅掺杂层4，所述p型非晶硅掺杂层4的外侧设有p面TCO导电膜6，所述p面TCO导电膜6的外侧设有若干Ag电极7。
所述n面TCO导电膜5采用功函数为4.3eV的ITO作为透明导电减反射层，，所述n面TCO导电膜5的厚度为100nm；所述p面TCO导电膜6采用功函数为5.8eV的IWO作为透明导电减反射层，所述p面TCO导电膜6的厚度为100nm。
本发明涉及的一种高匹配度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，正背面的非晶硅本征层2各自采用一步完成7nm沉积；
（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3，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4，总厚度为10nm；
（6）使用PVD方法在n面TCO导电膜5沉积ITO，使用RPD的方法在p面TCO导电膜6沉积IWO，厚度各为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极7；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜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，本发明涉及的一种高匹配度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2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有n型非晶硅掺杂层3，所述n型非晶硅掺杂层3的外侧设有n面TCO导电膜5，所述n面TCO导电膜5的外侧设有若干Ag电极7；
所述背面的非晶硅本征层2外侧设有p型非晶硅掺杂层4，所述p型非晶硅掺杂层4的外侧设有p面TCO导电膜6，所述p面TCO导电膜6的外侧设有若干Ag电极7。
所述n面TCO导电膜5采用功函数为3.8eV的AZO作为透明导电减反射层，所述n面TCO导电膜5的厚度为100nm；所述p面TCO导电膜6采用功函数为6.8eV的IMO作为透明导电减反射层，所述p面TCO导电膜6的厚度为100nm。
本发明涉及的一种高匹配度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，正背面的非晶硅本征层2各自采用一步完成7nm沉积；
（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3，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4，总厚度为10nm；
（6）使用PVD方法沉积TCO导电膜，其中n面TCO导电膜5沉积AZO，p面TCO导电膜6沉积IMO，厚度各为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极7；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜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，本发明涉及的一种高匹配度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2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有n型非晶硅掺杂层3，所述n型非晶硅掺杂层3的外侧设有n面TCO导电膜5，所述n面TCO导电膜5的外侧设有若干Ag电极7；
所述背面的非晶硅本征层2外侧设有p型非晶硅掺杂层4，所述p型非晶硅掺杂层4的外侧设有p面TCO导电膜6，所述p面TCO导电膜6的外侧设有若干Ag电极7。
所述n面TCO导电膜5采用功函数为4.3eV的TCO作为透明导电减反射层，例如AZO、ITO，所述n面TCO导电膜5的厚度为100nm；所述p面TCO导电膜6采用功函数为6.3eV的TCO作为透明导电减反射层，例如IWO、IMO、ITiO等，所述p面TCO导电膜6的厚度为100nm。
本发明涉及的一种高匹配度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，正背面的非晶硅本征层2各自采用一步完成7nm沉积；
（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3，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4，总厚度为10nm；
（6）使用PVD方法沉积TCO导电膜，其中n面TCO导电膜5沉积ITO，p面TCO导电膜6沉积ITiO，厚度各为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极7；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜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双面TCO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0.1%的提升。
| Voc（mV） | Isc（mA/cm2） | FF（%） | Eta（%） | |
| 现有技术 | 736.4 | 38.52 | 80 | 22.693 |
| 实施例1 | 736.6 | 38.53 | 80.35 | 22.804 |
| 实施例2 | 736.9 | 38.5 | 80.25 | 22.767 |
| 实施例3 | 736.5 | 38.55 | 80.28 | 22.793 |
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)
1.一种高匹配度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（2），其特征在于：所述正面的非晶硅本征层（2）的外侧设有n型非晶硅掺杂层（3），所述n型非晶硅掺杂层（3）的外侧设有n面TCO导电膜（5），所述n面TCO导电膜（5）的外侧设有若干Ag电极（7）；所述背面的非晶硅本征层（2）外侧设有p型非晶硅掺杂层（4），所述p型非晶硅掺杂层（4）的外侧设有p面TCO导电膜（6），所述p面TCO导电膜（6）的外侧设有若干Ag电极（7）；所述n面TCO导电膜（5）采用功函数低于p面TCO导电膜（6）的TCO作为透明导电减反射层；
所述n面TCO导电膜（5）采用功函数为3.5~4.7eV的TCO作为透明导电减反射层；
所述p面TCO导电膜（6）采用功函数为5.1~6.9eV的TCO作为透明导电减反射层。
2.根据权利要求1所述的一种高匹配度的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构，其特征在于：所述n面TCO导电膜（5）的厚度为70~110nm，所述p面TCO导电膜（6）的厚度为70~110nm。
3.一种权利要求1所述的高匹配度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型晶体硅片（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，正背面的非晶硅本征层（2）各自采用一步完成7nm沉积；
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（3）；
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（4）；
第六步、使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜，其中n面TCO导电膜（5）采用功函数低于p面TCO导电膜（6）的TCO作为透明导电减反射层；
第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极（7）；
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。
4.根据权利要求3所述的一种高匹配度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面TCO导电膜（5）采用功函数为3.5~4.7eV的TCO作为透明导电减反射层，所述p面TCO导电膜（6）采用功函数为5.1~6.9eV的TCO作为透明导电减反射层。
5.根据权利要求3所述的一种高匹配度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: 所述正背面的非晶硅本征层（2）厚度为5~10nm。
6.根据权利要求3所述的一种高匹配度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（3）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所述的一种高匹配度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导电膜厚度为70~110nm。
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