CN110120435A - 多结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多结太阳能电池及其制备方法，方法包括如下步骤：提供第一子电池，其中，所述第一子电池包括依序叠层设置的第一衬底、第一背场层、第二吸收层和第一窗口层；在所述第一窗口层上制作形成第一透明导电层；提供第二子电池，其中，所述第二子电池包括依序叠层设置的第二衬底、牺牲层、第二窗口层、第二吸收层和第二背场层；在所述第二背场层上制作形成第二透明导电层；键合所述第一透明导电层和所述第二透明导电层；去除所述牺牲层和所述第二衬底；在所述第一背场层上制作形成背电极，在所述第二窗口层上制作形成正电极。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种多结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着太阳电池对于高效率、低成本的需求日益强烈，其结构都朝着多结方向发展，但是由于直接外延生长多结尤其是三结以上太阳电池所需时间长，要求设备稳定性极好，且子电池之间的隧道结要求掺杂浓度高，界面陡峭，直接生长实现起来十分困难，因而出现了不同子电池生长完成后再键合的解决办法。目前键合的方法主要有两种：一种是直接晶片键合，这种方法对子电池的表面清洁度及平整度要求十分苛刻，如果子电池键合面有翘曲，进行晶片键合时容易使子电池直接碎裂而造成不可挽回的损失，成本昂贵；另一种方法是金属键合，在子电池表面覆盖几百纳米厚的金属将子电池键合在一起，而过厚的金属透射率低，导致底部子电池吸收的光子总量减少，光谱响应降低，从而使得整个键合多结太阳电池的电流降低，且由于光电流不匹配容易衍生出多结太阳电池的散热问题；还有一种图形化的金属键合方法使光透射率的问题得到改善，但是图形化工艺复杂，对准困难且仍然存在遮光损失。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种透光率高的多结太阳能电池以及一种制备工艺简单且成本较低的多结太阳能电池的制备方法。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种多结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
提供第一子电池，其中，所述第一子电池包括依序叠层设置的第一衬底、第一背场层、第二吸收层和第一窗口层；
在所述第一窗口层上制作形成第一透明导电层；
提供第二子电池，其中，所述第二子电池包括依序叠层设置的第二衬底、牺牲层、第二窗口层、第二吸收层和第二背场层；
在所述第二背场层上制作形成第二透明导电层；
键合所述第一透明导电层和所述第二透明导电层；
去除所述牺牲层和所述第二衬底；
在所述第一背场层上制作形成背电极，在所述第二窗口层上制作形成正电极。
优选地，去除所述第二衬底的制备方法具体为腐蚀所述牺牲层以剥离所述第二衬底。
或者，去除所述第二衬底的制备方法具体为直接腐蚀所述牺牲层及所述第二衬底。
优选地，所述键合所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的制备方法具体包括：
将所述第一透明导电层和所述第二透明导电层对准并贴合固定；
将所述第一子电池和所述第二子电池置入退火设备中进行退火处理，以使得所述第一透明导电层和所述第二透明导电层键合。
优选地，所述退火处理的温度范围为200℃～500℃。
优选地，在所述第二窗口层上制作形成正电极的制备方法具体包括：
在所述第二窗口层上制作形成电流扩展层和/或抗反射层；
对所述电流扩展层和/或所述抗反射层进行图形化处理以形成所述正电极。
优选地，所述第一透明导电层和/或第二透明导电层为氧化铟锡层或者铝掺杂氧化锌层。
优选地，所述第一子电池的光吸收波段为900nm～1600nm，所述第二子电池的光吸收波段为300nm～900nm。
优选地，所述第一透明导电层在900nm～1600nm光波段的透射率大于或等于90％，反射率低于小于或等于5％；所述第二透明导电层在300nm～900nm光波段反射率大于或等于30％，透射率小于或等于65％。
本发明公开了一种多结太阳能电池，包括第一子电池、第二子电池、第一透明导电层、第二透明导电层、背电极和正电极；所述第一子电池包括依序叠层设置的第一衬底、第一背场层、第二吸收层和第一窗口层，所述第一透明导电层设置在所述第一窗口层上，所述第二透明导电层设置在所述第一透明导电层上；所述第二子电池包括依序叠层设置在所述第二透明导电层上的第二背场层、第二吸收层和第二窗口层；所述背电极贴合在所述第一背场层上，所述正电极贴合在所述第二窗口层上。
本发明公开一种多结太阳能电池的制备方法，对子电池键合表面要求低，透明导电层电阻率低且透光率较高，且可针对不同吸收波段的子电池设计具有不同透射率和反射率的透明导电层，可提高光利用率及电流传导，进而提高电流及效率。
附图说明
图1A至图1G为本发明实施例多结太阳能电池的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1A至图1G示出了本发明实施例的太阳能电池的制备方法的工艺流程。
步骤S1、如图1A所示，提供第一子电池10，其中，第一子电池10包括依序叠层设置的第一衬底11、第一背场层12、第二吸收层13和第一窗口层14。
步骤S2、如图1B所示，在第一窗口层14上制作形成第一透明导电层20。
作为优选实施例，第一透明导电层20的制作材料优选为氧化铟锡，采用光学镀膜机在第一窗口层14上镀一层氧化铟锡形成第一透明导电层20。本实施例中的第一透明导电层20的厚度优选为250nm，第一透明导电层20在900nm～1600nm光波段的透射率大于或等于90％，反射率低于小于或等于5％。进一步地，本实施例的第一子电池10的光吸收波段为900nm～1600nm，这样可使更多的900nm～1600nm的光透过第一透明导电层20而到达第一子电池10，增大光吸收率，提高发电效率。
步骤S3、如图1C所示，提供第二子电池30，第二子电池30包括依序叠层设置的第二衬底31、牺牲层35、第二窗口层32、第二吸收层33和第二背场层34。
其中，通过设置牺牲层35可在后续步骤中去除第二衬底31时可以保护电池的其他部分。
步骤S4、如图1D所示，在第二背场层34上制作形成第二透明导电层40。
作为优选实施例，第二透明导电层40的制作材料优选为氧化铟锡，采用光学镀膜机在第二背场层34上镀一层氧化铟锡形成第二透明导电层40。当然在其他实施方式中，本实施例中的第二透明导电层40的厚度优选为150nm，第二透明导电层40在300nm～900nm光波段反射率大于或等于30％，透射率小于或等于65％。进一步地，本实施例的第二子电池30的光吸收波段为300nm～900nm，这样可使更多的300nm～900nm的光通过第二透明导电层40的反射而到达第二子电池30，增大光吸收率，提高发电效率。
步骤S5、如图1E所示，键合第一透明导电层20和第二透明导电层40。
该步骤具体包括如下：
S51、将第一透明导电层20和第二透明导电层40对准并贴合固定，可利用夹具固定。
S52、将第一子电池10和第二子电池30置入退火设备中进行退火处理，以使得第一透明导电层20和第二透明导电层40键合。退火设备可选为常见的管式退火炉和快速退火炉，退火的温度可控制在在200℃～500℃，这样利用分子间的键合作用力，第一透明导电层20和第二透明导电层40紧紧地固定在一起，从而第一子电池10和第二子电池30相对固定。两者共同组成多结太阳能电池，由于第一子电池10和第二子电池30对应吸收不同波长的光波，因此两者相互配合可吸收更宽波长范围的光波，增大光吸收率，提高发电效率。进一步地，通过第一透明导电层20和第二透明导电层40的配合，可相应提高第一子电池10和第二子电池30的发电效率。
步骤S6、如图1F所示，去除牺牲层35和第二衬底31。
具体地，采用化学腐蚀法腐蚀牺牲层35从而实现第二衬底31的剥离。当然在其他实施方式中，可采用不同的腐蚀液直接对第二衬底31和牺牲层35进行腐蚀从而去除牺牲层35和第二衬底31。
步骤S7、如图1G所示，在第一衬底上11上制作形成背电极50，在第二窗口层32上制作形成正电极60。
具体地，制作背电极50时，在键合好的太阳光的背光面上，本实施例中第一背场层11为背光面，即在第一背场层11上沉积金属材料或者金属合金材料形成背电极50。本实施例中的第一衬底上11为导电衬底。
进一步地，制作正电极60时，在键合好的太阳能电池的入光面上，本实施例中第二窗口层32为入光面，即先在第二窗口层32上制作形成抗反射层或者电流扩展层，对抗反射层或者电流扩展层进行图形化处理以形成正电极60。具体地抗反射层或者电流扩展层刻蚀出需要的电极图案，接着在电极图案上生长金属材料或者金属合金材料以形成正电极60。其中电流扩展层用于收集第二窗口层32上的电流，抗反射层可以减少太阳光的反射，使得更多的太阳光被电池吸收，从而提高发电效率。
进一步地，制作形成背电极50和正电极60后，对背电极50和正电极60进行合金化处理，使得正电极60与第二窗口层32之间形成欧姆接触层，使得背电极50与第一衬底11之间形成欧姆接触层。
如图1G所示，本发明还公开了一种多结太阳能电池，包括第一子电池10、第二子电池30、第一透明导电层20、第二透明导电层40、背电极50和正电极60；第一子电池10包括依序叠层设置的第一衬底11、第一背场层12、第二吸收层13和第一窗口层14，第一透明导电层20设置在第一窗口层14上，第二透明导电层40设置在第一透明导电层20上；第二子电池30包括依序叠层设置在第二透明导电层40上的第二背场层34、第二吸收层33和第二窗口层32；背电极50贴合在第一衬底11上，正电极60贴合在第二窗口层32上。需要指出的是，本实施例的子电池的数量还可以其他，按照上述的设置方法，组成多结太阳能电池。
本发明公开一种多结太阳能电池的制备方法，对子电池键合表面要求低，透明导电层电阻率低且透光率较高，且可针对不同吸收波段的子电池设计具有不同透射率和反射率的透明导电层，可提高光利用率及电流传导，进而提高电流及效率。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供第一子电池(10)，其中，所述第一子电池(10)包括依序叠层设置的第一衬底(11)、第一背场层(12)、第二吸收层(13)和第一窗口层(14)；
在所述第一窗口层(14)上制作形成第一透明导电层(20)；
提供第二子电池(30)，其中，所述第二子电池(30)包括依序叠层设置的第二衬底(31)、牺牲层(35)、第二窗口层(32)、第二吸收层(33)和第二背场层(34)；
在所述第二背场层(34)上制作形成第二透明导电层(40)；
键合所述第一透明导电层(20)和所述第二透明导电层(40)；
去除所述牺牲层(35)和所述第二衬底(31)；
在所述第一衬底(11)上制作形成背电极(50)，在所述第二窗口层(32)上制作形成正电极(60)。
2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，去除所述牺牲层(35)和所述第二衬底(31)的制备方法具体为腐蚀所述牺牲层(35)以剥离所述第二衬底(31)。
3.根据权利要求2所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，去除所述牺牲层(35)和所述第二衬底(31)的制备方法具体为直接腐蚀所述牺牲层(35)及所述第二衬底(31)。
4.根据权利要求1所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述键合所述第一透明导电层(20)和所述第二透明导电层(40)的制备方法具体包括：
将所述第一透明导电层(20)和所述第二透明导电层(40)对准并贴合固定；
将所述第一子电池(10)和所述第二子电池(30)置入退火设备中进行退火处理，以使得所述第一透明导电层(20)和所述第二透明导电层(40)键合。
5.根据权利要求4所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度范围为200℃～500℃。
6.根据权利要求1所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述第二窗口层(32)上制作形成正电极(60)的制备方法具体包括：
在所述第二窗口层(32)上制作形成电流扩展层和/或抗反射层；
对所述电流扩展层和/或所述抗反射层进行图形化处理以形成所述正电极(60)。
7.根据权利要求1所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一透明导电层(20)和/或第二透明导电层(40)为氧化铟锡层或者铝掺杂氧化锌层。
8.根据权利要求1至7任一项所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一子电池(10)的光吸收波段为900nm～1600nm，所述第二子电池(30)的光吸收波段为300nm～900nm。
9.根据权利要求8所述的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一透明导电层(20)在900nm～1600nm光波段的透射率大于或等于90％，反射率低于小于或等于5％；所述第二透明导电层(40)在300nm～900nm光波段反射率大于或等于30％，透射率小于或等于65％。
10.一种多结太阳能电池，其特征在于，包括第一子电池(10)、第二子电池(30)、第一透明导电层(20)、第二透明导电层(40)、背电极(50)和正电极(60)；所述第一子电池(10)包括依序叠层设置的第一衬底(11)、第一背场层(12)、第二吸收层(13)和第一窗口层(14)，所述第一透明导电层(20)设置在所述第一窗口层(14)上，所述第二透明导电层(40)设置在所述第一透明导电层(20)上；所述第二子电池(30)包括依序叠层设置在所述第二透明导电层(40)上的第二背场层(34)、第二吸收层(33)和第二窗口层(32)；所述背电极(50)贴合在所述第一衬底(11)上，所述正电极(60)贴合在所述第二窗口层(32)上。
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