CN110212060B - 一种电池制备方法、电池、电池组件及太阳能供电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池制备方法、电池、电池组组件及太阳能供电站，电池为多层结构，电池包括单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及设置在透明导电层上的栅电极，在单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层。该电池制备方法是在电池制备过程中，通过在形成异质结电池的单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层，通过沉积的薄膜层可对异质结电池的该层结构进行保护，并改善异质结电池的钝化效果、降低接触电阻，从而提升电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，具体涉及一种电池制备方法、电池、电池组件及太阳能供电站。
背景技术
异质结电池结构一般为以n型单晶硅片（c-Si）为衬底，在经过清洗制绒的n 型单晶硅片（c-Si）正面依次沉积厚度为5~10nm 的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）、p型非晶薄膜（p-a-Si:H），从而形成p-n异质结；在n 型单晶硅片（c-Si）背面依次沉积厚度为5~10nm的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）、n型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面场；在掺杂a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜（TCO）；最后通过丝网印刷技术在两侧的TCO层上形成栅电极。现有技术中，该电池钝化效果不好，表面复合速率高且接触电阻带来的损失大，从而影响电池的光电转化效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的电池制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电池制备方法，电池为多层结构，所述电池包括单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及设置在所述透明导电层上的栅电极，在所述单晶硅基底、所述本征非晶硅层、所述p型非晶层、所述n型非晶硅层、所述透明导电层以及所述栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层。
优选地，所述单晶硅基底制作完成后在所述单晶硅基底的正面和/或背面沉积所述薄膜层。
优选地，所述本征非晶硅层制作完成后在所述本征非晶硅层上沉积所述薄膜层。
优选地，所述本征非晶硅层分层逐层制作，所述本征非晶硅层逐层制作过程中沉积所述薄膜层，并通过所述薄膜层替换部分或全部所述本征非晶硅层。
进一步地，所述薄膜层位于所述本征非晶硅层的外部。
进一步地，所述薄膜层嵌设于所述本征非晶硅层的内部。
进一步地，所述薄膜层由介电材料制成。
更进一步地，所述介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。
优选地，所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积所述薄膜层。
进一步地，所述薄膜层由介电材料制成。
更进一步地，所述介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。
进一步地，所述薄膜层由导电材料制成。
更进一步地，所述导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
进一步地，所述薄膜层同时包括由导电材料制成的第一薄膜层和由介电材料制成的第二薄膜层。
更进一步地，所述介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛，所述导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
优选地，所述透明导电层制作完成后在在所述透明导电层上沉积所述薄膜层。
优选地，所述透明导电层包括多层，通过所述薄膜层替换部分所述透明导电层，所述薄膜层位于所述透明导电层的外部。
优选地，所述栅电极制作完成后，在所述栅电极以及裸露的所述透明导电层上沉积所述薄膜层。
进一步地，所述薄膜层由导电材料制成。
更进一步地，所述导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
本发明还提供一种电池，所述电池采用上述任一项所述的方法制备。
本发明还提供一种电池组件，包括多个互相串联的电池，所述电池采用上述任一项所述的制备方法制备。
本发明还提供一种太阳能供电站，包括多个电池组件，所述电池组件包括电池，所述电池采用如上述任一项所述的制备方法制备。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电池制备方法是在电池制备过程中，通过在形成异质结电池的单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层，通过沉积的薄膜层可对异质结电池的该层结构进行保护，并改善异质结电池的钝化效果、降低接触电阻，从而提升电池的光电转化效率。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明中的电池为多层结构，譬如异质结电池，其具体包括位于中部的单晶硅基底（c-Si）、分别沉积在单晶硅基底（c-Si）的正面和背面的本征非晶硅层（i-a-Si:H）、分别沉积在本征非晶硅层（i-a-Si:H）上的p型非晶层（p-a-Si:H）和n型非晶硅层（n-a-Si:H）、分别沉积在p型非晶层（p-a-Si:H）和n型非晶硅层（p-a-Si:H）上的透明导电层（TCO）以及分别设置在透明导电层（TCO）上的栅电极，在单晶硅基底（c-Si）、本征非晶硅层（i-a-Si:H）、p型非晶层（p-a-Si:H）、n型非晶硅层（p-a-Si:H）、透明导电层（TCO）以及栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层。
具体包括如下几种实施例：
实施例1
单晶硅基底（c-Si）制作完成后，进行制绒及表面清洗，在制绒及表面清洗处理后的单晶硅基底（c-Si）的正面和/或背面沉积薄膜层，即异质结电池制备完成后，沉积的薄膜层位于单晶硅基底（c-Si）和本征非晶硅层（i-a-Si:H）之间。
该实施例中，薄膜层由介电材料制成，介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。
该沉积的薄膜层可起到对单晶硅基底（c-Si）进行保护的作用，同时还具有很好地钝化单晶硅表面缺陷的作用，从而改善电池的钝化效果；另外，该薄膜层阻挡在晶硅层和非晶硅层之间，可以阻止晶硅层的外延层对非晶硅层性能的影响，从而提升非晶硅层的性能。
实施例2
本征非晶硅层（i-a-Si:H）制作完成后在本征非晶硅层（i-a-Si:H）上沉积薄膜层，即异质结电池制备完成后，沉积的薄膜层位于本征非晶硅层（i-a-Si:H）和p型非晶层（p-a-Si:H）以及本征非晶硅层（i-a-Si:H）和n型非晶硅层（n-a-Si:H）之间。
该实施例中，薄膜层也由介电材料制成，介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。
该沉积的薄膜层阻挡在本征非晶硅层（i-a-Si:H）和p型非晶层（p-a-Si:H）以及本征非晶硅层（i-a-Si:H）和n型非晶硅层（n-a-Si:H）之间，可阻止p型非晶层（p-a-Si:H）以及n型非晶硅层（n-a-Si:H）中的掺杂进入本征非晶硅层（i-a-Si:H），从而对本征非晶硅层（i-a-Si:H）的性能造成影响。
实施例3
本征非晶硅层（i-a-Si:H）分层逐层制作，本征非晶硅层（i-a-Si:H）逐层制作过程中沉积薄膜层，并通过薄膜层替换部分或全部本征非晶硅层（i-a-Si:H）。
该实施例中，薄膜层由介电材料制成，介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。
当薄膜层替换部分本征非晶硅层（i-a-Si:H）时：
薄膜层可位于本征非晶硅层（i-a-Si:H）的外部，当薄膜层位于靠近单晶硅基底（c-Si）一侧时，该薄膜层的作用同实施例1。当薄膜层位于靠近p型非晶层（p-a-Si:H）和n型非晶硅层（n-a-Si:H）一侧时，该薄膜层的作用同实施例2。
薄膜层也可嵌设于本征非晶硅层（i-a-Si:H）的内部。该薄膜层可以使本征非晶硅层（i-a-Si:H）中的氢离子更好地保留在非晶硅的内部，而氢离子的刻蚀作用使本征非晶硅层（i-a-Si:H）中的弱Si-Si键、微空洞等缺陷减少，从而使本征非晶硅层（i-a-Si:H）的性能更稳定。
当薄膜层替换全部本征非晶硅层（i-a-Si:H）时，由于薄膜层的界面层很薄，其不会阻碍多数载流子的传输但会阻碍少子到达界面，可以显著减低界面的复合，而且薄膜层的均匀性更好。
实施例4
p型非晶层（p-a-Si:H）和/或n型非晶硅层（n-a-Si:H）制作完成后在p型非晶层（p-a-Si:H）和/或n型非晶硅层（n-a-Si:H）上沉积薄膜层，即异质结电池制备完成后，沉积的薄膜层位于p型非晶层（p-a-Si:H）与透明导电层（TCO）和/或n型非晶硅层（n-a-Si:H）与透明导电层（TCO）之间。
该实施例中，薄膜层可以由介电材料制成，介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛。此时该薄膜层的主要作用为增加p型非晶层（p-a-Si:H）与透明导电层（TCO）之间以及n型非晶硅层（n-a-Si:H）与透明导电层（TCO）之间的物理粘结性能。
薄膜层也可以由导电材料制成，导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。此时该填加的薄膜层与p型非晶层（p-a-Si:H）或n型非晶硅层（n-a-Si:H）为欧姆接触，这可提高电子的传输，降低接触电阻，有利于提升电池的填充因子。
薄膜层还可同时包括由导电材料制成的第一薄膜层和由介电材料制成的第二薄膜层，第一薄膜层靠近透明导电层（TCO），第二薄膜层靠近p型非晶层（p-a-Si:H）和n型非晶硅层（n-a-Si:H）。此处的介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅、非晶硅或氧化钛，导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。该薄膜层既可起到降低接触电阻的作用，又可改善p型非晶层（p-a-Si:H）与透明导电层（TCO）之间以及n型非晶硅层（n-a-Si:H）与透明导电层（TCO）之间的物理粘结性能。
实施例5
透明导电层（TCO）制作完成后在透明导电层（TCO）上沉积薄膜层。即异质结电池制备完成后，沉积的薄膜层有部分位于透明导电层（TCO）和栅电极之间。
该实施例中，薄膜层由导电材料制成，导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。此时该填加的薄膜层也起到降低接触电阻的作用。
实施例6
透明导电层（TCO）包括多层，通过薄膜层替换部分透明导电层（TCO），薄膜层位于透明导电层（TCO）的外部。薄膜层由导电材料制成，导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
本实施例除具有实施例5的技术效果外，由于薄膜层部分替换了原有的透明导电层（TCO），可降低异质结电池的制作成本。
实施例7
栅电极制作完成后，在栅电极以及裸露的透明导电层（TCO）上沉积薄膜层。即异质结电池制备完成后，沉积的薄膜层覆盖在异质结电池的整个上表面和下表面。
该实施例中，薄膜层由导电材料制成，导电材料为氧化锌系列或氧化铟系列。该薄膜层用于保护栅电极，还可以在电池封装时提升电池与封装材料的粘接性能。
实施例8
在电池制备过程中，同时实施实施例1~7中任意两项或多项。
本发明还提供一种电池，该电池采用上述的方法制备形成。
本发明还提供一种电池组件，该电池组件包括多个互相串联的电池，电池采用上述的制备方法制备形成。
本发明还提供一种太阳能供电站，该太阳能供电站包括多个电池组件，电池组件包括电池，电池采用上述的制备方法制备形成。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (19)
1.一种电池制备方法，电池为多层结构，所述电池包括单晶硅基底、本征非晶硅层、p型非晶层、n型非晶硅层、透明导电层以及设置在所述透明导电层上的栅电极，其特征在于：在所述单晶硅基底、所述本征非晶硅层、所述p型非晶层、所述n型非晶硅层、所述透明导电层以及所述栅电极各层中的至少一层上沉积额外的薄膜层，所述额外的薄膜层包括在所述本征非晶硅层制作完成后在所述本征非晶硅层上沉积的薄膜层，所述本征非晶硅层分层逐层制作，所述额外的薄膜层还包括在所述本征非晶硅层逐层制作过程中沉积的薄膜层，在所述本征非晶硅层逐层制作过程中沉积的薄膜层嵌设于所述本征非晶硅层的内部，在所述本征非晶硅层制作完成后在所述本征非晶硅层上沉积的薄膜层和在所述本征非晶硅层逐层制作过程中沉积于所述本征非晶硅层内部的薄膜层均由介电材料制成，所述介电材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅或氧化钛。
2.根据权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于：所述额外的薄膜层还包括在所述单晶硅基底制作完成后在所述单晶硅基底的正面和/或背面沉积的薄膜层。
3.根据权利要求2中任一项所述的电池制备方法，其特征在于：在所述单晶硅基底制作完成后在所述单晶硅基底的正面和/或背面沉积的薄膜层由介电材料制成。
4.根据权利要求3所述的电池制备方法，其特征在于：在所述单晶硅基底制作完成后在所述单晶硅基底的正面和/或背面沉积的薄膜层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅或氧化钛。
5.根据权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于：所述额外的薄膜层还包括在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层。
6.根据权利要求5所述的电池制备方法，其特征在于：在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层由介电材料制成。
7.根据权利要求6所述的电池制备方法，其特征在于：在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅或氧化钛。
8.根据权利要求5所述的电池制备方法，其特征在于：在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层由导电材料制成。
9.根据权利要求8所述的电池制备方法，其特征在于：在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层的材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
10.根据权利要求5所述的电池制备方法，其特征在于：在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层制作完成后在所述p型非晶层和/或所述n型非晶硅层上沉积的薄膜层同时包括由导电材料制成的第一薄膜层和由介电材料制成的第二薄膜层。
11.根据权利要求10所述的电池制备方法，其特征在于：所述第一薄膜层的材料为氧化锌系列或氧化铟系列，所述第二薄膜层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅或氧化钛。
12.根据权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于：所述额外的薄膜层还包括在所述透明导电层制作完成后在所述透明导电层上沉积的薄膜层，在所述透明导电层上沉积的薄膜层由导电材料制成。
13.根据权利要求12所述的电池制备方法，其特征在于：在所述透明导电层上沉积的薄膜层的材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
14.根据权利要求12所述的电池制备方法，其特征在于：所述透明导电层包括多层，通过在所述透明导电层上沉积的薄膜层替换部分所述透明导电层，在所述透明导电层上沉积的薄膜层位于所述透明导电层的外部。
15.根据权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于：所述额外的薄膜层还包括在所述栅电极制作完成后，在所述栅电极以及裸露的所述透明导电层上沉积的薄膜层，在所述栅电极以及裸露的所述透明导电层上沉积的薄膜层由导电材料制成。
16.根据权利要求15所述的电池制备方法，其特征在于：在所述栅电极以及裸露的所述透明导电层上沉积的薄膜层的材料为氧化锌系列或氧化铟系列。
17.一种电池，其特征在于：所述电池采用权利要求1~16中任一项所述的方法制备。
18.一种电池组件，其特征在于：包括多个互相串联的电池，所述电池采用如权利要求1~16中任一项所述的制备方法制备。
19.一种太阳能供电站，其特征在于：包括多个电池组件，所述电池组件包括电池，所述电池采用如权利要求1~16中任一项所述的制备方法制备。
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