CN110491953A - 一种高效晶硅光伏电池结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效晶硅光伏电池结构，包括硅基体，所述硅基体的正面设有钝化膜，所述硅基体的反面自上而下依次包括隧穿介质膜或本征硅薄膜、图形化半导体薄膜、钝化膜及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜和N型半导体薄膜，所述电极包括正电极和负电极；所述正电极穿过钝化膜和P型半导体薄膜形成欧姆接触，所述负电极穿过钝化膜和N型半导体薄膜形成欧姆接触。本发明还公开了所述结构的制备方法。本发明能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力，且生产工艺路线短，减少生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种高效晶硅光伏电池结构及其制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池正面（受光面）往往存在电极，这些电极遮蔽了部分阳光减少了电池的光电转化效率。全背电极电池结构可以避免上述问题，但这种电池需要在电池背面进行图形化掺杂。目前此类电池的制备方案为掩膜掺杂方案，工艺较复杂，成本较高。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效晶硅光伏电池结构及其制备方法，能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力（Isc），且生产工艺路线短，减少生产成本。
技术方案：本发明所述一种高效晶硅光伏电池结构，包括硅基体，所述硅基体的正面设有钝化膜，所述硅基体的反面自上而下依次包括隧穿介质膜或本征硅薄膜、图形化半导体薄膜、钝化膜及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜和N型半导体薄膜，所述电极包括正电极和负电极；所述正电极穿过钝化膜和P型半导体薄膜形成欧姆接触，所述负电极穿过钝化膜和N型半导体薄膜形成欧姆接触。
优选地，所述隧穿介质膜选自SiO2、Al2O3、SiC中的一种。
优选地，所述隧穿介质膜的厚度为1-5nm。
优选地，所述隧穿介质膜的厚度为1-2nm。
优选地，所述P型半导体薄膜选自P-Si、P-NiO、P-Cu2O中的一种。
优选地，所述P型半导体薄膜的厚度为5-200nm。
优选地，所述P型半导体薄膜的厚度为20-100nm。
优选地，所述P型半导体薄膜的电阻率介于1E（-1）和1E（-4）Ω*CM。
优选地，所述N型半导体薄膜选自N-Si、N-ZnO、N-TiO2中的一种。
优选地，所述N型半导体薄膜的厚度为5-200nm。
优选地，所述N型半导体薄膜的厚度为20-100nm。
优选地，所述N型半导体薄膜的电阻率介于1E（-1）和1E（-4）Ω*CM。
优选地，所述N型半导体薄膜和P型半导体薄膜不产生交叉。
优选地，所述本征硅薄膜的厚度为2-20nm。
优选地，所述本征硅薄膜的厚度为5-10nm。
优选地，所述本征硅薄膜设为图形化，且所述图形化本征硅薄膜与图形化P型半导体薄膜和/或N型半导体薄膜相对对应。
优选地，所述钝化膜为SiNx或SixOyNz，所述钝化膜的厚度为60-200nm。
优选地，所述钝化膜的厚度为70-120nm。
优选地，所述图形为线条状，且所述线条状图形的宽度为20-500μm。
优选地，所述线条状图形的宽度为50-100μm。
本发明还提供一种所述高效晶硅光伏电池结构的制备方法，所述方法如下：在硅沉底的反面表面制备隧穿介质膜或本征硅薄膜，在隧穿介质膜或本征硅薄膜的表面采用G-CVD技术制备图形化半导体薄膜，退火，制备钝化膜并覆盖隧穿介质膜或本征硅薄膜、半导体薄膜，制备图形化电极。
优选地，所述G-CVD包括可控制图形生长的可编程喷射头。
优选地，所述喷射头控制的是气相化学品，所述气相化学品是CVD的源。
优选地，所述喷射头控制的是气相化学品，所述气相化学品是CVD的催化剂。
优选地，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是等离子电源。
优选地，所述能量源是交变电磁场。
优选地，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能等离子体。
优选地，所述能量源是Ar等离子体。
优选地，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能气体。
优选地，所述能量源是N2或Ar。
优选地，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能光源。
优选地，所述能量源是激光。
优选地，所述退火温度为600-900℃。
优选地，所述退火温度为750-850℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明电池正面没有电极，能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力（Isc），提高电池的光电转化效率，此外，本发明杜绝了金属电极和硅基体的直接接触，能够减少金属电极的复合，增加电池的开路电压（Voc），进一步提高本发明的光电转化效率；此外，优选电阻率低的半导体薄膜，能够更进一步提高本发明的光电转化效率。本发明通过图形化化学气相沉积（G-CVD）技术进行制备，生产工艺路线短，能够减少生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构图。
图2为本发明实施例2的结构图。
图3为本发明实施例3的结构图。
附图中，1-硅基体，2-钝化膜，3-隧穿介质膜，4-P型半导体薄膜，5-N型半导体薄膜，6-正电极，7-负电极，8-本征硅薄膜。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
一种高效晶硅光伏电池结构，参照图1，包括硅基体1，硅基体1的正面设有钝化膜2，硅基体1的反面自上而下依次包括隧穿介质膜3、图形化半导体薄膜、钝化膜2及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜4和N型半导体薄膜5，所述电极包括正电极6和负电极7；正电极6穿过钝化膜2和P型半导体薄膜4形成欧姆接触，负电极7穿过钝化膜2和N型半导体薄膜5形成欧姆接触。
其中，隧穿介质膜3为SiO2，隧穿介质膜3的厚度为2nm。
其中，P型半导体薄膜4为P-Si，P型半导体薄膜4的厚度为200nm，P型半导体薄膜4的电阻率为1E（-1）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5为N-Si，N型半导体薄膜5的厚度为100nm，N型半导体薄膜5的电阻率为1E（-1）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5和P型半导体薄膜4不产生交叉。
其中，钝化膜2为SiNx，钝化膜2的厚度为70nm。
其中，所述图形为线条状，且所述线条状图形的宽度为50μm。
所述高效晶硅光伏电池结构的制备方法如下：在硅沉底的反面表面制备隧穿介质膜3，在隧穿介质膜3的表面采用G-CVD技术制备图形化半导体薄膜，600℃下退火，制备钝化膜2并覆盖隧穿介质膜3、半导体薄膜，制备图形化电极。
其中，所述G-CVD包括可控制图形生长的可编程喷射头，所述喷射头控制的是气相化学品，所述气相化学品是CVD的源。
本实施例电池正面没有电极，能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力，提高电池的光电转化效率，此外，本实施例杜绝了金属电极和硅基体的直接接触，能够减少金属电极的复合，增加电池的开路电压，进一步提高本实施例的光电转化效率；此外，选择电阻率低的半导体薄膜，能够更进一步提高本实施例的光电转化效率。
实施例2
一种高效晶硅光伏电池结构，参照图2，包括硅基体1，硅基体1的正面设有钝化膜2，硅基体1的反面自上而下依次包括本征硅薄膜8、图形化半导体薄膜、钝化膜2及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜4和N型半导体薄膜5，所述电极包括正电极6和负电极7；正电极6穿过钝化膜2和P型半导体薄膜4形成欧姆接触，负电极7穿过钝化膜2和N型半导体薄膜5形成欧姆接触。
其中，P型半导体薄膜4为P-NiO，P型半导体薄膜4的厚度为100nm，P型半导体薄膜4的电阻率介于1E（-4）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5为N-ZnO，N型半导体薄膜5的厚度为20nm，N型半导体薄膜5的电阻率为1E（-4）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5和P型半导体薄膜4不产生交叉。
其中，本征硅薄膜的厚度为5nm。
其中，钝化膜2为SixOyNz，钝化膜2的厚度为120nm。
其中，所述图形为线条状，且所述线条状图形的宽度为100μm。
所述高效晶硅光伏电池结构的制备方法如下：在硅沉底的反面表面制备本征硅薄膜8，在本征硅薄膜8的表面采用G-CVD技术制备图形化半导体薄膜，750℃下退火，制备钝化膜并覆盖本征硅薄膜8、半导体薄膜，制备图形化电极。
其中，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是交变电磁场。
本实施例电池正面没有电极，能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力，提高电池的光电转化效率，此外，本实施例杜绝了金属电极和硅基体的直接接触，能够减少金属电极的复合，增加电池的开路电压，进一步提高本实施例的光电转化效率；此外，选择电阻率低的半导体薄膜，能够更进一步提高本实施例的光电转化效率。
实施例3
一种高效晶硅光伏电池结构，参照图3，包括硅基体1，硅基体1的正面设有钝化膜2，硅基体1的反面自上而下依次包括本征硅薄膜8、图形化半导体薄膜、钝化膜2及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜4和N型半导体薄膜5，所述电极包括正电极6和负电极7；正电极6穿过钝化膜2和P型半导体薄膜4形成欧姆接触，负电极7穿过钝化膜2和N型半导体薄膜5形成欧姆接触。
其中，P型半导体薄膜4为P-Cu2O，P型半导体薄膜4的厚度为20nm，P型半导体薄膜4的电阻率为1E（-2）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5为N-TiO2，N型半导体薄膜5的厚度为5nm，N型半导体薄膜5的电阻率为1E（-2）Ω*CM。
其中，N型半导体薄膜5和P型半导体薄膜4不产生交叉。
其中，本征硅薄膜的厚度为10nm，本征硅薄膜设为图形化，且图形化本征硅薄膜与图形化P型半导体薄膜和N型半导体薄膜相对对应。
其中，钝化膜2为SiNx，钝化膜2的厚度为200nm。
其中，所述图形为线条状，且所述线条状图形的宽度为500μm。
所述高效晶硅光伏电池结构的制备方法如下：在硅沉底的反面表面制备本征硅薄膜8，在本征硅薄膜8的表面采用G-CVD技术制备图形化半导体薄膜，850℃下退火，制备钝化膜2并覆盖本征硅薄膜8、半导体薄膜，制备图形化电极。
其中，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是Ar等离子体。
本实施例电池正面没有电极，能够极大减少遮光损失，提高电池的电流输出能力，提高电池的光电转化效率，此外，本实施例杜绝了金属电极和硅基体的直接接触，能够减少金属电极的复合，增加电池的开路电压，进一步提高本实施例的光电转化效率；此外，选择电阻率低的半导体薄膜，能够更进一步提高本实施例的光电转化效率。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (23)
1.一种高效晶硅光伏电池结构，其特征在于，包括硅基体，所述硅基体的正面设有钝化膜，所述硅基体的反面自上而下依次包括隧穿介质膜或本征硅薄膜、图形化半导体薄膜、钝化膜及图形化电极；所述半导体薄膜包括P型半导体薄膜和N型半导体薄膜，所述电极包括正电极和负电极；所述正电极穿过钝化膜和P型半导体薄膜形成欧姆接触，所述负电极穿过钝化膜和N型半导体薄膜形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述隧穿介质膜选自SiO2、Al2O3、SiC中的一种。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述隧穿介质膜的厚度为1-5nm；优选地，所述隧穿介质膜的厚度为1-2nm。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述P型半导体薄膜选自P-Si、P-NiO、P-Cu2O中的一种。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述P型半导体薄膜的厚度为5-200nm；优选地，所述P型半导体薄膜的厚度为20-100nm。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述P型半导体薄膜的电阻率介于1E（-1）和1E（-4）Ω*CM。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述N型半导体薄膜选自N-Si、N-ZnO、N-TiO2中的一种。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述N型半导体薄膜的厚度为5-200nm；优选地，所述N型半导体薄膜的厚度为20-100nm。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述N型半导体薄膜的电阻率介于1E（-1）和1E（-4）Ω*CM。
10.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述N型半导体薄膜和P型半导体薄膜不产生交叉。
11.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述本征硅薄膜的厚度为2-20nm；优选地，所述本征硅薄膜的厚度为5-10nm。
12.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述本征硅薄膜设为图形化，且所述图形化本征硅薄膜与图形化P型半导体薄膜和/或N型半导体薄膜相对对应。
13.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述钝化膜为SiNx或SixOyNz，所述钝化膜的厚度为60-200nm；优选地，所述钝化膜的厚度为70-120nm。
14.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述图形为线条状，且所述线条状图形的宽度为20-500μm；优选地，所述线条状图形的宽度为50-100μm。
15.根据权利要求1-14任一项所述高效晶硅光伏电池结构的制备方法，其特征在于，所述方法如下：在硅沉底的反面表面制备隧穿介质膜或本征硅薄膜，在隧穿介质膜或本征硅薄膜的表面采用G-CVD技术制备图形化半导体薄膜，退火，制备钝化膜并覆盖隧穿介质膜或本征硅薄膜、半导体薄膜，制备图形化电极。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述G-CVD包括可控制图形生长的可编程喷射头。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是气相化学品，所述气相化学品是CVD的源。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是气相化学品，所述气相化学品是CVD的催化剂。
19.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是等离子电源；优选地，所述能量源是交变电磁场。
20.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能等离子体；优选地，所述能量源是Ar等离子体。
21.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能气体；优选地，所述能量源是N2或Ar。
22.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述喷射头控制的是CVD的能量源，所述能量源是高能光源；优选地，所述能量源是激光。
23.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述退火温度为600-900℃；优选地，所述退火温度为750-850℃。
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