CN110911505A - 异质结太阳能电池片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造异质结太阳能电池片的方法和异质结太阳能电池片。异质结太阳能电池包括单晶硅片、隧穿层、N型钝化层、P型钝化层和透光导电层。隧穿层设置在单晶硅片的底表面上；N型钝化层设置在隧穿层的底表面上；P型钝化层设置在单晶硅片的顶表面上；透光导电层设置在P型钝化层的顶表面上。在本发明中，将钝化接触和异质结两种技术结合起来，既保留了钝化接触的低成本特性又兼具异质结电池的效率高、工艺简单等优势。并且，本发明的制备工序中先制备单晶硅片底表面的掺杂多晶硅再制备其顶表面的非晶硅薄膜，从而可以有效避免底表面的磷绕镀到顶表面导致电池短路或失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及能源领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池片及其制造方法。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。
目前，异质结太阳能电池由于具备转换效率高、制造工艺流程短、硅片薄片化、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势，被誉为最具产业化潜力的下一代超高效太阳能电池技术。但太阳能电池技术若要实现大规模发展也具有一定难度：一方面，异质结太阳能电池的制造成本相对较高，另一方面太阳能电池采用常规封装技术封装时，焊带拉力的稳定性难以控制，且一些太阳能电池不能采取传统晶体硅电池的高温焊接等工艺，需要低温焊接工艺和低温材料，因此封装工艺难度较高。
为了弥补以上缺陷，可以在一些场景下使用其它高效晶硅太阳能电池而不使用异质结太阳能电池。
近几年，各种新型晶硅技术层出不穷。目前市场上以PERC太阳能电池为主，主流量产效率可以超过22％，然而PERC太阳能电池转换效率再往上提升会受到较多限制。目前一种新型的钝化接触结构可以在现有PERC技术基础上通过叠加2-3道工序将电池转换效率提升至23％以上。钝化接触技术由于与现有的PERC技术兼容性强，越来越受到市场和各研究机构的青睐。
一方面，现有的用于普通晶硅太阳能电池片的钝化接触技术是基于在N晶硅背面先制备一层二氧化硅隧穿层，再制备N型多晶硅钝化薄膜，但是在沉积掺杂多晶硅薄膜过程容易导致正面的PN结被绕镀，从而导致电池短路或失效，需要增加额外的清洗工艺。
另一方面，现有的异质结技术虽然制备流程简单，但制造非晶硅薄膜的设备成本高昂，相应的透明导电薄膜价格昂贵，都阻碍了这两种技术的产业化发展。
因而需要提供一种新颖异质结太阳能电池片及其制造方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有钝化接触结构的异质结太阳能电池及其制造方法，其将钝化接触和异质结两种技术结合起来，既保留了钝化接触的低成本特性又兼具异质结电池的效率高、工艺简单等优势。
并且，本发明的制备工序中先制备单晶硅片底表面的掺杂多晶硅再制备其顶表面的非晶硅薄膜，从而可以有效避免底表面的磷绕镀到顶表面导致电池短路或失效的问题。
同时，本发明所提供的异质结太阳能电池与传统P型PERC电池兼容度高，具有实际应用前景；本发明所提供的异质结太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括基体片和设置在基体片的顶表面、底表面上的栅线，基体片包括：
单晶硅片；
隧穿层，所述隧穿层设置在所述单晶硅片的底表面上；
N型钝化层，所述N型钝化层设置在所述隧穿层的底表面上；
P型钝化层，所述P型钝化层设置在所述单晶硅片的顶表面上；
透光导电层，所述透光导电层设置在所述非晶硅薄膜层的顶表面上。
在一种实施方式中，所述P型钝化层包括设置在所述单晶硅片的顶表面上的本征薄膜层和设置在所述本征薄膜层的顶表面上的P型薄膜层。
在一种实施方式中，所述本征薄膜层为本征非晶硅薄膜层、本征微晶硅薄膜层和本征纳米硅薄膜层中的一者，所述P型薄膜层为P型非晶硅薄膜层、P型微晶硅薄膜层和P型纳米硅薄膜层中的一者。
在一种实施方式中，所述N型钝化层包括掺杂多晶硅、掺杂碳化硅、掺杂氧化硅中的至少一者。
在一种实施方式中，所述P型非晶硅薄膜层的厚度为2nm-40nm。
在一种实施方式中，还包括在所述N型钝化层的底表面上的减反膜。
在一种实施方式中，所述减反膜为氮化硅减反膜或氮氧化硅减反膜，所述减反膜的厚度为70nm-200nm。
在一种实施方式中，所述隧穿层为二氧化硅隧穿层，所述二氧化硅隧穿层的厚度为0.8nm-3nm。
在一种实施方式中，所述透光导电层包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者。
在一种实施方式中，所述N型钝化层的厚度为20nm-300nm。
在一种实施方式中，所述透光导电层为多层结构，各个所述透光导电层在所述非晶硅薄膜层的顶表面上层叠设置，并且在自所述非晶硅薄膜层到所述基体片的顶侧栅线的方向上，各个所述透光导电层的透光性递增。
本发明另一方面提供了一种制造方法，用于制造异质结太阳能电池，所述方法包括设置基体片以及在所述基体片的顶表面、底表面上施加栅线，所述设置基体片的步骤依次包括如下步骤：
设置单晶硅片；
在所述单晶硅片的底表面上设置隧穿层；
在所述二氧化硅隧穿层的底表面上设置N型钝化层；
对所述单晶硅片的边缘和顶表面刻蚀以去除其上的磷；
在所述单晶硅片的顶表面上设置P型钝化层；
在所述P型钝化层上设置透光导电层。
在一种实施方式中，所述单晶硅片为P型硅片或N型硅片，并且设置单晶硅片的步骤包括：用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对所述单晶硅片清洗和制绒，以去除其表面的金属离子和切割损伤层并在其表面形成金字塔绒面。
在一种实施方式中，在所述单晶硅片的顶表面上设置P型钝化层的步骤包括：
在所述单晶硅片的顶表面上设置本征薄膜层，所述本征薄膜层为本征非晶硅薄膜层、本征微晶硅薄膜层和本征纳米硅薄膜层中的一者；
在所述本征薄膜层的顶表面上设置P型薄膜层，所述P型薄膜层为P型非晶硅薄膜层、P型微晶硅薄膜层和P型纳米硅薄膜层中的一者。
在一种实施方式中，设置所述P型钝化层的步骤包括：利用 LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、ALD方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种制备所述P型钝化层，并使所述P型钝化层的厚度为2nm-40nm。
在一种实施方式中，对所述单晶硅片的边缘和顶表面刻蚀的步骤由化学湿法和/或干法刻蚀方法实现。
在一种实施方式中，所述方法还包括如下步骤：在所述N型钝化层的底表面上设置减反膜。
在一种实施方式中，所述减反膜为氮化硅减反膜或氮氧化硅减反膜，采用PECVD的方法设置所述减反膜，并使所述减反膜的厚度形成为70nm-200nm。
在一种实施方式中，所述隧穿层为二氧化硅隧穿层，并且设置所述二氧化硅隧穿层的步骤包括：利用热氧化、臭氧、湿法氧化和ALD 方法中的至少一种制备所述二氧化硅隧穿层，使所述二氧化硅隧穿层的厚度为0.8nm-3nm。
在一种实施方式中，设置透光导电层的步骤由磁控溅射法或普通物理镀膜法实现，且所述透光导电层包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者。
在一种实施方式中，设置所述N型钝化层的步骤包括：利用 LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、ALD方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种制备所述N型钝化层，使所述N型钝化层的厚度为20nm-300nm。
本发明将钝化接触和异质结两种技术结合起来，既保留了钝化接触的低成本特性又兼具异质结电池的效率高、工艺简单等优势。并且，制备工序中先制备单晶硅片底表面的掺杂多晶硅再制备其顶表面的非晶硅薄膜，从而可以有效避免底表面的磷绕镀到顶表面导致电池短路或失效的问题。同时，本发明所提供的异质结太阳能电池与传统P 型PERC电池兼容度高，具有实际应用前景；本发明所提供的异质结太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明一个优选实施方式的异质结太阳能电池片的俯视图；
图2为图1中沿A-A线截取的截面图顺时针旋转90°之后的示意图。
图3为根据本发明的一个优选实施方式的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种异质结太阳能电池片及其制造方法。图1至图 2示出了根据本发明的一个优选实施方式的异质结太阳能电池片的示意图，图3为制造方法的流程示意图。
如图1所示，太阳能电池片1包括基体片和设置在基体片顶表面和底表面上的栅线。参考图2，基体片包括单晶硅片2、本征非晶硅薄膜层3、P型非晶硅薄膜层4、隧穿层6、N型钝化层7和透光导电层10。栅线又包括副栅线和主栅线，其可以由银、金、铜、铝、镍等金属中的一种或多种制成。图2中示出了位于基体片顶侧的顶侧副栅线8和位于基体片底侧的底侧副栅线9。
其中，单晶硅片2可以为P型硅片或N型硅片，且单晶硅片2 的厚度为100μm-220μm。单晶硅片2顶表面上的本征非晶硅薄膜层3 和P型非晶硅薄膜层4在本实施方式中共同形成了P型钝化层，但在其他未示出的实施方式中，P型钝化层还可以包括除了本征非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层以外的其他结构。并且，在其他未示出的实施方式中，本征非晶硅薄膜层3可以由本征微晶硅薄膜层或本征纳米硅薄膜层替代；P型非晶硅薄膜层4可以由P型微晶硅薄膜层或P型纳米硅薄膜层替代。优选地，在本实施方式中，P型钝化层的厚度大致为2nm-40nm。
透光导电层10位于P型非晶硅薄膜层4的顶表面上。优选地，透光导电层10包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者，也就是说，透光导电层10可以为氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层的单层或叠层。
优选地，透光导电层可以为多层结构，多个透光导电层在P型非晶硅薄膜层4的顶表面上层叠设置，并且在自P型非晶硅薄膜层4到顶侧副栅线8的方向上，各个所述透光导电层的透光性递增。这样的设置能够改善异质结太阳能电池片的载流子偏移率、透光性和导电性等方面，避免填充因子偏低、断路电流偏低问题的发生，使异质结太阳能电池片具有较高的光电转化率。
隧穿层6设置在单晶硅片2的底表面上，在本实施方式中，隧穿层6为二氧化硅隧穿层。优选地，隧穿层6的厚度大致为0.8nm-3nm。
N型钝化层7设置在隧穿层6的底表面上，且N型钝化层7为掺杂硼的钝化层，其能够保护隧穿层6并能够对异质结太阳能电池片1 提供钝化作用。N型钝化层7优选地为掺杂硼的多晶硅钝化层、碳化硅钝化层或氧化硅钝化层。或者，N型钝化层7也可以为掺杂硼的非晶硅钝化层或掺杂硼的微晶硅钝化层。N型钝化层7的厚度例如可以为20nm-300nm。
优选地，N型钝化层7的底表面上还可以设置减反膜5。减反膜 5例如可以由氮化硅或氮氧化硅制成，减反膜5的厚度例如可以为 70nm-200nm。
本实施方式另一方面还提供了一种制造异质结太阳能电池片1的方法。参考图3，该方法依次包括如下步骤S1至S5。
S1为前序处理步骤。该步骤还包括子步骤S11和S12(图3中未示出)。
S11为设置单晶硅片的步骤。在该步骤中，可以用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对单晶硅片进行清洗和制绒，去除单晶硅片表面的金属离子和切割损伤层，并形成金字塔绒面，该金字塔的尺寸例如为1μm-10 μm.
S12为在单晶硅片底表面上设置隧穿层的步骤，该隧穿层可以为二氧化硅隧穿层层。该步骤可以通过PECVD方法、ALD方法、LPCVD 方法、热氧化法、蒸镀法或PEALD方法实现，且可以将隧穿层设置为使其厚度为0.8nm-3nm。
S2为在隧穿层的底表面上设置掺杂硼的N型钝化层的步骤。该步骤通过LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、 ALD方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种实现，且将所述N型钝化层7设置为使其厚度为20nm-300nm。优选地可以将掺杂硼的多晶硅薄膜层设置为N型钝化层，或者将掺杂硼的非晶硅薄膜层或掺杂硼的微晶薄膜层设置为N型钝化层。
S3为对单晶硅片2的边缘和顶表面刻蚀的步骤。该步骤能够用干法或湿法去除单晶硅片2的边缘和顶表面上绕镀到的磷。该步骤可以由化学湿法和/或干法刻蚀方法实现。
S4为在单晶硅片的顶表面设置P型钝化层的步骤。该步骤又包括子步骤S41和S42(图3中未示出)。S41为在单晶硅片的顶表面设置本征非晶硅薄膜层(或者本征微晶硅薄膜层或本征纳米硅薄膜层) 的步骤。S42为在本征非晶硅薄膜层的顶表面上设置P型非晶硅薄膜层(或者P型微晶硅薄膜层或P型纳米硅薄膜层)的步骤，该步骤中，通过LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、ALD 方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种制备P型非晶硅薄膜层，并使 P型钝化层的厚度为2nm-40nm。
S5为后续处理步骤。S5可以包括子步骤S51、S52和S53(在图 3中未示出)。
S51为在N型钝化层的底表面上设置减反膜的步骤。该步骤可以包括：采用PECVD的方法设置氮化硅减反膜，并使氮化硅减反膜的厚度形成为70nm-200nm。
S52为设置透光导电层的步骤。设置透光导电层的步骤由磁控溅射法或普通物理镀膜法实现，且所述透光导电层包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者。
S53例如为印刷栅线的步骤，或称为印刷电极的步骤。在该步骤中，可以用银、金、铜、铝、镍中的一种或多种在基体片的顶表面和底表面上印刷主栅线和副栅线，图2中所示的栅线为副栅线。
在本发明的结构和方法中，将钝化接触和异质结两种技术结合起来，既保留了钝化接触的低成本特性又兼具异质结电池的效率高、工艺简单等优势。
并且，制备工序中先制备单晶硅片底表面的掺杂多晶硅再制备其顶表面的非晶硅薄膜，从而可以有效避免底表面的磷绕镀到顶表面导致电池短路或失效的问题。
同时，本发明所提供的异质结太阳能电池与传统P型PERC电池兼容度高，具有实际应用前景；本发明所提供的异质结太阳能电池片结构较为简单、易于生产制造，本发明所提供的制造方法工艺路线简单、易于实现。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。
附图标记：
异质结太阳能电池片 1
单晶硅片 2
本征非晶硅薄膜层 3
P型非晶硅薄膜层 4
减反膜 5
隧穿层 6
N型钝化层 7
顶侧副栅线 8
底侧副栅线 9
透光导电层 10。
Claims (21)
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池包括基体片和设置在所述基体片的顶表面、底表面上的栅线，所述基体片包括：
单晶硅片；
隧穿层，所述隧穿层设置在所述单晶硅片的底表面上；
N型钝化层，所述N型钝化层设置在所述隧穿层的底表面上；
P型钝化层，所述P型钝化层设置在所述单晶硅片的顶表面上；
透光导电层，所述透光导电层设置在所述P型钝化层层的顶表面上。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述P型钝化层包括设置在所述单晶硅片的顶表面上的本征薄膜层和设置在所述本征薄膜层的顶表面上的P型薄膜层。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述本征薄膜层为本征非晶硅薄膜层、本征微晶硅薄膜层和本征纳米硅薄膜层中的一者，所述P型薄膜层为P型非晶硅薄膜层、P型微晶硅薄膜层和P型纳米硅薄膜层中的一者。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型钝化层包括掺杂多晶硅、掺杂碳化硅、掺杂氧化硅中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述P型钝化层的厚度为2nm-40nm。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，还包括在所述N型钝化层的底表面上的减反膜。
7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述减反膜为氮化硅减反膜或氮氧化硅减反膜，所述减反膜的厚度为70nm-200nm。
8.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层为二氧化硅隧穿层，所述二氧化硅隧穿层的厚度为0.8nm-3nm。
9.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述透光导电层包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型钝化层的厚度为20nm-300nm。
11.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述透光导电层为多层结构，各个所述透光导电层在所述非晶硅薄膜层的顶表面上层叠设置，并且在自所述非晶硅薄膜层到所述基体片的顶侧栅线的方向上，各个所述透光导电层的透光性递增。
12.一种制造方法，用于制造异质结太阳能电池，所述方法包括设置基体片以及在所述基体片的顶表面、底表面上施加栅线，其特征在于，所述设置基体片的步骤依次包括如下步骤：
设置单晶硅片；
在所述单晶硅片的底表面上设置隧穿层；
在所述隧穿层的底表面上设置N型钝化层；
对所述单晶硅片的边缘和顶表面刻蚀以去除其上的磷；
在所述单晶硅片的顶表面上设置P型钝化层；
在所述P型钝化层上设置透光导电层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述单晶硅片为P型硅片或N型硅片，并且设置单晶硅片的步骤包括：用氢氧化钠或氢氧化钾溶液对所述单晶硅片清洗和制绒，以去除其表面的金属离子和切割损伤层并在其表面形成金字塔绒面。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述单晶硅片的顶表面上设置P型钝化层的步骤包括：
在所述单晶硅片的顶表面上设置本征薄膜层，所述本征薄膜层为本征非晶硅薄膜层、本征微晶硅薄膜层和本征纳米硅薄膜层中的一者；
在所述本征薄膜层的顶表面上设置P型薄膜层，所述P型薄膜层为P型非晶硅薄膜层、P型微晶硅薄膜层和P型纳米硅薄膜层中的一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，设置所述P型钝化层的步骤包括：利用LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、ALD方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种制备所述P型钝化层，并使所述P型钝化层的厚度为2nm-40nm。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对所述单晶硅片的边缘和顶表面刻蚀的步骤由化学湿法和/或干法刻蚀方法实现。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：在所述N型钝化层的底表面上设置减反膜。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述减反膜为氮化硅减反膜或氮氧化硅减反膜，并且设置所述减反膜的步骤由PECVD方法实现，并使所述减反膜的厚度形成为70nm-200nm。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述隧穿层为二氧化硅隧穿层，并且设置所述二氧化硅隧穿层的步骤包括：利用热氧化、臭氧、湿法氧化和ALD方法中的至少一种制备所述二氧化硅隧穿层，使所述二氧化硅隧穿层的厚度为0.8nm-3nm。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，设置透光导电层的步骤由磁控溅射法或普通物理镀膜法实现，且所述透光导电层包括氧化铟锡层、掺钨氧化铟层、氧化铟锌层、氧化锌铝层中的至少一者。
21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，设置所述N型钝化层的步骤包括：利用LPCVD方法、PECVD方法、离子注入方法、热扩散方法、ALD方法、热氧化法和蒸镀法中的至少一种制备所述N型钝化层，使所述N型钝化层的厚度为20nm-300nm。
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