CN110970523A - 一种硅基异质结太阳能电池及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅基异质结太阳能电池及制造方法，所述硅基异质结太阳能电池包括N型单晶硅片，所述N型单晶硅片具有相背设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上由内至外依次设置有第一本征钝化层、N型背场层、第一透明导电层和第一电极，在所述第二表面上由内至外依次设置有第二本征钝化层、P型发射极层、第二透明导电层和第二电极；其中，在所述第一透明导电层和所述N型背场层之间还设置有透明导电膜缓冲层。这样，可以使所述第一透明导电层与所述N型非晶或微晶硅层之间的接触电阻较低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅基异质结太阳能电池及制造方法。
背景技术
硅基异质结太阳能电池具有较高的光电转化效率以及较低的温度系数，是太阳能电池的重要发展方向，具有广阔的市场前景和研究意义。透明导电层是硅基异质结太阳能电池的重要部分，其不仅是电池的陷光减反层，还负责收集电池的载流子。然而，透明导电层是N型半导体，其与硅基异质结太阳能电池的N型非晶或微晶硅层之间存在较高的接触电阻，从而导致电池效率较低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种硅基异质结太阳能电池及制造方法，解决了透明导电层与硅基异质结太阳能电池的N型非晶或微晶硅层之间存在较高的接触电阻的问题。
为达上述目的，本发明实施例提供一种硅基异质结太阳能电池，包括：
包括N型单晶硅片，所述N型单晶硅片具有相背设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上由内至外依次设置有第一本征钝化层、N型背场层、第一透明导电层和第一电极，在所述第二表面上由内至外依次设置有第二本征钝化层、P型发射极层、第二透明导电层和第二电极；
其中，在所述第一透明导电层和所述N型背场层之间还设置有透明导电膜缓冲层。
可选的，所述透明导电膜缓冲层包括氧化铟锡缓冲层、掺铝氧化锌缓冲层和掺钨氧化铟缓冲层中的至少一种。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为经过快速退火处理所形成的所述掺铝氧化锌缓冲层。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为经过快速退火处理或水汽处理所形成的所述氧化铟锡缓冲层。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的所述掺钨氧化铟缓冲层。
可选的，所述第一电极通过丝网印刷方式设置在所述第一透明导电层上，所述第二电极通过丝网印刷方式设置在所述第二透明导电层上。
可选的，所述第一本征钝化层为第一本征非晶或微晶钝化层，所述N型背场层为N型非晶或微晶层，所述第二本征钝化层为第二本征非晶或微晶钝化层，所述P型发射极层为P型非晶或微晶层。
本发明实施例还提供一种硅基异质结太阳能电池的制造方法，包括：
提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片包括相背设置的第一表面和第二表面；
在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层；
在所述N型单晶硅片的第二表面上依次沉积第二本征钝化层、P型发射极层和第二透明导电层；
分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极。
可选的，所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
采用磁控溅射方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为掺铝氧化锌缓冲层或氧化铟锡缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层之后，在所述透明导电膜缓冲层上沉积所述第一透明导电层之前，
对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为掺铝氧化锌缓冲层；
所述对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片的温度升高至第一退火温度，且在所述第一退火温度下，将所述透明导电膜缓冲层保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对所述透明导电膜缓冲层进行冷却处理，其中，所述第一退火温度大于或等于450摄氏度，且小于或等于600摄氏度。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为氧化铟锡缓冲层；
所述对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片的温度升高至第二退火温度，且在所述第二退火温度下，将所述氧化铟锡缓冲层保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对所述透明导电膜缓冲层进行冷却处理，其中，所述第二退火温度大于或等于500摄氏度，且小于或等于600摄氏度。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为氧化铟锡缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层之后，在所述透明导电膜缓冲层上沉积所述第一透明导电层之前，
通过恒温恒湿箱，对沉积所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片进行水汽处理。
可选的，所述通过恒温恒湿箱，对沉积所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片进行水汽处理的步骤，包括：
在放置有所述氧化铟锡缓冲层的恒温恒湿箱中通入水汽，使得恒温恒湿箱中的湿度大于或等于80％，且小于或等于95％，且在预设温度下，将所述氧化铟锡缓冲层保温持续3分钟至50分钟，保温完毕后对所述氧化铟锡缓冲层进行冷却处理，其中，所述预设温度大于或等于80摄氏度，且小于或等于200摄氏度。
可选的，所述透明导电膜缓冲层为掺钨氧化铟缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
采用反应等离子体沉积方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层。
可选的，所述采用反应等离子体沉积方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层的步骤，包括：
通入氩气、氧气和水汽，采用等离子体沉积设备在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层，其中，所述氩气和所述水汽的流量比大于或等于1:1，且小于或等于100:1，所述氩气与所述氧气的流量比大于或等于1:1，且小于或等于50:1，腔体压强大于或等于0.1帕斯卡，且小于或等于1帕斯卡。
可选的，所述分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极的步骤包括：
通过丝网印刷方式，分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极。
可选的，所述第一本征钝化层为第一本征非晶或微晶钝化层，所述N型背场层为N型非晶或微晶层，所述第二本征钝化层为第二本征非晶或微晶钝化层，所述P型发射极层为P型非晶或微晶层。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明实施例中，在所述第一透明导电层和所述N型背场层之间设置有透明导电膜缓冲层，这样可以有效降低所述第一透明导电层与所述N型背场层之间的接触电阻。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种硅基异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种硅基异质结太阳能电池的制造方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种硅基异质结太阳能电池，包括N型单晶硅片1，N型单晶硅片1具有相背设置的第一表面和第二表面，在第一表面上由内至外依次设置有第一本征钝化层2、N型背场层3、第一透明导电层4和第一电极5，在第二表面上由内至外依次设置有第二本征钝化层6、P型发射极层7、第二透明导电层8和第二电极9；
其中，在第一透明导电层4和N型背场层3之间还设置有透明导电膜缓冲层10。
本发明实施例中，上述硅基异质结太阳能电池是指基于硅衬底的异质结太阳能电池。第一透明导电层4是采用透明导电膜材料制成的导电层，透明导电膜具有光学透明和导电双重功能，对有效载流子的收集起着关键作用，可以减少光的反射，从而起到很好的陷光作用。其中，透明导电薄膜主要包括纯金属薄膜和金属化合物薄膜，而金属化合物薄膜泛指具有透明导电性之氧化物、氮化物或氟化物等；其中氧化物还可以是指掺杂氧化物和混合氧化物；具体地，第一透明导电层4可以是采用氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺氟氧化硒和掺硼氧化锌等材料制成。优选地，第一透明导电层4可以是氧化铟锡透明导电层；这是由于氧化铟锡是以锡和氧空位为施主的N型简并半导体，在常温下有很好的导电性，其本征吸收在紫外区，对可见光透过率影响不大；可以说氧化铟锡在金属氧化物导电物质当中具有最佳的透明性和导电性、高透明性和表面导电性能。此外还具有良好的机械及化学性质；在遇热时尺寸稳定性良好，具有优良的耐久性能，以及具有优良的蚀刻加工性等。
对于第一透明导电层4，目前最常用的制备方法是采用磁控溅射法在N型背场层3上沉积一层第一透明导电层4；采用常规的磁控溅射法制备的第一透明导电层4在材料性能方面仍然存在进一步的优化空间。例如采用这种工艺方法制备的第一透明导电层4，其性质可能不太稳定，处于微晶相状态，即多晶和非晶混合相状态，这样可能会导致在不同的批次下制备的透明导电层的晶变化率较大，从而难以进行控制。此外，第一透明导电层4与N型背场层3之间存在着界面接触缺陷和较高的接触电阻等问题。
为解决上述问题，可以在沉积工艺方法的各个参数、后续退火过程以及前期的成核等方面可以进行优化。比如在制备第一透明导电层4前，我们可以预先在N型背场层3上沉积形成一层透明导电膜缓冲层10，而通过这一层缓冲层，则可以在第一透明导电层4界面形成良好的欧姆接触，从而有效的降低第一透明导电层4与电池n面之间的界面接触电阻。此外，通过该缓冲层可以有利于透明导电薄膜进行初始成核，提升后续薄膜的生长质量，最终使薄膜的性质更加稳定。
需要说明的是，上述透明导电膜缓冲层10可以是指采用透明导电薄膜材料制成的缓冲膜层；例如前述的氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺氟氧化硒和掺硼氧化锌等透明导电薄膜材料均可以用来制备该缓冲层。优选地，上述透明导电膜缓冲层10的厚度小于40nm。
这样，本发明实施例通过在第一透明导电层4和N型背场层3之间设置有透明导电膜缓冲层10，可以有效降低第一透明导电层4和N型背场层3之间的接触电阻。
可选的，第一本征钝化层2为第一本征非晶或微晶钝化层，N型背场层3为N型非晶或微晶层，第二本征钝化层6为第二本征非晶或微晶钝化层，P型发射极层7为P型非晶或微晶层。本实施方式中，采用这种构造的硅基异质结太阳能电池的电池效率和稳定性较高。当然，上述硅基异质结太阳能电池还可以采用其他构造制成，对此并不作限制。
可选的，透明导电膜缓冲层10包括氧化铟锡缓冲层、掺铝氧化锌缓冲层和掺钨氧化铟缓冲层中的至少一种。
其中，氧化铟锡、掺铝氧化锌和掺钨氧化铟均具有较好的导电性以及良好的透光度，这样，透明导电膜缓冲层10为氧化铟锡缓冲层、掺铝氧化锌缓冲层和掺钨氧化铟缓冲层中的至少一种；可以使硅基异质结太阳能电池的电池效率较高。需要说明的是，对上述三种薄膜缓冲层采用不同的沉积工艺方法，还可以使太阳能电池得到不同的优化。例如，对掺铝氧化锌缓冲层快速退火处理等。
可选的，透明导电膜缓冲层10为经过快速退火处理所形成的掺铝氧化锌缓冲层。
本实施方式中，上述快速退火处理可以是在N型背场层3上沉积形成掺铝氧化锌缓冲层后，将掺铝氧化锌缓冲层放入快速退火炉，并通入氩气保护，使得快速退火炉的温度在2分钟内迅速由室温提升至退火温度500摄氏度，并且在升温至500摄氏度以后，保温3分钟，保温完毕后对掺铝氧化锌缓冲层进冷却。优选地，退火温度可以是450摄氏度至600摄氏度，由室温提升至退火温度的时间可以是0.5至5分钟，保温时间可以是0.2至3.5分钟。当然，还可以是按照其他的快速退火条件对掺铝氧化锌缓冲层快速退火处理，对此并不作限制。
这样，经历短时间高温退火的掺铝氧化锌缓冲层，其非晶硅的性质没有得到损害，且使得沉积形成的掺铝氧化锌缓冲层迅速晶化，减少了掺铝氧化锌材料体内的缺陷。而通过掺铝氧化锌仔晶层，在室温下生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，透明导电膜缓冲层10为经过快速退火处理或水汽处理所形成的氧化铟锡缓冲层。
其中，上述经过快速退火处理形成的氧化铟锡缓冲层，其步骤和原理与上面经过快速退火处理所形成的掺铝氧化锌缓冲层一致，为避免重复，在此不再赘述。
优选地，氧化铟锡缓冲层的快速退火条件可以是：退火温度可以是500摄氏度至600摄氏度，由室温提升至退火温度的时间可以是0.5至5分钟，保温时间可以是0.2至3.5分钟。当然，还可以是按照其他的退火条件对掺铝氧化锌缓冲层快速退火处理，对此并不作限制。
这样，经历短时间高温退火的氧化铟锡缓冲层，其非晶硅的性质没有得到损害，且使得沉积形成的氧化铟锡缓冲层迅速晶化，减少了氧化铟锡缓冲层材料体内的缺陷。而通过氧化铟锡缓冲层这层仔晶层，在室温下生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
此外，经过水汽处理所形成的氧化铟锡缓冲层可以是，在N型背场层3上沉积形成氧化铟锡缓冲层后，将氧化铟锡缓冲层放入恒温恒湿箱，通入水汽，使恒温恒湿箱中的湿度为80％～95％之间，设定恒温恒湿箱的温度为80摄氏度至200摄氏度，在氧化铟锡缓冲层升温至设定的温度后，保温3分钟至50分钟，并在保温完毕后进行冷却。当然，恒温恒湿箱的温度以及保温时间还可以是其他数值，对此并不作具体的限制。
这样，经过水汽处理的氧化铟锡缓冲层，晶化程度趋向转变为非晶相，而在这层非晶相氧化铟锡缓冲层上继续生长第一透明导电层4，可以使得新生长的第一透明导电层4是非晶相的，从而使得第一透明导电层4的性质更加稳定。
优选地，本实施方式中的氧化铟锡缓冲层的厚度可以是1纳米至40纳米。当然，还可以是其他厚度，对此并不作限制。
可选的，透明导电膜缓冲层10为通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的掺钨氧化铟缓冲层。
其中，上述通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的掺钨氧化铟缓冲层可以是，利用等离子体沉积设备，通入氩气、氧气和水汽，并在N型背场层3上沉积形成一层掺钨氧化铟缓冲层；其中氩气与水汽的流量比可以是20:1，氩气与氧气的流量比为30:1，腔体压强保持为0.3帕斯卡。当然，还可以是其他反应等离子体沉积条件，对此并不作限制。
这样，通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的掺钨氧化铟缓冲层，其晶化程度较高，相当于为后续制备第一透明导电层4提供了一层仔晶层，而在这层掺钨氧化铟仔晶层上继续生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，第一电极5通过丝网印刷方式设置在第一透明导电层4上，第二电极9通过丝网印刷方式设置在第二透明导电层8上。
这样，通过丝网印刷方式设置第一电极5和第二电极9，具有设计灵活、成本低和可批量制作等优点。当然，第一电极5和第二电极9还可以通过其他的方式进行设置，对此并不作限制。
如图2所示，本发明实施例还提供一种硅基异质结太阳能电池的制造方法，应用于如图1所示的硅基异质结太阳能电池，上述方法包括：
S1、提供一N型单晶硅片1，N型单晶硅片1包括相背设置的第一表面和第二表面。
其中，上述N型单晶硅片1即是硅基异质结太阳能电池的衬底，主要作为硅基异质结太阳能电池的承载。优选地，N型单晶硅片1的厚度可以是200微米；当然，N型单晶硅片1还可以是其他厚度，对此并不作限制。
S2、在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、N型背场层3、透明导电膜缓冲层10和第一透明导电层4。
其中，上述透明导电膜缓冲层10是指采用透明导电膜材料制成的缓冲层，其具体说明已经在第一个实施例中作了详细阐述，在此不再赘述。其中，第一本征钝化层2和N型背场层3可以采用化学气相沉积法进行沉积。
应注意的是，透明导电膜缓冲层10是在沉积形成N型背场层3后，再在N型背场层3沉积形成的缓冲层。优选地，透明导电膜缓冲层10可以是通过磁控溅射方式沉积形成。当然，还可以通过其他的方式对透明导电膜缓冲层10进行沉积，例如化学气相沉积法等，对此并不作限制。
可选的，在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、N型背场层3、透明导电膜缓冲层10和第一透明导电层4，具体包括：
采用磁控溅射方式在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10。
本实施方式中，采用磁控溅射方式在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10具体可以是：通入氩气和氧气，通过磁控溅射设备在N型背场层3上沉积形成一层透明导电膜缓冲层10；其中，氩气与氧气的气体流量比可以是1:1至100:1，腔体压强可以保持在0.1至10帕斯卡，电源功率密度可以是0.2至3瓦每平方厘米。当然，也可以是按照其他磁控溅射条件对透明导电膜缓冲层10进行沉积；例如，氩气与氧气的气体流量比还可以是1:1至10:1，腔体压强还可以保持在0.1至1帕斯卡，对此并不作限制。
这样，采用磁控溅射方式在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10；可以具有较快的沉积速度，对膜层的损失较小，且得到的薄膜纯度较高；此外，还具有较好的工艺重复性。
可选的，透明导电膜缓冲层10为掺铝氧化锌缓冲层或氧化铟锡缓冲层；
在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、N型背场层3、透明导电膜缓冲层10和第一透明导电层4，具体包括：
在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10之后，在透明导电膜缓冲层10上沉积第一透明导电层4之前，
对沉积有透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1快速退火处理。本实施方式的详细说明已经在第一个实施例中作了详细阐述，为避免重复，在此不再赘述。
这样，经历短时间高温退火的透明导电膜缓冲层10，其非晶硅的性质没有得到损害，且使得沉积形成的透明导电膜缓冲层10迅速晶化，减少了透明导电膜缓冲层10材料体内的缺陷。而通过透明导电膜缓冲层10这层仔晶层，在室温下生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，透明导电膜缓冲层10为掺铝氧化锌缓冲层；
对沉积有透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1的温度升高至第一退火温度，且在第一退火温度下，将透明导电膜缓冲层10保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对透明导电膜缓冲层10进行冷却处理，其中，第一退火温度为450摄氏度至600摄氏度。为更好的对本实施方式进行说明，举例进行对比，以下为采用现有的制造方法来制造硅基异质结太阳能电池的一个参照对比例：第一步，采用化学气相沉积法在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、和N型背场层3，在N型单晶硅片1的第二表面上依次沉积第二本征钝化层6、和P型发射极层7；其中，第一本征非晶或微晶硅钝化层2和第二本征非晶或微晶硅钝化层6的沉积条件为：电源功率为330瓦，氢气与硅烷的气体流量比为3:1，压强0.75帕斯卡，沉积时衬底温度215摄氏度；N型背场层3的沉积条件为：电源功率为400瓦，氢气与硅烷气体流量比为4:1，磷烷与硅烷的气体流量比为3:100，压强为0.65帕斯卡，沉积时衬底的温度为215℃；其中P型发射极层7的沉积条件为：电源功率为230W，氢气与硅烷的气体流量比为3:1，硼烷与硅烷的气体流量比为3:97，压强为0.35帕斯卡，沉积时衬底的温度为215摄氏度。第二步，在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在50:1，腔体压强保持为1.2帕斯卡，打开溅射电源，电源功率密度为2瓦每平方厘米，采用磁控溅射法，在N型非晶或微晶硅层3和P型非晶或微晶硅层7上分别沉积第一透明导电层4第二透明导电层8，其中第一透明导电层4和第二透明导电层8均为氧化铟锡透明导电层。最后，在第一透明导电层4和第二透明导电层8上分别丝网印刷第一电极和第二电极。此外，另一个采用本实施方式的完整示例是：第一步与参照对比例中的第一步相同，在此不赘述。第二步，在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在50:1，腔体压强保持为1.2帕斯卡，电源功率密度为2瓦每平方厘米，采用磁控溅射法，在P型非晶或微晶硅层7上沉积第二透明导电层8，厚度为80纳米，第二透明导电层8为氧化铟锡透明导电层。第三步，通入氩气和氧气，通过磁控溅射设备在N型背场层3上沉积形成一层掺铝氧化锌缓冲层；其中，氩气与氧气的气体流量比为10:1，腔体压强可以保持在0.8帕斯卡，电源功率密度可以是3瓦每平方厘米，掺铝氧化锌缓冲层的厚度为20纳米。之后，将掺铝氧化锌缓冲层放入快速退火炉，并通入氩气保护，使得快速退火炉的温度在2分钟内迅速由室温提升至第一退火温度500摄氏度，并且在升温至500摄氏度以后，保温3分钟，保温完毕后对掺铝氧化锌缓冲层进冷却。第四步，在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在20:1，腔体压强保持为0.8帕斯卡，电源功率密度为4瓦每平方厘米，采用磁控溅射法，在掺铝氧化锌缓冲层上沉积第一透明导电层，厚度为60纳米，其中第一透明导电层为氧化铟锡透明导电层。第五步，在第一透明导电层4和第二透明导电层8上分别丝网印刷第一电极5和第二电极9。这里，以该参照对比例为参照，通过检测，可以知道采用本实施方式的完整示例得到的电池，其开路电压提升了0.50％，短路电流提升了2.10％，填充因子提升了1.90％，电池效率则是提升了3.44％。
本实施方式中，可以使掺铝氧化锌缓冲层的快速退火处理的工艺进一步优化，而经历短时间高温退火的掺铝氧化锌缓冲层，其非晶硅的性质没有得到损害，且使得沉积形成的掺铝氧化锌缓冲层迅速晶化，减少了掺铝氧化锌材料体内的缺陷。而通过掺铝氧化锌缓冲层这层仔晶层，在室温下生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，透明导电膜缓冲层10为氧化铟锡缓冲层；
对沉积有透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1的温度升高至第二退火温度，且在第二退火温度下，将氧化铟锡缓冲层保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对透明导电膜缓冲层10进行冷却处理，其中，第二退火温度大于或等于500摄氏度，且小于或等于600摄氏度。
为更好的对本实施方式进行说明，举一完整示例：由于本示例的第一步、第二步和第五步的步骤与上一个实施方式中举出的完整示例相同，且第四步中仅第一透明导电层4的厚度变更为了45纳米，其他条件未变，因此这些步骤在此不再赘述，只针对第三步进行说明。第三步：通过磁控溅射设备在N型背场层3上沉积形成一层氧化铟锡缓冲层；其中，氩气与氧气的气体流量比为3:1，腔体压强保持在0.7帕斯卡，电源功率密度是0.3瓦每平方厘米，氧化铟锡缓冲层的厚度为35纳米。之后，将氧化铟锡缓冲层放入快速退火炉，并通入氩气保护，使得快速退火炉的温度在2分钟内迅速由室温提升至第二退火温度530摄氏度，并且在升温至530摄氏度以后，保温2分钟，保温完毕后对氧化铟锡缓冲层进冷却。这里，仍以之前列举的参照对比例为参照，通过检测，可以知道采用本实施方式的完整示例得到的电池，其开路电压提升了0.70％，短路电流提升了1.55％，填充因子提升了1.80％，电池效率则是提升了3.08％。
本实施方式，可以使氧化铟锡缓冲层的快速退火处理的工艺进一步优化，而经历短时间高温退火的氧化铟锡缓冲层，其非晶硅的性质没有得到损害，且使得沉积形成的氧化铟锡缓冲层迅速晶化，减少了氧化铟锡缓冲层材料体内的缺陷。而通过氧化铟锡缓冲层这层仔晶层，在室温下生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，透明导电膜缓冲层10为氧化铟锡缓冲层；
在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、N型背场层3、透明导电膜缓冲层10和第一透明导电层4，具体包括：
在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10之后，在透明导电膜缓冲层10上沉积第一透明导电层4之前，
通过恒温恒湿箱，对沉积透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1进行水汽处理。
本实施方式中，上述对沉积透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1进行水汽处理，主要是指针对透明导电膜缓冲层10进行水汽处理，这是由于透明导电膜缓冲层10沉积在N型单晶硅片1的N型背场层3上，它们是一个整体。
这样，经过水汽处理的透明导电膜缓冲层10，晶化程度趋向转变为非晶相，而在这层非晶相透明导电膜缓冲层10上继续生长第一透明导电层4，可以使得新生长的第一透明导电层4是非晶相的，从而使得第一透明导电层4的性质更加稳定。
可选的，通过恒温恒湿箱，对沉积透明导电膜缓冲层10的N型单晶硅片1进行水汽处理的步骤，包括：
在放置有氧化铟锡缓冲层的恒温恒湿箱中通入水汽，使得恒温恒湿箱中的湿度大于或等于80％，且小于或等于95％，且在预设温度下，将氧化铟锡缓冲层保温持续3分钟至50分钟，保温完毕后对氧化铟锡缓冲层进行冷却处理，其中，预设温度大于或等于80摄氏度，且小于或等于200摄氏度。
为更好的对本实施方式进行说明，举一完整示例：由于本示例的第一步、第二步和第五步的步骤与上一个实施方式中举出的完整示例相同，且第四步中仅第一透明导电层的厚度变更为了65纳米，其他条件未变，因此这些步骤在此不再赘述，只针对第三步进行说明。第三步：通过磁控溅射设备在N型背场层3上沉积形成一层氧化铟锡缓冲层；其中，氩气与氧气的气体流量比为2:1，腔体压强保持在0.3帕斯卡，电源功率密度是0.3瓦每平方厘米，氧化铟锡缓冲层的厚度为15纳米。之后，在放置有氧化铟锡缓冲层的恒温恒湿箱中通入水汽，使恒温恒湿箱体内的湿度为90％，且在预设温度130摄氏度下，将氧化铟锡缓冲层保温持续20分钟，保温完毕后对氧化铟锡缓冲层进行冷却处理。这里，仍以之前列举的参照对比例为参照，通过检测，可以知道采用本实施方式的完整示例得到的电池，其开路电压提升了0.50％，短路电流提升了3.00％，填充因子提升了1.81％，电池效率则是提升了3.94％。当然，还可以按照其他的水汽处理参数进行水汽处理，对此并不作限制。
本实施方式，经过水汽处理的氧化铟锡缓冲层，晶化程度趋向转变为非晶相，而在这层非晶相氧化铟锡缓冲层上继续生长第一透明导电层4，可以使得新生长的第一透明导电层4是非晶相的，从而使得第一透明导电层4的性质更加稳定。
可选的，透明导电膜缓冲层10为掺钨氧化铟缓冲层；
在N型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征钝化层2、N型背场层3、透明导电膜缓冲层10和第一透明导电层4，具体包括：
采用反应等离子体沉积方式在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10。
反应等离子体沉积方式是一种化学气相沉积方式，其原理可以是在高频或直流电场作用下，源气体电离形成等离子体，基体浸没在等离子体中或放置在等离子体下方，吸附在基体表面的反应粒子受高能电子轰击，结合键断裂成为活性粒子，化学反应生成固态膜。
这样，通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的透明导电膜缓冲层10，其晶化程度较高，相当于为后续制备第一透明导电层4提供了一层仔晶层，而在这层掺钨氧化铟仔晶层上继续生长的第一透明导电层4结晶性比较好，材料体内缺陷少，且工艺可控性及重复性较高。
可选的，采用反应等离子体沉积方式在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10的步骤，包括：
通入氩气、氧气和水汽，采用等离子体沉积设备在N型背场层3上沉积透明导电膜缓冲层10，其中，氩气和水汽的流量比大于或等于1:1，且小于或等于100:1，氩气与氧气的流量比大于或等于1:1，且小于或等于50:1，腔体压强大于或等于0.1帕斯卡，且小于或等于1帕斯卡。
为更好的对本实施方式进行说明，举一完整示例：由于本示例的第一步、第二步和第五步的步骤与上一个实施方式中举出的完整示例相同，且第四步中仅第一透明导电层的厚度变更为了75纳米，其他条件未变，因此这些步骤在此不再赘述，只针对第三步进行说明。第三步：通入氩气、氧气和水汽，采用等离子体沉积设备在N型背场层3上沉积掺钨氧化铟缓冲层，其中，氩气和水汽的流量比为20:1，氩气与氧气的流量比为30:1，腔体压强为0.3帕斯卡，掺钨氧化铟缓冲层的厚度为5纳米。这里，仍以之前列举的参照对比例为参照，通过检测，可以知道采用本实施方式的完整示例得到的电池，其开路电压提升了0.50％，短路电流提升了0.7％，填充因子提升了1.90％，电池效率则是提升了3.13％。其中，腔体压强为沉积腔体的压强。
本实施方式，经过水汽处理的氧化铟锡缓冲层，晶化程度趋向转变为非晶相，而在这层非晶相氧化铟锡缓冲层上继续生长第一透明导电层4，可以使得新生长的第一透明导电层4是非晶相的，从而使得第一透明导电层4的性质更加稳定。
S3、在N型单晶硅片1的第二表面上依次沉积第二本征钝化层6、P型发射极层7和第二透明导电层8。
其中，第二本征钝化层6、P型发射极层7和第二透明导电层8均为硅基异质结电池P面即第二表面的膜层。第二本征钝化层6的沉积条件可以与第一本征钝化层2的沉积条件一致，可以参照S1中的说明。P型发射极层7的沉积条件可以为：电源功率为230W，氢气与硅烷的气体流量比为3:1，硼烷与硅烷的气体流量比为3:97，压强为0.35帕斯卡，沉积时衬底的温度为215℃。第二透明导电层8则可以采用磁控溅射方式在P型发射极层7上沉积形成；优选地，第二透明导电层8的厚度可以是80纳米。当然，上述膜层还可以通过其他的方式沉积形成，对此并不作限制。
可选的，第一本征钝化层2为第一本征非晶或微晶钝化层，N型背场层3为N型非晶或微晶层，第二本征钝化层6为第二本征非晶或微晶钝化层，P型发射极层7为P型非晶或微晶层。本实施方式中，采用这种构造的硅基异质结太阳能电池的电池效率和稳定性较高，且制造比较方便。当然，上述硅基异质结太阳能电池还可以采用其他构造制成，对此并不作限定。
S4、分别在第一透明导电层4上设置第一电极5和在第二透明导电层8上设置第二电极9。
其中，在设置完第一电极5和第二电极9后即制造得到了一硅基异质结太阳能电池。
可选的，分别在第一透明导电层4上设置第一电极5和在第二透明导电层8上设置第二电极9的步骤包括：
通过丝网印刷方式，分别在第一透明导电层4上设置第一电极5和在第二透明导电层8上设置第二电极9。
本实施方式的详细说明已经在第一个实施例中作了详细阐述，为避免重复，在此不再赘述。
这样，通过丝网印刷方式设置第一电极5和第二电极9，具有设计灵活、成本低和可批量制作等优点。当然，除了丝网印刷方式之外，也可以通过物理气相沉积方式对第一电极5和第二电极9进行沉积，例如磁控溅射方式等，对此并不作限制。
本发明实施例，通过在第一透明导电层4和N型背场层3之间沉积形成透明导电膜缓冲层10；这样，可以有效降低第一透明导电层4和N型背场层3之间的接触电阻。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种硅基异质结太阳能电池，其特征在于，包括N型单晶硅片，所述N型单晶硅片具有相背设置的第一表面和第二表面，在所述第一表面上由内至外依次设置有第一本征钝化层、N型背场层、第一透明导电层和第一电极，在所述第二表面上由内至外依次设置有第二本征钝化层、P型发射极层、第二透明导电层和第二电极；
其中，在所述第一透明导电层和所述N型背场层之间还设置有透明导电膜缓冲层。
2.根据权利要求1所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层包括氧化铟锡缓冲层、掺铝氧化锌缓冲层和掺钨氧化铟缓冲层中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为经过快速退火处理所形成的所述掺铝氧化锌缓冲层。
4.根据权利要求2所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为经过快速退火处理或水汽处理所形成的所述氧化铟锡缓冲层。
5.根据权利要求2所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为通过反应等离子体沉积技术沉积所形成的所述掺钨氧化铟缓冲层。
6.根据权利要求1所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一电极通过丝网印刷方式设置在所述第一透明导电层上，所述第二电极通过丝网印刷方式设置在所述第二透明导电层上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征钝化层为第一本征非晶或微晶钝化层，所述N型背场层为N型非晶或微晶层，所述第二本征钝化层为第二本征非晶或微晶钝化层，所述P型发射极层为P型非晶或微晶层。
8.一种硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片包括相背设置的第一表面和第二表面；
在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层；
在所述N型单晶硅片的第二表面上依次沉积第二本征钝化层、P型发射极层和第二透明导电层；
分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极。
9.根据权利要求8所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
采用磁控溅射方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层。
10.根据权利要求9所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为掺铝氧化锌缓冲层或氧化铟锡缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层之后，在所述透明导电膜缓冲层上，沉积所述第一透明导电层之前，
对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理。
11.根据权利要求10所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为掺铝氧化锌缓冲层；
所述对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片的温度升高至第一退火温度，且在所述第一退火温度下，将所述透明导电膜缓冲层保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对所述透明导电膜缓冲层进行冷却处理，其中，所述第一退火温度大于或等于450摄氏度，且小于或等于600摄氏度。
12.根据权利要求10所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为氧化铟锡缓冲层；
所述对沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片快速退火处理，具体包括：
在0.5分钟至5分钟内，将沉积有所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片的温度升高至第二退火温度，且在所述第二退火温度下，将所述氧化铟锡缓冲层保温持续0.2至3.5分钟，保温完毕后对所述透明导电膜缓冲层进行冷却处理，其中，所述第二退火温度大于或等于500摄氏度，且小于或等于600摄氏度。
13.根据权利要求10所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为氧化铟锡缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层之后，在所述透明导电膜缓冲层上沉积所述第一透明导电层之前，
通过恒温恒湿箱，对沉积所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片进行水汽处理。
14.根据权利要求13所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述通过恒温恒湿箱，对沉积所述透明导电膜缓冲层的所述N型单晶硅片进行水汽处理的步骤，包括：
在放置有所述氧化铟锡缓冲层的恒温恒湿箱中通入水汽，使得所述恒温恒湿箱中的湿度大于或等于80％，且小于或等于95％，且在预设温度下，将所述氧化铟锡缓冲层保温持续3分钟至50分钟，保温完毕后对所述氧化铟锡缓冲层进行冷却处理，其中，所述预设温度大于或等于80摄氏度，且小于或等于200摄氏度。
15.根据权利要求8所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述透明导电膜缓冲层为掺钨氧化铟缓冲层；
所述在所述N型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征钝化层、N型背场层、透明导电膜缓冲层和第一透明导电层，具体包括：
采用反应等离子体沉积方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层。
16.根据权利要求15所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述采用反应等离子体沉积方式在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层的步骤，包括：
通入氩气、氧气和水汽，采用等离子体沉积设备在所述N型背场层上沉积所述透明导电膜缓冲层，其中，所述氩气和所述水汽的流量比大于或等于1:1，且小于或等于100:1，所述氩气与所述氧气的流量比大于或等于1:1，且小于或等于50:1，腔体压强大于或等于0.1帕斯卡，且小于或等于1帕斯卡。
17.根据权利要求8所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极的步骤包括：
通过丝网印刷方式，分别在所述第一透明导电层上设置第一电极和在所述第二透明导电层上设置第二电极。
18.根据权利要求8-17中任一项所述的硅基异质结太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述第一本征钝化层为第一本征非晶或微晶钝化层，所述N型背场层为N型非晶或微晶层，所述第二本征钝化层为第二本征非晶或微晶钝化层，所述P型发射极层为P型非晶或微晶层。
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| CN114220876A (zh) * | 2021-12-11 | 2022-03-22 | 中威新能源(成都)有限公司 | 太阳能电池及其制备方法 |
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