CN112701194A - 一种异质结太阳能电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结太阳能电池，包括：硅层衬底，依次设置在所述硅层衬底正面的第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第一导电膜层和第一金属电极；以及依次设置在所述硅层衬底背面的第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层、第二导电膜层和第二金属电极；其中，所述第一导电膜层与第二导电膜层工艺采用不同的氧氩比。本发明制备工艺在原有工艺的基础上，对正面和背面的导电膜层采用不同的镀膜工艺，通过本发明制备工艺制备出的太阳能电池，既不影响其余性能，同时可将电池正面膜层的载流子迁移率提升，从而提升电池片的短路电流，将电池背面膜层的方块电阻降低，从而获得高的填充因子，从而带来效率的提升，具有深远的市场发展前景。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制造领域，涉及一种异质结太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。随着太阳能电池生产技术不断进步，转换效率更有优势的高效电池的开发越来越受重视。其中用非晶硅本征层(a-Si:H(i))钝化表面的硅基异质结太阳电池(HJT电池：HIT是Heterojunctionwith Intrinsic Thin-layer的缩写，意为本征薄膜异质结，因HIT已被日本三洋公司申请为注册商标，所以又被称为HJT或SHJ)是重点的研究方向之一。众所周知，硅基异质结太阳电池不仅有高的转化效率、高的开路电压，而且具有低的温度系数、无光致衰减(LID)、无电致衰减(PID)、低的制备工艺温度等优势。另外硅基异质结电池在保证高转化效率的同时，硅片厚度可减薄至100μm，有效减少了硅料耗量，并可用来制备可弯曲电池组件。
HJT电池具有双面性特征，正背面同时具有非晶硅层，并需要同时覆盖透明导电薄膜(TCO)。薄膜的光电学性质与其蒸镀工艺条件参数密切相关，但大部分量产方式均采用正背面相同的工艺条件进行镀膜，在一定程度上限制了TCO薄膜光电性质的优化。
为了解决上述问题，本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，在原有工艺的基础上，对正面和背面的导电膜层采用不同的不同镀膜工艺，可将电池正面膜层的载流子迁移率提升，从而提升电池片的短路电流，将电池背面膜层的方块电阻降低，从而获得高的填充因子，从而带来效率的提升，所以具有深远的市场发展前景。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，本发明制备工艺在原有工艺的基础上，对正面和背面的导电膜层采用不同的镀膜工艺，通过本发明制备工艺制备出的太阳能电池，既不影响其余性能，同时可将电池正面膜层的载流子迁移率提升，从而提升电池片的短路电流，将电池背面膜层的方块电阻降低，从而获得高的填充因子，从而带来效率的提升，具有深远的市场发展前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)对硅层衬底进行制绒清洗，形成双面绒面结构；
(2)在所述硅层衬底的正面依次沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在所述硅层衬底的背面依次沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；其中，所述第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体，所述第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体；
(3)在所述第一导电膜层的正面和所述第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，固化后，即得一种异质结太阳能电池。
本发明制备工艺是在原有工艺的基础上，对正面和背面的导电膜层采用不同的镀膜工艺。工艺中气体的氧氩比对薄膜电学性质有较为显著的影响，自由载流子浓度随着氧氩比升高呈现下降趋势，这是因为当氧氩比增加时，In的氧化更加完全，导致导电薄膜材料中的氧空位不断减少，当自由载流子浓度下降时，薄膜透过率不断上升，但较低的载流子浓度不利于填充因子及其导电性，本技术方案选择正背面不同的氧氩比工艺，可将电池正面膜层的载流子迁移率提升，从而提升电池片的短路电流，将电池背面膜层的方块电阻降低，从而获得高的填充因子，从而带来效率的提升。
优选地，所述氧氩比为氧气和氩气的体积比。
优选地，步骤(1)所述硅层衬底为N型单晶硅片，电阻率为1.0-7.0Ω·cm，厚度为50-200um，对边宽度为166mm。
优选地，步骤(1)所述制绒采用碱溶液，所述碱溶液为浓度为49％的KOH或NaOH溶液；所述清洗采用质量配比为1:1的30％氨水双氧水溶液。
优选地，步骤(2)中所述第一本征非晶硅层、所述第一非晶硅膜层、所述第二本征非晶硅层和所述第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法或催化化学气相沉积法，所述第一导电膜层和所述第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法。
优选地，步骤(2)中所述第一本征非晶硅层和所述第二本征非晶硅层的厚度均为5-20nm。
优选地，步骤(2)中所述第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层；或者第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层；
其中，所述P型非晶硅膜层的厚度为5-20nm，N型非晶硅膜层的厚度为5-30nm。
本发明采用的上述厚度给太阳电池提供了较高的开路电压，并降低了暗电流。
优选地，步骤(2)中所述第一导电膜层和所述第二导电膜层均为透明导电膜层，所述透明导电膜层的材料为ITO、IWO或AZO中的任意一种，厚度均为60-120nm。
本发明采用的上述材料综合光电性能优异，应用广泛，能维持较高的透过率和较小的电阻率。
优选地，步骤(3)中所述第一金属电极和所述第二金属电极均为银电极，所述银电极正面和背面均包含主栅和细栅线；
其中，主栅线数为1-20，栅线宽度为0.8-1.2mm，副栅线数为80-200，栅线宽度为20-60μm。
优选地，步骤(3)中所述印刷的方式为丝网印刷；所述固化的温度为180-200℃，固化时间为10-30min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种异质结太阳能电池的制备方法，按照本发明制备工艺制备出的HJT电池的电性能相对于常规工艺方法，转换效率提升0.1％，其中主要为短路电流提升30mA。本发明制备工艺在原有工艺的基础上，对正面和背面的导电膜层采用不同的镀膜工艺，通过本发明制备工艺制备出的太阳能电池，既不影响其余性能，同时可将电池正面膜层的载流子迁移率提升，从而提升电池片的短路电流，将电池背面膜层的方块电阻降低，从而获得高的填充因子，从而带来效率的提升，具有深远的市场发展前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种异质结太阳能电池的结构示意图。
其中图中：
1、第一金属电极；2、第一导电膜层；3、第一非晶硅层；4、第一本征非晶硅层；5、硅层衬底；6、第二本征非晶硅层；7、第二非晶硅层；8、第二导电膜层；9、第二金属电极。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，一种异质结太阳能电池，包括：硅层衬底5，
依次设置在硅层衬底5正面的第一本征非晶硅层4、第一非晶硅膜层3、第一导电膜层2和第一金属电极1；
以及依次设置在硅层衬底5背面的第二本征非晶硅层6、第二非晶硅膜层7、第二导电膜层8和第二金属电极9。
实施例1
一种异质结太阳能电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为3Ω·cm，厚度为180um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室，第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为5nm；第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为5nm；第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为5nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为ITO，第一导电膜层和第二导电膜层的厚度为110nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为1，栅线宽度为0.8，副栅线数为80，栅线宽度为20μm，然后在180-220℃温度下固化26min后，即得一种异质结太阳能电池。
实施例2
一种异质结太阳能电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为1Ω·cm，厚度为50um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室，第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为5nm；第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为5nm；第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为5nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为ITO，第一导电膜层和第二导电膜层的厚度为60nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为0-20，栅线宽度为0-1.2mm，副栅线数为80，栅线宽度为20μm，然后在180-220℃温度下固化10min后，即得一种异质结太阳能电池。
实施例3
一种异质结太阳能电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为7Ω·cm，厚度为200um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为催化化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室，第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为20nm；第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为20nm；第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度30nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为IWO，厚度均为120nm，；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为20，栅线宽度为1.2mm，副栅线数为200，栅线宽度为60μm，然后在180-200℃温度下固化30min后，即得一种异质结太阳能电池。
实施例4
一种异质结太阳能电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为1Ω·cm，厚度为50um，对边宽166mm，通过49％KOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室，第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为5nm；第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为5nm；第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为5nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为ITO，厚度均为60nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为10，栅线宽度为1mm，副栅线数为80，栅线宽度为20μm，然后在180-200℃温度下固化10min后，即得一种异质结太阳能电池。
实施例5
一种异质结太阳能电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为7Ω·cm，厚度为200um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为催化化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室，第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为20nm；第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为30nm；第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度20nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为AZO，厚度均为120nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为20，栅线宽度为1.2mm，副栅线数为200，栅线宽度为60μm，然后在180-200℃温度下固化30min后，即得一种异质结太阳能电池。
对比例1
为常规异质结结构电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为3Ω·cm，厚度为180um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，沉积采用氧氩比为14％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为5nm；第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为5nm；第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为5nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为ITO，厚度均为110nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为1，栅线宽度为0.8mm，副栅线数为80，栅线宽度为20μm，然后在180-220℃温度下固化26min后，即得一种异质结太阳能电池。
对比例2
为常规异质结结构电池，制备工艺步骤如下：
(1)对N型单晶硅片进行进行制绒清洗，形成双面绒面结构，绒面大小控制在3-7um；其中，N型单晶硅片的电阻率为3Ω·cm，厚度为180um，对边宽166mm，通过49％NaOH溶液溶液进行制绒，通过30％氨水双氧水溶液进行清洗；
(2)在硅层衬底的正面沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在硅层衬底的背面沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层、第二本征非晶硅层和第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法，第一导电膜层和第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法，沉积采用氧氩比为12％的工艺气体充满腔室；第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层的厚度均为5nm；第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度为5nm；第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，厚度为5nm；第一导电膜层和第二导电膜层的材料为ITO，厚度均为110nm；
(3)在第一导电膜层的正面和第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，第一金属电极和第二金属电极均为银电极，银电极正面和背面均包含主栅和细栅线，主栅线数为1，栅线宽度为0.8mm，副栅线数为80，栅线宽度为20μm，然后在180-220℃温度下固化26min后，即得一种异质结太阳能电池。
将实施例1和对比例1-2的太阳能电池进行电性能测试，结果见表1。
表1电池测试性能结果图
| 分组 | Eta/％ | Voc/mV | Isc/mA | FF/％ |
| 对比例1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 对比例2 | 0.02 | 0 | -20 | 0.01 |
| 实施例1 | 0.1 | 0 | 30 | 0 |
由上可知，将受光面的通氧比例提高，带来的透光率提升更有效的提升了Isc，背光面采用低的通氧量，更注重于提升FF，综合以上两种优势，将正背面采用不同的氧氩比后，电性能得到了提升。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对硅层衬底进行制绒清洗，形成双面绒面结构；
(2)在所述硅层衬底的正面依次沉积第一本征非晶硅层、第一非晶硅膜层和第一导电膜层，在所述硅层衬底的背面依次沉积第二本征非晶硅层、第二非晶硅膜层和第二导电膜层；其中，所述第一导电膜层的沉积采用氧氩比为14％的工艺气体，所述第二导电膜层的沉积采用氧氩比为12％的工艺气体；
(3)在所述第一导电膜层的正面和所述第二导电膜层的背面分别印刷第一金属电极和第二金属电极，固化后，即得一种异质结太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硅层衬底为N型单晶硅片，电阻率为1.0-7.0Ω·cm，厚度为50-200um。
3.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制绒采用碱溶液，所述碱溶液为浓度为49％的KOH或NaOH溶液；所述清洗采用质量配比为1:1的30％氨水双氧水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一本征非晶硅层、所述第一非晶硅膜层、所述第二本征非晶硅层和所述第二非晶硅膜层的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法或催化化学气相沉积法，所述第一导电膜层和所述第二导电膜层的沉积方法为快速等离子沉积法。
5.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一本征非晶硅层和所述第二本征非晶硅层的厚度均为5-20nm。
6.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为N型非晶硅膜层；或者第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层；
其中，所述P型非晶硅膜层的厚度为5-20nm，N型非晶硅膜层的厚度为5-30nm。
7.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一导电膜层和所述第二导电膜层均为透明导电膜层，所述透明导电膜层的材料为ITO、IWO或AZO中的任意一种，厚度均为60-120nm。
8.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述第一金属电极和所述第二金属电极均为银电极，所述银电极正面和背面均包含主栅和细栅线；
其中，主栅线数为1-20，栅线宽度为0.8-1.2mm，副栅线数为80-200，栅线宽度为20-60μm。
9.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述印刷的方式为丝网印刷；所述固化的温度为180-220℃，固化时间为10-30min。
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