CN113161431A - 一种硅基太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅基太阳能电池，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。本发明通过上述各个层依次设置，特别是掺杂层和量子点薄层的设置，在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素形成P+层，然后镀上近红外光谱的吸收材料的量子点薄层，利用这种近红外光区的半导体材料对长波的吸收特性，增加光能的利用，提高光电的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种硅基太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，随着太阳能电池的研究和生产技术的发展以及低碳环境的要求，太阳能电池在传统能源领域越来越不可替代的作用。
目前传统的硅基太阳能电池因其效率优势成为太阳能产品中的主流产品得到了广泛的市场应用。相对于其他类型的太阳能电池产品(薄膜太阳能电池，敏化太阳能电池，钙钛矿太阳能电池)其生产相对成熟，光电转换效率相对较佳，在未来一段时间内仍旧是不可替代的。
尽管目前硅基太阳能电池具有诸多优势，尤其是目前较热的PERC电池，但是其Si禁带宽度1.1ev，光吸收截止波长1100nm，对长波段的光仍旧利用较低，因此提高目前PERC电池的长波段吸收从而提高太阳能电池效率是非常必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种硅基太阳能电池，本发明提供的硅基太阳能电池长波段光利用率高，转换效率高。
本发明提供了一种硅基太阳能电池，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。
优选的，所述前发射电极为N型硅层；所述前电极为Ag浆料，所述前减反射层为氮化硅膜层，所述背电极为Ag浆或银铝浆；
优选的，所述Si(p)硅基本征层为P型硅层；所述P型硅层是由薄片状单晶硅或者多晶硅构成，其中p型硅层的硼掺杂浓度为2×1018(1/cm3)。
优选的，所述In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族元素形成P+层。
优选的，所述ⅢA族元素包括铟、硼、铝、镓中的一种或几种。
优选的，所述量子点薄层选自In2S3、N掺杂的二氧化钛、Er3+掺杂的ZnO-CuO-ZnAl2O4多层氧化物结构、Er3+掺杂的ZnO-ZnAl2O4多层氧化物结构和Yb3+，Er3+，Tm3+掺杂的BiVO4结构中的一种或几种。
优选的，所述前减反射层的厚度为70～90nm；所述前发射电极厚度为0.2～0.3μm；所述Si(p)硅基本征层厚度为170～180nm；所述In掺杂层厚度为10～20nm。
优选的，所述氧化铝背面钝化层厚度为20～30nm；所述SixNy背面氮化硅层厚度为70～100nm；所述铝背场层厚度为20～30μm。
本发明提供了一种硅基太阳能电池的制备方法，包括：
采用丝网印刷的方式制备背电极；
在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备铝背场层；
在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积SixNy背面氮化硅层；
在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积氧化铝背面钝化层；
在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；
在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置In掺杂层；
在所述In掺杂层上设置Si(p)硅基本征层；
在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置前发射电极；
在所述前发射电极上采用PECVD方式制备前减反射层；
在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极。
优选的，所述扩散的方式设置前发射电极具体为三氯氧磷管式扩散炉扩散；所述Si(p)硅基本征层P型晶硅电阻率0.2～0.6；所述采用扩散的方式设置In掺杂层具体为：扩散InCl3源热处理方式掺杂，掺杂后方阻为50～100Ω。
与现有技术相比，本发明提供了一种硅基太阳能电池，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。本发明通过上述各个层依次设置，特别是掺杂层和量子点薄层的设置，在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素形成P+层，然后镀上近红外光谱的吸收材料的量子点薄层，利用这种近红外光区的半导体材料对长波的吸收特性，增加光能的利用，提高光电的转化效率。
附图说明
图1为本发明硅基太阳能电池结构示意图；
图2为本发明实施例2制备得到的硅基太阳能电池的效率测定结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种硅基太阳能电池及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种硅基太阳能电池，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括前电极。
本发明所述前电极为Ag浆料。本发明所述前电极的厚度为30±5um。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括前减反射层。所述前减反射层与前电极相邻，前电极设置于所述前减反射层上。
按照本发明，所述前减反射层为氮化硅膜层。所述前减反射层的厚度优选为70～90nm；更优选为72～88nm；最优选为75～85nm。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括前发射电极。本发明所述前发射电极与前减反射层相邻，所述前减反射层设置于所述前发射电极上。
本发明所述前发射电极为N型硅层；所述前发射电极厚度优选为0.2～0.3μm；更优选为0.3μm。
Si(n)前发射极(3)在P型硅基本征层正面热源掺杂形成N型层掺杂磷源浓度例如为7×1014(1/cm3)，在硅基本征层正面形成内建电场。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括Si(p)硅基本征层。
本发明所述Si(p)硅基本征层为P型硅层；所述P型硅层是由薄片状单晶硅或者多晶硅构成，其中p型硅层的掺杂浓度为2×1018(1/cm3)。
本发明所述Si(p)硅基本征层厚度优选为170～180nm；更优选为172～178nm。
本发明所述Si(p)硅基本征层与所述前发射电极相邻，所述前发射电极设置于所述Si(p)硅基本征层上。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括In掺杂层。本发明所述In掺杂层厚度优选为10～20nm；更优选为11～19nm；最优选为12～18nm。
本发明所述In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族元素形成P+层。所述ⅢA族元素包括铟、硼、铝、镓中的一种或几种。
本发明所述In掺杂层与所述Si(p)硅基本征层相邻，所述Si(p)硅基本征层设置于所述In掺杂层上。
In掺杂层在P型硅基本征层背面热源掺杂形成p型层掺杂溶度例如为3×1019(1/cm3)，在p型硅基本征层背面形成第二p型，第二p型层即在p型硅基本征层上掺杂而形成的一层p型层。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括量子点薄层；本发明所述量子点薄层与所述In掺杂层相邻。
本发明所述量子点薄层优选选自In2S3、N掺杂的二氧化钛、Er3+掺杂的ZnO-CuO-ZnAl2O4多层氧化物结构、Er3+掺杂的ZnO-ZnAl2O4多层氧化物结构和Yb3+，Er3+，Tm3+掺杂的BiVO4结构中的一种或几种；更优选为In2S3。
其中，In2S3量子点薄层在In掺杂层上，是通过电镀、溅射、CVD化学沉积的形式形成量子点薄层，具有纳米级量子点结构，其直径在2nm-15nm。其将进一步叠加内建电场，并增加透过p型硅基本征层光的吸收，提升光电转化效率。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括氧化铝背面钝化层。所述钝化层具体为Al2O3。
本发明所述氧化铝背面钝化层厚度为20～30nm；更优选为21～29nm；最优选为22～28nm。
本发明所述氧化铝背面钝化层与所述量子点薄层相邻，所述量子点薄层设置于所述氧化铝背面钝化层上。
Al2O3背面钝化层进一步在In2S3量子点薄层上生成，其薄层约10nm-50nm，其自身的负电性质，将促进在前发射极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层和量子点薄层中产生的载流子中的电子向前电极流动，并减少在前发射极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层和量子点薄层中的复合。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括SixNy背面氮化硅层；所述SixNy背面氮化硅层具体为硅烷和氨气在PECVD设备下生成；
本发明所述SixNy背面氮化硅层厚度优选为70～100nm；更优选为75～95nm；最优选为78～92nm。
SixNy背面氮化硅层和前减反射层是PECVD方式在正面Si(n)前发射极和背面的Al2O3背面钝化层上镀的氮化硅薄层。
本发明提供的硅基太阳能电池，包括铝背场层；本发明所述铝背场层厚度优选为20～30μm；更优选为22～28μm。
本发明所述铝背场层具体为Al2O3
本发明提供的硅基太阳能电池，包括背电极。
本发明上述前电极、铝背场、背电极是以浆料形式通过孔版印刷的方式予以涂布印刷上去的，并在链式烧结炉里峰值温度853℃烧结形成电池正负极导电极。
图1为本发明硅基太阳能电池结构示意图，其中1为前电极、2为前减反射层、3为前发射电极、4为Si(p)硅基本征层、5为In掺杂层、6为量子点薄层、7为氧化铝背面钝化层、8为SixNy背面氮化硅层、9为铝背场层和10为背电极。
本发明提供了一种硅基太阳能电池的制备方法，包括：
采用丝网印刷的方式制备背电极；
在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备铝背场层；
在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积SixNy背面氮化硅层；
在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积氧化铝背面钝化层；
在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；
在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置In掺杂层；
在所述In掺杂层上设置Si(p)硅基本征层；
在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置前发射电极；
在所述前发射电极上采用PECVD方式制备前减反射层；
在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极。
本发明提供了一种硅基太阳能电池的制备方法首先采用丝网印刷的方式制备背电极；本发明对于所述具体的制备方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可；优选可以为丝网印刷方式。
在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备铝背场层；本发明对于所述具体的制备方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可；优选可以为丝网印刷方式。
在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积SixNy背面氮化硅层。本发明对于所述具体的制备方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可；优选可以为管式PECVD方式。
在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积氧化铝背面钝化层；优选可以为采用原子沉积设备在TMA和水条件下沉积形成；所述具体制备参数优选为利用ALD设备形成10-50nm薄层。
在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；其中，In2S3的制备方法为铟源与硫脲水浴合成后经超声分散后以乙醇为溶剂低浓度条件下喷淋至In掺杂层形成；可替代为氧化铟。所述具体制备参数优选为水浴温度为180℃。
在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置In掺杂层；所述采用扩散的方式设置In掺杂层具体为：扩散InCl3源热处理方式掺杂，掺杂后方阻为50～100Ω。
在所述In掺杂层上设置Si(p)硅基本征层；本发明对于所述具体的设置方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可；优选可以为P型单晶硅。其中，P型晶硅电阻率0.2-0.6。
在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置前发射电极；，所述扩散的方式设置前发射电极具体为三氯氧磷管式扩散炉扩散；所述具体制备参数优选为沉积条件780℃，推进850℃。
在所述前发射电极上采用PECVD方式制备前减反射层；本发明对于所述具体的制备方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可。
在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极。本发明对于所述具体的制备方法不进行限定，本领域人员熟知的制备方法即可。
本发明提供了一种硅基太阳能电池，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。本发明通过上述各个层依次设置，特别是掺杂层和量子点薄层的设置，在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素形成P+层，然后镀上近红外光谱的吸收材料的量子点薄层，利用这种近红外光区的半导体材料对长波的吸收特性，增加光能的利用，提高光电的转化效率。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种硅基太阳能电池及其制备方法进行详细描述。
实施例1
采用丝网印刷的方式制备背电极；在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备厚度为20μm的铝背场层；在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积厚度为70nm的SixNy背面氮化硅层；在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积厚度为20nm的氧化铝背面钝化层；在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置厚度为10nm的In掺杂层In2S3；In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素(硼(B))形成P+层；In掺杂层在P型硅基本征层背面热源掺杂形成p型层掺杂溶度为3×1019(1/cm3)，在所述In掺杂层上设置厚度为170μm的Si(p)硅基本征层；在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置厚度为0.3μm的前发射电极；Si(n)前发射极在P型硅基本征层正面热源掺杂形成N型层掺杂浓度例如为7×1014(1/cm3))，在所述前发射电极上采用PECVD方式制备厚度为80nm的前减反射层；在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极，得到硅基太阳能电池。
实施例2
采用丝网印刷的方式制备背电极；在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备厚度为25μm的铝背场层；在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积厚度为85nm的SixNy背面氮化硅层；在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积厚度为25nm的氧化铝背面钝化层；在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置厚度为15nm的In掺杂层In2S3；In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素(硼(B))形成P+层；In掺杂层在P型硅基本征层背面热源掺杂形成p型层掺杂溶度为3×1019(1/cm3)，在所述In掺杂层上设置厚度为175μm的Si(p)硅基本征层；在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置厚度为0.3μm的前发射电极；Si(n)前发射极在P型硅基本征层正面热源掺杂形成N型层掺杂浓度例如为7×1014(1/cm3)，在所述前发射电极上采用PECVD方式制备厚度为80nm的前减反射层；在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极，得到硅基太阳能电池。
实施例3
采用丝网印刷的方式制备背电极；在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备厚度为30μm的铝背场层；在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积厚度为100nm的SixNy背面氮化硅层；在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积厚度为30nm的氧化铝背面钝化层；在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置厚度为20nm的In掺杂层In2S3；In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族其他元素(硼(B))形成P+层；In掺杂层在P型硅基本征层背面热源掺杂形成p型层掺杂溶度为3×1019(1/cm3)，在所述In掺杂层上设置厚度为180μm的Si(p)硅基本征层；在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置厚度为0.3μm的前发射电极；Si(n)前发射极在P型硅基本征层正面热源掺杂形成N型层掺杂浓度例如为7×1014(1/cm3)，在所述前发射电极上采用PECVD方式制备厚度为80nm的前减反射层；在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极，得到硅基太阳能电池。
实施例4
将本发明实施例2制备得到的硅基太阳能电池进行效率测定，结果如图2所示，其中1为本发明实施例2的结果，2为现有技术常规电池，由图2可以看出，本发明制备得到的硅基太阳能电池在波长1100nm及1480nm具有量子效率优势。本发明与常规的PERC电池相比，效率增益0.15％；其中Uoc增益0.7mV；Isc增益71mA。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅基太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的前电极、前减反射层、前发射电极、Si(p)硅基本征层、In掺杂层、量子点薄层、氧化铝背面钝化层、SixNy背面氮化硅层、铝背场层和背电极。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述前发射电极为N型硅层；所述前电极为Ag浆料；所述前减反射层为氮化硅膜层；所述背电极为Ag浆或银铝浆。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述Si(p)硅基本征层为P型硅层；所述P型硅层是由薄片状单晶硅或者多晶硅构成，其中p型硅层的掺杂浓度为2×1018(1/cm3)。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述In掺杂层在P型硅底层扩散ⅢA族元素形成P+层。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述ⅢA族元素包括铟、硼、铝、镓中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述量子点薄层选自In2S3、N掺杂的二氧化钛、Er3+掺杂的ZnO-CuO-ZnAl2O4多层氧化物结构、Er3+掺杂的ZnO-ZnAl2O4多层氧化物结构和Yb3+，Er3+，Tm3+掺杂的BiVO4结构中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述前减反射层的厚度为70～90nm；所述前发射电极厚度为0.2～0.3μm；所述Si(p)硅基本征层厚度为170～180nm；所述In掺杂层厚度为10～20nm。
8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述氧化铝背面钝化层厚度为20～30nm；所述SixNy背面氮化硅层厚度为70～100nm；所述铝背场层厚度为20～30μm。
9.一种硅基太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
采用丝网印刷的方式制备背电极；
在所述背电极上采用丝网印刷的方式制备铝背场层；
在所述铝背场层上采用PECVD方式沉积SixNy背面氮化硅层；
在所述SixNy背面氮化硅层上采用沉积氧化铝背面钝化层；
在所述氧化铝背面钝化层上采用喷淋得到量子点薄层；
在所述量子点薄层上采用扩散的方式设置In掺杂层；
在所述In掺杂层上设置Si(p)硅基本征层；
在所述Si(p)硅基本征层上采用扩散的方式设置前发射电极；
在所述前发射电极上采用PECVD方式制备前减反射层；
在所述前减反射层上采用丝网印刷的方式制备前电极。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述扩散的方式设置前发射电极具体为三氯氧磷管式扩散炉扩散；所述Si(p)硅基本征层P型晶硅电阻率0.2～0.6；所述采用扩散的方式设置In掺杂层具体为：扩散InCl3源热处理方式掺杂，掺杂后方阻为50～100Ω。
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