CN114335227A - 单面异质结电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单面异质结电池及其制作方法。单面异质结电池包括：硅片基体、第一非晶硅膜、第二非晶硅膜、第一导电层、第二导电层、钝化层和背场层，第一非晶硅膜设置于硅片基体的受光面；第二非晶硅膜设置于硅片基体的背光面；第一导电层设置于第一非晶硅膜的上侧；第二导电层设置于第二非晶硅膜的下侧；钝化层设置于第二导电层的下侧；背场层设置于钝化层的下侧；其中，第二导电层的厚度小于第一导电层的厚度。在硅片基体的背光面设置背场层，利用背场层较佳的导电能力减少制备导电层所需的昂贵靶材的用量，使背光面侧的第二导电层的厚度小于受光面侧的第一导电层的厚度，从而降低电池生产成本。

Description

单面异质结电池及其制作方法

技术领域

本申请涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种单面异质结电池及其制作方法。

背景技术

异质结电池在电池转换效率、多结电池、工艺步骤、温度系数、双面率等方面都具有比常规晶体硅电池无可比拟的优势，因此被认为是最热门的下一代电池之一。相关技术中，异质结电池因为其制作导电层的靶材中含有众多贵金属而存在生产成本高昂的问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种单面异质结电池，通过在硅片基体背光面设置背场层，能够减少制备电池导电层的靶材用量，从而降低电池生产成本。

本申请还提出一种单面异质结电池的制作方法。

根据本申请的第一方面实施例的单面异质结电池，包括：硅片基体；第一非晶硅膜，所述第一非晶硅膜设置于所述硅片基体的受光面；第二非晶硅膜，所述第二非晶硅膜设置于所述硅片基体的背光面；第一导电层，所述第一导电层设置于所述第一非晶硅膜的上侧；第二导电层，所述第二导电层设置于所述第二非晶硅膜的下侧；钝化层，所述钝化层设置于所述第二导电层的下侧；背场层，所述背场层设置于所述钝化层的下侧；其中，所述第二导电层的厚度小于所述第一导电层的厚度。

根据本申请实施例的单面异质结电池，至少具有如下有益效果：基于传统的异质结电池结构，在硅片基体的背光面设置背场层，利用背场层较佳的导电能力减少制备导电层所需的昂贵靶材的用量，使背光面侧的第二导电层的厚度小于受光面侧的第一导电层的厚度，从而降低电池生产成本。

根据本申请的一些实施例，还包括正面电极和背面电极，所述正面电极设置于所述第一导电层的上侧，所述背面电极设置于所述背场层的下侧。

根据本申请的一些实施例，所述正面电极包括栅线，所述栅线用于传输光生电流。

根据本申请的一些实施例，所述第一导电层的厚度为60纳米至120纳米，所述第二导电层的厚度为10纳米至60纳米，所述第二导电层的厚度不大于所述第一导电层的厚度的一半。

根据本申请的一些实施例，所述第一非晶硅膜和所述第二非晶硅膜的厚度均为10纳米至20纳米，所述钝化层的厚度为10纳米至50纳米，所述背场层的厚度为0.2微米至20微米。

根据本申请的第二方面实施例的单面异质结电池的制作方法，包括：提供硅片基体；在所述硅片基体的受光面、背光面分别沉积第一非晶硅膜、第二非晶硅膜；在所述第一非晶硅膜的上侧沉积第一导电层；在所述第二非晶硅膜的下侧依次沉积第二导电层和钝化层；在所述钝化层的下侧蒸镀背场层；其中，所述第二导电层的厚度小于所述第一导电层的厚度。

根据本申请的一些实施例，还包括：在所述第一导电层的上侧制备正面电极；在所述背场层的下侧制备背面电极。

根据本申请的一些实施例，所述正面电极和所述背面电极均为使用丝网印刷工艺制备的银电极，所述正面电极包括栅线，所述栅线用于传输光生电流。

根据本申请的一些实施例，所述第一导电层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为60纳米至120纳米的TCO膜，所述第二导电层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至60纳米的TCO膜，所述第二导电层的厚度不大于所述第一导电层的厚度的一半。

根据本申请的一些实施例，所述第一非晶硅膜和所述第二非晶硅膜均为使用化学气相沉积的方式制备的一层厚度为10纳米至20纳米的本征非晶硅膜，所述钝化层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至50纳米的二氧化硅膜，所述背场层为使用真空蒸镀的方式沉积的一层厚度为0.2微米至20微米的金属膜。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请单面异质结电池一种实施例的结构图；

图2为本申请单面异质结电池另一种实施例的结构图；

图3为本申请单面异质结电池的制作方法一种实施例的流程图；

图4为本申请单面异质结电池的制作方法另一种实施例的流程图。

附图标记：

硅片基体100、第一非晶硅膜200、第二非晶硅膜300、第一导电层400；

第二导电层500、钝化层600、背场层700、正面电极800、背面电极900。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的单面异质结电池是一种太阳能电池，太阳能电池是利用光生伏特效应将太阳能转化为电能的装置，其核心为半导体PN结。根据基体材料不同，可以分为晶体硅电池和薄膜电池。其中晶体硅电池发展成熟，是目前市场的主流。异质结是一种特殊的PN结，通过在晶体硅上沉积非晶硅膜制成。异质结电池属于N型电池中的一种。异质结电池在电池转换效率、多结电池、工艺步骤、温度系数、双面率和低衰减性等方面都具有比常规晶体硅电池无可比拟的明显优势，因此异质结电池被认为是最热门的下一代候选电池之一。目前制约异质结电池产业化进程的主要因素为设备、靶材以及银浆的成本。

一些实施例，参照图1，单面异质结电池包括：硅片基体100、第一非晶硅膜200、第二非晶硅膜300、第一导电层400、第二导电层500、钝化层600和背场层700；第一非晶硅膜200设置于硅片基体100的受光面；第二非晶硅膜300设置于硅片基体100的背光面；第一导电层400设置于第一非晶硅膜200的上侧；第二导电层500设置于第二非晶硅膜300的下侧；钝化层600设置于第二导电层500的下侧；背场层700设置于钝化层600的下侧；其中，第二导电层500的厚度小于第一导电层400的厚度。

传统的异质结电池两面的导电层都有一定的厚度要求以满足电池导电能力的需要，而制备导电层所需的靶材包括含锡、钨和铟等的贵金属靶材，这是使得异质结电池产业化生产时成本高昂的主要因素之一。本申请实施例的异质结电池在电池背光面的导电层下侧继续沉积钝化层600和一层不透明的金属膜作为背场层700，形成只有正面接收太阳的单面异质结电池。背场层700的制备材料可选用铝、锌或铜作为靶材，材料廉价易得。且背场层700具备较佳的导电能力，因此可以大大减小电池背光面的导电层厚度，使制作成本大大降低。

本申请实施例的单面异质结电池至少具有如下有益效果：基于传统的异质结电池结构，在硅片基体100的背光面设置用料廉价的背场层700，利用背场层700较佳的导电能力减少制备导电层所需的昂贵靶材的用量，使背光面侧的第二导电层500的厚度小于受光面侧的第一导电层400的厚度，从而降低电池生产成本。

一些实施例，参照图2，还包括正面电极800和背面电极900，正面电极800设置于第一导电层400的上侧，背面电极900设置于背场层700的下侧。正面电极800和背面电极900用于将电池转化的电能传输至电能存储设备或用电设备。

一些实施例，正面电极800包括栅线，栅线用于传输光生电流。异质结电池的电极通常采用昂贵的低温银浆制备而成。传统的异质结电池的正面电极800和背面电极900都设置有众多栅线，以保证电能的传输效率。而本申请实施例的单面异质结电池设置有具备较佳导电能力的背场层700，背面电极900不设置栅线也能满足需求，大大减少了银浆的用量，进一步降低了电池的生产成本。

一些实施例，第一导电层400的厚度为60纳米至120纳米，第二导电层500的厚度为10纳米至60纳米，第二导电层500的厚度不大于第一导电层400的厚度的一半。在传统的异质结电池结构中，电池两侧的导电层厚度相同。在本实施例中，因为背场层700具备较佳的导电能力，第二导电层500的厚度可以减小一半以上，从而大大减少制备导电层的靶材用量，降低成本。一个实施例，第二导电层500的厚度也可以大于第一导电层400厚度的一半，但相应的成本也会增加。

一些实施例，第一非晶硅膜200和第二非晶硅膜300的厚度均为10纳米至20纳米，钝化层600的厚度为10纳米至50纳米，背场层700的厚度为0.2微米至20微米。

一些实施例，参照图1和图3，单面异质结电池的制作方法包括：

S100，提供硅片基体；

S200，在硅片基体的受光面、背光面分别沉积第一非晶硅膜、第二非晶硅膜；

S300，在第一非晶硅膜的上侧沉积第一导电层；

S400，在第二非晶硅膜的下侧依次沉积第二导电层和钝化层；

S500，在钝化层的下侧蒸镀背场层。

其中，第二导电层500的厚度小于第一导电层400的厚度。

对于步骤S100，硅片基体100的材料为N型硅，基于此异质结电池属于N型电池一类。N型硅为掺杂磷元素的单晶硅，掺杂浓度越高，则硅片导电能力越强，电阻率越低。在开始制备电池之间，硅片基体100还需要经过清洗制绒处理，处理的目的是清除表面油污和金属杂质、去除机械损伤层并制成金字塔绒面以减少阳光反射。

对于步骤S200，通过化学气相沉积的方式在硅片基体100两侧沉积富氢的本征非晶硅膜，可以将悬挂键氢化，有效降低界面态缺陷，显著提高少子寿命，增加开路电压，进而提高电池效率。非晶硅又称无定型硅，是单质硅的一种形态，为棕黑色或灰黑色的微晶体。其不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。本征非晶硅即为完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净非晶硅。

对于步骤S300和步骤S400，导电层用于纵向收集载流子，通常使用TCO(Transparent Conductive Oxide，导电氧化物)膜作为导电层，能够减少阳光反射。导电层都有一定的厚度要求以满足电池导电能力的需要，而制备导电层所需的靶材包括含锡、钨和铟等的贵金属靶材，使得电池的制作成本较高。钝化层600用于减少辐射光的损失，提高电池转换太阳能的效率。

对于步骤S500，采用真空蒸发镀膜的方式在钝化层600下侧制备背场层700，背场层700具有较佳的导电能力，也能够收集载流子，且背场层700的制备材料可选用铝、锌或铜作为靶材，材料廉价易得。因此可以大大减小第二导电层500的厚度，减少贵金属靶材用量，降低成本。

本申请实施例的单面异质结电池的制作方法至少具有如下有益效果：基于传统的异质结电池结构，在硅片基体100的背光面设置用料廉价的背场层700，利用背场层700较佳的导电能力减少制备导电层所需的昂贵靶材的用量，使背光面侧的第二导电层500的厚度小于受光面侧的第一导电层400的厚度，从而降低电池生产成本。

一些实施例，参照图2和图4，还包括：

S600，在第一导电层的上侧制备正面电极；

S700，在背场层的下侧制备背面电极。

对于步骤S600和步骤S700，正面电极800和背面电极900用于将电池转化的电能传输至电能存储设备或用电设备。

一些实施例，正面电极800和背面电极900均为使用丝网印刷工艺制备的银电极，正面电极800包括栅线，栅线用于传输光生电流。传统的异质结电池的正面电极800和背面电极900都设置有众多栅线，以保证电能的传输效率。而本申请实施例的单面异质结电池设置有具备较佳导电能力的背场层700，背面电极900不设置栅线也能满足需求，大大减少了银浆的用量，进一步降低了电池的生产成本。

一些实施例，第一导电层400为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为60纳米至120纳米的TCO膜，第二导电层500为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至60纳米的TCO膜，第二导电层500的厚度不大于第一导电层400的厚度的一半。磁控溅射是物理气相沉积方法的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。磁控溅射法更是实现了高速、低温、低损伤。因为是在低气压下进行高速溅射，所以必须有效地提高气体的离化率。磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。

在传统的异质结电池结构中，电池两侧的导电层厚度相同。在本实施例中，因为背场层700具备较佳的导电能力，第二导电层500的厚度可以减小一半以上，从而大大减少制备导电层的靶材用量，降低成本。示意性实施例，第二导电层500的厚度也可以大于第一导电层400厚度的一半，但相应的成本也会增加。

一些实施例，第一非晶硅膜200和第二非晶硅膜300均为使用化学气相沉积的方式制备的一层厚度为10纳米至20纳米的本征非晶硅膜，钝化层600为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至50纳米的二氧化硅膜，背场层700为使用真空蒸镀的方式沉积的一层厚度为0.2微米至20微米的金属膜。真空蒸镀，简称蒸镀，是指在真空条件下，采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料(或称膜料)并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法。蒸镀是使用较早、用途较广泛的气相沉积技术，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”或“示意性实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.单面异质结电池，其特征在于，包括：

硅片基体；

第一非晶硅膜，所述第一非晶硅膜设置于所述硅片基体的受光面；

第二非晶硅膜，所述第二非晶硅膜设置于所述硅片基体的背光面；

第一导电层，所述第一导电层设置于所述第一非晶硅膜的上侧；

第二导电层，所述第二导电层设置于所述第二非晶硅膜的下侧；

钝化层，所述钝化层设置于所述第二导电层的下侧；

背场层，所述背场层设置于所述钝化层的下侧；

其中，所述第二导电层的厚度小于所述第一导电层的厚度。

2.根据权利要求1所述的单面异质结电池，其特征在于，还包括正面电极和背面电极，所述正面电极设置于所述第一导电层的上侧，所述背面电极设置于所述背场层的下侧。

3.根据权利要求2所述的单面异质结电池，其特征在于，所述正面电极包括栅线，所述栅线用于传输光生电流。

4.根据权利要求1所述的单面异质结电池，其特征在于，所述第一导电层的厚度为60纳米至120纳米，所述第二导电层的厚度为10纳米至60纳米，所述第二导电层的厚度不大于所述第一导电层的厚度的一半。

5.根据权利要求1所述的单面异质结电池，其特征在于，所述第一非晶硅膜和所述第二非晶硅膜的厚度均为10纳米至20纳米，所述钝化层的厚度为10纳米至50纳米，所述背场层的厚度为0.2微米至20微米。

6.单面异质结电池的制作方法，其特征在于，包括：

提供硅片基体；

在所述硅片基体的受光面、背光面分别沉积第一非晶硅膜、第二非晶硅膜；

在所述第一非晶硅膜的上侧沉积第一导电层；

在所述第二非晶硅膜的下侧依次沉积第二导电层和钝化层；

在所述钝化层的下侧蒸镀背场层；

其中，所述第二导电层的厚度小于所述第一导电层的厚度。

7.根据权利要求6所述的单面异质结电池的制作方法，其特征在于，还包括：

在所述第一导电层的上侧制备正面电极；

在所述背场层的下侧制备背面电极。

8.根据权利要求7所述的单面异质结电池的制作方法，其特征在于，所述正面电极和所述背面电极均为使用丝网印刷工艺制备的银电极，所述正面电极包括栅线，所述栅线用于传输光生电流。

9.根据权利要求6所述的单面异质结电池的制作方法，其特征在于，所述第一导电层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为60纳米至120纳米的TCO膜，所述第二导电层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至60纳米的TCO膜，所述第二导电层的厚度不大于所述第一导电层的厚度的一半。

10.根据权利要求6所述的单面异质结电池的制作方法，其特征在于，所述第一非晶硅膜和所述第二非晶硅膜均为使用化学气相沉积的方式制备的一层厚度为10纳米至20纳米的本征非晶硅膜，所述钝化层为使用磁控溅射的方式沉积的一层厚度为10纳米至50纳米的二氧化硅膜，所述背场层为使用真空蒸镀的方式沉积的一层厚度为0.2微米至20微米的金属膜。

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