CN114582989A - 一种硅异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一种硅异质结太阳电池，包括，N型单晶硅片；钝化层，分别设置在N型单晶硅片的上表面和下表面；非晶硅膜层，包括第一非晶硅膜层和第二非晶硅膜层；氧化锌掺杂层，包括第一氧化锌掺杂层和第二氧化锌掺杂层，第一氧化锌掺杂层的上表面还设置有第三氧化锌掺杂层；金属栅线电极，分别设置在第三氧化锌掺杂层的上表面和第二氧化锌掺杂层的下表面；其中，第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层为镓和氧化锌掺杂，第二氧化锌掺杂层为铝和氧化锌掺杂。本申请用优化设计的低成本掺杂ZnO基透明导电膜取代了常规ITO膜，保持硅异质结电池高光电转换效率基础上大幅降低了材料成本，适合产业化发展的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅异质结太阳电池及其制备方法，属于太阳能电池组件加工技术领域。
背景技术
硅异质结电池是一种高效的光伏太阳电池，一般采用高少子寿命的N型硅片，结合超薄的隧穿钝化层和P型非晶（微晶）硅薄膜发射极得到异质的PN结结构，整个工序工艺温度较低，一般不高于200ºC，可使用超薄硅片，理论效率可达到28%，量产效率可达到25%以上，缺点是生产成本比较高，其中一个重要原因是电池表面采用的透明导电膜一般是昂贵的ITO材料（Sn或者W掺杂的In2O3），In属于稀有元素，较为昂贵且供应有限，限制了硅异质结电池的规模化应用和产业化发展。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种成本低同时又能保持电池高光电转换效率的硅异质结太阳电池。
技术方案：一种硅异质结太阳电池，包括，
N型单晶硅片，作为衬底且具有上表面和下表面；
钝化层，分别设置在所述N型单晶硅片的上表面和下表面；
非晶硅膜层，包括设置在N型单晶硅片上表面的钝化层表面的第一非晶硅膜层和设置在N型单晶硅片下表面的钝化层表面的第二非晶硅膜层；
氧化锌掺杂层，包括设置在所述第一非晶硅膜层上表面的第一氧化锌掺杂层和设置在所述第二非晶硅膜层下面表面的第二氧化锌掺杂层，所述第一氧化锌掺杂层的上表面还设置有第三氧化锌掺杂层；
金属栅线电极，分别设置在所述第三氧化锌掺杂层的上表面和第二氧化锌掺杂层的下表面；
其中，所述第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层为镓和氧化锌掺杂，所述第二氧化锌掺杂层为铝和氧化锌掺杂。
进一步的，所述钝化层为本征非晶硅钝化层或本征氧化硅钝化层。
进一步的，所述第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层。
进一步的，在所述第一氧化锌掺杂层中，镓的掺杂浓度为0.1at%~0.5at%，在所述第三氧化锌掺杂层中，镓的掺杂浓度为1.5at%~2at%，所述第一氧化锌掺杂层和所述第三氧化锌掺杂层的厚度为10~50nm。
进一步的，在所述第二氧化锌掺杂层中，铝的掺杂浓度为1at%~3at%，所述第二氧化锌掺杂层的厚度为50~150 nm。
进一步的，所述钝化层的厚度为1~20nm。
本申请还提供了一种硅异质结太阳电池制备方法，包括以下步骤：
（1）采用N型单晶硅片作为衬底，使用化学溶液对硅片表面进行清洗和织构化；
（2）在硅片两面沉积本征非晶硅形成钝化层；
（3）在上层钝化层的上表面沉积N型非晶硅层，在下层钝化层的下表面沉积P型非晶硅层作为发射极；
（4）在N型非晶硅层的上表面依次沉积第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层，在P型非晶硅层的下表面沉积第三氧化锌掺杂层；
（5）采用丝网印刷、激光转印或者电镀的方法制备金属栅线电极。
进一步的，所述钝化层采用等离子增强化学气相沉积或热丝化学气相沉积方法形成；所述N型非晶硅层和所述P型非晶硅膜层采用等离子增强化学气相沉积方法形成；所述第一氧化锌掺杂层、所述第二氧化锌掺杂层和所述第三氧化锌掺杂层采用物理气相沉积或反应离子溅射方法形成。
有益效果：本申请用优化设计的低成本掺杂ZnO基透明导电膜取代了常规ITO膜，保持硅异质结电池高光电转换效率基础上大幅降低了材料成本，适合产业化发展的需求。
附图说明
图1为本申请硅异质结太阳电池一种实施例结构示意图。
图中标记：1、N型单晶硅片，2、钝化层，3、第一非晶硅膜层，4、第二非晶硅膜层，5、第一氧化锌掺杂层，6、第二氧化锌掺杂层，7、第三氧化锌掺杂层，8、金属栅线电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例提供了一种硅异质结太阳电池，包括，
N型单晶硅片1，作为衬底且具有上表面和下表面；钝化层2，分别设置在N型单晶硅片1的上表面和下表面；非晶硅膜层，包括设置在N型单晶硅片1上表面的钝化层表面的第一非晶硅膜层3和设置在N型单晶硅片下表面的钝化层表面的第二非晶硅膜层4；氧化锌掺杂层，包括设置在第一非晶硅膜层上表面的第一氧化锌掺杂层5和设置在第二非晶硅膜层下面表面的第二氧化锌掺杂层6，第一氧化锌掺杂层的上表面还设置有第三氧化锌掺杂层7；金属栅线电极8，分别设置在第三氧化锌掺杂层的上表面和第二氧化锌掺杂层的下表面；其中，第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层为镓和氧化锌掺杂，第二氧化锌掺杂层为铝和氧化锌掺杂。
作为优选的，钝化层2采用本征非晶硅钝化层或本征氧化硅钝化层，第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层，厚度在5~50nm。
相比较常规异质结电池表面都采用昂贵的ITO膜，本申请硅异质结太阳电池正表面采用多层Ga掺杂的ZnO膜作为正面透明导电膜，Ga离子半径和Zn非常接近，掺杂的Ga离子基本可以形成ZnO晶格中Zn离子的替代位并形成高迁移率的载流子。
对于在氧化锌膜层中掺杂不同浓度的镓而言，可以采用PVD（物理气相沉积）或者RPD（反应离子溅射）方式，依次选用2-5个Ga:ZnO的靶材，Ga掺杂浓度依次升高，首先镀膜的靶材优选Ga掺杂浓度在0.1at%~0.5at%，即形成第一氧化锌掺杂层，最后镀膜的靶材优选高掺杂Ga浓度（1.5at%~2at%）靶材，即形成第三氧化锌掺杂层，每层厚度在10~50nm，总的厚度控制在50~100nm，方块电池在20~100Ω，迁移率达到20~50cm2/V·s，由于靠近硅片内侧的是低掺杂ZnO膜，越往外Ga掺杂量越高，这样一方面可以进一步减少正面入射光在导电膜中的吸收，另一方面也保证了低的方块电阻和良好的金属栅线欧姆接触，保证了电池较高的光电转换效率。
具体而言，在第二氧化锌掺杂层中，可以选用Al掺杂浓度在1at%~3at%的ZnO靶材，厚度为50~150 nm，方块电阻控制在20~100Ω，作为优选，厚度在30~100um之间。
具体而言，采用PECVD（等离子增强化学气相沉积）或者HWCVD（热丝化学气相沉积）方法形成的钝化层的厚度为2~20nm；也可以采用热氧化或者湿化学氧化的方法在硅衬底清洁的表面上制备一层薄的氧化硅钝化层，厚度为1~20nm。
实施例2，本实施例提供了一种硅异质结太阳电池制备方法，包括以下步骤：采用太阳能级N型单晶硅片作为衬底，使用化学溶液对硅片表面进行清洗和织构化，用PECVD的方式在正反两面制备本征非晶硅薄膜，厚度在2~20nm；用PECVD的方式再在正、背两面分别制备N型和P型非晶硅薄膜，厚度在10~20nm，背面的P型非晶硅薄膜为发射极，也就是发射极位于电池片背表面；用PVD的方式在正面分别沉积40nm的Zn0.995Ga0.005O（Ga掺杂量0.5%）和Zn0.985Ga0.015O（Ga掺杂量1.5%）的两层透明导电膜，方阻控制在40~60Ω；用PVD的方式在背面沉积80nm的Zn0.98Al0.02O（Al掺杂量2%）膜层，方阻控制在30~50Ω；采用丝网印刷的方法印刷背面电极和正面栅线电极，在烘干炉中进行烘干和退火，烘干退火后，经过测试分选即完成该电池生产工序，制备完成的异质结太阳电池经测试，电池的转换效率达到25%左右。
实施例3，本实施例提供了一种硅异质结太阳电池制备方法，包括以下步骤：采用太阳能级N型单晶作为衬底，使用化学溶液对硅片表面进行清洗和织构化；用PECVD的方式在正反两面制备本征非晶硅薄膜，厚度在2~10nm；用PECVD的方式再在正、背两面分别制备N型和P型微晶硅薄膜，厚度在10~20nm，背面的P型微晶硅薄膜为发射极，也就是发射极位于电池片背表面；用RPD的方式在正面分别沉积25nm的Zn0.995Ga0.005O（Ga掺杂量0.5%）、Zn0.99Ga0.01O（Ga掺杂量1%）和Zn0.985Ga0.015O（Ga掺杂量1.5%）的三层透明导电膜，方阻控制在40~60Ω；用PVD的方式在背面沉积100nm的Zn0.985Al0.015O（Al掺杂量1.5%）膜层，方阻控制在30~50Ω；采用丝网印刷的方法印刷背面电极和正面栅线电极；在烘干炉中进行烘干和退火，烘干退火后，经过测试分选即完成该电池生产工序，制备完成的异质结太阳电池经测试，电池的转换效率达到25%以上。
以上实施例1-3中，描述的正面即为N型单晶硅片的上表面或上表面方向，背面即为N型单晶硅片的下表面或下表面方向。
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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅异质结太阳电池，其特征在于：包括，
N型单晶硅片，作为衬底且具有上表面和下表面；
钝化层，分别设置在所述N型单晶硅片的上表面和下表面；
非晶硅膜层，包括设置在N型单晶硅片上表面的钝化层表面的第一非晶硅膜层和设置在N型单晶硅片下表面的钝化层表面的第二非晶硅膜层；
氧化锌掺杂层，包括设置在所述第一非晶硅膜层上表面的第一氧化锌掺杂层和设置在所述第二非晶硅膜层下面表面的第二氧化锌掺杂层，所述第一氧化锌掺杂层的上表面还设置有第三氧化锌掺杂层；
金属栅线电极，分别设置在所述第三氧化锌掺杂层的上表面和第二氧化锌掺杂层的下表面；
其中，所述第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层为镓和氧化锌掺杂，所述第二氧化锌掺杂层为铝和氧化锌掺杂。
2.根据权利要求1所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：所述钝化层为本征非晶硅钝化层或本征氧化硅钝化层。
3.根据权利要求1所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：所述第一非晶硅膜层为N型非晶硅膜层，所述第二非晶硅膜层为P型非晶硅膜层。
4.根据权利要求1所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：在所述第一氧化锌掺杂层中，镓的掺杂浓度为0.1at%~0.5at%，在所述第三氧化锌掺杂层中，镓的掺杂浓度为1.5at%~2at%。
5.根据权利要求4所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：所述第一氧化锌掺杂层和所述第三氧化锌掺杂层的厚度为10~50nm。
6.根据权利要求1所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：在所述第二氧化锌掺杂层中，铝的掺杂浓度为1at%~3at%。
7.根据权利要求6所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：所述第二氧化锌掺杂层的厚度为50~150 nm。
8.根据权利要求1所述的一种硅异质结太阳电池，其特征在于：所述钝化层的厚度为1~20nm。
9.一种硅异质结太阳电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用N型单晶硅片作为衬底，使用化学溶液对硅片表面进行清洗和织构化；
（2）在硅片两面沉积本征非晶硅形成钝化层；
（3）在上层钝化层的上表面沉积N型非晶硅层，在下层钝化层的下表面沉积P型非晶硅层作为发射极；
（4）在N型非晶硅层的上表面依次沉积第一氧化锌掺杂层和第三氧化锌掺杂层，在P型非晶硅层的下表面沉积第三氧化锌掺杂层；
（5）采用丝网印刷、激光转印或者电镀的方法制备金属栅线电极。
10.根据权利要去9所述的一种硅异质结太阳电池制备方法，其特征在于：所述钝化层采用等离子增强化学气相沉积或热丝化学气相沉积方法形成；所述N型非晶硅层和所述P型非晶硅膜层采用等离子增强化学气相沉积方法形成；所述第一氧化锌掺杂层、所述第二氧化锌掺杂层和所述第三氧化锌掺杂层采用物理气相沉积或反应离子溅射方法形成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220603 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |