CN114975669A - 太阳电池及制备方法、发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳电池及制备方法、发电装置。该太阳电池包括：电池基片和导电层；所述导电层包括第一透明导电薄膜、银电极和第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜设置于所述电池基片的表面上，所述银电极设置于所述第一透明导电薄膜上的部分区域，所述第二透明导电薄膜覆盖所述银电极和所述第一透明导电薄膜。第二透明导电薄膜的原子层能够填充至银电极表面银粉之间的间隙处，以及银电极与第一透明导电薄膜之间的间隙处，从而起到降低银电极自身电阻以及银电极与第一透明导电薄膜之间的接触电阻的作用，最终提升太阳电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种太阳电池及制备方法、发电装置。
背景技术
异质结太阳电池是一种特殊的PN结，通常由非晶硅和晶体硅材料形成。异质结太阳电池具有高效率、高开路电压等优点，因而具有较佳的应用前景。
异质结太阳电池的制程工序通常包括制绒、非晶硅镀膜、透明导电层镀膜和丝网印刷栅线电极等步骤，这些制备过程的工艺温度一般不会超过400℃。银在金属中具有最高的导电率，因而一般被用作电极的材料。在实际制备工艺中，电极的原料有高温银浆和低温银浆。高温银浆的导电性能较好，但需要在700℃以上的高温下成型，这会对异质结太阳电池的薄膜造成显著的损伤，所以异质结太阳电池的栅线电极通常都是采用低温银浆进行制备。低温银浆中包括球状和片状的银粉以及用于粘结的有机树脂。与高温银浆通过熔化烧结存在显著不同的是，低温银浆是通过树脂将银粉颗粒粘结到一起的，同时电极整体与透明导电薄膜之间也是通过树脂粘合的，因此电极自身的线电阻和其与透明导电薄膜之间的接触电阻都明显较高。这成为了影响异质结太阳电池效率的一个重要因素。
发明内容
基于此，为了提高低温银浆形成的栅线电极与透明导电薄膜之间的导电性能，进而提高太阳电池的转换效率，有必要提供一种太阳电池及其制备方法。进一步地，还需提供一种发电装置。
根据本发明的一个实施例，一种太阳电池，其包括：电池基片和导电层；所述导电层包括第一透明导电薄膜、银电极和第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜设置于所述电池基片的表面上，所述银电极设置于所述第一透明导电薄膜上的部分区域，所述第二透明导电薄膜覆盖所述银电极和所述第一透明导电薄膜。
在其中一个实施例中，所述第一透明导电薄膜与所述第二透明导电薄膜的总厚度为70nm～100nm。
在其中一个实施例中，所述第一透明导电薄膜的厚度比所述第二透明导电薄膜的厚度厚。
在其中一个实施例中，所述第一透明导电薄膜的厚度为50nm～70nm。
在其中一个实施例中，所述第二透明导电薄膜的厚度为10nm～30nm。
在其中一个实施例中，所述银电极内具有银粉，所述银粉包括片状银粉和球状银粉。
在其中一个实施例中，所述电池基片包括硅基片层、本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，所述本征非晶硅层设置于硅基片层上，所述掺杂非晶硅层设置于所述本征非晶硅层远离所述硅基片层的一侧表面上，所述第一透明导电薄膜设置于所述掺杂非晶硅层远离所述本征非晶硅层的一侧表面上。
在其中一个实施例中，所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜均为掺杂氧化铟薄膜，所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜中的掺杂元素各自独立地选自锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈和氢中一种或多种。
进一步地，本发明还提供了一种根据上述任一实施例所述的太阳电池的制备方法，其包括如下步骤：
在所述电池基片上沉积所述第一透明导电薄膜；
在所述第一透明导电薄膜的部分区域上丝印导电银浆并使所述导电银浆成型，制备银电极；
在所述第一透明导电薄膜远离所述电池基片的一侧表面上沉积所述第二透明导电薄膜。
在其中一个实施例中，沉积所述第一透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法。
在其中一个实施例中，沉积所述第二透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法。
进一步地，一种发电装置，其包括根据上述任一实施例所述的太阳电池。
传统的太阳电池都是在电池基片上沉积透明导电薄膜然后丝印银电极。上述太阳电池中重新设计了电池基片上的导电层，具体地，不仅在电池基片上设置了第一透明导电薄膜和银电极，还在银电极的外表面再次设置了第二透明导电薄膜。实验证明，第二透明导电薄膜的引入并不会明显影响电池电流密度和反射率，同时，第二透明导电薄膜的原子层能够填充至银电极表面银粉之间的间隙处，以及银电极与第一透明导电薄膜之间的间隙处，从而起到降低银电极自身电阻以及银电极与第一透明导电薄膜之间的接触电阻的作用，最终提升太阳电池的转换效率。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的太阳电池的结构示意图；
图2为图1中太阳电池的导电层的结构示意图；
图3为对比例1中银电极在扫描电子显微镜下拍摄的图片。
其中，附图中各附图标记及其含义如下：
100、电池基片；110、硅基底层；121、正面本征非晶硅层；122、正面掺杂非晶硅层；131、背面本征非晶硅层；132、背面掺杂非晶硅层；200、正面导电层；210、正面第一透明导电薄膜；220、正面银电极；230、正面第二透明导电薄膜；300、背面导电层；310、背面第一透明导电薄膜；320、背面银电极；330、背面第二透明导电薄膜。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。文中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
根据本发明的一个实施例，一种太阳电池，其包括：电池基片和导电层；所述导电层包括第一透明导电薄膜、银电极和第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜设置于所述基片表面，所述银电极设置于所述第一透明导电薄膜上的部分区域，所述第二透明薄膜覆盖所述银电极和所述第一透明导电薄膜。
在其中一个具体示例中，该太阳电池的电池基片包括硅基片层、本征非晶硅层和掺杂非晶硅层。本征非晶硅层设置于硅基片层上，所述掺杂非晶硅层设置于所述本征非晶硅层远离所述硅基片层的一侧表面上，所述第一透明导电薄膜设置于所述掺杂非晶硅层远离所述本征非晶硅层的一侧表面上。
图1示出了上述实施例中的太阳电池的一种具体示例。为了便于理解该太阳电池的具体结构，请参照图1所示，该太阳电池包括电池基片100和导电层。可以理解，电池基片100具有正面和背面，在图1示出的具体示例中，电池基片100的正面和背面均设置有上述导电层，分别记为正面导电层200和背面导电层300。正面导电层200包括正面第一透明导电薄膜210、正面银电极220和正面第二透明导电薄膜230，正面第一透明导电薄膜210设置于电池基片100的表面上，正面银电极220设置于正面第一透明导电薄膜210上的部分区域，正面第二透明导电薄膜230覆盖所述正面银电极220和正面第一透明导电薄膜210。背面导电层300包括背面第一透明导电薄膜310、背面银电极320和背面第二透明导电薄膜330。背面第一透明导电薄膜310设置于电池基片100的表面上，背面银电极320设置于背面第一透明导电薄膜310上的部分区域，背面第二透明导电薄膜330覆盖所述背面银电极320和背面第一透明导电薄膜310。在其他的一些具体示例中，可以仅设置正面导电层200或背面导电层300，也能够起到提高银电极导电性的作用，但是同时设置正面导电层200和背面导电层300能够更为显著地提升太阳电池整体的填充因子。为了便于阐述，下文中仅以正面导电层200作为示例对图1中的太阳电池进行说明，背面导电层300与正面导电层200可以不完全相同，但也具有类似的各参数。
其中，电池基片100包括硅基片层、本征非晶硅层和掺杂非晶硅层。在图1示出的具体示例中，硅基片层的正面和背面均设置有本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，分别记为正面本征非晶硅层121、正面掺杂非晶硅层122、背面本征非晶硅层131和背面掺杂非晶硅层132。正面本征非晶硅层121和正面掺杂非晶硅层122依次层叠设置于硅基片层的正面上，正面第一透明导电薄膜210层叠设置于正面本征非晶硅层121上。背面本征非晶硅层131和背面掺杂非晶硅层132依次层叠设置于硅基片层的背面上，背面第一透明导电薄膜310层叠设置于背面本征非晶硅层131上。可以理解，正面掺杂非晶硅层122与背面掺杂非晶硅层132的掺杂类型不同，例如在图1中，正面掺杂非晶硅层122的掺杂类型为n型，背面掺杂非晶硅层132的掺杂类型为p型。进一步地，硅基底层110的掺杂类型与正面掺杂非晶硅层122的掺杂类型相同。
在图1示出的具体示例中，正面第一透明导电薄膜210与正面第二透明导电薄膜230的总厚度为70nm～100nm。相较于传统技术中的太阳电池，具有该总厚度的太阳电池能够基本保持相同的低反射率和电流密度，同时还具有降低银电极接触电阻和自身体电阻的能力，提升太阳电池的填充因子、提高电池效率。
在图1示出的具体示例中，正面第一透明导电薄膜210比正面第二透明导电薄膜230的厚度厚。正面第一透明导电薄膜210主要用于将从电池基片100中产生的载流子导入银电极中，更厚的薄膜厚度有利于降低正面第一透明导电薄膜210的体电阻，促进载流子的收集。第二透明导电薄膜主要用于填充银电极内部的孔隙以及银电极与第一透明导电薄膜之间靠外侧的部分间隙，适当的薄膜厚度有利于保证导电层整体具有较低的反射率和较高的电流密度。
在图1示出的具体示例中，正面第一透明导电薄膜210的厚度为50nm～70nm。例如，正面第一透明导电薄膜210的厚度可以选自55nm～65nm。进一步地，正面第一透明导电薄膜210的厚度可以选自55nm～60nm。
在图1示出的具体示例中，正面第二透明导电薄膜230的厚度为10nm～30nm。例如，正面第二透明导电薄膜230的厚度可以选自15nm～25nm。进一步地，正面第二透明导电薄膜230的厚度可以选自20nm～25nm。
在图1示出的具体示例中，正面银电极220中包括银粉。正面银电极220中还可以包括粘结剂，粘结剂用于将银粉之间、以及银粉与正面第一透明导电薄膜210粘结在一起。进一步地，银粉包括片状银粉和球状银粉。球状银粉可以是规则的球状、也可以是扁的椭球状或是其他与规则球状相类似的形状。
由于传统技术中的低温银浆形成的银电极是由银粉颗粒组成的，银粉颗粒之间存在间隙，这导致包括银粉的银电极电阻通常较高。参照图2所示，其示出了图1中的正面导电层200更为具体的形貌示意图。其中在正面银电极220内部的银粉颗粒之间存在有间隙，同时正面银电极220与其下方的正面第一透明导电薄膜210的接触界面之间也存在间隙。而第二透明导电薄膜在设置于银电极表面时，不仅能够填充银粉颗粒之间的间隙，还能够填充至正面银电极220与正面第一透明导电薄膜210的接触界面靠外侧的间隙，因而能够明显提升导电层整体的导电性。
在图1示出的具体示例中，正面第一透明导电薄膜210和正面第二透明导电薄膜230均为掺杂氧化铟薄膜，正面第一透明导电薄膜210和正面第二透明导电薄膜230中的掺杂元素各自独立地选自锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈和氢中一种或多种。较为优选地，正面第一透明导电薄膜210与正面第二透明导电薄膜230的材料相同，例如均可以选自掺锡的氧化铟。
进一步地，本发明还提供了一种用于制备图1所示的太阳电池的制备方法，其包括如下步骤：在所述电池基片上沉积所述第一透明导电薄膜；在所述第一透明导电薄膜的部分区域上丝印导电银浆并使所述导电银浆成型，制备银电极；在所述第一透明导电薄膜远离所述电池基片的一侧表面上沉积所述第二透明导电薄膜。
在该实施例的一个具体示例中，沉积所述第一透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法。
在该实施例的一个具体示例中，沉积所述第二透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法。
具体地，该电池的制备方法可以包括步骤S1～S7。
步骤S1，在硅基底层上进行制绒、清洗处理。在硅基底层上进行制绒、清洗处理能够形成绒面，降低硅片对光的反射，使得更多的光线能够被吸收，提供太阳电池的效率。其中，硅基底层的掺杂类型为n型掺杂。
步骤S2，在硅基底层的正面沉积正面本征非晶硅层，及在硅基底层的背面沉积背面本征非晶硅层。可以通过控制具体的沉积工艺，使得正面本征非晶硅层和背面本征非晶硅层的厚度为5nm～10nm。沉积正面本征非晶硅层和背面本征非晶硅层的方法可以选自等离子体增强化学气相沉积法。
步骤S3，在正面本征非晶硅层上沉积正面掺杂非晶硅层，在背面本征非晶硅层上沉积背面掺杂非晶硅层。其中，正面掺杂非晶硅层的掺杂类型为n型，背面掺杂非晶硅层的掺杂类型为p型。沉积正面掺杂非晶硅层和背面掺杂非晶硅层的方法可以选自等离子体增强化学气相沉积法。通过控制具体的沉积工艺，使得正面掺杂非晶硅层和背面掺杂非晶硅层的厚度为5nm～10nm。
可以理解，通过步骤S1～S3，可以制备得到所需的电池基片。而后需要在该电池基片上制备导电层。
步骤S4，在正面掺杂非晶硅层上沉积正面第一透明导电薄膜，在背面掺杂非晶硅层上沉积背面第一透明导电薄膜。沉积正面第一透明导电薄膜和背面第一透明导电薄膜的方法可以选自物理气相沉积法，靶材可以选自氧化铟锡靶材。通过控制具体的沉积工艺，使得正面第一透明导电薄膜和背面第一透明导电薄膜的厚度为50nm～70nm。
步骤S5，在正面第一透明导电薄膜丝网印刷导电银浆并使其成型，制备正面银电极，在第一透明导电薄膜丝网印刷导电银浆并使其成型，制备背面银电极。银电极通常只形成于透明导电薄膜上的预设位置上，并以栅线的形状存在，故也被称为栅线电极。
步骤S6，在正面银电极上沉积正面第二透明导电薄膜，在背面银电极上沉积背面第二透明导电薄膜。沉积正面第二透明导电薄膜和背面第二透明导电薄膜的方法可以选自物理气相沉积法，靶材可以选自氧化铟锡靶材。通过控制具体的沉积工艺，使得正面第二透明导电薄膜和背面第二透明导电薄膜的厚度为10nm～30nm。可以理解，通过步骤S4～S6可以完成导电层的制备。
在其他的一些具体示例中，在制备完第二透明导电薄膜之后，还可以将制备的太阳电池置于光恢复炉中进行处理，并对其进行性能测试。
本发明的再一实施例还提供了一种发电装置，其包括上述实施例中的太阳电池。
传统的太阳电池都是在电池基片上沉积透明导电薄膜然后丝印银电极。上述太阳电池中重新设计了电池基片上的导电层，具体地，不仅在电池基片上设置了第一透明导电薄膜和银电极，还在银电极的外表面再次设置了第二透明导电薄膜。实验证明，第二透明导电薄膜的引入并不会明显影响电池电流密度和反射率，同时，第二透明导电薄膜的原子层能够填充至银电极表面银粉之间的间隙处，以及银电极与第一透明导电薄膜之间的间隙处，从而起到降低银电极自身电阻以及银电极与第一透明导电薄膜之间的接触电阻的作用，最终提升太阳电池的填充因子。
为了更易于理解及实现本发明，以下还提供了如下较易实施的、更为具体详细的实施例及对比例作为参考。通过下述具体实施例和对比例的描述及性能结果，本发明的各实施例及其优点也将显而易见。
如无特殊说明，以下各实施例所用的原材料皆可从市场上常规购得。
实施例1
以尺寸为166mm、厚度为150μm的N型单晶硅片作为硅基底层，进行制绒、清洗处理，绒面尺寸2μm-6μm，光线反射率为8％-11％；
通过等离子体增强化学气相沉积法分别在正面制备正面本征非晶硅层、在背面制备背面本征非晶硅层，厚度控制在5nm-10nm；
通过等离子体增强化学气相在正面沉积n型非晶硅层，在背面沉积p型非晶硅层，厚度控制在5nm-10nm；
通过物理气相沉积法在正面沉积正面第一透明导电膜层，厚度控制在55nm-60nm，在背面沉积背面第一透明导电膜层，厚度控制在55nm-60nm；
通过丝网印刷在背面印刷低温银浆，并使低温银浆固化，形成正面银电极和背面银电极；
通过物理气相沉积法在正面沉积正面第二透明导电膜层，厚度控制在20nm-25nm，在背面沉积背面第二透明导电膜层，厚度控制在20nm-25nm。
对比例1
以尺寸为166mm、厚度为150μm的N型单晶硅片作为硅基底层，进行制绒、清洗处理，绒面尺寸2μm-6μm，光线反射率为8％-11％；
通过等离子体增强化学气相沉积法分别在正面制备正面本征非晶硅层、在背面制备背面本征非晶硅层，厚度控制在5nm-10nm；
通过等离子体增强化学气相在正面沉积n型非晶硅层，在背面沉积p型非晶硅层，厚度控制在5nm-10nm；
通过物理气相沉积法在正面沉积正面透明导电膜层，厚度控制在75nm～85nm，在背面沉积背面透明导电膜层，厚度控制在75nm～85nm；
通过丝网印刷在背面印刷低温银浆，并使低温银浆固化，形成正面银电极和背面银电极。
其中，对比例1丝网印刷形成的银电极的示意图如图3所示。根据图3可以明显看出，低温银浆形成的银电极由银粉颗粒堆积形成，其中包括球状的银粉颗粒和片状的银粉颗粒，在颗粒与颗粒之间存在一定空隙，这导致低温银浆形成的银电极电阻可以达到高温银浆形成的银电极电阻的三倍以上。
试验例：将实施例1和对比例1制备的太阳电池放入光恢复炉处理，测试电池的接触电阻Rs、开路电压Voc、短路电流Isc、填充因子FF以及转换效率Eta，其中接触电阻为电池片整体的电阻，结果可见于表1。
表1
| V<sub>oc</sub>(mV) | I<sub>sc</sub>(mA/cm<sup>2</sup>) | R<sub>s</sub>(mΩ) | FF(％) | E<sub>ta</sub>(％) | |
| 实施例1 | 744.4 | 38.46 | 1.68 | 84.75 | 24.263 |
| 对比例1 | 744.5 | 38.54 | 2.04 | 84.21 | 24.162 |
结合表1可以看出，实施例1与对比例1之间的开路电压基本不存在显著差别，电流密度出现微小下降，说明相较于对比例1，通过实施例1的方式将透明导电膜层分两次沉积并在中间设置银电极并不会导致太阳电池的开路电压和短路电流发生明显变化。于此同时，相较于对比例1，实施例1的太阳电池的接触电阻降低了0.36mΩ，降低幅度达到了17.6％，考虑到接触电阻不仅包括栅线本身的电阻，还包括电池片中硅片的电阻，因此栅线本身的电阻降低幅度还高于17.6％，这说明通过实施例1的导电层的设计，太阳电池的接触电阻得到了显著的降低。并且，得益于接触电阻的降低，相较于对比例1，实施例1的太阳电池的填充因子提高了0.54％，转换效率也提高了0.101％。这说明实施例1的太阳电池能够有效提高低温银浆形成的栅线电极与透明导电薄膜之间的导电性能，进而提高太阳电池的转换效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种太阳电池，其特征在于，包括：电池基片和导电层；所述导电层包括第一透明导电薄膜、银电极和第二透明导电薄膜，所述第一透明导电薄膜设置于所述电池基片的表面上，所述银电极设置于所述第一透明导电薄膜上的部分区域，所述第二透明导电薄膜覆盖所述银电极和所述第一透明导电薄膜。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第一透明导电薄膜与所述第二透明导电薄膜的总厚度为70nm～100nm。
3.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第一透明导电薄膜的厚度比所述第二透明导电薄膜的厚度厚。
4.根据权利要求3所述的太阳电池，其特征在于，所述第一透明导电薄膜的厚度为50nm～70nm；和/或
所述第二透明导电薄膜的厚度为10nm～30nm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述银电极内具有银粉，所述银粉包括片状银粉和球状银粉。
6.根据权利要求1～4任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述电池基片包括硅基片层、本征非晶硅层和掺杂非晶硅层，所述本征非晶硅层设置于硅基片层上，所述掺杂非晶硅层设置于所述本征非晶硅层远离所述硅基片层的一侧表面上，所述第一透明导电薄膜设置于所述掺杂非晶硅层远离所述本征非晶硅层的一侧表面上。
7.根据权利要求1～4任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜均为掺杂氧化铟薄膜，所述第一透明导电薄膜和所述第二透明导电薄膜中的掺杂元素各自独立地选自锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈和氢中一种或多种。
8.根据权利要求1～7任一项所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在所述电池基片上沉积所述第一透明导电薄膜；
在所述第一透明导电薄膜的部分区域上丝印导电银浆，并使所述导电银浆成型，制备银电极；
在所述第一透明导电薄膜远离所述电池基片的一侧表面上沉积所述第二透明导电薄膜。
9.根据权利要求8所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，沉积所述第一透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法；和/或
沉积所述第二透明导电薄膜的方法为物理气相沉积法或快速等离子体沉积法。
10.一种发电装置，其特征在于，包括根据权利要求1～7任一项所述的太阳电池。
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