CN115528144B - 一种太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种太阳电池及其制备方法，属于太阳电池技术领域。太阳电池的制备方法包括采用物理气相沉积法在非晶硅层表面依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层。其中，第一透明导电层由旧靶材沉积形成。旧靶材为至少使用至40％寿命的靶材。本申请的太阳电池的制备方法采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，相较于新靶材，旧靶材在对非晶硅离子进行轰击时的力度合适，对非晶硅层的损伤较小，使得制得的太阳电池的光电转换效率均保持较高的水平。
Description
技术领域
本申请涉及太阳电池技术领域，具体而言，涉及一种太阳电池及其制备方法。
背景技术
太阳电池装置被大规模地普及并且在世界上广泛地用作能够通过光伏效应将光能直接转换成电能的电子器件。硅异质结太阳电池，又称HJT电池(Heterojunction withintrinsic thin layer)或SHJ(Silicon Herterojunction)电池，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池，具有制备过程简单、工艺温度低、开路电压高、光电转换效率高、温度系数低等诸多优点，是目前应用最广的高效晶硅太阳能技术之一。
异质结电池包括单晶硅基底、分别设置在单晶硅基底的相对两端面上的本征非晶硅层、分别设置在两面的本征非晶硅层上的p型非晶硅层和n型非晶硅层、分别设置在p型非晶硅层和n型非晶硅层上的透明导电层(TCO层)以及分别设置在两面的透明导电层上的栅电极。透明导电层由于兼具透明性和导电性两大特性，发展尤为迅速，在太阳电池的发展过程中，其由于具有禁带宽度大、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性，已广泛应用于异质结太阳电池中。
透明导电层作为电极来起到收集电流和导电的作用，在这个过程中，对于透明导电层要求为高透过性、高导电性、以及对非晶硅损伤小的膜层。
透明导电层通过物理气相沉积法沉积得到，但是再每次换新靶材后，制得的太阳电池的光电转换效率降低。
发明内容
本申请提供了一种太阳电池及其制备方法，其能够使得制得的太阳电池均保持较高的光电转换效率。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种太阳电池的制备方法，其包括采用物理气相沉积法在非晶硅层表面依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层。
其中，第一透明导电层由旧靶材沉积形成。
旧靶材为至少使用至40％寿命的靶材。
在上述技术方案中，本申请的太阳电池的制备方法采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，相较于新靶材，旧靶材在对非晶硅离子进行轰击时的力度合适，对非晶硅层的损伤较小，使得制得的太阳电池的光电转换效率均保持较高的水平。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述旧靶材为至少使用至45％寿命的靶材。
在上述示例中，当旧靶材为至少使用至45％寿命的靶材时，制得的太阳电池的光电转换效率保持较高的水平。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述旧靶材为至少使用至50％寿命的靶材。
在上述示例中，当旧靶材为至少使用至50％寿命的靶材时，制得的太阳电池的光电转换效率保持较高的水平。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述第二透明导电层和/或第三透明导电层由新靶材沉积形成，除旧靶材外的靶材为新靶材。
在上述示例中，采用新靶材沉积形成第二透明导电层和/或第三透明导电层，不仅不会影响到制得的太阳电池的光电转换效率，还可以将新靶材消耗为旧靶材，用于沉积形成第一透明导电层。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，上述第一透明导电层的厚度为20～40nm。
可选地，第一透明导电层的厚度为25～35nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第六种可能的示例中，上述第二透明导电层的厚度为20～40nm。
可选地，第二透明导电层的厚度为25～35nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第七种可能的示例中，上述第三透明导电层的厚度为40～60nm。
可选地，第三透明导电层的厚度为45～55nm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第八种可能的示例中，在形成上述第一透明导电层前，先成型半成品，半成品具有非晶硅层，半成品通过以下方法制得：
在硅片的P面和N面形成非晶硅层。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第九种可能的示例中，形成上述非晶硅层的方法包括等离子增强化学气相淀积法。
在第二方面，本申请示例提供了一种太阳电池，其根据上述的太阳电池的制备方法制得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例的太阳电池的结构示意图；
图2为本申请靶材消耗周期内太阳电池的光电转换效率差异图。
图标：10-太阳电池；101-表面Ag电极；102-第三透明导电层；103-第二透明导电层；104-第一透明导电层；105-n+非晶硅层；106-第一本征非晶硅层；107-硅片；108-第二本征非晶硅层；109-P+非晶硅层；110-背面Ag电极。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
硅异质结太阳电池的透明导电层通过物理气相沉积法(Physical VaporDeposition，PVD)沉积得到，靶材使用完后需要更换。发明人发现在物理气相沉积设备换靶初期制得的太阳电池的光电转换效率较低。
经发明人研究发现，物理气相沉积设备换靶初期电压过高，从而导致对非晶硅离子轰击过高，造成非晶硅层损伤，进而导致制得的太阳电池的光电转换效率低下。
发明人深入研究，发现新靶材在制备过程中，特别是在烧结过程中和冷却过程中，由于外层、中层和内层的温度不同，导致新靶材的外层、中层和内层的结构存在差异，新靶材在使用消耗过程中，会先消耗掉外层用于沉积形成透明导电层，而在物理气相沉积设备换靶初期，通过新靶材的外层制得的太阳电池的光电转换效率较低。
以下针对本申请实施例的一种太阳电池及其制备方法进行具体说明：
本申请提供一种太阳电池的制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在N型硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
可选地，N型硅片为单晶166硅片。
S2、形成非晶硅层
在完成制绒的硅片的P面和N面形成非晶硅层。
可选地，形成非晶硅层的方法包括等离子增强化学气相淀积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)。
可选地，在硅片的N片依次沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，其中，第一本征非晶硅层结合于硅片。
可选地，在硅片的P面依次沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，其中，第二本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层。
其中，第一透明导电层结合于P+非晶硅层和n+非晶硅层。
采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，采用旧靶材或新靶材沉积形成第二透明导电层和第三透明导电层。
其中，旧靶材为新靶材使用至其制得的太阳电池的光电转换效率不再改变或改变值小于0.01％的靶材，除旧靶材外的靶材为新靶材。
例如，旧靶材为使用至40％寿命的靶材，新靶材即为使用寿命为0～40％的靶材；旧靶材为使用至45％寿命的靶材，新靶材即为使用寿命为0～45％的靶材；旧靶材为使用至50％寿命的靶材，新靶材即为使用寿命为0～50％的靶材。
可选地，旧靶材为至少使用至40％寿命的靶材。
可选地，旧靶材为至少使用至45％寿命的靶材。
可选地，旧靶材为至少使用至50％寿命的靶材。
旧靶材的初始使用寿命可以通过以下方法确定：
采用新靶材持续制备太阳电池，并检测制得的太阳电池的光电转换效率，待光电转换效率不再变化或变化值小于0.01％时，可以认定新靶材已经变成旧靶材。
作为示例，可以采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，采用新靶材沉积形成第二透明导电层和第三透明导电层；或采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，采用旧靶材沉积形成第二透明导电层和第三透明导电层；或采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，采用旧靶材沉积形成第二透明导电层，采用新靶材沉积形成第三透明导电层；或采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，采用新靶材沉积形成第二透明导电层，采用旧靶材沉积形成第三透明导电层。
可选地，采用新靶材沉积形成第二透明导电层和/或第三透明导电层。
采用新靶材沉积形成第二透明导电层和/或第三透明导电层，不仅不会影响到制得的太阳电池的光电转换效率，还可以将新靶材消耗为旧靶材，用于沉积形成第一透明导电层。
换言之，在用于沉积形成第二透明导电层和/或第三透明导电层成为旧靶材后，将其用于沉积形成第一透明导电层，避免旧靶材的存储不够，没有新靶材能够用于沉积形成第一透明导电层。
第一透明导电层的厚度为20～40nm。
作为示例，第一透明导电层的厚度可以为20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm或40nm。
可选地，第一透明导电层的厚度为25～35nm。
第二透明导电层的厚度为20～40nm。
作为示例，第二透明导电层的厚度可以为20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm或40nm。
可选地，第二透明导电层的厚度为25～35nm。
第三透明导电层的厚度为40～60nm。
作为示例，第三透明导电层的厚度可以为40nm、41nm、42nm、43nm、44nm、45nm、46nm、47nm、48nm、49nm、50nm、51nm、52nm、53nm、54nm、55nm、56nm、57nm、58nm、59nm或60nm。
可选地，第三透明导电层的厚度为45～55nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极。
本申请的太阳电池的制备方法采用旧靶材沉积形成第一透明导电层，相较于新靶材，旧靶材在对非晶硅离子进行轰击时的力度合适，对非晶硅层的损伤较小，使得制得的太阳电池的光电转换效率均保持较高的水平。
本申请还提供一种太阳电池，其根据上述的太阳电池的制备方法制得。
请参阅图1，太阳电池10沿厚度方向依次包括表面Ag电极101、第三透明导电层102、第二透明导电层103、第一透明导电层104、n+非晶硅层105、第一本征非晶硅层106、硅片107、第二本征非晶硅层108、P+非晶硅层109、第一透明导电层104、第二透明导电层103、第三透明导电层102和背面Ag电极110。
以下结合实施例对本申请的一种太阳电池及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在单晶166硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
S2、形成非晶硅层
采用等离子增强化学气相淀积法在完成制绒的硅片的P面沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，第二本征非晶硅层结合于硅片层，在完成制绒的硅片的N面沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，第一本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，第一透明导电层由旧靶材沉积形成，第二透明导电层和第三透明导电层由新靶材沉积形成。
新靶材为全新的靶材，旧靶材为消耗了4000kW·h的靶材，靶材的总消耗量为8400kW·h，即旧靶材为使用至47.6％寿命的靶材。
第一透明导电层的厚度为30nm，第二透明导电层的厚度为30nm，第三透明导电层的厚度为50nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极，制得太阳电池。
实施例2
本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在单晶166硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
S2、形成非晶硅层
采用等离子增强化学气相淀积法在完成制绒的硅片的P面沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，第二本征非晶硅层结合于硅片层，在完成制绒的硅片的N面沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，第一本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，第一透明导电层由旧靶材沉积形成，第二透明导电层和第三透明导电层由旧靶材沉积形成。
新靶材为全新的靶材，旧靶材为消耗了4000kW·h的靶材，靶材的总消耗量为8400kW·h，即旧靶材为使用至47.6％寿命的靶材。
第一透明导电层的厚度为30nm，第二透明导电层的厚度为30nm，第三透明导电层的厚度为50nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极，制得太阳电池。
实施例3
本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在单晶166硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
S2、形成非晶硅层
采用等离子增强化学气相淀积法在完成制绒的硅片的P面沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，第二本征非晶硅层结合于硅片层，在完成制绒的硅片的N面沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，第一本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，第一透明导电层由旧靶材沉积形成，第二透明导电层由新靶材沉积形成，第三透明导电层由旧靶材沉积形成。
新靶材为全新的靶材，旧靶材为消耗了4000kW·h的靶材，靶材的总消耗量为8400kW·h，即旧靶材为使用至47.6％寿命的靶材。
第一透明导电层的厚度为30nm，第二透明导电层的厚度为30nm，第三透明导电层的厚度为50nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极，制得太阳电池。
实施例4
本申请实施例提供一种太阳电池及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在单晶166硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
S2、形成非晶硅层
采用等离子增强化学气相淀积法在完成制绒的硅片的P面沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，第二本征非晶硅层结合于硅片层，在完成制绒的硅片的N面沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，第一本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，第一透明导电层由旧靶材沉积形成，第二透明导电层由旧靶材沉积形成，第三透明导电层由新靶材沉积形成。
新靶材为全新的靶材，旧靶材为消耗了4000kW·h的靶材，靶材的总消耗量为8400kW·h，即旧靶材为使用至47.6％寿命的靶材。
第一透明导电层的厚度为30nm，第二透明导电层的厚度为30nm，第三透明导电层的厚度为50nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极，制得太阳电池。
对比例1
本申请对比例提供一种太阳电池及其制备方法，其包括以下步骤：
S1、制绒
采用碱性溶液在单晶166硅片表面进行制绒，形成金字塔绒面。
S2、形成非晶硅层
采用等离子增强化学气相淀积法在完成制绒的硅片的P面沉积形成第二本征非晶硅层和P+非晶硅层，第二本征非晶硅层结合于硅片层，在完成制绒的硅片的N面沉积形成第一本征非晶硅层和n+非晶硅层，第一本征非晶硅层结合于硅片。
S3、形成透明导电层
采用物理气相沉积法在P+非晶硅层和n+非晶硅层表面分别依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层均由新靶材沉积形成。
新靶材为全新的靶材。
第一透明导电层的厚度为30nm，第二透明导电层的厚度为30nm，第三透明导电层的厚度为50nm。
S4、丝网印刷
使用低温银浆在第三透明导电层表面进行丝网印刷形成表面Ag电极和背面Ag电极，制得太阳电池。
试验例1
取新靶材分别沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层，直至靶材消耗至环靶末期，其制得的太阳电池的光电转换效率差异图如图2所示。
根据图2可知，靶材的总消耗量为8400kW·h，随着靶材的消耗，制得的太阳电池的光电转换效率依次提高，且至靶材消耗至4000kW·h～8400kW·h，制得的太阳电池的光电转换效率不变；当靶材消耗至30kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.13％；当靶材消耗至150h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.11％；当靶材消耗至350h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.1％；当靶材消耗至7000kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.1％；当靶材消耗至15000kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.07％；当靶材消耗至2500kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.05％；当靶材消耗至3200kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.04％；当靶材消耗至3700kW·h时，制得的太阳电池的光电转换效率少0.02％。
试验例2
分别取实施例1～4和对比例1制得的太阳电池，测得其性能如表1所示。
表1实施例1～4和对比例1制得的太阳电池性能
| 项目 | Eta | Uoc | Isc | FF | Rse | Rsh |
| 实施例1 | 24.156 | 0.7424 | 10.538 | 84.65 | 0.00159 | 2995 |
| 实施例2 | 24.171 | 0.7423 | 10.532 | 84.76 | 0.00150 | 3406 |
| 实施例3 | 24.174 | 0.7420 | 10.534 | 84.79 | 0.00142 | 1888 |
| 实施例4 | 24.164 | 0.7426 | 10.524 | 84.77 | 0.00155 | 2164 |
| 对比例1 | 24.032 | 0.7410 | 10.530 | 84.39 | 0.00179 | 2497 |
由表1可知，实施例1～4的太阳电池的第一透明导电层均采用旧靶材沉积形成，其光电转换效率较高，且之前无太大差异，对比例1的太阳电池的第一透明导电层均采用新靶材沉积形成，其光电转换效率相较于实施例1～4较低。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种太阳电池的制备方法，其特征在于，所述太阳电池的制备方法包括：采用物理气相沉积法在非晶硅层表面依次沉积形成第一透明导电层、第二透明导电层和第三透明导电层；
其中，所述第一透明导电层由旧靶材沉积形成；
所述旧靶材为至少使用至40%寿命的靶材。
2.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述旧靶材为至少使用至45%寿命的靶材。
3.根据权利要求2所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述旧靶材为至少使用至50%寿命的靶材。
4.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第二透明导电层和/或所述第三透明导电层由新靶材沉积形成，除所述旧靶材外的靶材为所述新靶材。
5.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第一透明导电层的厚度为20~40nm。
6.根据权利要求5所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第一透明导电层的厚度为25~35nm。
7.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第二透明导电层的厚度为20~40nm。
8.根据权利要求7所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第二透明导电层的厚度为25~35nm。
9.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第三透明导电层的厚度为40~60nm。
10.根据权利要求9所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，所述第三透明导电层的厚度为45~55nm。
11.根据权利要求1所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，在形成所述第一透明导电层前，先成型半成品，所述半成品具有所述非晶硅层，所述半成品通过以下方法制得：
在硅片的P面和N面形成所述非晶硅层。
12.根据权利要求11所述的太阳电池的制备方法，其特征在于，形成所述非晶硅层的方法包括等离子增强化学气相淀积法。
13.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池根据权利要求1~12任一项所述的太阳电池的制备方法制得。
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| CN202211253980.7A CN115528144B (zh) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 一种太阳电池及其制备方法 |
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2022
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