CN116013999A - 一种高效率的太阳能光伏电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效率的太阳能光伏电池的制备方法，通过特殊工艺使得栅线电极与太阳能光伏电池的半导体材料无接触或者接触面积很少；在30～250℃下，对太阳能光伏电池实施反向偏压5V‑30V，利用荷电效应来提高栅线电极对太阳能光伏电池的半导体材料收集电流能力，并实现高效率太阳能光伏电池的输出。从而将转换效率得到了0.2％以上。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏电池技术领域，具体涉及一种高效率的太阳能光伏电池的制备方法。
背景技术
光伏发电以其清洁、安全、便利、高效的特点，已经迅速成为全球可再生能源领域的重要新型能源产业，对缓解资源危机、改善生态环境，降低碳排放具有十分重要的意义。太阳能光伏电池，是一种将太阳的部分光能直接转化为电能的半导体器件，其光电转化效率在光伏太阳能电池是一项重要的衡量输出的技术指标。深入研究和发展新型太阳能电池技术，提升光电转换效率，也是光伏电池技术实用化的重要突破点。
栅线电极是太阳能光伏电池的重要结构组成部分。对于常规晶硅电池来说，主要是将金属粉与无机物的混合浆料通过丝网印刷，在覆盖有钝化层的太阳能光伏电池表面形成物理接触，通过对整体太阳能光伏电池台阶式加热方式达到750-800度的尖峰高温烧结来固化浆料，选择性腐蚀钝化层，最终在栅线电极与半导体发射结之间实现直接接触来完成。实现栅线电极对太阳能光伏电池的半导体表面的大面积接触进而产生较小的接触电阻，是提高栅线电极对太阳能光伏电池的局部产生的光生电流收集能力的主要手段。
为了提高太阳能光伏电池的效率，整体的高温加热的烧结方式虽然可以大幅提高栅线电极的收集电流能力，但也增加了栅线电极与太阳能光伏电池表面的复合损耗以及太阳能光伏电池发射结表面的复合损耗风险，尤其是在钝化接触的异质结太阳能光伏电池。为了克服这些弱点，改良丝网印刷的低熔点玻璃粉的金属浆料配方、改善钝化接触的透明电极膜层导电性被更多的引起关注。近年来为了降低发射结的复合损耗，太阳能光伏电池的半导体发射结掺杂浓度的逐年降低；在N型掺杂的发射结光伏电池结构中，选择性重掺杂工艺的通过降低电极栅线与半导体发射结的符合损耗，改善栅线电极与半导体发射结的接触，在一定程度上提高了效率，但也带了成本增加风险及技术工艺的复杂性和浆料开发难度，特别是P型掺杂发射结太阳能光伏电池结构中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中太阳能光伏电池的效率较低的缺陷，提供一种高效率太阳能光伏电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种高效率的太阳能光伏电池的制备方法，其表面的栅线电极与太阳能光伏电池的半导体材料无接触或者接触面积很少；在30～250℃下，对太阳能光伏电池实施反向偏压5V-30V，(优选10-20V)，利用荷电效应来提高栅线电极对太阳能光伏电池的半导体材料收集电流能力，并实现高效率太阳能光伏电池的输出。
进一步的，栅线电极与太阳能光伏电池的半导体材料无接触或者接触面积很少，是指在栅线电极与半导体材料之间存在导电性能不佳的材料，如钝化层薄膜、金属浆料中的玻璃成分、透明电极等。并且具有能够对太阳能光谱产生光生伏打效应的半导体材料。
进一步的，30～250℃的温度来自外部加热或者在反向偏压下，LED光、激光等引起的半导体导通后的欧姆电阻自身加热。
进一步的，所述的栅线电极具有低导电的线电阻特性，其通过沉积、电镀、金属浆料印刷、金属网线沾粘等方式实施，在空间上均匀附着在太阳能光伏电池的表面。
进一步的，所述的荷电效应，通过LED光、激光、等离子等方式聚焦以连续或者脉冲方式照射太阳能光伏电池，产生高密度的感应电荷。
本发明所达到的有益效果是：本发明的高效率太阳能光伏电池的制备方法，通过特殊工艺使得栅线电极与太阳能光伏电池的半导体材料无接触或者接触面积很少；在30～250℃下，对太阳能光伏电池实施反向偏压5V-30V，利用荷电效应来提高栅线电极对太阳能光伏电池的半导体材料收集电流能力，并实现高效率太阳能光伏电池的输出。从而将转换效率得到了0.2％以上。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种PERC结构的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其表面为氮化硅薄膜，其表面局部附着丝网印刷完成栅线电极，栅线电极经720-740℃峰值烧结，栅线电极电阻率小于7μΩ·m，栅线电极与发射结存在很少的接触，大约有小于10％的栅线电极底宽面积，其他为钝化层或者玻璃介质；氮化硅薄膜下为一种N型低掺杂，约150ohm/sq的发射结。太阳能晶硅电池的背面附着一种常规的PERC铝/银浆制成的电极。在200℃加热温度下，对该PERC结构的太阳能电晶硅电池的正面栅线电极、背面的PERC电极施加5V-10V的反向偏压，同时以一种5-10W左右100kHz的脉冲绿色激光通过200微米的焦斑对太阳能晶硅电池的扫描处理后，栅线电极与半导体材料之间形成了一种复合损耗很小约160-170fA/cm2的接触电极。该PERC结构的太阳能光伏电池效率相对同类常规780～800℃高温烧结丝网印刷工艺得到的PERC电池的转化效率，得到了+0.2％的提升。
实施例2
一种高效率太阳能光伏电池的制备方法，具体为一种采用P型掺杂发射结的非晶硅结构的异质结太阳能晶硅电池，其正面、背面覆盖着透明电极ITO薄膜。ITO薄膜下为掺杂的半导体材料。丝网印刷的栅线电极经200-250℃在太阳能晶硅电池的正面、背面的ITO薄膜的局部覆盖，此时栅线电极电阻率小于20μΩ·m，栅线电极与透明电极下的半导体材料没有接触，栅线电极附着下的ITO薄膜其方阻大于150ohm/sq。在100℃加热温度下，对该无主栅的异质结太阳能晶硅电池的正反面的电极施加20V-30V的反向偏压，40W的波长为620nm的LED光对该光伏太阳能电池以约5mmx10mm聚焦光斑照射并扫描处理，其局部温度上升到250℃左右，该区域的栅线电极与透明电极进一步结合，栅线电极下的ITO薄膜其方阻小于100ohm/sq，填充因子提升了+1％。该方法得到的异质结太阳能光伏电池效率相对常规的丝网印刷工艺的异质结无主栅太阳能晶硅电池，转换效率得到了+0.3％的提升。
实施例3
一种高效率太阳能光伏电池的方法，具体为一种P型低掺杂发射结的TOPCON结构的太阳能晶硅电池，其正面和背面为氮化硅膜，正面的氮化硅膜下面为掺杂的P型发射结；背面的氮化硅膜下为TOPCON结构；丝网印刷的栅线电极经大约740摄氏度左右的峰值温度，在正面、背面的氮化硅膜烧结完成，此时栅线电极与正面的掺杂P型发射结存在很少的接触，大约有小于5％的栅线电极底宽面积，其他为钝化层或者玻璃介质，此时栅线电极电阻率小于5μΩ·m。采用本专利方法对该太阳能电池的正面和背面的栅线电极施加10V-15V左右反向偏压，一种50瓦的980nm波长的激光对该光伏太阳能电池以500um大小的焦斑扫描处理，在30-40℃下，栅线电极与半导体材料之间形成了一种复合损耗很小的接触电极，填充因子得到恢复。该方法得到的太阳能光伏电池效率相对常规的780-810℃高温烧结丝网印刷的TOPCON电池，转换效率得到了接近+0.3％左右的提升。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，半导体材料的表面设置有栅线电极，栅线电极与半导体材料无接触或者接触面积很少；在30～250℃下，对电池实施5V-30V反向偏压，利用荷电效应来提高栅线电极对半导体材料收集电流能力，并实现高效率太阳能光伏电池的输出。
2.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，所述半导体材料为能够对太阳能光谱产生光生伏特效应的半导体材料。
3.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，栅线电极与半导体材料之间设置钝化层薄膜、金属浆料中的玻璃介质或透明电极。
4.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，30～250℃的温度来自外部加热或者在反向偏压下，光引起的半导体导通后的欧姆电阻自身加热。
5.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，所述的栅线电极具有低导电的线电阻特性，其通过沉积、电镀、金属浆料印刷或金属网线沾粘实施，在空间上均匀附着在太阳能光伏电池的表面。
6.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，所述的荷电效应为通过聚焦以连续或者脉冲方式照射太阳能光伏电池，产生高密度的感应电荷。
7.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，对电池实施10V-20V反向偏压。
8.如权利要求1所述的高效率太阳能光伏电池的制备方法，其特征在于，所述的接触面积很少为接触面积≤10％栅线电极底宽面积。
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