CN116111008A - 异质结电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异质结电池的制备方法及异质结电池，其中，异质结电池的制备方法包括：制绒，在硅基底表面刻蚀形成制绒面；在硅基底一侧表面依次制备第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层；在所述第一透明导电层表面制备第一金属纳米线薄膜；在所述第一金属纳米线薄膜上制备第一金属电极。通过上述制备方法制备的异质结电池，可有效地改善电池表面的光线透过率，同时改善异质结电池的填充因子，进而提升异质结电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏应用技术领域，尤其涉及一种异质结电池的制备方法。
背景技术
异质结电池是目前比较流行的一种高效电池，异质结电池由于其独特的双面对称结构及非晶硅层优秀的钝化效果，具备着转换效率高、无光致衰减、温度特性良好、制造工艺流程较短等多种天然优势，因此，异质结电池具有较大的市场潜力。
常规的制备方法制备的异质结电池受光面的透明导电膜层作为导电层具有良好的电学性能，但是其对光子的吸收严重制约了异质结电池的光学性能，导致异质结电池的短路电流Isc较低，而且，透明导电膜与金属电极之间的接触电阻较大，影响异质结电池的填充因子FF较低，进而影响了异质结电池的转换效率。
发明内容
本发明提供一种异质结电池的制备方法来解决上述问题，本发明的制备方法制备的异质结电池，可有效地提升短路电流和填充因子，进而提升异质结电池的转换效率。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种异质结电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
制绒，在硅基底表面刻蚀形成制绒面；
在硅基底一侧表面依次制备第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层；
在所述第一透明导电层表面制备第一金属纳米线薄膜；
在所述第一金属纳米线薄膜上制备第一金属电极。
前述制备第一金属纳米线薄膜包括将金属纳米分散液通过涂布工艺设在所述第一透明导电层上，再进行烘干或者退火处理形成第一金属纳米线薄膜。
进一步地，金属钠米分散液含有银纳米线、铜纳米线、铝纳米线中的一种或几种金属纳米线。
进一步地，所述金属纳米分散液中金属纳米线的含量在0.1-2mol/L之间。
进一步地，上述涂布工艺包括：首先将金属纳米分散液涂在第一透明导电层上，静置第一时长T1，再以第一转速预旋涂并持续第一时长T2，然后再以第二转速旋涂并持续第二时长T3，其中，第二转速大于第一转速。
进一步地，烘干或者退火的温度在70-180℃之间，时间30-1200s之间。
进一步地，所述第一金属纳米线薄膜和第一透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第一金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
进一步地，所述制备方法还包括在所述硅基底的另一侧表面依次制备第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层与第二透明导电层；
在所述第二透明导电层表面制备第二金属纳米线薄膜；
在所述第二金属纳米线薄膜制备第二金属电极。
进一步地，所述第二金属纳米线薄膜和第二透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第二金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
本发明还提供一种异质结电池，包括硅基底，依次层叠设置于硅基底一侧表面的第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、第一金属钠米线薄膜、第一金属电极。
进一步地，所述第一金属纳米线薄膜和第一透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第一金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
进一步地，还包括依次层叠设置于硅基底另一侧表面的第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层、第二透明导电层、第二金属钠米线薄膜、第二金属电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过本发明的制备方法制备的异质结电池，可有效地改善电池表面的光线透过率，同时改善异质结电池的填充因子，进而提升异质结电池的转换效率。
附图说明
图1为本发明异质结电池的制备方法一个实施例的流程图。
图2为本发明异质结电池的制备方法另一个实施例的流程图。
图3为图1实施例制备的异质结电池的结构示意图。
图4为图2实施例制备的异质结电池的结构示意图。
1-硅基底，11-第一本征非晶硅层，21-第一掺杂非晶硅层，31-第一透明导电层，41-第一金属纳米线薄膜，51-第一金属电极，12-第二本征非晶硅层，22-第二掺杂非晶硅层，32-第二透明导电层，42-第二金属纳米线薄膜，52-第二金属电极。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明涉及一种异质结电池的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括如下步骤：制绒，在硅基底1表面刻蚀形成制绒面；在硅基底一侧表面依次制备第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层21、第一透明导电层31；在所述第一透明导电层31表面制备第一金属纳米线薄膜41；在所述金属纳米线薄膜41上制备第一金属电极51。利用此制备方法制备的异质结电池如图3所示，第一金属纳米线薄膜41朝向异质结电池的正面，即受光面，可有效地增加照射在异质结电池表面的光线的透光率，以提升异质结电池的短路电流。
具体地，在制绒工艺中，选用N型硅基底1，其电阻率在0.5～3Ω·cm之间，厚度在150～200μm之间；利用稀释溶度为5％的HF溶液去除表面氧化层，采用KOH或NaOH或TMAH加醇的方法，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成金字塔结构。
进一步地，在硅基底1一侧表面依次制备第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层21，本实施例中，所述第一掺杂非晶硅层21为掺磷的N型掺杂非晶硅层，利用化学气相沉积方法沉积形成，具体为：反应腔室内，SiH4气体在等离子体的作用下分解为Si和H2，Si沉积在硅基底1的表面形成第一本征非晶硅层11，然后在反应腔室内引入SiH4气体，H2气体和PH3体，在等离子体的作用下相互反应，从而在第一本征非晶硅层11上沉积形成第一掺杂本征非晶硅层21。
进一步地，第一透明导电层31的厚度在20-100nm之间，具有良好的透光性和导电性，第一透明导电层31利用磁控溅射的方式在第一掺杂非晶硅层21表面形成，此方法对第一掺杂非晶硅层21损伤小，而且制备的第一透明导电层31具有镀膜面积大和附着力强的优点。
进一步地，前述制备第一金属纳米线薄膜41包括将金属纳米分散液利用涂布工艺设在所述第一透明导电层上，再进行烘干或者退火处理形成第一金属纳米线薄膜41。利用涂布工艺形成的第一金属纳米线薄膜41比较均匀，第一金属纳米线薄膜41内的纳米线之间形成弥散的网状结构，增加异质结电池受光面的光线透过率。
其中，金属钠米分散液含有银纳米线、铜纳米线、铝纳米线中的一种或几种金属纳米线，具体地，金属纳米线为二维结构的纳米线，而不是一维结构的纳米级金属粒子，金属纳米分散液中金属纳米线含量0.1-2mol/L之间，较佳选择纳米线含量0.5mol/L，使得制成的第一金属纳米线薄膜41具有良好的导电性，以利于和第一金属电极51之间形成良好的欧姆接触。
具体地，上述涂布工艺包括：首先将金属纳米分散液涂在第一透明导电层31上，静置第一时长T1，再以第一转速预旋涂并持续第一时长T2，然后再以第二转速旋涂并持续第二时长T3，其中，第二转速大于第一转速。优选地，第一转速介于100-500RPM之间，第二转速介于1000-5000RPM之间，本实施例中，T1在2-30s之间，T2在0-5s之间，T3在20-60s之间，为了形成的第一金属纳米线薄膜更均匀，可以反复旋涂1-5次，然后通过烘干或者退火固化形成第一金属纳米线薄膜41。
其中，烘干或者退火的温度在70-180℃之间，时间在30-1200s之间，较佳的退火条件为150℃退火300s，利于第一金属纳米线薄膜41成型。
本实施例中，所述第一透明导电层31和第一金属纳米线薄膜41的总厚度在60-250nm之间，所述第一金属钠米线薄膜41的厚度在40-150nm之间，也就是所述第一透明导电层31的厚度在20-100nm之间，所述第一金属纳米线薄膜41替代常规第一透明导电层31受光面的部分厚度。
本实施例中，第一金属纳米线薄膜41和第一透明导电层31组合形成双层膜的设计，利于增加所述异质结电池受光面的透光率，具体地，从光学角度来说，第一金属纳米线薄膜41短波段光谱的透过率显著优于第一透明导电层31，而第一透明导电层31恰好可以弥补所述第一金属纳米线薄膜41对中长波段光谱透过率较低的不足，并且，第一金属纳米线薄膜41和第一透明导电膜31合适的厚度，可实现异质结电池对短波段和长波段吸收的互补优势，使得异质结光伏电池具有相对理想的全光谱吸收的优异性能，充分吸收光能，进而提升异质结电池的短路电流Isc。
另外，本实施例异质结电池受光面双层膜的设计，可有效地提升异质结电池的填充因子FF，从电学角度来说，第一金属纳米线薄膜41的电导率与第一透明导电层31相差不多，由于第一金属纳米线薄膜41的增厚光学吸收远小于第一透明导电层31，因此可以在不降低短路电流Isc的前提下通过增加第一金属纳米线薄膜41的厚度来降低方阻，从而优化第一金属纳米线薄膜41和第一金属电极51之间的接触，进而改善异质结电池的填充因子FF。
优选地，在所述第一透明导电层31延伸方向上，所述第一金属纳米线薄膜41的尺寸不超过所述第一透明导电层31的延伸尺寸，使得第一金属纳米线薄膜41不会与异质结电池的其他部件接触从而引发漏电的风险。
进一步地，所述第一金属电极51的制备包括采用丝网印刷方法将低温银浆印制在所述第一金属纳米线薄膜41上，再经低温150-300℃之间固化得到所述第一金属电极51，所述第一金属电极51用来收集并传导电流。
本实施例中，所述制备方法还包括在硅基底1另一侧表面依次制备第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22、第二透明导电层32、第二金属电极52，其中，第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22、第二透明导电层32、第二金属电极52的制备方法为常规的制备方法，不再赘述。
作为本实施例的一个举例，采用上述制备方法制备的异质结电池，其中，第一透明导电层31组分为ITO(97:3)，膜厚在30-45nm之间；第一金属纳米线薄膜41制备的条件为：金属纳米分散液中金属纳米线含量0.5mol/L；将金属纳米分散液均匀地涂在第一透明导电层31的表面，并静置10s，等待其铺展；在300RPM速度下预旋涂5s；随后在2000-3000RPM速度下旋涂30-40s；最后在150℃退火300s制得的第一金属纳米线薄膜41的厚度在40-60nm之间；第二透明导电层32组分为ITO(90:10)，膜厚在70-75nm之间，异质结电池的电学参数增益如表1所示，其中，短路电流较常规异质结电池的短路电流Isc提升0.03A，开路电压Voc提升0.1mV，填充因子FF提升0.05％，转换效率Eff提升0.11％。
作为本发明另一较佳实施例，如图2所示，所述制备方法还包括在所述硅基底1的另一侧表面依次制备第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22与第二透明导电层32；在所述第二透明导电层32表面制备第二金属纳米线薄膜42；在所述第二金属纳米线薄膜42制备第二金属电极52，利用本实施例的制备方法制得的异质结电池结构如图4所示，通过设置在第二透明导电层32表面的第二金属纳米线薄膜42，可有效地提升异质结电池背面的透光性和导电性。
其中，所述第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层21及第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22均采用PECVD方法沉积制得。实际生产中，所述第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层21、第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22分别在不同反应腔室完成沉积制备，通常的制备顺序为：第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层12，硅基底1翻片，第二本征非晶硅层21、第二掺杂非晶硅层22。
具体地，所述第二掺杂非晶硅层22和第一掺杂非晶硅层21的掺杂类型相反，本实施例中，第二掺杂非晶硅层22为B掺杂的P型掺杂非晶硅层，利用PECVD方法将SiH4气体，H2气体和B2H6电离反应在第二非晶硅层12上沉积形成。
所述第二透明导电层32的制备和第一透明导电层31的制备方法相同，且和第二金属纳米线薄膜42的总厚度在60-250nm之间，使得异质结电池的背光面同样具有良好的减反射效果和良好的导电性能。
所述第二金属纳米线薄膜42的制备工艺和第一金属纳米线薄膜42一样，均为金属纳米分散液采用涂布工艺制成，其中，所述第二金属钠米线薄膜42的厚度在40-150nm之间，也就是第二透明导电层的厚度在20-100nm之间，使得异质结电池的背面也具有良好的透光性。
进一步地，第二金属电极52设在第二金属纳米线薄膜42的表面，和第一金属电极51对应设置，第二金属电极52与第二金属纳米线薄膜42之间形成良好的接触。
作为本实施例的一个举例，第一金属纳米线薄膜41和第二金属纳米线薄膜42的制备方法、工艺参数和上述实施例中第一金属纳米线薄膜41的参数相同，本实施例制得的异质结电池的电学参数如表1所示，通过表1所示，本实施例制得的异质结电池较本发明第一实施例的转换效率增益Eff0.04％，较常规制备方法制备的异质结电池的短路电流增加Isc0.04A，开路电压Voc增加0.05mV，填充因子FF增加0.1％，转换效率Eff增加0.15％
表1本发明制备方法和常规工艺分别制备的异质结电池的电学参数对比表
| 组别 | Eff(％) | Voc(mV) | Isc(A) | FF(％) |
| 常规工艺 | - | - | - | - |
| 本发明第一实施例 | 0.11 | 0.1 | 0.03 | 0.05 |
| 本发明第二实施例 | 0.15 | 0.05 | 0.04 | 0.1 |
综合上述可知，本发明还提供一种异质结电池，包括硅基底1，依次层叠设置于硅基底1一侧表面的第一本征非晶硅层11、第一掺杂非晶硅层21、第一透明导电层31、第一金属钠米线薄膜41、第一金属电极51。优选地，所述第一透明导电层和第一金属纳米线薄膜的总厚度在60-250nm之间，其中，所述第一金属纳米线薄膜41的厚度在40-150nm之间，使得异质结电池具有良好透光性和导电性，以增加异质结电池的短路电流Isc和填充因子FF。
作为本发明异质结电池的另一较佳实施例，所述异质结电池还包括依次层叠设置于硅基底1另一侧表面的第二本征非晶硅层12、第二掺杂非晶硅层22、第二透明导电层32、第二金属钠米线薄膜42、第二金属电极52，优选地，所述第二透明导电层和第二金属纳米线薄膜的总厚度在60-250nm之间，其中，所述第二金属纳米线薄膜41的厚度在40-150nm之间，进一步增加异质结电池的短路电流Isc和填充因子FF。
综上所述，本发明的异质结电池的制备方法，通过在第一透明导电层31上制备第一金属纳米线薄膜41，即，第一金属纳米线薄膜41和第一透明导电层31共同形成异质结电池受光面的透明导电层来替代常规异质结电池的透明导电层，以提升异质结电池受光面的透光性及与第一金属电极51之间的接触，可有效地提升异质结电池的短路电流Isc和填充因子FF，进而提升异质结电池的转换效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种异质结电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
制绒，在硅基底表面刻蚀形成制绒面；
在硅基底一侧表面依次制备第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层；
在所述第一透明导电层表面制备第一金属纳米线薄膜；
在所述第一金属纳米线薄膜上制备第一金属电极。
2.如权利要求1所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：前述制备第一金属纳米线薄膜包括将金属纳米分散液通过涂布工艺设在所述第一透明导电层上，再进行烘干或者退火处理形成第一金属纳米线薄膜。
3.如权利要求2所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：金属钠米分散液含有银纳米线、铜纳米线、铝纳米线中的一种或几种金属纳米线。
4.如权利要求2所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：所述金属纳米分散液中金属纳米线的含量在0.1-2mol/L之间。
5.如权利要求2所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：上述涂布工艺包括：首先将金属纳米分散液涂在第一透明导电层上，静置第一时长T1，再以第一转速预旋涂并持续第一时长T2，然后再以第二转速旋涂并持续第二时长T3，其中，第二转速大于第一转速。
6.如权利要求2所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：烘干或者退火的温度在70-180℃之间，时间在30-1200s之间。
7.如权利要求1所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：所述第一金属纳米线薄膜和第一透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第一金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
8.如权利要求1至7任一项所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在所述硅基底的另一侧表面依次制备第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层与第二透明导电层；
在所述第二透明导电层表面制备第二金属纳米线薄膜；
在所述第二金属纳米线薄膜上制备第二金属电极。
9.如权利要求8所述的异质结电池的制备方法，其特征在于：所述第二金属纳米线薄膜和第二透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第二金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
10.一种异质结电池，其特征在于：包括硅基底，依次层叠设置于硅基底一侧表面的第一本征非晶硅层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、第一金属钠米线薄膜、第一金属电极。
11.如权利要求10所述的异质结电池，其特征在于：所述第一金属纳米线薄膜和第一透明导电层的总厚度在60-250nm之间，所述第一金属钠米线薄膜的厚度在40-150nm之间。
12.如权利要求10所述的异质结电池，其特征在于：还包括依次层叠设置于硅基底另一侧表面的第二本征非晶硅层、第二掺杂非晶硅层、第二透明导电层、第二金属钠米线薄膜、第二金属电极。
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| CN116487447A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 天合光能股份有限公司 | 异质结太阳能电池及其制备方法 |
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