CN116779696A - 一种高效异质结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效异质结太阳能电池及其制作方法，所述电池包括：N型硅片，依次设在硅片正面的第一本征非晶硅层、N型掺杂层以及正面透明导电层、正面金属栅线层；依次设在硅片背面的第二本征非晶硅层、P型掺杂层以及背面透明导电层、背面金属栅线层；N型掺杂层为复合层结构，包含N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层；P型掺杂层为复合层结构，包含P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层。该N型掺杂层，提高了薄膜的光学带隙从而增加电池入光面对光的有效吸收。该P型掺杂层使得太阳能电池pn结界面处能够形成较大的能带弯曲，有利于提高载流子的输运能力。因此，该电池能够提高电池的短路电流、开路电压和填充因子，从而提高电池转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种高效异质结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
利用太阳能光伏发电技术为人类创造洁净的可再生能源是未来的大趋势，太阳能光伏产品在未来一段时间内将保持较高需求量。异质结太阳能电池制备工艺步骤简单，工艺温度低，且产品具有发电量高、稳定性高、无衰减、成本低的优势，随着行业不断的技术进步和政策推动，异质结电池性价比优势显现，有可能替代晶硅太阳能电池成为下一代主流光伏电池。
目前异质结太阳能电池一般以N型单晶硅片为衬底，本征I层非晶硅对晶体硅表面进行钝化，以硼掺杂的P型非晶硅薄膜做发射极，磷掺杂的N型非晶硅薄膜形成背场；高质量本征非晶硅和掺杂非晶硅层的制备，是获得高转换效率电池的最重要因素。发射极为太阳电池pn结结构中非常关键的一部分，其性能的优劣很大程度上决定着太阳能电池性能的好坏。异质结太阳能电池要获得高效的电池，发射区必须重掺杂以获取高的内建电场；然而简单地提高掺杂浓度会使薄膜缺陷密度增加，导致光生载流子的复合概率增大；而且形成的势垒高度太高会阻碍载流子的输运使得电池填充因子降低，导致电池性能降低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高效异质结太阳能电池及其制作方法，将P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层复合作为发射极并且在N面入光面插入非晶氧化硅层增加光的吸收，使得电池最终转换效率得以提升。
为实现上述目的，本发明提供一种高效异质结太阳能电池，所述高效异质结太阳能电池包括：N型硅片，依次设在硅片正面的第一本征非晶硅层、N型掺杂层以及正面透明导电层、正面金属栅线层；依次设在硅片背面的第二本征非晶硅层、P型掺杂层以及背面透明导电层、背面金属栅线层；所述N型掺杂层为复合层结构，包含N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层；所述P型掺杂层为复合层结构，包含P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层。
本发明还提供了一种高效异质结太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
提供制绒清洗干净的N型硅片；
在硅片背面通过PECVD沉积第二本征非晶硅层；
在硅片正面通过PECVD沉积第一本征非晶硅层；
在硅片正面第二本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层，形成N型掺杂层；
在硅片背面第一本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层，形成P型掺杂层；
在的硅片正面N型掺杂层和背面P型掺杂硅层上通过PVD磁控溅射分别沉积正面透明导电层和背面透明导电层；
在的硅片正面和背面的透明导电层上分别制作正面金属栅线层和背面金属栅线层。
本发明提供的高效异质结太阳能电池及其制作方法的有益效果在于：
(1)N型掺杂层采用N型非晶氧化硅层以及N型非晶硅层的复合结构，提高了薄膜的光学带隙从而增加电池入光面对光的有效吸收；
(2)P型掺杂层采用P型非晶氧化硅层以及P型非晶硅层的复合结构；该复合结构发射极底层加入P型非晶氧化硅层，使得太阳能电池pn结界面处能够形成较大的能带弯曲，有利于提高载流子的输运能力；发射极顶层通过渐进掺杂与TCO薄膜形成良好的电接触，从而提升电池的开路电压和填充因子；
综上所述，本发明提供的高效异质结太阳能电池及其制作方法，能够有效地提高电池的短路电流、开路电压和填充因子，从而提高电池转换效率。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的高效异质结太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明提供的高效异质结太阳能电池制作方法的流程图。
附图标号说明：N型硅片10、第一本征非晶硅层20、N型掺杂层30、正面透明导电层60-1、正面金属栅线层70-1、第二本征非晶硅层40、P型掺杂层50、背面透明导电层60-2、背面金属栅线层70-2、N型非晶氧化硅层31、N型非晶硅层32、P型非晶氧化硅层51、P型非晶硅层52。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供的一种高效异质结太阳能电池，包括：N型硅片10，依次设在硅片正面的第一本征非晶硅层20、N型掺杂层30以及正面透明导电层60-1、正面金属栅线层70-1；依次设在硅片背面的第二本征非晶硅层40、P型掺杂层50以及背面透明导电层60-2、背面金属栅线层70-2；所述N型掺杂层30为复合层结构，包含N型非晶氧化硅层31和N型非晶硅层32；所述P型掺杂层50为复合层结构，包含P型非晶氧化硅层51和P型非晶硅层52。
所述N型硅片10为单晶硅片或多晶硅片。
所述N型非晶氧化硅层31为磷掺杂N型非晶氧化硅层；厚度为1-6nm。
所述N型非晶硅层32厚度为2-8nm。
所述P型非晶氧化硅层51为硼掺杂P型非晶氧化硅层，厚度为1-8nm。
所述P型非晶硅层52厚度为2-10nm。
如图2所示，本发明还提供了所述高效异质结太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：
S01，提供制绒清洗干净的N型硅片；
S02，在S01的硅片背面通过PECVD沉积第二本征非晶硅层；
S03，在S02的硅片正面通过PECVD沉积第一本征非晶硅层；
S04，在S03的硅片正面第二本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层，形成N型掺杂层；
S05，在S04的硅片背面第一本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层，形成P型掺杂层；
S06，在S05的硅片正面N型掺杂层和背面P型掺杂硅层上通过PVD磁控溅射分别沉积正面透明导电层和背面透明导电层；
S07，在S06的硅片正面和背面的透明导电层上分别制作正面金属栅线层和背面金属栅线层。
实施例
一种高效异质结太阳能电池的制作方法，具体的工艺如下：
S01，提供制绒清洗干净的N型硅片；具体过程为将N型硅片通过制绒清洗方式在表面形成金字塔绒面，并保持洁净；所述N型硅片为单晶硅片。
S02，在S01的硅片背面通过PECVD沉积第二本征非晶硅层；具体过程为在反应腔中通入硅烷和氢气；预设的成膜温度为150-250℃；反应气体压力为30-150Pa；沉积厚度5-10nm。
S03，在S02的的硅片正面通过PECVD沉积第一本征非晶硅层；具体过程为在反应腔中通入硅烷和氢气；预设的成膜温度为150-250℃；反应气体压力为30-150Pa；沉积厚度4-7nm。
S04，在S03的硅片正面第二本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积磷掺杂N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层，形成N型掺杂层；具体过程为PECVD预设的成膜温度为150-250℃；在反应腔中首先通入硅烷、磷烷、氢气以及二氧化碳的混合气体，磷烷与硅烷比例为1％-8％，二氧化碳与硅烷比例为30％-70％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第一层为磷掺杂N型非晶氧化硅层，其厚度1-6nm；然后在反应腔中通入硅烷、磷烷、氢气的混合气体，磷烷与硅烷比例为1％-8％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第二层为N型非晶硅层，其厚度2-8nm；沉积功率密度为0.03-0.15W/cm2。
S05，在S04的硅片背面第一本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积硼掺杂P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层，形成P型掺杂层；具体过程为PECVD预设的成膜温度为150-250℃；在反应腔中首先通入硅烷、乙硼烷、氢气以及二氧化碳的混合气体，乙硼烷与硅烷比例为1％-8％，二氧化碳与硅烷比例为30％-70％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第一层为硼掺杂P型非晶氧化硅层，其厚度1-8nm；然后在反应腔中通入硅烷、乙硼烷、氢气的混合气体，乙硼烷与硅烷比例为1％-8％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第二层为P型非晶硅层，其厚度2-10nm；沉积功率密度为0.03-0.15W/cm2。
S06，在S05的硅片正面N型掺杂层和背面P型掺杂硅层上通过PVD磁控溅射分别沉积ITO透明导电层；沉积厚度为90-110nm。
S07，在S06的硅片正面和背面的ITO透明导电层上通过丝网印刷制作银栅线电极。
表1列出本发明高效异质结太阳能电池与常规异质结太阳能电池的效率对比，本发明高效异质结太阳能电池在电性能上表现更优异；
综上所述，本发明提供的高效异质结太阳能电池及其制作方法，采用N型非晶氧化硅和N型非晶硅复合层结构替代现有技术的N型非晶硅层，采用P型非晶氧化硅和P型非晶硅复合层结构替代现有技术的P型非晶硅层，一方面提高了薄膜光学带隙使得短路电流得到提升；另一方面使得太阳能电池pn结界面处能够形成较大的能带弯曲，有利于提高载流子的输运能力，从而提升电池的转换效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高效异质结太阳能电池，其特征在于：所述高效异质结太阳能电池包括：N型硅片，依次设在硅片正面的第一本征非晶硅层、N型掺杂层以及正面透明导电层、正面金属栅线层；依次设在硅片背面的第二本征非晶硅层、P型掺杂层以及背面透明导电层、背面金属栅线层；所述N型掺杂层为复合层结构，包含N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层；所述P型掺杂层为复合层结构，包含P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层。
2.根据权利要求1所述高效异质结太阳能电池，其特征还在于：所述N型硅片为单晶硅片或多晶硅片。
3.根据权利要求1所述高效异质结太阳能电池，其特征还在于：所述N型非晶氧化硅层为磷掺杂N型非晶氧化硅层；厚度为1-6nm。
4.根据权利要求1所述高效异质结太阳能电池，其特征还在于：所述N型非晶硅层厚度为2-8nm。
5.根据权利要求1所述高效异质结太阳能电池，其特征还在于：所述P型非晶氧化硅层为硼掺杂P型非晶氧化硅层，厚度为1-8nm。
6.根据权利要求1所述高效异质结太阳能电池，其特征还在于：所述P型非晶硅层厚度为2-10nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述高效异质结太阳能电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
提供制绒清洗干净的N型硅片；
在硅片背面通过PECVD沉积第二本征非晶硅层；
在硅片正面通过PECVD沉积第一本征非晶硅层；
在硅片正面第二本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积N型非晶氧化硅层和N型非晶硅层，形成N型掺杂层；
在硅片背面第一本征非晶硅层上通过PECVD依次沉积P型非晶氧化硅层和P型非晶硅层，形成P型掺杂层；
在的硅片正面N型掺杂层和背面P型掺杂硅层上通过PVD磁控溅射分别沉积正面透明导电层和背面透明导电层；
在的硅片正面和背面的透明导电层上分别制作正面金属栅线层和背面金属栅线层。
8.根据权利要求7所述高效异质结太阳能电池的制作方法，其特征还在于：所述PECVD沉积N型掺杂层的工艺过程为PECVD预设的成膜温度设为150-250℃；在反应腔中首先通入硅烷、磷烷、氢气以及二氧化碳的混合气体，磷烷与硅烷比例为1％-8％，二氧化碳与硅烷比例为30％-70％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第一层的N型非晶氧化硅层，其厚度1-6nm；然后在反应腔中通入硅烷、磷烷、氢气的混合气体，磷烷与硅烷比例为1％-8％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第二层的N型非晶硅层，其厚度2-8nm；沉积功率密度为0.03-0.15W/cm2。
9.根据权利要求7所述高效异质结太阳能电池的制作方法，其特征还在于：所述PECVD沉积P型掺杂层的工艺过程为PECVD预设的成膜温度设为150-250℃；在反应腔中首先通入硅烷、乙硼烷、氢气以及二氧化碳的混合气体，乙硼烷与硅烷比例为1％-8％，二氧化碳与硅烷比例为30％-70％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第一层的P型非晶氧化硅层，其厚度1-8nm；然后在反应腔中通入硅烷、乙硼烷、氢气的混合气体，乙硼烷与硅烷比例为1％-8％，反应气体压力为30-150Pa，沉积第二层的P型非晶硅层，其厚度2-10nm；沉积功率密度为0.03-0.15W/cm2。
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