CN116936688B - 一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，提出了一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：将钝化液印刷在空穴选择性接触区，形成空穴选择性传输层，在所述空穴选择性传输层上印刷银浆，得到p型叉指背接触太阳能电池；所述钝化液由碳材料和分散剂混合而成；所述分散剂由有机溶液和稀释剂混合而成；所述有机溶液包括4‑羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液中的一种或几种。通过上述技术方案，解决了现有技术中的p型叉指背接触太阳能电池光电性能差问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体的，涉及一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法。
背景技术
叉指背接触太阳能电池（IBC）是晶体硅太阳能电池中的一种，其前表面没有栅线的遮挡，正极和负极都位于电池的背表面，具有独特的优势。比如由于前表面没有栅线的遮挡，使器件的短路电流高，可以更好的实现前表面的钝化和减反特性，使电池的能量转化效率得到提高，外观颜色单一，组件美观且拼装方便，电池的间隙较小，安装密度较高等。然而此结构制备过程需要用到光刻步骤，制备工艺大于10步十分繁琐，增加了器件的生产成本。此外，在大规模的生产中与主流的晶体硅电池的工艺不同，增加了器件的投资成本。
近年来，为了在传统工艺兼容的情况下制备叉指背接触太阳能电池，研发出了p-IBC结构的太阳能电池。在制备p-IBC太阳能电池的工艺中，p＋区的形成是将铝浆丝网印刷后，经700℃以上的高温烧结而成，存在以下问题：（1）金属与半导体直接接触，造成金半接触区域的载流子复合严重，降低器件的开路电压，进而影响器件的转换效率；（2）由于高温烧结时温度在700℃以上，金属直接烧结进入硅衬底一定厚度，会导致电池产生较大的翘曲度结构变形，造成电池组件的性能降低；（3）高温烧结会造成能源的浪费，同时随着硅片的变薄，Al烧结进入硅衬底的比例变大，进而降低器件的光电性能。
发明内容
本发明提出一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，解决了相关技术中的p型叉指背接触太阳能电池光电性能差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：将钝化液印刷在空穴选择性接触区，形成空穴选择性传输层，在所述空穴选择性传输层上印刷银浆，得到p型叉指背接触太阳能电池；
所述钝化液由碳材料和分散剂混合而成；
所述分散剂由有机溶液和稀释剂混合而成；
所述有机溶液包括4-羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液中的一种或几种。
碳材料功函数为4.1eV，经本发明的分散剂分散后功函数为5.8eV，使空穴的提取能力大幅度提升。
作为进一步的技术方案，所述钝化液印刷时温度和印刷银浆温度各自独立地为10~40℃；
所述空穴选择性传输层厚度为100~500nm。
作为进一步的技术方案，所述印刷银浆后，还需要固化，所述固化的温度为180~200℃，时间为10~20min。
作为进一步的技术方案，所述印刷钝化液温度为25℃，空穴选择性传输层厚度为250nm。
作为进一步的技术方案，所述碳材料与分散剂的质量体积比为1~5g:1L；
所述碳材料包括碳纳米管、炭黑中的一种或几种。
作为进一步的技术方案，所述碳纳米管的直径为1~3nm、长度为2~10μm。
作为进一步的技术方案，所述炭黑的平均粒径为75nm。
作为进一步的技术方案，所述碳材料与分散剂的质量体积比为3g:1L。
作为进一步的技术方案，所述稀释剂为乙醇，所述有机溶液和稀释剂的体积比为1:2~3。
作为进一步的技术方案，所述有机溶液为体积比1~10:1~6的4-羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液。
作为进一步的技术方案，所述有机溶液为体积比5:1的4-羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液。
作为进一步的技术方案，所述一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，包括以下步骤：
S1、对制绒后的p型硅片正面进行磷扩散后，形成重掺杂n型硅层，再沉积氧化硅层和氮化硅层；
S2、对制绒后的p型硅片背面沉积氧化硅层和掺磷的非晶硅层；
S3、对所述非晶硅层进行热退火处理，得到n型多晶硅层；
S4、在所述n型多晶硅层上沉积ITO后，印刷银浆，得到银栅线，在所述银栅线间激光开孔，得到空穴选择性接触区；
S5、将钝化液印刷在空穴选择性接触区，形成空穴选择性传输层，在所述空穴选择性传输层上印刷银浆，得到p型叉指背接触太阳能电池。
作为进一步的技术方案，所述S1中制绒具体为：采用碱溶液使P型硅片正面和背面区域形成金字塔绒面结构。
作为进一步的技术方案，所述S1和S2中沉积各自独立地采用等离子体增强化学气相沉积法；
所述S4中沉积采用物理气相沉积法。
作为进一步的技术方案，所述S1中氧化硅层厚度为1~3nm，氮化硅层厚度为60~120nm；
所述S2中氧化硅层厚度为1~3nm，非晶硅层厚度为40~120nm；
所述S3中热退火温度为800~900℃。
作为进一步的技术方案，所述S4中印刷银浆后，还需要固化，所述固化的温度为180~200℃，时间为10~20min。
作为进一步的技术方案，所述S4中开孔宽度为20~150μm。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明采用两步丝网印刷工艺，代替传统工艺中印刷铝浆加700℃以上的高温烧结工艺，不仅降低了器件的生产成本，还解决了现有技术中存在的金属与半导体直接接触，造成太阳能电池性能下降的问题，达到了提高太阳能电池性能的效果。
2、本发明提供的先印刷钝化液、再印刷银浆的生产工艺，在原有生产线上未引入新的设备，与原有生产线具有极好的兼容性。
3、本发明通过印刷钝化液，实现了空穴的选择性传输，减少器件的复合，提高了器件的光电性能，同时印刷后的钝化薄膜还具有极高的钝化硅片表面能力和空穴选择性传输能力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明p型叉指背接触太阳能电池的结构示意图；
图中：1为氮化硅层，2为氧化硅层，3为重掺杂n型硅层，4为 p型硅片，5为氧化硅层，6 为n型多晶硅层，7为ITO层，8为空穴选择性传输层，9为银栅线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
以下实施例及对比例中碳纳米管的直径为1~3nm、长度为2~10μm，炭黑的平均粒径为75nm，4-羟基苯磺酸溶液为体积浓度65%的4-羟基苯磺酸水溶液，乙醇溶液为体积浓度99.995%的乙醇水溶液，乙基磺酸溶液为体积浓度95%的乙基磺酸水溶液。
实施例1
S1、制备钝化液：将0.3g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的4-羟基苯磺酸溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液；
S2、将p型硅片进行化学清洗，利用3wt%KOH溶液使p型硅片正面和背面区域形成金字塔绒面结构，将清洗、制绒后的p型硅片正面进行磷掺杂和磷扩散处理后，会在硅片表面形成一层磷硅玻璃（PSG），形成重掺杂n型硅层，使用氢氟酸溶液去除硅片侧面及背面的PSG，置于PECVD腔室内依次沉积2nm厚的氧化硅层和100nm厚的氮化硅层；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积2nm厚的氧化硅层和80nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在850℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，190℃固化15min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为100μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在25℃下印刷钝化液，得到厚度为250nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在25℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例2
S1、制备钝化液：将0.1g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的4-羟基苯磺酸溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液；
S2、S3与实施例1相同。
实施例3
S1、制备钝化液：将0.5g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的4-羟基苯磺酸溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液；
S2、S3与实施例1相同。
实施例4
S1、制备钝化液：将0.3g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的有机溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液，有机溶液由体积比5:1的4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液组成；
S2、S3与实施例1相同。
实施例5
S1、制备钝化液：将0.3g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的有机溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液，有机溶液由体积比1:6的4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液组成；
S2、S3与实施例1相同。
实施例6
S1、制备钝化液：将0.3g碳纳米管与0.1L体积比1:2.5的有机溶液-乙醇溶液混合，在50000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液，有机溶液由体积比10:1的4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液组成；
S2、S3与实施例1相同。
实施例7
S1、S2与实施例4相同；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积2nm厚的氧化硅层和80nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在850℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，190℃固化15min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为100μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在10℃下印刷钝化液，得到厚度为250nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在25℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例8
S1、S2与实施例4相同；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积2nm厚的氧化硅层和80nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在850℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，190℃固化15min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为100μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在40℃下印刷钝化液，得到厚度为250nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在25℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例9
S1、S2与实施例4相同；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积2nm厚的氧化硅层和80nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在850℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，190℃固化15min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为100μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在25℃下印刷钝化液，得到厚度为100nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在25℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例10
S1、S2与实施例4相同；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积2nm厚的氧化硅层和80nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在850℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，190℃固化15min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为100μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在25℃下印刷钝化液，得到厚度为500nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在25℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例11
S1、制备钝化液：将0.3g炭黑与0.1L体积比1:2的有机溶液-乙醇溶液混合，在30000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液，有机溶液由体积比5:1的4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液组成；
S2、将p型硅片进行化学清洗，利用3wt%KOH溶液使p型硅片正面和背面区域形成金字塔绒面结构，将清洗、制绒后的p型硅片正面进行磷掺杂和磷扩散处理后，会在硅片表面形成一层磷硅玻璃（PSG），形成重掺杂n型硅层，使用氢氟酸溶液去除硅片侧面及背面的PSG，置于PECVD腔室内依次沉积1nm厚的氧化硅层和60nm厚的氮化硅层；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积1nm厚的氧化硅层和40nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在800℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，在25℃下丝网印刷银浆，180℃固化20min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为20μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在25℃下印刷钝化液，得到厚度为250nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在10℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
实施例12
S1、制备钝化液：将0.3g炭黑与0.1L体积比1:3的有机溶液-乙醇溶液混合，在100000r/min的高速剪切下分散4h，得到钝化液，有机溶液由体积比5:1的4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液组成；
S2、将p型硅片进行化学清洗，利用浓度3wt%KOH溶液使p型硅片正面和背面区域形成金字塔绒面结构，将清洗、制绒后的p型硅片正面进行磷掺杂和磷扩散处理后，会在硅片表面形成一层磷硅玻璃（PSG），形成重掺杂n型硅层，使用氢氟酸溶液去除硅片侧面及背面的PSG，置于PECVD腔室内依次沉积3nm厚的氧化硅层和120nm厚的氮化硅层；
S3、在p型硅片背面采用PECVD依次沉积3nm厚的氧化硅层和120nm厚的掺磷的非晶硅层，将非晶硅层在900℃下退火处理，此时非晶硅转化为多晶硅，形成n型多晶硅层，再采用PVD沉积ITO层，并在25℃下丝网印刷银浆，200℃固化10min，得到均匀排列的银栅线，在银栅线间采用激光开设宽度为150μm的孔，在开孔处通过丝网印刷工艺在25℃下印刷钝化液，得到厚度为250nm的空穴选择性传输层，在空穴选择性传输层上采用丝网印刷工艺在40℃印刷银浆，形成银栅线，得到p型叉指背接触太阳能电池。
本发明提供的p型叉指背接触太阳能电池的结构示意图如图1所示，并将实施例1~12得到的p型叉指背接触太阳能电池在AM1.5的条件下进行光电性能测试，测试结果记录在表1。
表1 p型叉指背接触太阳能电池的各项性能参数
由表1可以看出，本发明提供的p型叉指背接触太阳能电池的开路电压（V oc）在654.3mV以上，短路电流密度（J sc）在39.5mA/cm2以上，填充因子（FF）在70.1%以上，效率（PCE）在18.4%以上。
实施例1与实施例2~3相比，实施例1中碳纳米管与分散剂的质量体积比为3g:1L，实施例2中碳纳米管与分散剂的质量体积比为1g:1L，实施例3中碳纳米管与分散剂的质量体积比为5g:1L，实施例1得到的p型叉指背接触太阳能电池的效率高于实施例2~3。说明当碳纳米管与分散剂的质量体积比为3g:1L时，得到的p型叉指背接触太阳能电池的性能最佳。
实施例1与实施例4~6相比，实施例1中添加的是4-羟基苯磺酸溶液，实施例4~6中添加的是4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液，实施例1得到的p型叉指背接触太阳能电池的效率低于实施例4~6，说明使用4-羟基苯磺酸溶液和乙基磺酸溶液比使用单一的4-羟基苯磺酸溶液的效果好。
实施例4与实施例7~10相比，实施例4中印刷钝化液的温度为25℃、空穴选择性传输层厚度为250nm，实施例7中印刷钝化液的温度为10℃、空穴选择性传输层厚度为250nm，实施例8中印刷钝化液的温度为40℃、空穴选择性传输层厚度为250nm，实施例9中印刷钝化液的温度为25℃、空穴选择性传输层厚度为100nm，实施例10中印刷钝化液的温度为25℃、空穴选择性传输层厚度为500nm，实施例4制备的p型叉指背接触太阳能电池的效率高于实施例7~10。说明当印刷钝化液的温度为25℃、空穴选择性传输层厚度为250nm时，p型叉指背接触太阳能电池的效率最高。
以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：将钝化液印刷在空穴选择性接触区，形成空穴选择性传输层，在所述空穴选择性传输层上印刷银浆，得到p型叉指背接触太阳能电池；
所述钝化液由碳材料和分散剂混合而成；
所述分散剂由有机溶液和稀释剂混合而成；
所述有机溶液为体积比1~10:1~6的4-羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液。
2.根据权利要求1所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述钝化液印刷时温度和印刷银浆温度各自独立地为10~40℃；
所述空穴选择性传输层厚度为100~500nm。
3.根据权利要求1所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述碳材料与分散剂的质量体积比为1~5g:1L；
所述碳材料包括碳纳米管、炭黑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述稀释剂为乙醇，所述有机溶液和稀释剂的体积比为1:2~3。
5.根据权利要求1所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述有机溶液为体积比5:1的4-羟基苯磺酸溶液、乙基磺酸溶液。
6.根据权利要求1所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对制绒后的p型硅片正面进行磷扩散后，形成重掺杂n型硅层，再沉积氧化硅层和氮化硅层；
S2、对制绒后的p型硅片背面沉积氧化硅层和掺磷的非晶硅层；
S3、对所述非晶硅层进行热退火处理，得到n型多晶硅层；
S4、在所述n型多晶硅层上沉积ITO后，印刷银浆，得到银栅线，在所述银栅线间激光开孔，得到空穴选择性接触区；
S5、将钝化液印刷在空穴选择性接触区，形成空穴选择性传输层，在所述空穴选择性传输层上印刷银浆，得到p型叉指背接触太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述S1中制绒具体为：采用碱溶液使p型硅片正面和背面区域形成金字塔绒面结构。
8.根据权利要求6所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述S1和S2中沉积各自独立地采用等离子体增强化学气相沉积法；
所述S4中沉积采用物理气相沉积法。
9.根据权利要求6所述的一种制备p型叉指背接触太阳能电池的方法，其特征在于，所述S1中氧化硅层厚度为1~3nm，氮化硅层厚度为60~120nm；
所述S2中氧化硅层厚度为1~3nm，非晶硅层厚度为40~120nm；
所述S3中热退火温度为800~900℃。
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