CN202259321U - 一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其结构为：以超白玻璃为衬底，玻璃板上设一层起阻挡和钝化作用的薄膜，薄膜上层设一层多晶硅薄膜，在薄膜的表面进行栅状掺杂或者梳状掺杂形成栅状或者梳状PN结，最上层按PN结形状设成栅状或者梳状引出电极。其制备步骤为：清洁玻璃衬底，依次在玻璃板上用真空镀膜方式镀阻挡和钝化层薄膜，以液相外延或者真空镀膜的方式镀制多晶硅薄膜，然后通过热扩散、离子注入、激光掺杂等方式在多晶硅薄膜上制备栅状或者梳状PN结，最后印刷引出电极，经烧结完成工艺。由于PN结呈栅状或者梳状排布，使有效PN结长度增加，提高了转化效率。同时，多晶硅层容易做得很薄，容易实现大规模生产。比起传统的多晶硅薄膜太阳能电池，本实用新型无论在性能和产业化生产上，都占有相当的优势。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及晶硅薄膜太阳能电池领域，尤其是一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的结构及其制法。
二、背景技术
太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源，以太阳能发电做为动力供应主要来源之一的可能性，已日益引起人们关注。而解决这个技术的关键在于太阳能电池生产成本的降低和转化效率的提高。
光伏行业的相关技术人员为了提高太阳能电池的转化效率，在传统结构的基础上做了大量的技术创新及改进。如一种结构包括表层、缓冲层、含至少一个P-N结的光吸收区、过渡层、P或N型区的集电栅和电极的非晶硅薄膜太阳能电池。这是一种受光面可以得到充分利用的结构，同时，由于底部PN结的集栅型排布，增加了PN结的有效长度，从而提高了薄膜太阳能电池的转化效率，然而，其结构过于复杂，重复性不好。一种利用N型晶体硅制成的单面电极太阳能电池，具有合理的结构，较高的转化效率，远远优于常规晶硅太阳能电池。然而，由于硅片的脆性，考虑到产品的良率，在大规模生产中不容易达到最理想的结构尺寸。
三、发明内容
发明目的：本实用新型的目的在于提供一种新型高效的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池及其制法。
技术方案：本实用新型中的一种单面电极多晶硅薄膜电池结构为：
a)电池最下层为透光率良好、相对于阻挡层有良好附着力的透明衬底：
b)衬底上设一层具有阻挡和钝化作用的复合薄膜；
c)复合薄膜上方设一层多晶硅薄膜并在薄膜表面进行栅状或者梳状掺杂：
d)晶硅薄膜表面按照掺杂形状设置栅状或者梳状引出电极。
其中所选衬底为透光率良好，与阻挡层具有良好附着力的超白玻璃或者有机材料。
其中一个优选方案为衬底可通过腐蚀或者镀膜方式形成一层增加光透率的绒面结构。
其钝化层薄膜采用单层SiO2薄膜、单层Si3N4薄膜或者SiO2与Si3N4复合薄膜。
其中一个优选方案为不对衬底进行绒面处理时，通过控制镀膜工艺在薄膜表面生成绒面结构。
其中的多晶硅薄膜根据成膜方式不同，其晶粒尺寸大小可以是多晶硅、微晶硅、纳米硅中的任意一种。
其中一个优选方案是调整镀膜工艺，使多晶硅薄膜分成上下两层，下层为低掺杂浓度薄膜，上层为高掺杂浓度薄膜。
多晶硅薄膜的制备可以采用液相外延、真空镀膜或者非晶硅薄膜转化等多种制备方式。
其中多晶硅薄膜厚度可以在1μm-40μm之间选择，其最优值为30μm。
其中在多晶硅薄膜表面要进行掺杂，以便形成多个栅状或梳状PN结，其中掺杂结深在0.1μm-1μm之间。
当多晶硅薄膜分两层时，其栅状或者梳状掺杂结深要穿透高浓度多晶硅层。
所镀多晶硅薄膜可以为N型或者P型，对N型薄膜进行P型掺杂，对P型薄膜进行N型掺杂。其中由于N型薄膜中光生载流子寿命较长，故其优选方案为N型薄膜。
其中栅状或梳状掺杂PN结的宽度主要根据丝印电极能达到的精度和最优的PN结有效长度在0.01mm-5mm之间选择.
当多晶硅薄膜为单层时，可以优选先对整个薄膜表面进行同型高浓度掺杂，再进行栅状或梳状掺杂，栅状或梳状掺杂要穿透同型高浓度掺杂层。
根据掺杂PN结的形状，在其上面丝印出栅状或者梳状的正电极和负电极。
其中一个优选方案为在丝印引出电极前，在多晶硅薄膜上表面镀SiO2或者SiNX钝化薄膜。
对薄膜的掺杂可以采用APCVD法、离子注入法、扩散法、激光制薄膜PN结等掺杂方式。根据掺杂工艺的不同，杂质来源可以为含杂质源的混合气体、浆料、液体、等离子体。其中激光制薄膜PN结为将薄膜基片放入真空室，通入一定流量的掺杂工艺气体PH3、H2或者B2H6、H2，以强激光照射薄膜表面的掺杂方案。
引出电极可以为铝电极、银铝电极、银电极之中的任意一种。
四、有益成果
本实用新型提供了一种新型的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，在晶硅薄膜的膜面使用钝化层，可以阻挡衬底材料向多晶硅薄膜扩散，钝化多晶硅薄膜表面的化学活性，减小载流子在薄膜表面的复合率，从而增加转换效率。同时，由于避免了使用易碎的晶硅，在降低了使用材料的厚度，节省了材料和提高光电转化效率的同时，也降低了生产的难度，易于形成大规模生产。
由于PN结在背表面呈栅状排列，形成连续的”n”型耗尽层，可以有效增加PN结的有效长度，这一点相对于传统的晶硅或者薄膜电池都是极突出的优点，可以大幅度提高太阳能电池的转化效率。
另外，背面的铝背场有良好的陷光作用，可以将未被完全吸收的太阳光线折射回电池内部进行再次吸收利用。
在进行栅状掺杂之前，在薄膜表面进行同质高浓度掺杂，或者在低浓度多晶硅薄膜表面镀一层高浓度多晶硅薄膜，有利于与金属电极形成欧姆接触，并且由于其体电阻较小，有利于提高填充因子。栅状电极穿透N+层，在多晶硅薄膜内部形成加深加长的竖向N/P结和N+/P结，竖向N/P结和N+/P结及形成横向的N+/N高低结可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。
另外，由于采用了薄膜结构，这种电池也具有可以大面积生产，可以以划线方式在基片上形成大量独立的微型子电池，通过一定结构组成电池集成，当其中一部分电池被阴影遮挡后，不会影响其它部分正常工作的优点。
五、附图说明
附图为本实用新型工作原理示意图，下面将结合附图及具体实施例来进一步说明本实用新型，使本实用新型变得更为清楚。
附图1为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的典型结构
附图2为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的梳状电极结构
附图3为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的改进结构一
附图4为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的栅状结构图
六、具体实施方式
本实用新型提供了一种新型的单面电极太阳能电池的结构及其制作方法。其电池结构为：电池最下层设为透光率良好、相对于阻挡层有良好附着力的透明衬底。衬底上设一层具有阻挡和钝化作用的复合薄膜；衬底玻璃或者复合薄膜可以选择形成增透的绒面结构。复合薄膜上方设一层多晶硅薄膜并在薄膜表面进行栅状或者梳状掺杂形成PN结；晶硅薄膜表面按照掺杂形状设置栅状或者梳状引出电极。
或者，
在掺杂前，使多晶硅薄膜分为上下两层，下层为低浓度掺杂多晶硅薄膜，上层为高浓度掺杂多晶硅薄膜层。进行栅状或者梳状掺杂要穿透高浓度多晶硅薄膜层。两层不同浓度的多晶硅薄膜可以由调节镀膜工艺形成，也可以通过在多晶硅薄膜上进行整体掺杂形成。最后在多晶硅薄膜表面分别印刷上梳状或者栅状电极。下面将以具体实施例来进一步说明本实用新型，以使本实用新型变得更为清楚：
实施例一：如附图一、图二所示，选择300×300×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底6。在超白玻璃表面设一层约20nm的SiO2做阻挡和钝化复合薄膜4，在薄膜与超白玻璃相接触的界面设绒面结构5。在复合薄膜上设一层厚度为15μm的N型多晶硅薄膜3。在多晶硅薄膜内部设P型梳状掺杂2，形成掺杂深度为0.5μm，宽度为0.5mm的PN结21，在梳状掺杂位置及未掺杂位置分别设梳状铝电极11、12，作为太阳能电池的负导电极和正导电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。
本实施例是单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的典型结构，以透光率良好的超白玻璃做受光面，受光面无遮挡，可以最大程度接受太阳能。梳状掺杂PN结的制备，使有效PN结长度增加，增大光电转换效率。由于采用薄膜结构，使多晶硅层的厚度可控，光线达到PN结的距离变短，光损失变小。同时，相比较采用晶硅片，可以形成大面积产品、其大规模生产也较容易实现高良率。
实施例二：选择300×300×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。将玻璃表面做成绒面结构，然后在超白玻璃表面设一层约20nm的SiNX做阻挡和钝化复合薄膜，在复合薄膜上设一层厚度为10μm的P型多晶硅薄膜。在晶硅薄膜内部设N型栅状掺杂2，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.5mm的PN结，在栅状掺杂位置及未掺杂位置分别设栅状银铝电极，作为太阳能电池的正导电极和负导电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。
实施例三：如附图三、附图四所示，选择100×100×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底6。然后在超白玻璃表面设一层约30nm的SiNX+SiO2做阻挡和钝化复合薄膜4，并在界面结合处设绒面结构5。在复合薄膜上方设一层厚度为10μm的低掺杂浓度N型多晶硅薄膜3，然后在其上设P型栅状掺杂，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.05mm的栅状PN结22。在栅状掺杂位置及未掺杂位置分别设栅状银电极71、72，作为太阳能电池的负导电极和正导电极，并在正电极与多晶硅薄膜之间设一层厚度小于0.1μm的高浓度掺杂N+型多晶硅薄膜8，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。
实施例四：选择300×300×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。采用化学腐蚀工艺将玻璃表面做成绒面结构，然后在超白玻璃表面 采用真空镀膜方式镀一层约20nm的SiNX做阻挡和钝化复合薄膜，在复合薄膜上采用真空镀膜工艺镀一层厚度为10μm的P型多晶硅薄膜。然后从多晶硅薄膜表面向内部以离子注入工艺进行N型栅状掺杂，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.5mm的PN结，在栅状掺杂位置及未掺杂位置同时丝印栅状银铝电极，作为太阳能电池的正导电极和负导电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。使用热处理方式使电极与多晶硅膜层形成欧姆接触，完成电池片制造工艺。
实施例五：选择100×100×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。然后在超白玻璃表面以真空镀膜方式形成一层约30nm的SiNX+SiO2做阻挡和钝化复合薄膜。在复合薄膜上方以真空镀膜方式镀一层厚度为10μm的低掺杂浓度N型多晶硅薄膜，然后对其进行同型杂质掺杂，形成一层厚度小于0.1μm的高浓度掺杂N+型多晶硅薄膜，然后在其上使用扩散方式做P型栅状掺杂，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.05mm的栅状PN结。在栅状掺杂位置及未掺杂位置同时丝印栅状银电极，作为太阳能电池的负导电极和正导电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。最后对电池片进行烧结，使电极与多晶硅膜层形成欧姆接触，完成电池工艺。
本实用新型提供了一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的结构及制作方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，包括透明衬底，，设于透明衬底上的钝化层，其特征在于，结构为：
a)所述钝化层上方设一层在其表面进行栅状或者梳状掺杂的多晶硅膜层，以形成多个“n”形P N结进行光电转化效应：
b)所述晶硅薄膜表面设置与掺杂形状相适配的第一金属导电极和第二金属导电极，以引出P N结产生的电流。
2.根据权利要求1所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述多晶硅薄膜为N型多晶硅薄膜，其上表面与第二金属导电极之间设置N+掺杂层；
或者，所述多晶硅薄膜为P型多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜上表面与第二金属导电极之间设置P+掺杂层。
3.根据权利要求1所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述多晶硅薄膜厚度设为1μm-40μm。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述PN结掺杂宽度设为0.01mm～5mm。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述PN结掺杂深度设为0.1μm～1μm。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，第一金属导电极与第二金属导电极形状设为与PN结形状相适配的栅状或者梳状。
7.根据权利要求1所述的一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于衬底设一层增加光透率的绒面结构。
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