CN205863192U - 一种采用双tco膜层的硅基异质结太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)和背面金属导线(10)从上到下依次连接，电池片封装时正面或者背面朝光都可以使用，有助于HJT电池片的吸光及转换效率的提高，降低了生产成本,有利于市场的推广及产品的普及。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池。
背景技术
近几年，由于硅片、电池片和组件的产能不断扩张，光伏发电成本也出现了实质性的下降。因此，降低集成成本（BOS）在整个光伏发电系统成本结构中的比例也变得更加重要，这意味着高效组件在降低系统成本的过程中将扮演着最重要的角色，因为它们在提供相同电量的情况下可以节约更多的BOS成本。在所有的太阳能电池技术中，研究硅基异质结（HJT）太阳能电池具有重要的意义，因为其具备转换效率高(24.7%), 结构简单, 制程温度低(< 250℃), 工艺步骤少以及温度系数低等优点。与传统的P型单晶/多晶太阳能电池相比，n型单晶衬底的HJT太阳能电池可以得到更高的转换效率，而且只需要很少的工艺步骤。同时，HJT具有独特的无PID（电势诱导衰减）和无LID（光致衰退）效应保证了光伏组件更可靠和更长的使用寿命。
HJT电池具有高效率、工艺简单、无照光裂化（LID free）、无电压裂化（PID free）、低温度系数、高发电量、低发电成本和双面照光发电等特性，非常适合分布式光伏应用，为下世代高效率电池主流技术之一。采用双面异质结组件，在白色背景的反照下，可以多输出>20%的电力。根据实地的测试，使用双面的HJT组件比单面的HJT组件平均可多输出28.9%的电力。
在制备HJT太阳能电池的过程中，PECVD在决定产品的性能方面扮演着最重要的角色。 入光面所沉积的钝化层为本征层（i）并在上面堆叠掺硼的（P）层，背面同样沉积本征钝化层（i）并堆叠掺磷的（n）层,表面钝化层i/p和i/n的厚度都约为15～20nm。 然后在正反两面溅镀上约50-100nm的透明导电膜,目前大都采用传统的ITO(铟锡氧化物)作为透明导电膜层,在透明导电膜上可以用丝印低温银浆的方式制造正反两面的导线,或者采用电铸铜的方式来制作入光面的导线,这样便完成一个HJT电池片的制作。
目前HJT电池的正反面的仍然采用ITO作为透明导电膜的材料,但ITO的功函数较低(4.7)与P型及N型非晶硅层(>5)相差较大,不利于转换效率的提升, 虽然ITO具有极低的电阻率且技术相当成熟，但需要超过150°C以上的制程温度，使其形成结晶结构方能获得较佳的光电性质。然而结晶的过程会增加ITO表面的粗糙度(>2.5 nm)，而高温制程也限制了它在塑料基材上的应用空间，高温同时也容易在制作TCO的过程中伤害到非晶硅膜层。
目前有许多较高功函数的TCO如IWO,ITiO等被发表,但由于表面粗度较大及电性较差，所以实际效果并不理想,本实用新型提出在ITO与P型非晶硅膜层中先溅镀高功函数的IZTO(>)再溅镀ITO薄膜,以达到高功函数及高导电性的最佳搭配.
本实用新型HJT组件结构在正面中使用的TCO为IZTO及ITO双层薄膜，IZTO其靶材由In2O3、ZnO和SnO2所组成，可以低温溅镀法制作得到非晶或奈米晶结构之薄膜。其功函数可高达5-6 eV，穿透度约为85%，电阻率在10-3-10-4 Ω⋅cm的范围，且表面RMS粗糙度可达0.5 nm，其导电特性近似于ITO，而材料成本与制程成本却优于ITO，且具高耐候性耐温性,是相当适合发展于HJT使用的新型材料与膜层结构。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，用IZTO氧化物与ITO氧化物搭配成双TCO的HJT太阳能电池的膜层结构，N型硅片为衬底，正反两面先用PECVD镀本征非晶硅膜层,接着正面镀P型非晶硅层,反面镀N型非晶硅层膜层,在P型非晶硅层膜层上面采用真空溅镀IZTO及ITO的双层TCO, 在N型非晶硅层膜层上镀ITO,正反两面表面的导线采用网印银膏线路的方式或者采用电铸铜线的方式来进行。正面采用高功函数的IZTO氧化物加上ITO氧化物形成新型高耐候高透光的TCO膜层结构，达到高透光(透光度>82%)、高导电性(电阻率<4x10-5Ωcm)及达到高功函数(>5Ev) 的需求,电池片封装时正面或者背面朝光都可以使用，有助于HJT电池片的吸光及转换效率的提高，降低生产成本，有利于市场的推广及产品的普及。
本实用新型是这样实现的，它包括正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)、背面金属导线(10)，其特征在于，所述正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)和背面金属导线(10)从上到下依次连接。
所述正面金属导线(1)为网印银膏线路或者电铸铜线；所述正面透明导膜层一(2)为溅镀ITO膜层和正面透明导膜层二(3)均为溅镀IZTO膜层；所述正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)和背面N型非晶硅层膜层(8)均为PECVD制程；所述背面透明导电膜(9)为溅镀ITO膜层；所述背面金属导线(10)为网印银膏线路或者电铸铜线。
所述正面金属导线（1）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述正面金属导线（1）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
所述正面透明导膜层一（2）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
所述正面透明导膜层二（3）为溅镀IZTO膜层，其厚度为10-50nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为85％以上, 电阻率<8x10-4Ωcm。
所述正面P型非晶硅膜层（4），其膜层厚度为5-25nm。
所述正面本征非晶硅膜层（5），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面型本征非晶硅膜层（7），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面N型非晶硅膜层（8），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面透明导膜层（9）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
所述背面金属导线（10）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述背面金属导线（10）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
本实用新型的技术效果是：本实用新型以N型硅片为衬底，正反两面先用PECVD镀本征非晶硅膜层,接着正面镀P型非晶硅层,反面镀N型非晶硅层膜层,在P型非晶硅层膜层上面采用真空溅镀IZTO及ITO的双层TCO, 在N型非晶硅层膜层镀ITO膜层,正反两面表面的导线采用网印银膏线路的方式或者采用电铸铜线的方式来进行，正面采用高功函数的IZTO氧化物加上ITO氧化物形成新型高耐候高透光双层的TCO膜层结构，达到高透光(透光度>82%)、高导电性(电阻率<4x10-5Ωcm)及达到高功函数(>5Ev) 的需求,电池片封装时正面或者背面朝光都可以使用，有助于HJT电池片的吸光及转换效率的提高，降低了生产成本,有利于市场的推广及产品的普及。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
在图中，1、正面金属导线2、正面透明导电膜层一3、正面透明导电膜层二4、正面P型非晶硅膜层5、正面本征非晶硅层膜层6、N型单晶硅片衬底7、背面本征非晶硅层膜层8、背面N型非晶硅层膜层9、背面透明导电膜层10、背面金属导线。
具体实施方式
结合图1来具体说明本实用新型，它包括正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)、背面金属导线(10)，所述正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)和背面金属导线(10)从上到下依次连接。
所述正面金属导线(1)为网印银膏线路或者电铸铜线；所述正面透明导膜层一(2)为溅镀ITO膜层和正面透明导膜层二(3)均为溅镀IZTO膜层；所述正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)和背面N型非晶硅层膜层(8)均为PECVD制程；所述背面透明导电膜(9)为溅镀ITO膜层；所述背面金属导线(10)为网印银膏线路或者电铸铜线。
所述正面金属导线（1）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述正面金属导线（1）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
所述正面透明导膜层一（2）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
所述正面透明导膜层二（3）为溅镀IZTO膜层，其厚度为10-50nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为85％以上, 电阻率<8x10-4Ωcm。
所述正面P型非晶硅膜层（4），其膜层厚度为5-25nm。
所述正面本征非晶硅膜层（5），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面型本征非晶硅膜层（7），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面N型非晶硅膜层（8），其膜层厚度为5-25nm。
所述背面透明导膜层（9）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
所述背面金属导线（10）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述背面金属导线（10）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
在镀膜前，N型单晶硅片衬底（6）需要进行预处理，包括清洗、除静电、离子束轰击、加热脱气处理等。
所述正面本征非晶硅膜层(5)、背面本征非晶硅膜层(7)、正面P型非晶硅膜层(4)、背面N型非晶硅层膜层(8)在等离子体增强化学气象沉积设备中(PECVD)，分别通入硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)、三甲基硼烷TMB(CH3)及H2(Ar)等气体，在N型单晶硅片衬底(6)上面依序先后完成膜层镀膜, 衬底温度为150-500℃，正面本征非晶硅膜层(5)5-20nm厚、背面本征非晶硅膜层(7) 5-20nm厚、正面P型非晶硅膜层(4) 5-20nm厚、背面N型非晶硅层膜层(5-20nm厚)，在等离子体增强化学气象沉积设备中(PECVD)，依序先后完成膜层镀膜。
正面透明导电膜层二（3）的镀制，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，利用高纯IZTO靶材（纯度99.95%）以脉冲直流电源在正面P型非晶硅膜层(4)上面溅镀一层10-50nm厚的IZTO薄膜层,从而完成了正面透明导电膜层二（3）的镀制。
正面透明导电膜层一（2）的镀制，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，利用高纯ITO靶材（纯度99.95%）以脉冲直流电源在正面透明导电膜层二（3）上溅镀一层50-150nm厚的ITO薄膜层,从而完成了正面透明导电膜层一（2）的镀制。
背面透明导电膜层（9）的镀制，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，利用高纯ITO靶材（纯度99.95%）以脉冲直流电源在背面N型非晶硅层膜层(8)溅镀一层50-150nm厚的ITO薄膜层,从而完成了背面透明导电膜层（9）的镀制。
正面金属导线(1)的制作，用网印机及网版以低温银膏为材料，在正面透明导电膜层一(2)上面网印银膏线路,膜层厚度在15-100um，低温烘烤(<200℃)完成线路，电阻率<5x10-5Ωcm。或者采用电镀的方式在正面透明导电膜层一(2)上面电铸铜线路,膜层厚度在10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
背面金属导线(10)的制作，用网印机及网版以低温银膏为材料，在背面透明导电膜层(9)上面网印银膏线路,膜层厚度在15-100um，低温烘烤(<200℃)完成线路，电阻率<5x10-5Ωcm。或者采用电镀的方式在背面透明导电膜层(9)上面电铸铜线路,膜层厚度在10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
完成以上的制程即完成双TCO膜层的HJT太阳能电池制作,电池片封装时正面或者背面朝光都可以使用。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，它包括正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)、背面金属导线(10)，其特征在于，所述正面金属导线(1)、正面透明导电膜层一(2)、正面透明导电膜层二(3)、正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)、背面N型非晶硅层膜层(8)、背面透明导电膜层(9)和背面金属导线(10)从上到下依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面金属导线(1)为网印银膏线路或者电铸铜线；所述正面透明导膜层一(2)为溅镀ITO膜层和正面透明导膜层二(3)均为溅镀IZTO膜层；所述正面P型非晶硅膜层(4)、正面本征非晶硅层膜层(5)、N型单晶硅片衬底(6)、背面本征非晶硅层膜层(7)和背面N型非晶硅层膜层(8)均为PECVD制程；所述背面透明导电膜(9)为溅镀ITO膜层；所述背面金属导线(10)为网印银膏线路或者电铸铜线。
3.根据权利要求2所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面金属导线（1）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述正面金属导线（1）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
4.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面透明导膜层一（2）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
5.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面透明导膜层二（3）为溅镀IZTO膜层，其厚度为10-50nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为85％以上, 电阻率<8x10-4Ωcm。
6.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面P型非晶硅膜层（4），其膜层厚度为5-25nm。
7.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述正面本征非晶硅膜层（5），其膜层厚度为5-25nm,所述背面型本征非晶硅膜层（7），其膜层厚度为5-25nm。
8.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述背面N型非晶硅膜层（8），其膜层厚度为5-25nm。
9.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述背面透明导膜层（9）为溅镀ITO膜层，其厚度为50-150nm，折射率为2.0-2.1，可见光透光性为82％以上, 电阻率<4x10-4Ωcm。
10.根据权利要求1所述的一种采用双TCO膜层的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述背面金属导线（10）为网印银膏线路,其膜层厚度为15-100um，电阻率<5x10-5Ωcm；所述背面金属导线（10）为电铸铜线路,其膜层厚度为10-50um，电阻率<5x10-5Ωcm。
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