CN209071339U - 一种硅同质结双面太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种硅同质结双面太阳电池，属于新型叠层太阳能电池技术领域。本实用新型主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种硅同质结双面太阳电池，包括从下到上依次设置的氮化硅钝化减发射层、磷源掺杂层、p型硅衬底、过渡金属氧化物钝化层、透明导电氧化物层，所述氮化硅钝化减发射层上表面、透明导电氧化物层下表面均设置有金属栅线电极层。本实用新型采用了过渡金属氧化物钝化层和透明导电氧化物层代替常规的三氧化二铝和氮化硅层，可以保证良好的背面钝化和载流子收集，显著的改善背面电池的效率和开路电压，提高背面电池的功率，增加发电量。

Description

一种硅同质结双面太阳电池
技术领域
本实用新型涉及一种硅同质结双面太阳电池，属于新型叠层太阳能电池技术领域。
背景技术
太阳能因其资源总量丰富、清洁无污染、使用安全等优点。成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。随着传统能源的储量减少，新能源代替传统能源必将成为一种趋势。2018年硅同质太阳能电池占光伏市场的85％以上，太阳能电池是利用光生伏特效应直接将太阳能转化为电能的新能源器件。光伏技术随着近几年的突飞猛进的发展，基于提高效率和降低成本的问题，涌现出了一些新结构的高效晶硅太阳电池，硅同质结双面太阳电池成了比较热门的研究，吸引了许多研究机构和高校的研究兴趣。
在同质结太阳电池中，由于硅衬底的上表面层的磷源掺杂层，有较多的掺杂杂质引起的缺陷，为了抑制缺陷的复合及光的利用率，采用氮化硅钝化减反膜是硅同质结双面太阳电池正面电池获得高效率的基本条件。在中国的专利 CN207233747U中提出氮化硅的成膜质量对电池器件的性能影响比较大，所以制备高质量的氮化硅是提高正面效率关键，要获取高质量的氮化硅钝化减反膜，使用PECVD进行氮化硅钝化减反膜的沉积时，先进行通氢气的处理，目的是使用氢原子饱和掺杂杂质的缺陷，温度设置在400℃，射频功率3200Watt，射频占空比3：28，压力为1200mTorr,硅烷的流量300sccm,二氧化碳的流量500sccm, 时间为100s。与此之外，也有采用氧化硅薄膜材料进行表面钝化。例如专利文献US20140283902A1，用绝缘的氧化硅进行表面的钝化，可以起到减小表面载流子复合，然而，氧化硅不导电没有减反射的作用，电阻比较大，大规模生产中膜厚不好控制，最终会降低电池的效率和填充因子，选用氮化硅薄膜作为正面钝化减反射层效果更好。
由于现有的硅同质结双面太阳电池，在硅衬底的下表面用三氧化二铝和氮化硅的叠层薄膜，这种电池的背面电池的效率和开路电压比较低，双面效率低。
实用新型内容
本实用新型主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种硅同质结双面太阳电池，本实用新型采用了过渡金属氧化物钝化层和透明导电氧化物层代替常规的三氧化二铝和氮化硅层，可以保证良好的背面钝化和载流子收集，显著的改善背面电池的效率和开路电压，提高背面电池的功率，增加发电量。
本实用新型解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种硅同质结双面太阳电池，包括从下到上依次设置的氮化硅钝化减发射层、磷源掺杂层、p型硅衬底、过渡金属氧化物钝化层、透明导电氧化物层，所述氮化硅钝化减发射层上表面、透明导电氧化物层下表面均设置有金属栅线电极层。
进一步的技术方案是，所述过渡金属氧化物钝化层为背钝化氧化镍层。
进一步的技术方案是，所述过渡金属氧化物钝化层与p型硅衬底之间还设有背钝化氧化硅层。
进一步的技术方案是，所述氮化硅钝化减发射层上表面、透明导电氧化物层下表面均设置有沉积掩膜保护层，所述沉积掩膜保护层上设有金属栅线电极层开口。
进一步的技术方案是，所述p型硅衬底为p型单晶硅衬底或p型多晶衬底，所述p型硅衬底的厚度为50～200um。
进一步的技术方案是，所述氮化硅钝化减发射层的厚度为20～80nm。
进一步的技术方案是，所述磷源掺杂层的厚度为200～500nm。
进一步的技术方案是，所述背钝化氧化镍层的厚度为80～100nm。
进一步的技术方案是，所述透明导电氧化物层的厚度为80～100nm。
进一步的技术方案是，所述金属栅线电极层的厚度为5～100um。
本实用新型具有以下优点：本实用新型采用了过渡金属氧化物钝化层和透明导电氧化物层代替常规的三氧化二铝和氮化硅层，可以保证良好的背面钝化和载流子收集，显著的改善背面电池的效率和开路电压，提高背面电池的功率，增加发电量。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实用新型加沉积掩膜保护层开口的结构示意图；
图4为实用新型加沉积掩膜保护层的结构示意图。
图中所示：102-氮化硅钝化减发射层、101-磷源掺杂层、100-p型硅衬底、 103-过渡金属氧化物钝化层、104-透明导电氧化物层、105-金属栅线电极层、106- 沉积掩膜保护层、107-金属栅线电极层开口、108-背钝化氧化硅层。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本实用新型的一种硅同质结双面太阳电池，包括从下到上依次设置的氮化硅钝化减发射层102、磷源掺杂层101、p型硅衬底100、过渡金属氧化物钝化层103、透明导电氧化物层104，所述氮化硅钝化减发射层102上表面、透明导电氧化物层104下表面均设置有金属栅线电极层105。
本实用新型通过以下步骤制备而成：
(1)提供p型硅衬底100，对p型晶硅衬底100进行清洗，并在上表面和下表面制作绒面结构；其中所述p型硅衬底100为p型单晶硅衬底或p型多晶衬底，所述p型硅衬底100的厚度为50～200um，所述p型晶硅掺杂的浓度为 1017～1021/cm3；
(2)p型硅衬底100进行上表面扩散制备在磷源掺杂层101；其中磷源掺杂层101掺杂浓度1010～1020/cm3，磷源掺杂层101的厚度为200～500nm；
(3)在磷源掺杂层101上面表面沉积正面氮化硅钝化减发射层102；其中正面氮化硅钝化减发射层102厚度为20～80nm，氮源为一氧化氮，使用等离子体增强化学气相沉(PECVD)的等离子体功率密度可以为5～250mW/cm2；
(4)在p型硅衬底100下表面进行背场过渡金属氧化物层制备；其中，选用磁控溅射的高纯镍靶材制备，纯度规格99.999％，氧化镍的厚度为80～100nm，优选80～90nm，将含有背场氧化镍薄膜的半成品太阳能电池，放入管式退火炉中，退火温度为400～500℃，优选400～450℃退火的气体氛围为氮气，退火时间 40～100min，优选50～70min，代替了传统硅同质结双面太阳电池的背场钝化，简化了背面的开槽工艺。
背钝化氧化镍层的禁带宽度为3.3～4.0ev，在400～600nm处响应增加，提高硅同质结双面太阳电池的背面电池的电流密度，p型硅衬底100与背钝化过渡金属氧化物氧化镍层相接触，氧化镍是P型材料，与硅的价带势垒形成的价带势垒差为0.2ev，有利于空穴的选择性接触，阻挡电子的流入，减少了载流子的复合，提高了硅同质结双面太阳电池的背面电池效率和双面率，增加了发电量；
(5)在背钝化氧化镍层下面沉积透明导电氧化物层104为掺钨氧化铟 (IWO)；其中，透明导电氧化物层104为掺钨氧化铟(IWO)厚度80～100nm。
(6)如图3所示，在正面的氮化硅钝化减发射层102和透明导电氧化物层 104上下表面分别沉积掩膜保护层106，并在掩膜保护层106上进行开口，预留金属栅线电极层105的电极槽；其沉积掩膜保护层106为电绝缘；
(7)使用电镀技术在预留电极槽表面沉积金属栅线；其中金属栅线电极层 105的厚度为5～100um；金属电极层包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、 Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
(8)移除沉积掩膜保护层106；
(9)在保护气氛中进行退火处理，得到合金化的金属栅线层，并得到硅同质结双面太阳电池产品。
实施例2
如图2所示，一种硅同质结双面太阳电池，包括从下到上依次设置的氮化硅钝化减发射层102、磷源掺杂层101、p型硅衬底100、背钝化氧化硅层108、过渡金属氧化物钝化层103、透明导电氧化物层104，所述氮化硅钝化减发射层 102上表面、透明导电氧化物层104下表面均设置有金属栅线电极层105。
本实用新型通过以下步骤制备而成：
(1)提供p型硅衬底100，对p型晶硅衬底100进行清洗，并在上表面和下表面制作绒面结构；其中所述p型硅衬底100为p型单晶硅衬底或p型多晶衬底，所述p型硅衬底100的厚度为50～200um，所述p型晶硅掺杂的浓度为 1017～1021/cm3；
(2)p型硅衬底100进行上表面扩散制备在磷源掺杂层101；其中磷源掺杂层101掺杂浓度1010～1020/cm3，磷源掺杂层101的厚度为200～500nm；
(3)在磷源掺杂层101上面表面沉积正面氮化硅钝化减发射层102；其中正面氮化硅钝化减发射层102厚度为20～80nm，氮源为一氧化氮，使用等离子体增强化学气相沉(PECVD)的等离子体功率密度可以为5～250mW/cm2；
(4)在p型硅衬底100下表面进行背钝化氧化硅层108制备；其中背钝化氧化硅层108干热法制备，厚度1～5nm，氧化硅可以降低界面断裂的Si＝Si形成 Si＝O减少界面的复合，化学钝化的效果更加明显，由于氧化硅是绝缘体不导电，使用目前先进的Topcon技术遂穿氧化层起导通作用，提高背面电池的效率和开路电压。
(5)在背钝化氧化硅层108下表面再进行背场过渡金属氧化物层制备；其中，选用磁控溅射的高纯镍靶材制备，纯度规格99.999％，氧化镍的厚度为 80～100nm，优选80～90nm，将含有背场氧化镍薄膜的半成品太阳能电池，放入管式退火炉中，退火温度为400～500℃，优选400～450℃退火的气体氛围为氮气，退火时间40～100min，优选50～70min，代替了传统硅同质结双面太阳电池的背场钝化，简化了背面的开槽工艺。背钝化氧化镍层的禁带宽度为3.3～4.0ev，在 400～600nm处响应增加，提高硅同质结双面太阳电池的背面电池的电流密度，p 型硅衬底100与背钝化过渡金属氧化物氧化镍层相接触，氧化镍是P型材料，与硅的价带势垒形成的价带势垒差为0.2ev，有利于空穴的选择性接触，阻挡电子的流入，减少了载流子的复合，提高了硅同质结双面太阳电池的背面电池效率和双面率，增加了发电量；
(6)在背钝化氧化镍层下面沉积透明导电氧化物层104为掺钨氧化铟 (IWO)；其中，透明导电氧化物层104为掺钨氧化铟(IWO)厚度80～100nm。
(7)在正面的氮化硅钝化减发射层102和透明导电氧化物层104上下表面分别沉积掩膜保护层106，并在掩膜保护层106上进行开口，预留金属栅线电极层105的电极槽；其沉积掩膜保护层106为电绝缘；
(8)使用电镀技术在预留电极槽表面沉积金属栅线；其中金属栅线电极层105的厚度为5～100um；金属电极层包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、 Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
(9)移除沉积掩膜保护层106；
(10)在保护气氛中进行退火处理，得到合金化的金属栅线层，并得到硅同质结双面太阳电池产品。
以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，包括从下到上依次设置的氮化硅钝化减发射层(102)、磷源掺杂层(101)、p型硅衬底(100)、过渡金属氧化物钝化层(103)、透明导电氧化物层(104)，所述氮化硅钝化减发射层(102)上表面、透明导电氧化物层(104)下表面均设置有金属栅线电极层(105)。
2.根据权利要求1所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述过渡金属氧化物钝化层(103)为背钝化氧化镍层。
3.根据权利要求2所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述过渡金属氧化物钝化层(103)与p型硅衬底(100)之间还设有背钝化氧化硅层(108)。
4.根据权利要求2或3所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述氮化硅钝化减发射层(102)上表面、透明导电氧化物层(104)下表面均设置有沉积掩膜保护层(106)，所述沉积掩膜保护层(106)上设有金属栅线电极层开口(107)。
5.根据权利要求4所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述p型硅衬底(100)为p型单晶硅衬底或p型多晶衬底，所述p型硅衬底(100)的厚度为50～200um。
6.根据权利要求1所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述氮化硅钝化减发射层(102)的厚度为20～80nm。
7.根据权利要求6所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述磷源掺杂层(101)的厚度为200～500nm。
8.根据权利要求2所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述背钝化氧化镍层的厚度为80～100nm。
9.根据权利要求7所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述透明导电氧化物层(104)的厚度为80～100nm。
10.根据权利要求9所述的一种硅同质结双面太阳电池，其特征在于，所述金属栅线电极层(105)的厚度为5～100um。
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