CN213988896U - 一种转换效率高的异质结太阳能单面电池 - Google Patents

一种转换效率高的异质结太阳能单面电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种转换效率高的异质结太阳能单面电池，它包括硅片、第一本征非晶硅薄膜层、第一掺杂非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层、第二掺杂非晶硅薄膜层、第一透明导电薄膜层、第二透明导电薄膜层、阻挡层、金属层、金属保护层、第一银浆电极栅线以及第二银浆电极栅线；本实用新型的异质结太阳能单面电池在透明导电膜与金属层之间设置阻挡层，阻挡金属离子往非晶硅层扩散，同时沉积金属层替代背面银浆细栅线，显著提高了背电极的导电性能，在金属层表面设置金属保护层，可以防止金属层氧化腐蚀，同时改善背面银浆栅线与保护层之间的附着力，从而提高电池的长期可靠性，减少了电流在导电率差的透明导电膜上传输，提升了转换效率。

Description

一种转换效率高的异质结太阳能单面电池
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种转换效率高的异质结太阳能单面电池。
背景技术
异质结太阳能电池是一种新型高效的电池技术，其综合了单晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池的优势，有制备工艺温度低、转换效率更高、高温特性好等特点，具有很大的市场潜力。
目前异质结太阳能电池所用透明导电层一般为掺钨氧化铟(IWO)、掺锡氧化铟(ITO)或掺其他元素的氧化铟，整体制作成本较高，而掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层成本仅不到ITO/IWO的1/3。
同时铜在硅和二氧化硅中有很高的扩散率，这种高扩散率将容易影响或破坏电池的性能，传统的阻挡层对铜来说阻挡作用不够，铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，其作用是加固附着并有效降低扩散率。
异质结太阳能电池整个制备过程都在220℃下进行，背面一般印刷低温银浆作为背电极细栅和主栅线，背电极细栅银浆耗用量大约是背电主栅线的三倍，并且低温银浆成本极高，因此背电极栅线显著增加了异质结太阳能电池的生产成本。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种转换效率高的异质结太阳能单面电池，该异质结太阳能单面电池设置阻挡层，阻挡金属层往非晶硅层扩散，在背面导电薄膜上沉积电阻率低、成本低的金属层替代背面银浆细栅线，显著提高了背电极的导电性能，同时大幅减少了背面银浆使用量，从而降低电池的银浆栅线电极成本，在金属层表面设置金属保护层，可以防止金属层氧化腐蚀，同时改善背面银浆栅线与保护层之间的附着力，从而提高电池的长期可靠性的异质结太阳能单面电池的制作方法。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：
一种转换效率高的异质结太阳能单面电池，它包括硅片、第一本征非晶硅薄膜层、第一掺杂非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层、第二掺杂非晶硅薄膜层、第一透明导电薄膜层、第二透明导电薄膜层、阻挡层、金属层、金属保护层、第一银浆电极栅线以及第二银浆电极栅线；
所述硅片的正背面经制绒后形成金字塔绒面；所述第一本征非晶硅薄膜层、第一掺杂非晶硅薄膜层以及第一透明导电薄膜层由里及表依次设于硅片的正面，所述第二本征非晶硅薄膜层、第二掺杂非晶硅薄膜层、第二透明导电薄膜层、阻挡层、金属层以及金属保护层由里及表依次设于硅片的背面；
所述第一银浆电极栅线印刷于第一透明导电薄膜层上，所述第二银浆电极栅线印刷于金属保护层上。
所述异质结太阳能单面电池，其制作方法包括以下步骤：硅片正、背面制绒，形成金字塔绒面；在制绒后的硅片正、背面沉积非晶硅层；在沉积非晶硅层后的硅片正面沉积第一透明导电薄膜层、背面沉积第二透明导电薄膜层；在沉积第二透明导电薄膜层后的硅片背面沉积阻挡层；在沉积阻挡层后的硅片背面沉积金属层；在沉积金属层后的硅片背面沉积金属保护层；在沉积金属保护层后的硅片正、背面形成银浆电极栅线。
优选的，所述硅片正、背面制绒形成的金字塔绒面宽度为2-15um，高度为2-13um。
优选的，所述沉积非晶硅层为通过化学气相沉积技术在制绒后的硅片正面依次沉积第一本征非晶硅薄膜层、第一掺杂非晶硅薄膜层；翻转硅片，在制绒后的硅片背面依次沉积第二本征非晶硅薄膜层、第二掺杂非晶硅薄膜层。
优选的，所述第一掺杂非晶硅薄膜层为n-型非晶硅薄膜层时，所述第二掺杂非晶硅薄膜层则为p-型非晶硅薄膜层；所述第一掺杂非晶硅薄膜层为p-型非晶硅薄膜层时，所述第二掺杂非晶硅薄膜层则为n-型非晶硅薄膜层。
优选的，所述第一本征非晶硅薄膜层、第一参杂非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层和第二参杂非晶硅薄膜层通过等离子体增强化学气相沉积，沉积厚度均为3～10nm。
优选的，正面的第一透明导电薄膜层为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层，厚度为30～200nm。
优选的，所述背面的第二透明导电薄膜层包括氧化铟层以及氧化锌层，所述氧化铟层的厚度为10～50nm，所述氧化锌层的厚度为30-200nm。所述氧化铟层为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层；所述氧化锌层为掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层。
优选的，所述背面阻挡层为TiN、Ti-W、Ni-W合金中的一种，其厚度为5～30nm。
优选的，所述金属层为铜、铝、镍、钛、铬或镍合金中的至少一种。
优选的，所述金属层厚度为100～300nm，方阻小于0.3Ω/□。
优选的，所述金属保护层为含铜、铬或其他元素的镍合金，厚度为10～30nm。
优选的，所述第一透明导电薄膜层、第二透明导电薄膜层、阻挡层、金属层和金属保护层是通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积。
优选的，所述银浆电极栅线通过丝网印刷方式形成，正面的第一银浆栅线电极为有细栅线的多主栅电极，背面的第二银浆栅线电极为没有细栅线的多主栅电极。
较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：本实用新型在电池背面采用掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层替代掺钨氧化铟(IWO)或掺锡氧化铟(ITO)作为背面的第二透明导电薄膜的主体层，而掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌成本仅不到ITO/IWO的1/3，降低背面透明导电膜层成本，在透明导电膜与金属层之间设置阻挡层，阻挡金属离子往非晶硅层扩散，同时沉积电阻率低、成本低的金属层替代背面银浆细栅线，显著提高了背电极的导电性能，同时取消背面栅线电极的细栅线，大幅减少了银浆使用量，从而降低电池的银浆栅线电极成本，在金属层表面设置金属保护层，可以防止金属层氧化腐蚀，同时改善背面银浆栅线与保护层之间的附着力，从而提高电池的长期可靠性。
附图说明
图1是本实用新型异质结太阳能单面电池的制作流程示意图。
图2是制绒后硅片结构示意图。
图3是沉积非晶硅后结构示意图。
图4是正、背面沉积透明导电膜层结构示意图。
图5是背面沉积阻挡层结构示意图。
图6是背面沉积金属层结构示意图
图7是背面沉积金属保护层结构示意图
图8是形成银浆栅线电极结构示意即本实用新型异质结太阳能单面电池的结构示意图。
图9是第一银浆电极栅线的结构示意图。
图10是第二银浆电极栅线的结构示意图。
标号说明：1硅片、2第一本征非晶硅薄膜层、3第二本征非晶硅薄膜层、4第一掺杂非晶硅薄膜层、5第二掺杂非晶硅薄膜层、6第一透明导电薄膜层、7第二透明导电薄膜层、8阻挡层、9金属层、10金属保护层、11第一银浆电极栅线、111细栅线、112主栅线A、12第二银浆电极栅线、121主栅线B。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本实用新型内容进行详细说明：
如图8至图10所示为本实用新型提供的转换效率高的异质结太阳能单面电池的实施例示意图。
所述转换效率高的异质结太阳能单面电池，它包括硅片1、第一本征非晶硅薄膜层2、第一掺杂非晶硅薄膜层4、第二本征非晶硅薄膜层3、第二掺杂非晶硅薄膜层5、第一透明导电薄膜层6、第二透明导电薄膜层7、阻挡层8、金属层9、金属保护层10、第一银浆电极栅线11以及第二银浆电极栅线12；
所述硅片的正背面经制绒后形成金字塔绒面；所述第一本征非晶硅薄膜层2、第一掺杂非晶硅薄膜层4以及第一透明导电薄膜层6由里及表依次设于硅片的正面，所述第二本征非晶硅薄膜层3、第二掺杂非晶硅薄膜层5、第二透明导电薄膜层7、阻挡层8、金属层9以及金属保护层10由里及表依次设于硅片的背面；
所述第一银浆电极栅线11印刷于第一透明导电薄膜层6上，所述第二银浆电极栅线12印刷于金属保护层10上。
所述金字塔绒面宽度d为2-15um，高度h为2-13um。
所述第一掺杂非晶硅薄膜层4为n-型非晶硅薄膜层时，则所述第二掺杂非晶硅薄膜层5为p-型非晶硅薄膜层。
所述第一掺杂非晶硅薄膜层4为p-型非晶硅薄膜层时，则所述第二掺杂非晶硅薄膜层5为n-型非晶硅薄膜层。
所述第一本征非晶硅薄膜层2、第一掺杂非晶硅薄膜层4、第二本征非晶硅薄膜层3和第二掺杂非晶硅薄膜层5的厚度均为3～10nm。
所述第一透明导电薄膜层6为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层，其厚度为30～200nm。
所述第二透明导电薄膜层7包括氧化铟层以及氧化锌层，所述氧化铟层的厚度为10～50nm，所述氧化锌层的厚度为30～200nm。
所述氧化铟层为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层；所述氧化锌层为掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层。
所述阻挡层8为TiN、Ti-W、Ni-W合金中的一种，其厚度为5～30nm；
所述金属层9为铜、铝、镍、钛、铬或镍合金中的至少一种；其厚度为100～300nm，方阻小于0.3Ω/□。
所述金属保护层10为含铜、铬或其他元素的的镍合金，其厚度为10～30nm。
所述第一银浆电极栅线11的栅线包括若干根上下间隔分布且沿横向延伸的细栅线111以及若干根横向间隔分布且沿纵向延伸的主栅线A112；所述细栅线111与主栅线A112横纵交错，使第一银浆电极栅线11的栅线呈网格状；
所述第二银浆电极栅线12的栅线包括若干根横向间隔分布且沿纵向延伸的主栅线B121。
所述异质结太阳能单面电池的制作方法包括以下步骤(如图1-8所示)：
S01、硅片正、背面制绒，形成金字塔绒面，如图2所示，在n-型单晶硅片正、背面制绒，形成金字塔绒面的硅片1，所述金字塔绒面宽度为2-15um,高度为2-13um；
S02、在制绒后的硅片正、背面沉积非晶硅层，如图3所示，通过化学气相沉积技术在制绒后的硅片1正面依次沉积第一本征非晶硅薄膜层2、第一掺杂非晶硅薄膜层4；翻转硅片1，在制绒后的硅片1背面依次沉积第二本征非晶硅薄膜层3、第二掺杂非晶硅薄膜层5，第一本征非晶硅薄膜层、第一参杂非晶硅薄膜层、第二本征非晶硅薄膜层和第二参杂非晶硅薄膜层的厚度均为3～10nm；
所述第一掺杂非晶硅薄膜层4为n-型非晶硅薄膜层，所述第二掺杂非晶硅薄膜层5为p-型非晶硅薄膜层。
S03、在沉积非晶硅层后的硅片正面沉积第一透明导电薄膜层6，如图4所示，通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积在制绒后的硅片1正面沉积第一透明导电薄膜层6，所述第一透明导电薄膜层6为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层，厚度为30～200nm；
S04、在沉积非晶硅层后的硅片背面沉积第二透明导电薄膜层7，如图4所示，通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积在制绒后的硅片1背面沉积第二透明导电薄膜层7，所述第二透明导电薄膜层7包括氧化铟层以及氧化锌层，所述氧化铟层的厚度为10～50nm，所述氧化锌层的厚度为30～200nm。
所述氧化铟层为ITO层或者掺杂其它元素的氧化铟层；所述氧化锌层为掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层。
S05、在沉积透明导电薄膜层后的硅片背面沉积阻挡层8，如图5所示，通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积在制绒后的硅片背面沉积阻挡层8，所述阻挡层8为TiN、Ti-W、Ni-W合金中的一种，其厚度为5～30nm；
S06、在沉积阻挡层后的硅片背面沉积金属层9，如图6所示，通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积在制绒后的硅片背面沉积金属层9，所述金属层9为为铜、铝、镍、钛、铬或镍合金中的至少一种。所述金属层9厚度为100～300nm，方阻小于0.3Ω/□；
S07、在沉积金属后的硅片背面沉积金属保护层10，如图7所示，通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式沉积在制绒后的硅片背面沉积金属保护层10，所述金属保护层10为含铜、铬或其他元素的镍合金，所述金属保护层10厚度为10～30nm；
S08、在沉积金属保护层后的硅片正、背面形成银浆电极栅线，如图8所示，通过丝网印刷在制绒后的硅片1背面印刷第二银浆电极栅线12(如图10所示)，在制绒后的硅片1正面印刷第一银浆电极栅线11(如图9所示)，所述正面银浆栅线电极为有细栅线(如图9所示，细栅线111)的多主栅电极，所述背面栅线电极为没有细栅线的多主栅银浆电极。
本实用新型采用上述技术方案，在电池背面采用掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌层替代掺钨氧化铟(IWO)或掺锡氧化铟(ITO)作为背面透明导电薄膜主体层，而掺铝、硼、镓或其他元素的氧化锌成本仅不到ITO/IWO的1/3，降低背面透明导电膜层成本，在透明导电膜与金属层之间设置阻挡层8，阻挡金属层往非晶硅层扩散，同时沉积电阻率低、成本低的金属层替代背面银浆细栅线，显著提高了背电极的导电性能，同时取消背面栅线电极的细栅，大幅减少了银浆使用量，从而降低电池的银浆栅线电极成本，在金属层9表面设置金属保护层10，可以防止金属层9氧化腐蚀，同时改善背面银浆栅线与保护层之间的附着力，从而提高电池的长期可靠性。同时减少了电流在导电率差的透明导电膜上传输，提高了填充因子，提升了转换效率。上述方案实施后电池性能对比如下：
方案 Isc Uoc FF Eta
常规双面电池 9.807 0.744 83.09 24.06
本实用新型单面电池 9.803 0.744 83.50 24.18
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：它包括硅片(1)、第一本征非晶硅薄膜层(2)、第一掺杂非晶硅薄膜层(4)、第二本征非晶硅薄膜层(3)、第二掺杂非晶硅薄膜层(5)、第一透明导电薄膜层(6)、第二透明导电薄膜层(7)、阻挡层(8)、金属层(9)、金属保护层(10)、第一银浆电极栅线(11)以及第二银浆电极栅线(12)；
所述硅片的正背面经制绒后形成金字塔绒面；所述第一本征非晶硅薄膜层(2)、第一掺杂非晶硅薄膜层(4)以及第一透明导电薄膜层(6)由里及表依次设于硅片的正面，所述第二本征非晶硅薄膜层(3)、第二掺杂非晶硅薄膜层(5)、第二透明导电薄膜层(7)、阻挡层(8)、金属层(9)以及金属保护层(10)由里及表依次设于硅片的背面；
所述第一银浆电极栅线(11)印刷于第一透明导电薄膜层(6)上，所述第二银浆电极栅线(12)印刷于金属保护层(10)上。
2.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第一掺杂非晶硅薄膜层(4)为n-型非晶硅薄膜层，所述第二掺杂非晶硅薄膜层(5)为p-型非晶硅薄膜层。
3.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第一掺杂非晶硅薄膜层(4)为p-型非晶硅薄膜层，所述第二掺杂非晶硅薄膜层(5)为n-型非晶硅薄膜层。
4.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第一本征非晶硅薄膜层(2)、第一掺杂非晶硅薄膜层(4)、第二本征非晶硅薄膜层(3)和第二掺杂非晶硅薄膜层(5)的厚度均为3～10nm。
5.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第一透明导电薄膜层(6)为氧化铟层，其厚度为30～200nm。
6.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第二透明导电薄膜层(7)包括氧化铟层以及氧化锌层，所述氧化铟层的厚度为10～50nm，所述氧化锌层的厚度为30～200nm。
7.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述阻挡层(8)为TiN、Ti-W、Ni-W合金中的一种，其厚度为5～30nm。
8.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述金属层(9)的厚度为100～300nm，方阻小于0.3Ω/□。
9.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述金属保护层(10)的厚度为10～30nm。
10.根据权利要求1所述的转换效率高的异质结太阳能单面电池，其特征在于：所述第一银浆电极栅线(11)的栅线包括若干根上下间隔分布且沿横向延伸的细栅线(111)以及若干根横向间隔分布且沿纵向延伸的主栅线A(112)；所述细栅线(111)与主栅线A(112)横纵交错，使第一银浆电极栅线(11)的栅线呈网格状；
所述第二银浆电极栅线(12)的栅线包括若干根横向间隔分布且沿纵向延伸的主栅线B(121)。
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