CN217955874U - 硅异质结电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种硅异质结电池，属于光伏组件技术领域。包括N型晶体硅衬底，所述N型晶体硅衬底正面依次沉积有正面本征非晶硅薄膜、正面N型微晶硅薄膜、正面第一TCO薄膜、正面第二TCO薄膜和正面金属电极，所述N型晶体硅衬底背面依次沉积有背面本征非晶硅薄膜、背面P型非晶硅薄膜、背面TCO薄膜和背面金属电极。通过通过在正面N型微晶硅薄膜正面沉积采用低温低压低功率沉积的正面第一TCO薄膜，使得在沉积TCO薄膜的过程中，可以使正面N型微晶硅薄膜4得损伤降到最低，最大程度保护电池的钝化性能，从而可以提升硅异质结电池的开路电压和短路电流，使硅异质结电池的光电转换效率得到大幅提升。

Description

硅异质结电池

技术领域

本实用新型涉及光伏组件技术领域，尤其涉及一种硅异质结电池。

背景技术

硅异质结电池是在单晶硅沉底上沉积非晶硅薄膜形成的一种高效硅基太阳电池，具有转换效率高、开路电压高、温度系数低、低温工艺制备及抗衰减等优势，在行业内备受关注。在硅异质结电池中，需要掺杂薄膜层来形成发射极和背表面场(BSF)，背表面场通过在异质结电池中引入背面电场从而促进电池中多子传输，提高了背面光子利用率，降低了背面载流子的复合，进而可以提高硅异质结电池的效率。优化和保护掺杂层，对于获得高效异质结电池至关重要。

常规异质结电池是以N型单晶硅片为衬底，经过制绒清洗后分别在前表面沉积本征非晶硅和N型掺杂非晶硅或微晶硅来形成前表面场，在背面依次沉积本征非晶硅和P型掺杂非晶硅来形成PN结，并在正背面分别沉积TCO膜层和，然后在正背面分别印刷金属栅线，制备成为异质结电池。

透明导电膜(TCO)是硅异质结电池中载流子输运的关键材料，该薄膜可以让更多的光进入发射区和基区，并且还能用作减反射层。在现有硅异质结电池中，制备TCO一般使用PVD设备或者RPD设备在N、P面各自沉积，在沉积过程中一般采用的高温、高功率和高压强(温度大于等于200℃，功率大于等于10.0kW，压强大于等于5e^-1Pa)的条件，使得溅射的粒子会使CVD工序中的N型掺杂层遭到破坏，降低少子寿命，从而影响电池片的开路电压和短路电流，最终使得电池片的转换效率比较低。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种硅异质结电池。所述的技术方案如下：

一种硅异质结电池，其包括N型晶体硅衬底，所述N型晶体硅衬底正面依次沉积有正面本征非晶硅薄膜、正面N型微晶硅薄膜、采用低温低压低功率沉积的正面第一TCO薄膜、正面第二TCO薄膜和正面金属电极，所述N型晶体硅衬底背面依次沉积有背面本征非晶硅薄膜、背面P型非晶硅薄膜、背面TCO薄膜和背面金属电极。

可选地，所述N型晶体硅衬底的厚度为110-160um。

可选地，所述正面本征非晶硅薄膜和背面本征非晶硅薄膜的厚度均为5-10nm。

可选地，所述正面N型微晶硅薄膜的厚度为4-7nm。

可选地，所述背面P型非晶硅薄膜的厚度为3-10nm。

可选地，所述正面第一TCO薄膜的厚度为5-30nm。

可选地，所述正面第二TCO薄膜的厚度为70-95nm。

可选地，所述背面TCO薄膜的厚度为80-120nm。

可选地，所述正面金属电极和背面金属电极的主栅线数均为5-18根，副栅线数均为70-200根，主栅线宽度为0.8-1mm，副栅线宽度为30-60um。

上述所有可选地技术方案均可任意组合，本实用新型不对一一组合后的结构进行详细说明。

借由上述方案，本实用新型的有益效果如下：

通过在正面N型微晶硅薄膜正面沉积采用低温低压低功率沉积的正面第一TCO薄膜，使得在沉积正面TCO薄膜的过程中，使正面N型微晶硅薄膜的损伤降到最低，最大程度保护电池的钝化性能，从而可以提升硅异质结电池的开路电压和短路电流，使硅异质结电池的光电转换效率得到大幅提升。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供的硅异质结电池，其包括N型晶体硅衬底6，所述N型晶体硅衬底6正面依次沉积有正面本征非晶硅薄膜5、正面N型微晶硅薄膜4、采用低温低压低功率沉积的正面第一TCO薄膜3、正面第二TCO薄膜2和正面金属电极1，所述N型晶体硅衬底6背面依次沉积有背面本征非晶硅薄膜7、背面P型非晶硅薄膜8、背面TCO薄膜9和背面金属电极10。

其中，沉积正面第一TCO薄膜3时的低温低压低功率是指温度控制在90-200℃，功率控制在1.0-10.0kW，压强控制在2.0e^-1Pa～5e^-1Pa。

制备上述硅异质结电池主要步骤为：

步骤1，N型晶体硅衬底6经过制绒处理形成金字塔绒面。金字塔绒面的大小控制在2-6um，考虑到电性能优选2-4um。N型晶体硅衬底6的厚度在90-170um，考虑到硅片的成本和产线的良率，所述N型晶体硅衬底6的厚度优选为110-160um。

步骤2，通过等离子化学气相沉积(PECVD)形成正面本征非晶硅薄膜5和背面本征非晶硅薄膜7。另外，催化学气相沉积也可实现。正面本征非晶硅薄膜5和背面本征非晶硅薄膜7的厚度控制在5-20nm，考虑到的载流子的传输，正面本征非晶硅薄膜5和背面本征非晶硅薄膜7厚度优选为5-10nm。

步骤3，通过PECVD形成正面N型微晶硅薄膜4和背面P型非晶硅薄膜8。另外，该步骤3通过催化学气相沉积也可实现。正面N型微晶硅薄膜4为与N型晶体硅衬底6导电类型相同的一面，正面沉积磷掺杂的正面N型微晶硅薄膜4作为背表面场，其厚度控制在3-10nm，磷化氢(PH₃)的掺杂浓度控制在0.5％-6％，考虑到短路电流的提升，正面N型微晶硅薄膜4的厚度优选控制在4-7nm，磷化氢(PH₃)的掺杂浓度控制在3％-6％。背面P型非晶硅薄膜8为与N型晶体硅衬底6导电类型相反的一面，背面沉积乙硼(B₂H₆)掺杂的背面P型非晶硅薄膜8作为发射极，其厚度控制在3-10nm，掺杂浓度控制在0.5％-7％。

步骤4，通过物理气相沉积(PVD)形成透明导电薄膜(TCO)，具体为：

i：在正面沉积正面第一TCO薄膜3；

ii：在正面第一TCO薄膜3上沉积正面第二TCO薄膜2；

iii：在背面沉积背面TCO薄膜9。

正面第一TCO薄膜3旨在保护正面N型微晶硅薄膜4，其厚度控制在5-30nm，沉积时温度控制在90-200℃，功率控制在1.0-10.0kW，压强控制在2.0e^-1Pa～5e^-1Pa。正面第一TCO薄膜3采用低功率、低压强、低温度沉积，使得正面N型微晶硅薄膜4(N-uSi)的损伤降到最低。考虑N-uSi:H的损伤，优选温度控制在90-120℃，优选功率控制在1.0-3.0kW，优选压强控制在2.0e^-1～3.0e^-1Pa。正面第二TCO薄膜2的厚度控制在70-95nm，沉积温度控制在90-200℃，功率控制在5.0-10.0kW，压强控制在2.0e^-1～5e^-1Pa。背面沉积背面TCO薄膜9的厚度控制在80-120nm，沉积温度控制在90-200℃，功率控制在5.0-10.0kW，压强控制在2.0e^-1Pa～5e^-1Pa。

步骤5，通过丝网印刷的方式形成正面金属电极1和背面金属电极10。可选地，所述正面金属电极1和背面金属电极10的主栅线数均为5-18根，副栅线数均为70-200根，主栅线宽度为0.8-1mm，副栅线宽度为30-60um。副栅线优选为银副栅线。

步骤6，烧结得到成品硅异质结电池，并测试硅异质结电池的电性能。

为说明本实用新型实施例提供的硅异质结电池的有益效果，下面再列举几种类型的硅异质结电池。

对比组1

对比组1为常规硅异质结电池，其制备工艺如下：

A、对厚度为150um的N型晶体硅衬底进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子并且对表面进行清洁；

B、通过等离子化学气相沉积(CVD)在N型晶体硅衬底正面沉积8nm的正面本征非晶硅薄膜，在背面沉积8nm的背面本征非晶硅薄膜；

C、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面N型掺杂6nm的2％的磷化氢(PH₃)正面N型微晶硅薄膜，P型掺杂7nm的3％的乙硼烷(B₂H₆)背面P型非晶硅薄膜；

D、采用磁控溅射的方法，采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备110nm的正面TCO、110nm的背面TCO；

E、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅线宽度为0.8mm，主栅线数目为5，正背面银副栅线宽度为50um，银副栅线数为100；

F、测试电池的电性能。

下述实施例1至实施例3为本实用新型提供的硅异质结电池，其制备工艺分别如下：

实施例1：

A、对厚度为150um的N型晶体硅衬底6进行制绒处理，形成金字塔绒面、去除杂质离子并且对表面进行清洁；

B、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面沉积8nm的正面本征非晶硅薄膜5，在背面沉积8nm的背面本征非晶硅薄膜7；

C、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面N型掺杂6nm的2％的磷化氢(PH₃)正面N型微晶硅薄膜4，P型掺杂7nm的3％的乙硼烷(B₂H₆)背面P型非晶硅薄膜8；

D、采用磁控溅射的方法，采用功率为3kW，温度120℃，压强3e^-1Pa制备厚度为20nm的正面第一TCO薄膜3；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为90nm的正面第二TCO薄膜2；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为110nm的背面TCO薄膜9；

E、通过丝网印刷形成正面金属电极1和背面金属电极10，主栅线宽度为0.8mm，主栅线数目为5，正背面银副栅线宽度为50um，银副栅线数为100；

F、测试电池的电性能。

实施例2：

A、对厚度为150um的N型晶体硅衬底6进行制绒处理，形成金字塔绒面、去除杂质离子并且对表面进行清洁；

B、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面沉积8nm的正面本征非晶硅薄膜5，在背面沉积8nm的背面本征非晶硅薄膜7；

C、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面N型掺杂6nm的2％的磷化氢(PH₃)正面N型微晶硅薄膜4，P型掺杂7nm的3％的乙硼烷(B₂H₆)背面P型非晶硅薄膜8；

D、采用磁控溅射的方法，采用功率为3kW，温度90℃，压强2e^-1Pa制备厚度为20nm的正面第一TCO薄膜3；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为90nm的正面第二TCO薄膜2；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为110nm的背面TCO薄膜9；

E、通过丝网印刷形成正面金属电极1和背面金属电极10，主栅线宽度为0.8mm，主栅线数目为5，正背面银副栅线宽度为50um，银副栅线数为100；

F、测试电池的电性能。

实施例3：

A、对厚度为150um的N型晶体硅衬底6进行制绒处理，形成金字塔绒面、去除杂质离子并且对表面进行清洁；

B、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面沉积8nm的正面本征非晶硅薄膜5，在背面沉积8nm的背面本征非晶硅薄膜7；

C、通过等离子化学气相沉积(CVD)在正面N型掺杂6nm的2％的磷化氢(PH₃)正面N型微晶硅薄膜4，P型掺杂7nm的3％的乙硼烷(B₂H₆)背面P型非晶硅薄膜8；

D、采用磁控溅射的方法，采用功率为3kW，温度90℃，压强1e^-1Pa制备厚度为20nm的正面第一TCO薄膜3；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为90nm的正面第二TCO薄膜2；采用功率为10kW，温度200℃，压强5e^-1Pa制备厚度为110nm的背面TCO薄膜9；

E、通过丝网印刷形成正面金属电极1和背面金属电极10，主栅线宽度为0.8mm，主栅线数目为5，正背面银副栅线宽度为50um，银副栅线数为100；

F、测试电池的电性能。

如下表一为实施例1-3与对比例的电性能结果。根据表一可以看出，采用本实用新型的硅异质结电池结构，可以通过低温度、低功率、低压强方法制备正面第一TCO薄膜3后，可以使正面N型微晶硅薄膜4得损伤降到最低，最大程度保护电池的钝化性能，从而可以提升电池的开路电压和短路电流，使硅异质结电池的光电转换效率得到大幅提升。

表一

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种硅异质结电池，其特征在于，包括N型晶体硅衬底(6)，所述N型晶体硅衬底(6)正面依次沉积有正面本征非晶硅薄膜(5)、正面N型微晶硅薄膜(4)、采用低温低压低功率沉积的正面第一TCO薄膜(3)、正面第二TCO薄膜(2)和正面金属电极(1)，所述N型晶体硅衬底(6)背面依次沉积有背面本征非晶硅薄膜(7)、背面P型非晶硅薄膜(8)、背面TCO薄膜(9)和背面金属电极(10)。

2.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述N型晶体硅衬底(6)的厚度为110-160um。

3.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述正面本征非晶硅薄膜(5)和背面本征非晶硅薄膜(7)的厚度均为5-10nm。

4.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述正面N型微晶硅薄膜(4)的厚度为4-7nm。

5.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述背面P型非晶硅薄膜(8)的厚度为3-10nm。

6.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述正面第一TCO薄膜(3)的厚度为5-30nm。

7.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述正面第二TCO薄膜(2)的厚度为70-95nm。

8.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述背面TCO薄膜(9)的厚度为80-120nm。

9.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述正面金属电极(1)和背面金属电极(10)的主栅线数均为5-18根，副栅线数均为70-200根，主栅线宽度为0.8-1mm，副栅线宽度为30-60um。

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