CN218160390U - 一种具备钝化介质氧化膜的hjt电池结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，它包括硅衬底，所述硅衬底的正面和背面均设有非晶硅本征层，所述硅衬底正面的非晶硅本征层的外侧设有N型非晶硅掺杂层，硅衬底背面的非晶硅本征层的外侧设有P型非晶硅掺杂层，所述N型非晶硅掺杂层的外侧设有一层正面TCO导电膜，所述P型非晶硅掺杂层的外侧设有一层背面TCO导电膜；所述正面TCO导电膜外侧的电极之间设有一层钝化介质氧化膜，所述正面TCO导电膜和背面TCO导电膜的外侧均设有若干电极。本实用新型用铝浆料预烧结方式实现了局部的P++层，实现了对硅片热处理及吸杂处理，提高了硅片内在品质。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构。
背景技术
晶体硅异质结太阳电池（SHJ）在是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势，具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高/温度特性好以及双面发电等优点。在HJT电池上，由于非晶硅薄膜的导电性很差，通常需要在非晶硅薄膜表面制备一层TCO膜，用来收集光生载流子并将它输送到金属电极上，同时迎光面薄膜还必须具备减反功能，降低电池表面的光反射损失，因此TCO必须具备好的导电性和透光性。为了获得更高的SHJ电池效率，TCO薄膜必须同时兼备良好的光学性能和电学性能，提高光电转换效率、降低生产成本是光伏行业持续发展的研究方向。
TCO是一种宽能带薄膜材料，其带隙为3.5-4.3ev。紫外光区产生禁带的励起吸收阈值红外区由于载流子的为3.75ev，相当于330nm的波长，因此紫外光区TCO薄膜的光穿透率极低，同时近等离子体振动现象而产生反射，所以近红外区TCO薄膜的光透过率也是很低的。如何降低TCO薄膜反射率，提高薄膜的透光性是高效电池的面临一个重要问题。TCO薄膜的电阻率的大小则也是衡量TCO薄膜性能的一项重要指标，要获得低的电阻率（高电导性），可以通过增加载流子浓度和提高载流子的迁移率来实现，高浓度载流子会导致自由载流子的吸收，影响异质结电池的短路电流。为提高效率选择高迁移率的TCO材料尤为重要，然而当前高迁移率的TCO材料长期稳定性需要重点关注。
二氧化硅和氧化铝等绝缘钝化介质氧化膜都可以作为背钝化膜，现有介质膜生长技术采用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)沉积技术或ALD (原子层沉积)沉积技术两种。然而，PECVD在薄膜沉积过程中基体温度过高 ，对HJT电池非晶硅薄膜造成一定的伤害。ALD原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术，此技术薄膜的沉积过程中基板温度在200摄氏度以下，对非晶硅的影响有限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，采用ALD薄膜生长技术在电池正面TCO材料镀上减反膜，提高电池光学透过率和长期稳定性，对TCO薄膜满足低电阻率、高透光性、长期稳定性的要求。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，它包括硅衬底，所述硅衬底的正面和背面均设有非晶硅本征层，所述硅衬底正面的非晶硅本征层的外侧设有N型非晶硅掺杂层，硅衬底背面的非晶硅本征层的外侧设有P型非晶硅掺杂层，所述N型非晶硅掺杂层的外侧设有一层正面TCO导电膜，所述P型非晶硅掺杂层的外侧设有一层背面TCO导电膜；所述正面TCO导电膜外侧的电极之间设有一层钝化介质氧化膜，所述正面TCO导电膜和背面TCO导电膜的外侧均设有若干电极。
进一步地，所述正面TCO导电膜的迁移率达到80~150厘米2/（伏·秒）。
进一步地，所述钝化介质氧化膜的折射率在1~2之间。
进一步地，所述钝化介质氧化膜的厚度为1~30nm。
进一步地，所述钝化介质氧化膜采用氧化铝或者二氧化硅。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型采用ALD技术在TCO材料正面镀上一层减反膜，可有效增加TCO的光学透过率，降低TCO薄膜材料的反射率，提高电池转换效率。
（2）本实用新型的电池正面的TCO导电膜采用高迁移TCO材料，以此提高电池效率；然而高迁移率的TCO材料的稳定性差，本实用新型利用ALD制备钝化介质氧化膜作为减反膜，具有优良的致密性，解决了高迁移率TCO材料的长期稳定性，同时也作为一种保护膜可有效提高电池的长期稳定性。
（3）本实用新型利用掩膜工序对电极部位进行遮挡，充分利用的掩膜步骤，金属化步骤可以与电镀铜技术完美兼容；可实现工艺优化降低生产的成本。
附图说明
图1为本实用新型的HJT电池的结构示意图。
图2为本实用新型的HJT电池的制备流程示意图。
图3为本实用新型的步骤五的工艺示意图。
图4为本实用新型的步骤七的工艺示意图。
其中：
硅衬底1、非晶硅本征层2、N型非晶硅掺杂层3、P型非晶硅掺杂层4、正面TCO导电膜5、背面TCO导电膜6、钝化介质氧化膜7、电极8。
具体实施方式
实施例1：
参见图1，本实用新型涉及的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，它包括硅衬底1，所述硅衬底1的正面和背面均设有非晶硅本征层2，所述硅衬底1正面的非晶硅本征层2的外侧设有N型非晶硅掺杂层3，硅衬底1背面的非晶硅本征层2的外侧设有P型非晶硅掺杂层4，所述N型非晶硅掺杂层3的外侧设有一层正面TCO导电膜5，所述P型非晶硅掺杂层4的外侧设有一层背面TCO导电膜6。
所述正面TCO导电膜5和背面TCO导电膜6的外侧均设有若干电极8。
所述正面TCO导电膜5外侧的电极8之间设有一层钝化介质氧化膜7。
所述正面TCO导电膜5采用高迁移率的材料，迁移率为120厘米2/（伏·秒）；如In2O3:H、In2O3:Me或IWO，本实施例采用In2O3:H高迁移率的材料。
所述钝化介质氧化膜7采用氧化铝或者二氧化硅等材料；
所述钝化介质氧化膜7的折射率为1.6，厚度为10nm。
参见图2~4，本实用新型涉及的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构的制备方法，包括以下几个步骤：
S1、硅片的清洗
选取硅片，硅片厚度为130微米，对其进行制绒、清洗处理；硅片经过清洗工艺，去除了硅片表面的有机物脏污、金属杂质及表面损伤层；硅片经高效清洗后制绒，硅片的正面和背面形成绒面层；
S2、非晶硅本征层镀膜
在硅片的正面和背面分别镀上非晶硅本征层，通过PECVD、HWCVD或LPCVD技术在电池片镀上本征非晶硅薄膜，正面非晶硅本征层的厚度为6nm，背面非晶硅本征层的厚度为4nm；
S3、N型非晶硅掺杂层和P型非晶硅掺杂层镀膜
在硅片的正面镀N型非晶硅掺杂层，通过PECVD、HWCVD或LPCVD技术在电池片镀上N型掺杂非晶硅薄膜，N型非晶硅掺杂层的厚度为8nm；
在硅片的背面镀P型非晶硅掺杂层，通过PECVD、HWCVD或LPCVD技术在电池片镀上N型掺杂非晶硅薄膜，P型非晶硅掺杂层的厚度为10nm；
S4、TCO导电膜沉积
TCO材料制备：硅片正面的TCO材料选择高迁移率材料，如In2O3:H 或者IWO等高迁移率材料，硅片背面的TCO材料为常规ITO材料；
通过采用PVD或RPD设备技术在电池片上镀透明的TCO导电膜；
S5、掩膜制备
掩膜要求在电池片正面；掩膜图形的尺寸和图形与金属化的尺寸和图形一致，参见图3；
S6、钝化介质氧化膜制备
钝化介质氧化膜的材料采用氧化铝或者二氧化硅等；钝化介质氧化膜的折射率在1~2之间，厚度为1~30nm；钝化介质氧化膜的成膜工艺采用ALD原子沉积技术，成膜温度不超过200℃；
S7、掩膜的去除
使用掩膜的溶剂去除掩膜，溶剂要求对介质钝化氧化膜无影响；掩膜去除后，除了金属化区域均由钝化介质氧化膜覆盖，参见图4；
S8、金属化制作
采用无种子层铜电镀，实现金属化或者低温银浆丝网印刷后金属化；
S9、分选测试
通过分选测试挑选需电池片；经测试电池片效率，Voc达到了747mV，Isc 为39.85mA/cm2，FF 84.58%，电池转换效率高达25.18%。
实施例2：
本实施例2涉及的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，与实施例1不同的是，所述正面TCO导电膜5采用In2O3:Ge高迁移率的材料，迁移率为80厘米2/（伏·秒）所述钝化介质氧化膜7采用氧化铝或者二氧化硅等材料；
所述钝化介质氧化膜7的折射率在1.7，厚度为12nm。
经测试电池片效率，Voc达到了747mV，Isc 为39.72mA/cm2，FF 85.2%，电池转换效率高达25.28%。
对比例1：
对比例1采用现有技术中常规的HJT电池结构的制备方法，
S1、硅片的清洗
选取硅片，硅片厚度为130微米，对其进行制绒、清洗处理；硅片经过清洗工艺，去除了硅片表面的有机物脏污、金属杂质及表面损伤层；硅片经高效清洗后制绒，硅片的正面和背面形成绒面层；
S2、非晶硅本征层镀膜
在硅片的正面和背面分别镀上非晶硅本征层，通过PECVD技术在电池片镀上本征非晶硅薄膜，正面非晶硅本征层的厚度为6nm，背面非晶硅本征层的厚度为4nm；
S3、N型非晶硅掺杂层和P型非晶硅掺杂层镀膜
在硅片的正面镀N型非晶硅掺杂层，通过PECVD技术在电池片镀上N型掺杂非晶硅薄膜，N型非晶硅掺杂层的厚度为8nm；
在硅片的背面镀P型非晶硅掺杂层，通过PECVD技术在电池片镀上N型掺杂非晶硅薄膜，P型非晶硅掺杂层的厚度为10nm；
S4、TCO导电膜沉积
TCO材料制备：硅片正面与背面TCO材料均为ITO，迁移率在30厘米2/（伏·秒）；
通过采用PVD设备技术在电池片上镀透明的TCO导电膜；
S5、金属化制作
低温银浆丝网印刷后金属化；
S6、分选测试
通过分选测试挑选需电池片；经测试电池片效率，Voc达到了746mV，Isc 为38.88mA/cm2，FF 84.35%，电池转换效率高达24.47%。
实施例1、实施例2和对比例1的的电性能对比参见下表，主要从开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF体现，可以得到本实用新型的太阳能电池电性能参数的提升。
工作原理：
（1）本实用新型解决而当前的TCO材料透光率低问题
高效率电池正面TCO材料需要兼顾高电导率和高透光率，高电导率可通过提高载流子浓度和迁移率来实现，然而较高的载流浓度会导致较大的载流子光吸收。为了获得高效率的电池片，必须在保证TCO材料不增加电阻率的前提下提高TCO材料的透光率。常规电池片正面与背面均使用常规的ITO透明导电层材料， 透光性和导电性无法同时优化。本实用新型通过在TCO材料再镀一层减反膜降低TCO材料的反射率，提高TCO材料的透光性。TCO材料的折射率一般在2.1左右（波长630nm），根据光学减反膜原理，选择合适折射率材料可降低TCO材料的反射率，从而提高TCO材料的光学透过率。介质氧化膜的折射率一般介于TCO材料折射率与空气折射率之间，是作为TCO材料的减反膜的不错选择。
（2）本实用新型解决当前TCO材料长期稳定性问题
为了提高电池转换效率，TCO材料一般选择高迁移率的TCO材料，然而一些高迁移率的TCO材料的长期稳定性需要关注，在湿热条件下，随之时间延长，水汽扩散等影响，TCO材料的迁移率降低，电阻率显著增大，影响了TCO材料的长期稳定性。本实用新型采用ALD薄膜生长方法在TCO材料正面镀上一层钝化介质氧化减反膜，钝化介质氧化薄膜是一层一层长上去的，具有良好的致密性特点，可以有效阻挡水汽向TCO薄膜的扩散，从而有效提高了TCO薄膜的长期可靠性。
（3）本实用新型与电镀工艺匹配性好，减低电池制作成本
HJT电池金属化时，当前主流技术是采用低温银浆丝网印刷和电镀铜，为了降低金属化成本，采用电镀铜技术实现HJT电池金属化。本实用新型的制作流程参见图2，根据此电池制作流程和常规电镀技术流程发现，掩膜及掩膜去除和此工序流程和电镀技术兼容，降低电池金属化制作成本。
以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：它包括硅衬底（1），所述硅衬底（1）的正面和背面均设有非晶硅本征层（2），所述硅衬底（1）正面的非晶硅本征层（2）的外侧设有N型非晶硅掺杂层（3），硅衬底（1）背面的非晶硅本征层（2）的外侧设有P型非晶硅掺杂层（4），所述N型非晶硅掺杂层（3）的外侧设有一层正面TCO导电膜（5），所述P型非晶硅掺杂层（4）的外侧设有一层背面TCO导电膜（6）；所述正面TCO导电膜（5）外侧的电极（8）之间设有一层钝化介质氧化膜（7），所述正面TCO导电膜（5）和背面TCO导电膜（6）的外侧均设有若干电极（8）。
2.根据权利要求1所述的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：所述正面TCO导电膜（5）的迁移率达到80~150厘米2/（伏·秒）。
3.根据权利要求1所述的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：所述钝化介质氧化膜（7）的折射率在1~2之间。
4.根据权利要求1所述的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：所述钝化介质氧化膜（7）的厚度为1~30nm。
5.根据权利要求1所述的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：所述钝化介质氧化膜（7）采用氧化铝。
6.根据权利要求1所述的一种具备钝化介质氧化膜的HJT电池结构，其特征在于：所述钝化介质氧化膜（7）采用二氧化硅。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No. 188, Huachang Road, yangshe Town, Zhangjiagang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: JIANGSU AKCOME ENERGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Patentee after: Zhejiang Aikang New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: No. 188, Huachang Road, yangshe Town, Zhangjiagang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: JIANGSU AKCOME ENERGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Patentee before: JIANGYIN AKCOME SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |