一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法
【專利摘要】一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)雙面太陽(yáng)電池及制備方法，其結(jié)構(gòu)從迎光面開(kāi)始依次為：迎光面柵線狀電極、高透過(guò)率減反射薄膜、重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極、透明導(dǎo)電薄膜層，背光面柵線狀電極。首先硅片制絨清洗，然后依次制備重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層、高透過(guò)率減反射薄膜、迎光面柵線狀電極；硅片的背光面再次清洗，再制備本征非晶硅基薄膜鈍化層、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極、透明導(dǎo)電薄膜層、背光面柵線狀電極制備。相對(duì)于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可增大太陽(yáng)電池的短路電流，減少串聯(lián)電阻，獲得更高轉(zhuǎn)換效率，減少了至少一半甚至全部ITO用量，減少了部分銀用量，與現(xiàn)行晶體硅太陽(yáng)電池產(chǎn)線技術(shù)兼容。
【專利說(shuō)明】
一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)電池和半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。涉及太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的典型代表為日本松下公司的基于η型硅片的雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的問(wèn)題主要有:1)ΙΤ0層、摻雜和本征非晶硅層有較大的光吸收損耗;2)雙面銀柵線與雙面ITO相比于常規(guī)晶硅太陽(yáng)電池消耗了雙倍的銀量以及大量的ITO稀缺高價(jià)材料，且即使如此，該類太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻相比于常規(guī)晶硅太陽(yáng)電池仍然較大;3)制備技術(shù)與現(xiàn)有晶硅太陽(yáng)電池產(chǎn)線技術(shù)幾乎不兼容，導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)需全部革新，技術(shù)換代成本高。
[0003]通過(guò)器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新減少光吸收損耗，并且減少貴重金屬銀和ITO材料的消耗將有助于提升太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，降低成本。且如果能充分利用現(xiàn)有常規(guī)太陽(yáng)電池產(chǎn)線設(shè)備和已有技術(shù)儲(chǔ)備，將更加有利于太陽(yáng)電池生產(chǎn)技術(shù)的更新過(guò)渡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)以及配套的生產(chǎn)技術(shù)方法。
[0005]本發(fā)明所述的一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其結(jié)構(gòu)從迎光面開(kāi)始依次為:迎光面柵線狀電極、高透過(guò)率減反射薄膜、重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極、金屬薄膜導(dǎo)電反射層、背面金屬主柵線。
[0006]本發(fā)明所述的一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法為:硅片的制絨清洗，重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層的制備，高透過(guò)率減反射薄膜的制備，迎光面柵線狀電極制備;硅片的背光面再次清洗，本征非晶硅基薄膜鈍化層的制備，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極的制備，金屬薄膜導(dǎo)電反射層制備、背面金屬主柵線制備。
[0007]進(jìn)一步，為提高硅片的背光面再次清洗的效果，優(yōu)選在硅片的制絨清洗后在硅片的背光面預(yù)先沉積一層氧化硅保護(hù)膜，所述氧化硅保護(hù)膜在硅片的背光面再次清洗步驟中予以去除。
[0008]本發(fā)明所述的一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，各部分的優(yōu)選材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發(fā)射極，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銀或銅主柵線。
[0009]本發(fā)明上述優(yōu)選材料構(gòu)成的背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法為:η型硅片的制絨清洗，采用CVD或PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD或熱絲CVD法依次沉積本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線或絲網(wǎng)印刷低溫銀漿或者銅漿并烘干背面主柵線，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0010]進(jìn)一步，上述的制備方法中，優(yōu)選在硅片的制絨清洗后，在硅片的背光面上沉積一層氧化硅薄膜，該層薄膜將在硅片的背光面再次清洗技術(shù)步驟中予以去除。
[0011]本發(fā)明所述的一種背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池和制備方法，適用于厚度20-200微米的娃片，且優(yōu)選80-180微米厚的薄娃片。
[0012]本發(fā)明為減少重?fù)诫s非晶硅基薄膜與鋁薄膜導(dǎo)電反射層間的接觸電阻，在兩層結(jié)構(gòu)之間可插入減少兩層結(jié)構(gòu)的接觸電阻的薄膜，優(yōu)選一層1-100納米的導(dǎo)電氧化物薄膜或鈦/鈀復(fù)合電極或其它高導(dǎo)電性薄膜。
[0013]本發(fā)明相對(duì)于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)，增大太陽(yáng)電池的短路電流，獲得更高轉(zhuǎn)換效率，避免稀缺高價(jià)ITO材料的使用，減少貴重金屬銀用量;設(shè)計(jì)新型器件的制造技術(shù)路線，使之與現(xiàn)行晶體硅太陽(yáng)電池產(chǎn)線技術(shù)兼容，減少設(shè)備成本。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果:本發(fā)明采用重?fù)诫s晶體硅層作為非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的背場(chǎng)，并對(duì)其采用氮化硅作為該面的鈍化減反射層，配以高溫?zé)Y(jié)的銀柵線作為電極，將該新型結(jié)構(gòu)用作太陽(yáng)電池的迎光面，減少了非晶硅/晶體硅太陽(yáng)電池的光吸收損耗和背場(chǎng)面的串聯(lián)電阻，減少了該類太陽(yáng)電池貴重原材料ITO的消耗。將非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)的重?fù)诫s發(fā)射極部分放置于太陽(yáng)電池的背面，以保留其高內(nèi)建電勢(shì)的優(yōu)點(diǎn)，但采用鋁導(dǎo)電反射薄膜和銀柵線結(jié)構(gòu)在保證導(dǎo)電性的情況下省去了 ITO的用量、減少了銀的用量且通過(guò)背面反射的作用進(jìn)一步增加了太陽(yáng)電池的短路電流。設(shè)計(jì)了新型太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的整套制造技術(shù)路線，保證了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的可行性、與現(xiàn)有晶硅太陽(yáng)電池產(chǎn)線的兼容和低制造成本。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1。
[0017]—種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銀主柵線。上述材料構(gòu)成的采用180微米厚的η型硅片太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD法依次沉積本征非晶硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0018]本結(jié)構(gòu)相比于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)具有更高的短路電流，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。省卻了全部ITO的用量，和部分銀耗量;約半數(shù)產(chǎn)線設(shè)備采用現(xiàn)有晶硅電池產(chǎn)線所采用的設(shè)備，價(jià)格便宜，技術(shù)兼容性好，大大降低了設(shè)備的成本投入。
[0019]實(shí)施例2。
[0020]—種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銀主柵線。上述材料構(gòu)成的采用100微米厚的η型硅片太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發(fā)射極一面沉積一層50納米的不摻雜氧化硅薄膜，采用PECVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉積本征非晶氧化硅薄膜、重?fù)诫s非晶氧化硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用絲網(wǎng)印刷法印刷低溫銀漿主柵線并烘干，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0021]本結(jié)構(gòu)相比于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)具有更高的短路電流，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。省卻了全部ITO的用量，和部分銀耗量;約半數(shù)產(chǎn)線設(shè)備采用現(xiàn)有晶硅電池產(chǎn)線所采用的設(shè)備，價(jià)格便宜，技術(shù)兼容性好，大大降低了設(shè)備的成本投入。
[0022]實(shí)施例3。
[0023]—種背結(jié)晶娃異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)，各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銅主柵線。上述材料構(gòu)成的采用100微米厚的η型硅片太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發(fā)射極一面沉積一層50納米的不摻雜氧化硅薄膜，采用PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉積本征非晶硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用絲網(wǎng)印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0024]本結(jié)構(gòu)相比于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)具有更高的短路電流，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數(shù)銀耗量;約半數(shù)產(chǎn)線設(shè)備采用現(xiàn)有晶硅電池產(chǎn)線所采用的設(shè)備，價(jià)格便宜，技術(shù)兼容性好，大大降低了設(shè)備的成本投入。
[0025]實(shí)施例4。
[0026]—種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，20納米高導(dǎo)電性氧化物薄膜，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銅主柵線。上述材料構(gòu)成的采用100微米厚的η型硅片太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發(fā)射極一面沉積一層50納米的不摻雜氧化硅薄膜，采用PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面去除氧化硅薄膜并再次清洗，采用PECVD法依次沉積本征非晶硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積高導(dǎo)電性氧化物薄膜，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用絲網(wǎng)印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0027]本結(jié)構(gòu)相比于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)具有更高的短路電流，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數(shù)銀耗量;約半數(shù)產(chǎn)線設(shè)備采用現(xiàn)有晶硅電池產(chǎn)線所采用的設(shè)備，價(jià)格便宜，技術(shù)兼容性好，大大降低了設(shè)備的成本投入。
[0028]實(shí)施例5。
[0029]—種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，5納米鈦薄膜，鋁薄膜導(dǎo)電反射層，銅主柵線。上述材料構(gòu)成的采用160微米厚的η型硅片太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD法依次沉積本征非晶硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鈦薄膜，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用絲網(wǎng)印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。
[0030]本結(jié)構(gòu)相比于雙面異質(zhì)結(jié)HIT結(jié)構(gòu)具有更高的短路電流，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數(shù)銀耗量;約半數(shù)產(chǎn)線設(shè)備采用現(xiàn)有晶硅電池產(chǎn)線所采用的設(shè)備，價(jià)格便宜，技術(shù)兼容性好，大大降低了設(shè)備的成本投入。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是其結(jié)構(gòu)從迎光面開(kāi)始依次為:迎光面柵線狀電極、高透過(guò)率減反射薄膜、重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極、金屬薄膜導(dǎo)電反射層、背面金屬主柵線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是其結(jié)構(gòu)的各部分的材料構(gòu)成從迎光面依次為:柵線狀銀電極、氮化硅薄膜鈍化減反射層、重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層、η型晶體硅片、本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發(fā)射極、鋁薄膜導(dǎo)電反射層、銀或銅主柵線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是所用硅片厚度為20-200微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是所用硅片厚度為80-180微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是在重?fù)诫s非晶硅基薄膜與鋁薄膜導(dǎo)電反射層間插入減少兩層結(jié)構(gòu)的接觸電阻的薄膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的背結(jié)晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是在重?fù)诫s非晶硅基薄膜與鋁薄膜導(dǎo)電反射層間插入一層1-100納米的導(dǎo)電氧化物薄膜或鈦/鈀復(fù)合電極或其它高導(dǎo)電性薄膜。7.權(quán)利要求1所述的背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，其特征是按以下步驟:硅片的制絨清洗，重?fù)诫s晶體硅背場(chǎng)層的制備，高透過(guò)率減反射薄膜的制備，迎光面柵線狀電極制備;硅片的背光面再次清洗，本征非晶硅基薄膜鈍化層的制備，重?fù)诫s非晶硅薄膜發(fā)射極的制備，金屬薄膜導(dǎo)電反射層制備、背面金屬主柵線制備。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，其特征是按權(quán)利要求2所述材料，按如下步驟:η型硅片的制絨清洗，采用CVD或PVD法在硅片的迎光面上沉積含磷氧化硅薄膜作為擴(kuò)散源進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制造重?fù)诫sη型晶體硅背場(chǎng)層，去除擴(kuò)散源層并進(jìn)行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網(wǎng)印刷高溫銀漿并烘干燒結(jié)得到迎光面柵線狀銀電極，硅片背光面的再次清洗，采用PECVD或熱絲CVD法依次沉積本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜、重?fù)诫s非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發(fā)射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導(dǎo)電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線或絲網(wǎng)印刷低溫銀漿或者銅漿并烘干背面主柵線，對(duì)硅片邊緣進(jìn)行防漏電處理。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的背結(jié)晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，其特征是在硅片的制絨清洗后，在硅片的背光面預(yù)先沉積一層氧化硅保護(hù)膜，該層氧化硅保護(hù)膜在硅片的背光面再次清洗步驟中予以去除。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK105932075SQ201610311943
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】黃海賓, 周浪, 高超, 岳之浩, 袁吉仁, 孫喜蓮
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)