一種高效矽基異質結雙面電池及其製備方法與流程

2023-12-05 10:34:06 3

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種高效矽基異質結雙面電池及其製備方法。

背景技術：

薄膜太陽能電池是在基板上沉積很薄的光電材料形成的一種太陽能電池。薄膜太陽能電池弱光條件下仍可發電，其生產過程能耗低，具備大幅度降低原料和製造成本的潛力，因此，市場對薄膜太陽能電池的需求正逐漸增長，而薄膜太陽能電池技術更是成為近年來的研究熱點。其中提高光電轉換效率，降低成本是太陽能行業的終極目標。

近年來隨著矽材料的成本降低，使矽基太陽能電池更有吸引力。為了提高矽基太陽能電池的轉換效率：其中兩種技術已被廣泛研究並應用於大規模生產。一個是移除前格柵和匯流條，集成發射極和集電極至背面整合，稱為交指背接觸電極(IBC)；另一個是基於異質結技術來增加開路電壓，主要是因為薄膜非晶矽的電子帶隙比晶體矽更高。薄膜矽含有氫，通常是通過化學氣相沉積的方法沉積至晶體矽片的表面，其厚度小於10nm，用來鈍化矽表面的懸掛鍵。異質結技術的優點是形成PN結的工藝簡單，外觀看正反結構對稱，因此正反兩面均可吸光，通過優化電池片的放置角度，反面也可吸收環境中的散射光用於增加短路電流，使得電池片輸出功率可增加10～20％。

晶矽異質結太陽能電池通常採用N型晶體矽作為襯底，主要是因為N型晶體矽含雜質少，普遍少子壽命高，其與P型非晶矽膜層因接觸形成的PN結內的自建電場高，所以更容易獲得電池片的高開壓。由於自建電場高，也更容易分 離PN結內及晶體矽中產生的載流子即電子和空穴，但是由於電子的擴散作用，電子也會向發射極移動，從而造成電子與空穴在發射極區的複合，減少了電池片的短路電流，降低了電池片的光電轉換效率即輸出功率。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的問題，本發明的目的是提供一種高效矽基異質結雙面電池及其製備方法，其可以很好的防止載流子中的電子擴散到發射極區，減少電子與空穴的複合，從而增加了電池片的短路電流。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種高效矽基異質結雙面電池，包括：N型矽片；在所述N型矽片的正面依序設有第一本徵非晶矽層、第二本徵非晶矽層、P型摻雜非晶矽層、透明導電膜層、金屬柵線電極；所述第二本徵非晶矽層的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層；在所述N型矽片的反面依序設有第三本徵非晶矽層、N型摻雜非晶矽層、透明導電膜層，金屬柵線電極。

優選的，所述第二本徵非晶矽膜層的厚度小於1nm，第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層的厚度分別為5-10nm，所述P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層的厚度分別為5-10nm，設在N型矽片正面的透明導電膜的厚度為70-110nm，設在N型矽片反面的透明導電膜的厚度為25-110nm。

本發明還提供了一種高效矽基異質結雙面電池的製備方法，包括以下步驟：提供一N型矽片；在第一溫度條件下，在N型矽片的正反兩面上分別通過化學氣相沉積法，沉積第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層；在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層，所述第二本徵非晶矽層的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層；分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD磁控濺射沉積透明導電膜；在N型矽片的正反兩面的透明導電膜上形成金屬柵線電極。

優選的，所述在N型矽片的正反兩面上分別通過化學氣相沉積法沉積第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層具體為：在第一溫度條件下，將N型矽片放置反應腔中，往反應腔中通入SiH4和H2的混合氣體，通過化學氣相沉積法在N型矽片的正反兩面上依次沉積形成第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層。

優選的，所述在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層具體為：將形成第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層的N型矽片放入第一摻雜腔內，往第一摻雜腔中通入SiH4、H2以及含摻雜劑的氣體，由此在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層。

優選的，所述在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層具體為：在第二溫度條件下，將在第三本徵非晶矽層上形成N型摻雜非晶矽層的N型矽片放入第二摻雜腔內，先在第二摻雜腔內通入SiH4和H2的混合氣體，通過化學氣相沉積的方法在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層後；繼續通入SiH4和H2的混合氣體，並且同步通入含摻雜劑的氣體，在第二本徵非晶矽膜層上形成P型摻雜非晶矽層。

優選的，所述摻雜劑為P或B。

優選的，所述第一溫度為150-250℃，所述第一溫度比第二溫度高至少20℃。

本發明還提供另一種高效矽基異質結雙面電池的製備方法，包括以下步驟：提供一N型矽片；在第一溫度條件下，在N型矽片的反面上通過化學氣相沉積法分別沉積第三本徵非晶矽膜層；在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；在N型矽片的正面上通過化學氣相沉積的方法分別沉積第一本徵非晶矽膜層；在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層；所述第二本徵非晶矽層的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層；分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD磁控濺射沉積透明導電膜；在N型矽片的正反兩面的透明導電膜上同時形成金屬柵線電極。

本發明還提供另一種高效矽基異質結雙面電池的製備方法，包括以下步驟：提供一N型矽片；在第一溫度條件下，在N型矽片的正面上通過化學氣相沉積法分別沉積第一本徵非晶矽膜層；在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層；所述第二本徵非晶矽層的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層；在N型矽片的反面上通過化學氣相沉積的方法分別沉積第三本徵非晶矽膜層；在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD磁控濺射沉積的方式形成透明導電膜；在N型矽片的正反兩面的透明導電膜上同時形成金屬柵線電極。

本發明採用以上技術方案，通過在所述N型矽片的一面設有第一本徵非晶矽層、第二本徵非晶矽層，而且第一本徵非晶矽層和第二本徵非晶矽層分別在不同的腔室內製備完成，第一本徵非晶矽層的製備溫度比第二本徵非晶矽層的製備溫度高，從而使得第二本徵非晶矽層具有較大的電子帶隙，因此可以用來作為阻擋層來阻擋電子擴散到發射極，減少了電子與空穴的複合，從而提高了電池片的電學性能，增加了電池片的光電轉換效率即輸出功率。

附圖說明

圖1為本發明高效矽基異質結雙面電池的結構示意圖；

圖2為本發明的製備方法實施例一的流程示意圖；

圖3為本發明的製備方法實施例二的流程示意圖；

圖4為本發明的製備方法實施例三的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1所示，本發明公開了一種高效矽基異質結雙面電池，其包括：

N型矽片1；

在所述N型矽片1的正面依序設有第一本徵非晶矽層2、第二本徵非晶矽層3、P型摻雜非晶矽層4、透明導電膜層5、金屬柵線電極6；

在所述N型矽片的反面依序設有第三本徵非晶矽層7、N型摻雜非晶矽層8、透明導電膜層9、金屬柵線電極10。

其中，所述第二本徵非晶矽層3的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層2。所述第二本徵非晶矽膜層的厚度小於1nm，第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層的厚度分別為5-10nm，所述N型摻雜非晶矽層和P型摻雜非晶矽層的厚度分別為5-10nm，設在N型矽片正面的透明導電膜的厚度為70-110nm，設在N型矽片反面的透明導電膜的厚度為25-110nm。

本發明中所述的N型矽片可以為單晶矽片或者多晶矽片，本發明的電池在太陽光的照射下，會在其PN結中及襯底的N-型晶體矽裡產生大量的電子與空穴，通常PN結中的自建電場會分離產生的電子與空穴。對於N-型晶體矽，其少子為空穴，因此空穴向受光面移動，而多子電子會向相反的方向移動而產生電流。但是由於電子擴散的作用，部分電子也會向受光面移動，從而增加了電子與空穴在PN結區的複合機率，造成電子的流失，降低了電池片的短路電流。本發明通過在第一本徵非晶矽層2增加第二本徵非晶矽層3，且第二本徵非晶矽層3的電子帶隙大於第一本徵非晶矽層2，因此可以用來作為阻擋層來阻擋電子擴散到PN結區，即發射極，減少了電子與空穴的複合，從而提高了電池片的電學性能，增加了電池片的光電轉換效率即輸出功率。

實施例一：

如圖2所示，本發明公開了一種高效矽基異質結雙面電池的製備方法，其包括以下步驟：

S101:提供一N型矽片；

S102:在第一溫度條件下，在N型矽片的正反兩面上分別通過化學氣相沉積 法分別沉積第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層；

S103:在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；

S104:在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層；

S105：分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD(物理氣相沉積法)磁控濺射沉積的方式沉積透明導電膜；

S106：在兩面的透明導電膜上同時電鍍金屬柵線電極。

具體的步驟可以如下：

步驟1：提供一N型矽片，對N型矽片清洗和制絨，然後在150-220℃溫度條件下，將N型矽片放置反應腔中，往反應腔中通入SiH4和H2的混合氣體，其中H2的含量為5至20％，通過化學氣相沉積的方法在N型矽片的兩面上沉積形成第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層。

步驟2：將形成第一本徵非晶矽膜層和第三本徵非晶矽膜層的N型矽片放入第一摻雜腔內，往第一摻雜腔中通入SiH4、H2以及含摻雜劑P的氣體，由此在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；

步驟3：在比150-220℃至少低20℃的溫度條件下，將在第三本徵非晶矽層上形成N型摻雜非晶矽層的N型矽片放入第二摻雜腔內，先在第二摻雜腔內通入SiH4和H2的混合氣體，通過化學氣相沉積法在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層；繼續通入SiH4和H2氣體，並且同步通入含摻雜劑B的氣體，在第二本徵非晶矽膜層上形成P型摻雜非晶矽層；

步驟4：在受光面的P型摻雜非晶矽層和背光面的N型摻雜非晶矽層上分別通過PVD磁控濺射的方法生成透明導電膜層和金屬疊層，然後再在金屬疊層上進行幹膜掩膜、曝光、顯影后形成金屬柵線圖案；之後通過電鍍的方法對漏出的金屬柵線圖案加厚。

步驟5：去除掉幹膜，並對金屬疊層進行選擇性腐蝕，金屬疊層未被加厚的區域會漏出透明導電膜層，從而在表面形成金屬柵線圖案，至此完成電池制 備。

實施例二：

如圖3所示，與實施例一不同的是，本實施例中其主要是先製備N型矽片其中一面的第三本徵非晶矽膜層和N型摻雜非晶矽層，然後再製備另外一面的第一本徵非晶矽層、第二本徵非晶矽層和P型摻雜非晶矽層，最後製備透明導電膜層及金屬柵線電極，其具體包括以下步驟：

S201：提供一N型矽片；

S202：在第一溫度條件下，在N型矽片的反面上通過化學氣相沉積的方法分別沉積第三本徵非晶矽膜層；

S203：在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；

S204：在N型矽片的正面上通過化學氣相沉積法分別沉積第一本徵非晶矽膜層；

S205：在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層；

S206：分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD磁控濺射沉積的方式形成透明導電膜；

S207：在N型矽片的正反兩面的透明導電膜上同時電鍍金屬柵線電極。

所述第一溫度比第二溫度高至少20℃。

實施例三：

如圖4所示，與實施例一不同的是，本實施例中其主要是先製備N型矽片其中一面的第一本徵非晶矽層、第二本徵非晶矽層和P型摻雜非晶矽層，然後再製備另一面的第三本徵非晶矽膜層和N型摻雜非晶矽層，最後製備透明導電膜層及金屬柵線電極，其具體包括以下步驟：

S301：提供一N型矽片；

S302：在第一溫度條件下，在N型矽片的正面上通過化學氣相沉積的方法分別沉積第一本徵非晶矽膜層；

S303：在第二溫度條件下，在第一本徵非晶矽膜層上沉積第二本徵非晶矽膜層和P型摻雜非晶矽層；

S304：在N型矽片的反面上通過化學氣相沉積法分別沉積第三本徵非晶矽膜層；

S305：在第三本徵非晶矽層上沉積N型摻雜非晶矽層；

S306：分別在P型摻雜非晶矽層和N型摻雜非晶矽層上通過PVD磁控濺射沉積的方式形成透明導電膜；

S307：在N型矽片的正反兩面的透明導電膜上同時電鍍金屬柵線電極。

所述第一溫度比第二溫度高至少20℃。

本發明在N型基板的正反兩面都設有金屬柵線電極，這樣使得電池片的正，反兩面均可吸光，增加電池片的輸出功率，通過在所述N型矽片的一面設有第一本徵非晶矽層、第二本徵非晶矽層，而且第一本徵非晶矽層和第二本徵非晶矽層分別在不同的腔室內製備完成，第一本徵非晶矽層的製備溫度比第二本徵非晶矽層的製備溫度高，從而使得第二本徵非晶矽層具有較大的電子帶隙，因此可以用來作為阻擋層來阻擋電子擴散到PN結區，即發射極，減少了電子的流失，提高了光電轉換效率。其中，本發明公開的「矽基異質結雙面電池片技術」，英文為「Silicon-based Heterojunction Double-sided Solar Cell Technology」,簡寫為「HDT」。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。