基於n型矽片的背接觸異質結太陽電池結構的製作方法

2023-05-24 13:07:01

專利名稱：基於n型矽片的背接觸異質結太陽電池結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽電池結構，具體涉及一種基於N型矽片的背接觸異質結太陽電池結構。
背景技術：
二^^一世紀，能源危機和環境汙染已經成為亟待解決的全球問題。開發綠色能源成為解決危機的主要方法。其中太陽電池因其潔淨、安全、可再生成為世界各國競相發展的目標。目前太陽電池主要發展方向是降低成本、增加效率。新型非晶矽和晶矽構成的異質結太陽電池具有結構簡單、工藝簡易、它將晶體矽具有高載流子遷移率優點與低溫化學氣相沉積非晶矽工藝優勢相結合，成為太陽能行業的熱點發展方向。如日本三sanyo集團開發的以N型晶體矽為襯底的HIT電池實驗室裝換效率已經突破22%，產業化電池片轉化效率達到19%。上述HIT結構的太陽電池存在以下問題第一非晶矽薄膜的缺陷較多，增加了薄膜體內的載流子複合缺陷密度，影響光生電流的收集及傳輸；第二正面的柵線設計是電池受光面積減少，從而降低短路電流，影響太陽電池最終的轉化效率。
發明內容本實用新型的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種基於N型矽片的背接觸異質結太陽電池結構，不會出現常規P型晶矽太陽能電池光致衰減現象；具有更好的光譜響應，太陽光在電池內傳播光程更長，電池較常規晶矽太陽能電池厚度大大減薄；電極全部印刷在電池背面，即避免了常規太陽能電池正面電極遮光的問題，提高了太陽電池短路電流，大大提高太陽能電池的轉化效率；低溫燒結工藝大大簡化生產工藝、降低生產成本，適用於產業化生產。本實用新型採用的技術方案為，一種基於N型矽片的背接觸異質結太陽電池結構，從背面特徵分為N型區域和P型區域，N型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+非晶矽薄膜、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+ 晶矽層、透明導電薄膜TCO和背電極，形成N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si異質結結構； P型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+非晶矽薄膜、i-a-Si 本徵非晶矽薄膜、N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+晶矽層、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、P-a-Si 非晶矽薄膜、透明導電薄膜TCO和背電極，形成N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si/i-a-si/ P-a-si異質結結構。所述的受光面減反射膜為Si02、Si3N4, Ta2O5或TiO2，減反射膜厚度為7(T90nm，折射率為1.5 2. 5。採用化學氣相沉積工藝在N型晶體矽上面和P型區域的N+晶矽層下面製作本徵非晶矽薄膜，厚度為廣50nm。所述的N型晶體矽為單晶矽、太陽能級或金屬級多晶矽、帶狀矽，其厚度為120 220um，摻雜濃度為 1 X IO15 5 X IO1Vcm30所述的N型晶體矽下層的N+型晶體矽層，其厚度為0. Γ0. 5um，濃磷摻雜濃度為 IXlO18 5 X IO2Vcm3O所述的P型區域中，P-a-Si非晶矽薄膜採用化學氣相沉積工藝在本徵非晶矽薄膜下面沉積一層，厚度為廣50nm。透明導電薄膜TCO為氧化物透明導電材料體系，為ln203、SnO2, ZnO, In2O3: Sn (ITO)、In2O3:Mo (IMO)、SnO2 Sb (ATO)、SnO2: F (FTO)、ZnO: Al (ZnO)、ZnO · SnO2, ZnO · In2O3> CdSb206、Mgln204、In4Sn3O12^ Zn2In205、Cdln204、Cd2SnO4> Zn2SnO4> GaInO3,其厚度為 50NnT900nm。所述的背電極為Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni、Al/Ni或Ti/Pd/Ag電極，其厚度為 50nm 600umo本實用新型的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構具有以下有益效果 一是不會出現常規P型晶矽太陽能電池光致衰減現象；二是具有更好的光譜響應特性，太陽光在電池內傳播光程更長，電池較常規晶矽太陽電池厚度大大減薄；三是電極全部印刷在電池背面，即避免了常規太陽能電池正面電極遮光的問題，提高了太陽電池短路電流，大大提高了太陽電池的轉化效率；四是低溫燒結工藝，簡化了太陽電池生產工藝，降低生產成本，適合產業化發展。本實用新型的基於N型矽片的背接觸異質結太陽電池結構，從背面特徵分為N型區域和P型區域，N型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+非晶矽薄膜、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+晶矽層、透明導電薄膜 TCO和背電極，形成N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si異質結結構；P型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+非晶矽薄膜、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+晶矽層、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、P-a-Si非晶矽薄膜、透明導電薄膜 TCO 和背電極，形成 N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si/i-a-si/P-a-si 異質結結構。具體作用如下所述的透明導電薄膜TCO具有較高的透光性和電導率，主要起到收集電流的作用，另外還將透過電池體內的太陽光反射回去，增加太陽電池光吸收的作用。採用化學氣相沉積工藝在N型晶體矽上面和P型區域的N+晶矽層下面製作本徵非晶矽薄膜，厚度為廣50nm。主要起到減少界面缺陷態，增加表面鈍化效應。採用化學氣相沉積工藝在本徵非晶矽薄膜上沉積一層P-a-Si非晶矽薄膜，厚度為廣50nm。P-a-si非晶矽薄膜沉積在i-a-si本徵非晶矽薄膜層上與N型晶矽電池形成核心結構HIT異質結。所述的N+型晶體矽層，其厚度為0. Γ0. 5um，濃磷摻雜濃度為IX IOw 5X 102(1/ cm3。作用是形成高低結，提升開路電壓，同時起到背面鈍化的作用。所述的減反射膜為Si02、Si3N4、Tii2O5JiA中的一種，減反射膜厚度為7(T90nm，折射率為1. 5^2. 5。其作用主要是增加光吸收，減低太陽光在電池表面的反射損失，另外，減反射膜還具有表面鈍化的作用。 採用以上技術方案製作的N型矽片的背接觸式HIT太陽電池，製備方法簡單，能夠迅速產業化。另外其背接觸的結構在太陽電池的受光面無柵線覆蓋，不僅增加了太陽電池的受光面積，還在在組件生產中可簡化了焊接工序外觀要求，節約生產時間，降低組件生產成本。

圖1所示為本實用新型電池結構示意圖；圖2所示為本實用新型實施例1中背面電極的示意圖；圖3所示為本實用新型實施例1的工藝流程示意圖。圖中，1、減反射膜；2、N+ a-Si非晶矽薄膜；3、本徵非晶矽薄膜；4、N型晶體矽；5、 N+晶矽層；6、p-a-Si非晶矽薄膜；7、透明導電薄膜TCO ；8、背電極；a. N型矽片檢測、清洗及表面織構化；b. 在下表面擴散一層N+型重摻雜層；c.在上下表面沉積一層本徵非晶矽薄層；d.在上表面沉積一層N+型非晶矽薄層；e. 在下表面沉積一層ρ型非晶矽薄膜；f. 在上表面PECVD製備氮化矽減反射膜；g. 使用腐蝕漿料腐蝕至露出 N型矽基體；h. 在下表面濺射一層TCO導電層，用雷射將P區和N區分開；i. 絲網印刷電極，低溫燒結。
具體實施方式

以下結合附圖和實例來說明本實用新型的技術方案，但是本實用新型並不局限於此。實施例1N型晶體矽4選用N型單晶矽片，採用半導體清洗工藝對N型晶體矽4表面預清洗和表面織構。所用N型晶體矽4厚度在200um，電阻率為0. 5 3 Ω . cm，用廣5%的氫氟酸去除N型晶體矽4表面的二氧化矽層，在濃度小於3%的NaOH和IPA (異丙醇)的混合液中 80°C左右製備金字塔形狀絨面。增加對太陽光的吸收，增加PN結面積，提高短路電流。再用酸清洗工藝將之後的N型晶體矽4清洗乾淨-甩幹。將制絨後N型晶體矽4放入擴散爐中用(POCl3)在850°C左右進行單面重磷擴散，在N型晶體矽4下表面形成一層N+晶矽層 5，經等離子刻蝕後，去磷矽玻璃(PSG)，去離子水清洗後甩幹；用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝，在250°C擴散後晶矽的上下表面分別沉積一層本徵非晶矽薄膜3，厚度約5nm，有鈍化作用；在晶矽的上表面沉積高濃度 N+ a-Si非晶矽薄膜2，厚度為5 10nm ；在背表面沉積一層P_a_Si非晶矽薄層6，厚度為 5^10nm ；在400°C下，用PECVD在矽片正表面生長氮化矽受光面減反射膜1，厚度為85nm，折射率為2. 05 ；其作用減少電池表面的反射損失，鍍膜後的太陽電池光反射損失可以減少到 4%以內；同時對電池進行有效地表面鈍化和體鈍化，減少複合中心，提高少子壽命，增加光電流。在矽片背面印刷上腐蝕性漿料，腐蝕掉印刷區域的P-a-Si非晶矽薄層6和本徵非晶矽薄膜3，露出N+晶矽層5表面，未腐蝕區域的HIT結構被保存下來。最後用去離子水超聲清洗乾淨後，烘乾。通過磁控濺射工藝在矽片的背面沉積一層厚度為3(Tl00nm的透明導電層薄膜TCO 7。再用雷射將P型區域與N型區域分割。在背表面的N型區域和P型區域分別絲網印刷導電漿料經低溫燒結製成背電極8。電池背面附圖2所示。N型區域上採用的電極印刷材料為銀漿；P型區域上採用的電極印刷材料為銀漿、銀鋁漿，或者是類似常規太陽能電池背面銀鋁漿結構的一種。本實施例製備的基於N型單晶矽片的背接觸異質結太陽電池的電性能輸出參數在標準測量條件下測量溫度25°C，光強1000W/m2，AMI. 5光譜測試，短路電流密度42mA/ cm2 ；開路電壓683mV，填充因子79. 5% ；光電轉換效率21. 6%。
權利要求1.一種基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，從背面特徵分為N型區域和P 型區域，其特徵在於N型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+ 非晶矽薄膜、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+晶矽層、透明導電薄膜TCO和背電極，形成N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si異質結結構；P型區域包括由上到下依次疊層結合的受光面減反射膜、N+ a-Si N+非晶矽薄膜、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、 N-C-Si N型晶體矽、N+ c-Si N+晶矽層、i-a-Si本徵非晶矽薄膜、P-a-Si非晶矽薄膜、透明導電薄膜 TCO 和背電極，形成 N+ a-si/ i- a-si/N-c-si/N+c-si/i-a-si/P-a_si 異質結結構。
2.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的受光面減反射膜為Si02、Si3N4、Ta205或Ti02，減反射膜厚度為7(T90nm，折射率為 1 · 5 2 · 5 ο
3.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的i-a-Si本徵非晶矽薄膜厚度為廣50nm。
4.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的N型晶體矽為單晶矽、太陽能級或金屬級多晶矽、帶狀矽，其厚度為12(T220um，摻雜濃度為 1X1015 5X1017/cm3。
5.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的N型晶體矽下層的N+型晶體矽層，其厚度為0. Γ0. 5um。
6.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的P型區域中，P-a-Si非晶矽薄膜厚度為廣50nm。
7.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於透明導電薄膜TCO為氧化物透明導電材料體系，為In203、Sn02、ZnO, In203Sn(ITO)、 In203Mo (IMO)、Sn02Sb(ΑΤΟ)、Sn02: F (FTO)、ZnO: Al (ZnO)、Zn0Sn02、Zn0In203、CdSb206、 Mgln204、In4Sn3012, Zn2In205、Cdln204、Cd2Sn04、Zn2Sn04、Galn03 中的一種，其厚度為 50nm 900nm。
8.根據權利要求1所述的基於N型矽片的背接觸異質結太陽能電池結構，其特徵在於 所述的背電極為 Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni、Al/Ni 或 Ti/Pd/Ag 電極，其厚度為 50nnT600um。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能電池，具體涉及一種基於N型矽片的背接觸異質結太陽電池結構。從背面特徵分為N型區域和P型區域，N型區域形成N+a-si/i-a-si/N-c-si/N+c-si異質結結構，P型區域形成N+a-si/i-a-si/N-c-si/N+c-si/i-a-si/P-a-si異質結結構，具有更好的光譜響應，太陽光在電池內傳播光程更長，電池較常規晶矽太陽能電池厚度大大減薄；電極全部印刷在電池背面，即避免了常規太陽能電池正面電極遮光的問題，大大提高太陽能電池的轉化效率；低溫燒結工藝大大簡化生產工藝、降低生產成本，適用於產業化生產。
文檔編號H01L31/0224GK202210533SQ201120194000
公開日2012年5月2日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者任現坤, 劉鵬, 姜言森, 張春豔, 張黎明, 徐振華, 李玉花, 楊青天, 王兆光, 程亮, 高巖 申請人:山東力諾太陽能電力股份有限公司