一種背結晶硅異質結太陽電池及其制備方法
【專利摘要】一種背結晶硅異質結雙面太陽電池及制備方法，其結構從迎光面開始依次為：迎光面柵線狀電極、高透過率減反射薄膜、重摻雜晶體硅背場層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重摻雜非晶硅薄膜發射極、透明導電薄膜層，背光面柵線狀電極。首先硅片制絨清洗，然后依次制備重摻雜晶體硅背場層、高透過率減反射薄膜、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、重摻雜非晶硅薄膜發射極、透明導電薄膜層、背光面柵線狀電極制備。相對于雙面異質結HIT結構，本發明可增大太陽電池的短路電流，減少串聯電阻，獲得更高轉換效率，減少了至少一半甚至全部ITO用量，減少了部分銀用量，與現行晶體硅太陽電池產線技術兼容。
【專利說明】
一種背結晶硅異質結太陽電池及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于太陽電池和半導體器件技術領域。涉及太陽電池的結構設計和制造技術。
【背景技術】
[0002]晶硅異質結太陽電池的典型代表為日本松下公司的基于η型硅片的雙面異質結HIT結構，該結構的問題主要有: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相比于常規晶硅太陽電池消耗了雙倍的銀量以及大量的ITO稀缺高價材料，且即使如此，該類太陽電池的串聯電阻相比于常規晶硅太陽電池仍然較大;3)制備技術與現有晶硅太陽電池產線技術幾乎不兼容，導致生產技術需全部革新，技術換代成本高。
[0003]通過器件結構的創新減少光吸收損耗，并且減少貴重金屬銀和ITO材料的消耗將有助于提升太陽電池的轉換效率，降低成本。且如果能充分利用現有常規太陽電池產線設備和已有技術儲備，將更加有利于太陽電池生產技術的更新過渡。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種背結晶體硅異質結太陽電池結構以及配套的生產技術方法。
[0005]本發明所述的一種背結晶硅異質結太陽電池，其結構從迎光面開始依次為:迎光面柵線狀電極、高透過率減反射薄膜、重摻雜晶體硅背場層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重摻雜非晶硅薄膜發射極、金屬薄膜導電反射層、背面金屬主柵線。
[0006]本發明所述的一種背結晶硅異質結太陽電池的制備方法為:硅片的制絨清洗，重摻雜晶體硅背場層的制備，高透過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，重摻雜非晶硅薄膜發射極的制備，金屬薄膜導電反射層制備、背面金屬主柵線制備。
[0007]進一步，為提高硅片的背光面再次清洗的效果，優選在硅片的制絨清洗后在硅片的背光面預先沉積一層氧化硅保護膜，所述氧化硅保護膜在硅片的背光面再次清洗步驟中予以去除。
[0008]本發明所述的一種背結晶硅異質結太陽電池，各部分的優選材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜，重摻雜非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發射極，鋁薄膜導電反射層，銀或銅主柵線。
[0009]本發明上述優選材料構成的背結晶硅異質結太陽電池的制備方法為: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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線或絲網印刷低溫銀漿或者銅漿并烘干背面主柵線，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0010]進一步，上述的制備方法中，優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步驟中予以去除。
[0011]本發明所述的一種背結晶體硅異質結太陽電池和制備方法，適用于厚度20-200微米的娃片，且優選80-180微米厚的薄娃片。
[0012]本發明為減少重摻雜非晶硅基薄膜與鋁薄膜導電反射層間的接觸電阻，在兩層結構之間可插入減少兩層結構的接觸電阻的薄膜，優選一層1-100納米的導電氧化物薄膜或鈦/鈀復合電極或其它高導電性薄膜。
[0013]本發明相對于雙面異質結HIT結構，增大太陽電池的短路電流，獲得更高轉換效率，避免稀缺高價ITO材料的使用，減少貴重金屬銀用量;設計新型器件的制造技術路線，使之與現行晶體硅太陽電池產線技術兼容，減少設備成本。
[0014]本發明的技術效果:本發明采用重摻雜晶體硅層作為非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的背場，并對其采用氮化硅作為該面的鈍化減反射層，配以高溫燒結的銀柵線作為電極，將該新型結構用作太陽電池的迎光面，減少了非晶硅/晶體硅太陽電池的光吸收損耗和背場面的串聯電阻，減少了該類太陽電池貴重原材料ITO的消耗。將非晶硅/晶體硅異質結的重摻雜發射極部分放置于太陽電池的背面，以保留其高內建電勢的優點，但采用鋁導電反射薄膜和銀柵線結構在保證導電性的情況下省去了 ITO的用量、減少了銀的用量且通過背面反射的作用進一步增加了太陽電池的短路電流。設計了新型太陽電池結構的整套制造技術路線，保證了其大規模產業化生產的可行性、與現有晶硅太陽電池產線的兼容和低制造成本。
【具體實施方式】
[0015]本發明將通過以下實施例作進一步說明。
[0016]實施例1。
[0017]—種背結晶硅異質結太陽電池，各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重摻雜非晶硅薄膜發射極，鋁薄膜導電反射層，銀主柵線。上述材料構成的采用180微米厚的η型硅片太陽電池結構的制造技術方案為: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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0018]本結構相比于雙面異質結HIT結構具有更高的短路電流，從而具有更高的轉換效率。省卻了全部ITO的用量，和部分銀耗量;約半數產線設備采用現有晶硅電池產線所采用的設備，價格便宜，技術兼容性好，大大降低了設備的成本投入。
[0019]實施例2。
[0020]—種背結晶硅異質結太陽電池，各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重摻雜非晶硅薄膜發射極，鋁薄膜導電反射層，銀主柵線。上述材料構成的采用100微米厚的η型硅片太陽電池結構的制造技術方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發射極一面沉積一層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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶氧化硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用絲網印刷法印刷低溫銀漿主柵線并烘干，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0021]本結構相比于雙面異質結HIT結構具有更高的短路電流，從而具有更高的轉換效率。省卻了全部ITO的用量，和部分銀耗量;約半數產線設備采用現有晶硅電池產線所采用的設備，價格便宜，技術兼容性好，大大降低了設備的成本投入。
[0022]實施例3。
[0023]—種背結晶娃異質結太陽電池的結構，各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重摻雜非晶硅薄膜發射極，鋁薄膜導電反射層，銅主柵線。上述材料構成的采用100微米厚的η型硅片太陽電池結構的制造技術方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發射極一面沉積一層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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用絲網印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0024]本結構相比于雙面異質結HIT結構具有更高的短路電流，從而具有更高的轉換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數銀耗量;約半數產線設備采用現有晶硅電池產線所采用的設備，價格便宜，技術兼容性好，大大降低了設備的成本投入。
[0025]實施例4。
[0026]—種背結晶硅異質結太陽電池，各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重摻雜非晶硅薄膜發射極，20納米高導電性氧化物薄膜，鋁薄膜導電反射層，銅主柵線。上述材料構成的采用100微米厚的η型硅片太陽電池結構的制造技術方案為:硅片的制絨清洗，采用PVD法在擬沉積發射極一面沉積一層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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅薄膜發射極，采用PVD法沉積高導電性氧化物薄膜，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用絲網印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0027]本結構相比于雙面異質結HIT結構具有更高的短路電流，從而具有更高的轉換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數銀耗量;約半數產線設備采用現有晶硅電池產線所采用的設備，價格便宜，技術兼容性好，大大降低了設備的成本投入。
[0028]實施例5。
[0029]—種背結晶硅異質結太陽電池，各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極，氮化硅薄膜鈍化減反射層，重摻雜η型晶體硅背場層，η型晶體硅片，本征非晶硅薄膜，重摻雜非晶硅薄膜發射極，5納米鈦薄膜，鋁薄膜導電反射層，銅主柵線。上述材料構成的采用160微米厚的η型硅片太陽電池結構的制造技術方案為: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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鈦薄膜，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用絲網印刷法印刷低溫銅漿主柵線并烘干，對硅片邊緣進行防漏電處理。
[0030]本結構相比于雙面異質結HIT結構具有更高的短路電流，從而具有更高的轉換效率。省卻了全部ITO的用量，和半數銀耗量;約半數產線設備采用現有晶硅電池產線所采用的設備，價格便宜，技術兼容性好，大大降低了設備的成本投入。
【主權項】
1.一種背結晶硅異質結太陽電池，其特征是其結構從迎光面開始依次為:迎光面柵線狀電極、高透過率減反射薄膜、重摻雜晶體硅背場層、硅片、本征非晶硅基薄膜鈍化層、重摻雜非晶硅薄膜發射極、金屬薄膜導電反射層、背面金屬主柵線。2.根據權利要求1所述的背結晶硅異質結太陽電池，其特征是其結構的各部分的材料構成從迎光面依次為:柵線狀銀電極、氮化硅薄膜鈍化減反射層、重摻雜η型晶體硅背場層、η型晶體硅片、本征非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜、重摻雜非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發射極、鋁薄膜導電反射層、銀或銅主柵線。3.根據權利要求1所述的背結晶體硅異質結太陽電池，其特征是所用硅片厚度為20-200微米。4.根據權利要求1或3所述的背結晶體硅異質結太陽電池，其特征是所用硅片厚度為80-180微米。5.根據權利要求1所述的背結晶體硅異質結太陽電池，其特征是在重摻雜非晶硅基薄膜與鋁薄膜導電反射層間插入減少兩層結構的接觸電阻的薄膜。6.根據權利要求1或5所述的背結晶體硅異質結太陽電池，其特征是在重摻雜非晶硅基薄膜與鋁薄膜導電反射層間插入一層1-100納米的導電氧化物薄膜或鈦/鈀復合電極或其它高導電性薄膜。7.權利要求1所述的背結晶硅異質結太陽電池的制備方法，其特征是按以下步驟:硅片的制絨清洗，重摻雜晶體硅背場層的制備，高透過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，重摻雜非晶硅薄膜發射極的制備，金屬薄膜導電反射層制備、背面金屬主柵線制備。8.根據權利要求7所述的背結晶硅異質結太陽電池的制備方法，其特征是按權利要求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散源進行高溫擴散制造重摻雜η型晶體硅背場層，去除擴散源層并進行硅片清洗，PECVD法制造氮化硅薄膜鈍化減反射層，絲網印刷高溫銀漿并烘干燒結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、重摻雜非晶硅或非晶亞氧化硅薄膜發射極，采用PVD法沉積鋁薄膜導電反射層，采用PVD法沉積純銀主柵線或絲網印刷低溫銀漿或者銅漿并烘干背面主柵線，對硅片邊緣進行防漏電處理。9.根據權利要求7或8所述的背結晶硅異質結太陽電池的制備方法，其特征是在硅片的制絨清洗后，在硅片的背光面預先沉積一層氧化硅保護膜，該層氧化硅保護膜在硅片的背光面再次清洗步驟中予以去除。
【文檔編號】H01L31/0224GK105932075SQ201610311943
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】黃海賓, 周浪, 高超, 岳之浩, 袁吉仁, 孫喜蓮
【申請人】南昌大學