CN106449850B - 一种高效硅基异质结双面电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效硅基异质结双面电池及其制备方法，其中所述一种高效硅基异质结双面电池，包括：N型硅片；在所述N型硅片的正面依序设有第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型掺杂非晶硅层、透明导电膜层、金属栅线电极；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；在所述N型硅片的反面依序设有第三本征非晶硅层、N型掺杂非晶硅层、透明导电膜层，金属栅线电极。本发明通过的第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层分别在不同的腔室内制备完成，第一本征非晶硅层的制备温度比第二本征非晶硅层的制备温度高，从而使得第二本征非晶硅层具有相对较宽的电子带隙，其对应于晶体硅的禁带宽度，因此可作为阻挡层利用带宽的差异阻挡电子扩散到发射极，减少了电子与空穴的复合，从而提高了电池片的电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种高效硅基异质结双面电池及其制备方法。
背景技术
薄膜太阳能电池是在基板上沉积很薄的光电材料形成的一种太阳能电池。薄膜太阳能电池弱光条件下仍可发电，其生产过程能耗低，具备大幅度降低原料和制造成本的潜力，因此，市场对薄膜太阳能电池的需求正逐渐增长，而薄膜太阳能电池技术更是成为近年来的研究热点。其中提高光电转换效率，降低成本是太阳能行业的终极目标。
近年来随着硅材料的成本降低，使硅基太阳能电池更有吸引力。为了提高硅基太阳能电池的转换效率：其中两种技术已被广泛研究并应用于大规模生产。一个是移除前格栅和汇流条，集成发射极和集电极至背面整合，称为交指背接触电极(IBC)；另一个是基于异质结技术来增加开路电压，主要是因为薄膜非晶硅的电子带隙比晶体硅更高。薄膜硅含有氢，通常是通过化学气相沉积的方法沉积至晶体硅片的表面，其厚度小于10nm，用来钝化硅表面的悬挂键。异质结技术的优点是形成PN结的工艺简单，外观看正反结构对称，因此正反两面均可吸光，通过优化电池片的放置角度，反面也可吸收环境中的散射光用于增加短路电流，使得电池片输出功率可增加10～20％。
晶硅异质结太阳能电池通常采用N型晶体硅作为衬底，主要是因为N型晶体硅含杂质少，普遍少子寿命高，其与P型非晶硅膜层因接触形成的PN结内的自建电场高，所以更容易获得电池片的高开压。由于自建电场高，也更容易分离PN结内及晶体硅中产生的载流子即电子和空穴，但是由于电子的扩散作用，电子也会向发射极移动，从而造成电子与空穴在发射极区的复合，减少了电池片的短路电流，降低了电池片的光电转换效率即输出功率。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种高效硅基异质结双面电池及其制备方法，其可以很好的防止载流子中的电子扩散到发射极区，减少电子与空穴的复合，从而增加了电池片的短路电流。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效硅基异质结双面电池，包括：N型硅片；在所述N型硅片的正面依序设有第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型掺杂非晶硅层、透明导电膜层、金属栅线电极；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；在所述N型硅片的反面依序设有第三本征非晶硅层、N型掺杂非晶硅层、透明导电膜层，金属栅线电极。
优选的，所述第二本征非晶硅膜层的厚度小于1nm，第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的厚度分别为5-10nm，所述P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层的厚度分别为5-10nm，设在N型硅片正面的透明导电膜的厚度为70-110nm，设在N型硅片反面的透明导电膜的厚度为25-110nm。
本发明还提供了一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，包括以下步骤：提供一N型硅片；在第一温度条件下，在N型硅片的正反两面上分别通过化学气相沉积法，沉积第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层；在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层，所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积透明导电膜；在N型硅片的正反两面的透明导电膜上形成金属栅线电极。
优选的，所述在N型硅片的正反两面上分别通过化学气相沉积法沉积第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层具体为：在第一温度条件下，将N型硅片放置反应腔中，往反应腔中通入SiH4和H2的混合气体，通过化学气相沉积法在N型硅片的正反两面上依次沉积形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层。
优选的，所述在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层具体为：将形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的N型硅片放入第一掺杂腔内，往第一掺杂腔中通入SiH4、H2以及含掺杂剂的气体，由此在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层。
优选的，所述在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层具体为：在第二温度条件下，将在第三本征非晶硅层上形成N型掺杂非晶硅层的N型硅片放入第二掺杂腔内，先在第二掺杂腔内通入SiH4和H2的混合气体，通过化学气相沉积的方法在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层后；继续通入SiH4和H2的混合气体，并且同步通入含掺杂剂的气体，在第二本征非晶硅膜层上形成P型掺杂非晶硅层。
优选的，所述掺杂剂为P或B。
优选的，所述第一温度为150-250℃，所述第一温度比第二温度高至少20℃。
本发明还提供另一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，包括以下步骤：提供一N型硅片；在第一温度条件下，在N型硅片的反面上通过化学气相沉积法分别沉积第三本征非晶硅膜层；在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；在N型硅片的正面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第一本征非晶硅膜层；在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积透明导电膜；在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时形成金属栅线电极。
本发明还提供另一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，包括以下步骤：提供一N型硅片；在第一温度条件下，在N型硅片的正面上通过化学气相沉积法分别沉积第一本征非晶硅膜层；在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；在N型硅片的反面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第三本征非晶硅膜层；在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积的方式形成透明导电膜；在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时形成金属栅线电极。
本发明采用以上技术方案，通过在所述N型硅片的一面设有第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层，而且第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层分别在不同的腔室内制备完成，第一本征非晶硅层的制备温度比第二本征非晶硅层的制备温度高，从而使得第二本征非晶硅层具有较大的电子带隙，因此可以用来作为阻挡层来阻挡电子扩散到发射极，减少了电子与空穴的复合，从而提高了电池片的电学性能，增加了电池片的光电转换效率即输出功率。
附图说明
图1为本发明高效硅基异质结双面电池的结构示意图；
图2为本发明的制备方法实施例一的流程示意图；
图3为本发明的制备方法实施例二的流程示意图；
图4为本发明的制备方法实施例三的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明公开了一种高效硅基异质结双面电池，其包括：
N型硅片1；
在所述N型硅片1的正面依序设有第一本征非晶硅层2、第二本征非晶硅层3、P型掺杂非晶硅层4、透明导电膜层5、金属栅线电极6；
在所述N型硅片的反面依序设有第三本征非晶硅层7、N型掺杂非晶硅层8、透明导电膜层9、金属栅线电极10。
其中，所述第二本征非晶硅层3的电子带隙大于第一本征非晶硅层2。所述第二本征非晶硅膜层的厚度小于1nm，第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的厚度分别为5-10nm，所述N型掺杂非晶硅层和P型掺杂非晶硅层的厚度分别为5-10nm，设在N型硅片正面的透明导电膜的厚度为70-110nm，设在N型硅片反面的透明导电膜的厚度为25-110nm。
本发明中所述的N型硅片可以为单晶硅片或者多晶硅片，本发明的电池在太阳光的照射下，会在其PN结中及衬底的N-型晶体硅里产生大量的电子与空穴，通常PN结中的自建电场会分离产生的电子与空穴。对于N-型晶体硅，其少子为空穴，因此空穴向受光面移动，而多子电子会向相反的方向移动而产生电流。但是由于电子扩散的作用，部分电子也会向受光面移动，从而增加了电子与空穴在PN结区的复合几率，造成电子的流失，降低了电池片的短路电流。本发明通过在第一本征非晶硅层2增加第二本征非晶硅层3，且第二本征非晶硅层3的电子带隙大于第一本征非晶硅层2，因此可以用来作为阻挡层来阻挡电子扩散到PN结区，即发射极，减少了电子与空穴的复合，从而提高了电池片的电学性能，增加了电池片的光电转换效率即输出功率。
实施例一：
如图2所示，本发明公开了一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，其包括以下步骤：
S101:提供一N型硅片；
S102:在第一温度条件下，在N型硅片的正反两面上分别通过化学气相沉积法分别沉积第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层；
S103:在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
S104:在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；
S105：分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD(物理气相沉积法)磁控溅射沉积的方式沉积透明导电膜；
S106：在两面的透明导电膜上同时电镀金属栅线电极。
具体的步骤可以如下：
步骤1：提供一N型硅片，对N型硅片清洗和制绒，然后在150-220℃温度条件下，将N型硅片放置反应腔中，往反应腔中通入SiH4和H2的混合气体，其中H2的含量为5至20％，通过化学气相沉积的方法在N型硅片的两面上沉积形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层。
步骤2：将形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的N型硅片放入第一掺杂腔内，往第一掺杂腔中通入SiH4、H2以及含掺杂剂P的气体，由此在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
步骤3：在比150-220℃至少低20℃的温度条件下，将在第三本征非晶硅层上形成N型掺杂非晶硅层的N型硅片放入第二掺杂腔内，先在第二掺杂腔内通入SiH4和H2的混合气体，通过化学气相沉积法在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层；继续通入SiH4和H2气体，并且同步通入含掺杂剂B的气体，在第二本征非晶硅膜层上形成P型掺杂非晶硅层；
步骤4：在受光面的P型掺杂非晶硅层和背光面的N型掺杂非晶硅层上分别通过PVD磁控溅射的方法生成透明导电膜层和金属叠层，然后再在金属叠层上进行干膜掩膜、曝光、显影后形成金属栅线图案；之后通过电镀的方法对漏出的金属栅线图案加厚。
步骤5：去除掉干膜，并对金属叠层进行选择性腐蚀，金属叠层未被加厚的区域会漏出透明导电膜层，从而在表面形成金属栅线图案，至此完成电池制备。
实施例二：
如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中其主要是先制备N型硅片其中一面的第三本征非晶硅膜层和N型掺杂非晶硅层，然后再制备另外一面的第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层，最后制备透明导电膜层及金属栅线电极，其具体包括以下步骤：
S201：提供一N型硅片；
S202：在第一温度条件下，在N型硅片的反面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第三本征非晶硅膜层；
S203：在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
S204：在N型硅片的正面上通过化学气相沉积法分别沉积第一本征非晶硅膜层；
S205：在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；
S206：分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积的方式形成透明导电膜；
S207：在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时电镀金属栅线电极。
所述第一温度比第二温度高至少20℃。
实施例三：
如图4所示，与实施例一不同的是，本实施例中其主要是先制备N型硅片其中一面的第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层和P型掺杂非晶硅层，然后再制备另一面的第三本征非晶硅膜层和N型掺杂非晶硅层，最后制备透明导电膜层及金属栅线电极，其具体包括以下步骤：
S301：提供一N型硅片；
S302：在第一温度条件下，在N型硅片的正面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第一本征非晶硅膜层；
S303：在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；
S304：在N型硅片的反面上通过化学气相沉积法分别沉积第三本征非晶硅膜层；
S305：在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
S306：分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积的方式形成透明导电膜；
S307：在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时电镀金属栅线电极。
所述第一温度比第二温度高至少20℃。
本发明在N型基板的正反两面都设有金属栅线电极，这样使得电池片的正，反两面均可吸光，增加电池片的输出功率，通过在所述N型硅片的一面设有第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层，而且第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层分别在不同的腔室内制备完成，第一本征非晶硅层的制备温度比第二本征非晶硅层的制备温度高，从而使得第二本征非晶硅层具有较大的电子带隙，因此可以用来作为阻挡层来阻挡电子扩散到PN结区，即发射极，减少了电子的流失，提高了光电转换效率。其中，本发明公开的“硅基异质结双面电池片技术”，英文为“Silicon-based Heterojunction Double-sided Solar CellTechnology”,简写为“HDT”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效硅基异质结双面电池，其特征在于：包括：
N型硅片；
在所述N型硅片的正面依序设有第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型掺杂非晶硅层、透明导电膜层、金属栅线电极；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；
在所述N型硅片的反面依序设有第三本征非晶硅层、N型掺杂非晶硅层、透明导电膜层，金属栅线电极。
2.根据权利要求1所述的高效硅基异质结双面电池，其特征在于：所述第二本征非晶硅膜层的厚度小于1nm，第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的厚度分别为5-10nm，所述P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层的厚度分别为5-10nm，设在N型硅片正面的透明导电膜的厚度为70-110nm，设在N型硅片反面的透明导电膜的厚度为25-110nm。
3.一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一N型硅片；
在第一温度条件下，在N型硅片的正反两面上分别通过化学气相沉积法，沉积第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层；
在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层，所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；
分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积透明导电膜；
在N型硅片的正反两面的透明导电膜上形成金属栅线电极。
4.根据权利要求3所述高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于：所述在N型硅片的正反两面上分别通过化学气相沉积法沉积第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层具体为：在第一温度条件下，将N型硅片放置反应腔中，往反应腔中通入SiH4和H2的混合气体，通过化学气相沉积法在N型硅片的正反两面上依次沉积形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层。
5.根据权利要求3所述高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于：所述在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层具体为：将形成第一本征非晶硅膜层和第三本征非晶硅膜层的N型硅片放入第一掺杂腔内，往第一掺杂腔中通入SiH4、H2以及含掺杂剂的气体，由此在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层。
6.根据权利要求3所述高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于：所述在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层具体为：在第二温度条件下，将在第三本征非晶硅层上形成N型掺杂非晶硅层的N型硅片放入第二掺杂腔内，先在第二掺杂腔内通入SiH4和H2的混合气体，通过化学气相沉积的方法在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层后；继续通入SiH4和H2的混合气体，并且同步通入含掺杂剂的气体，在第二本征非晶硅膜层上形成P型掺杂非晶硅层。
7.根据权利要求5或6所述高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于：所述掺杂剂为P或B。
8.根据权利要求3所述高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于：所述第一温度为150-250℃，所述第一温度比第二温度高至少20℃。
9.一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一N型硅片；
在第一温度条件下，在N型硅片的反面上通过化学气相沉积法分别沉积第三本征非晶硅膜层；
在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
在N型硅片的正面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第一本征非晶硅膜层；
在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；
分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积透明导电膜；
在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时形成金属栅线电极。
10.一种高效硅基异质结双面电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一N型硅片；
在第一温度条件下，在N型硅片的正面上通过化学气相沉积法分别沉积第一本征非晶硅膜层；
在第二温度条件下，在第一本征非晶硅膜层上沉积第二本征非晶硅膜层和P型掺杂非晶硅层；所述第二本征非晶硅层的电子带隙大于第一本征非晶硅层；
在N型硅片的反面上通过化学气相沉积的方法分别沉积第三本征非晶硅膜层；
在第三本征非晶硅层上沉积N型掺杂非晶硅层；
分别在P型掺杂非晶硅层和N型掺杂非晶硅层上通过PVD磁控溅射沉积的方式形成透明导电膜；
在N型硅片的正反两面的透明导电膜上同时形成金属栅线电极。
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