一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构及其制备方法。


背景技术：

2.随着太阳能电池技术的发展，高效电池的开发越来越受重视。其中用非晶硅本征层(a-si:h(i))钝化的硅基异质结太阳电池(hjt电池)是重点的研究方向之一。众所周知，硅基异质结太阳电池不仅有高的转化效率、高的开路电压，而且具有低的温度系数、无光致衰减(lid)、无电致衰减(pid)、低的制备工艺温度等优势。另外硅基异质结电池在保证高转化效率的同时，硅片厚度可减薄至100μm，有效减少了硅料耗量，并可用来制备可弯曲电池组件。
3.对于hjt电池而言，非晶硅起到钝化、形成p-n结的关键作用，对于hjt电池的转换效率起到决定性作用，因此，制备优异的非晶硅薄膜是获得高效hjt电池的关键技术。
4.非晶硅具备优异钝化性能，显著提高了hjt的开路电压，这也是hjt电池效率高的关键。非晶硅薄膜在带来优势的同时，也有内在的限制。由于非晶硅薄膜对太阳光的吸收率较高，光透过非晶硅薄膜到达硅基底的比例大幅减小，因而hjt电池对太阳光利用率降低，电池短路电流低于常规perc电池。这也是限制hjt电池效率进一步提高的主要因素。
5.基于此，现有技术确实有待于改进。


技术实现要素：

6.本发明需解决的技术问题是现有技术中的hjt电池效率不高的问题。
7.为了解决上述问题，本发明提供一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构及其制备方法，其采用的技术方案如下：
8.根据本发明的第一技术方案，提供了一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构，包括硅衬底，所述硅衬底的一面依次叠加设置正面本征非晶硅层、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层、正面tco层，所述硅衬底的另一面依次叠加设置背面本征非晶硅层、背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层、背面tco层，在所述正面本征非晶硅层和所述正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层之间设置正面本征微晶硅/纳米晶硅层，和/或在所述背面本征非晶硅层和所述背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层之间设置背面本征微晶硅/纳米晶硅层。
9.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述正面tco层厚度为50-150nm。
10.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层厚度为2-20nm。
11.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述正面本征微晶硅/纳米晶硅层厚度为0.1-500nm。
12.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述正面本征非晶硅层厚度为0.1-10nm。
13.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述硅衬底厚度为50-250μm。
14.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述背面tco层厚度为50-150nm。
15.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层厚度为3-30nm。
16.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述背面本征微晶硅/纳米晶硅层厚度为0.1-500nm。
17.上述新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构中，所述背面本征非晶硅层厚度为0.1-20nm。
18.根据本发明的第二技术方案，提供了如上所述的新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的制备方法，包括以下步骤：
19.步骤1、对n型厚度为50-250μm，长宽为166*166mm的单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
20.步骤2、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层，正面本征非晶硅厚度为0.1-10nm，正面本征微晶硅厚度为0.1-500nm；背面本征非晶硅厚度为0.1-20nm；
21.步骤3、选取n型非晶硅膜为受光面掺杂层，使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅层，厚度为2-20nm；
22.步骤4、使用等离子体化学气相沉积制备背面p型非晶硅层，厚度为3-30nm；
23.步骤5、使用磁控溅射方法沉积正背面tco导电膜，厚度50-150nm；
24.步骤6、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.1mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为50μm，线数为100；
25.步骤7、烧结使金属与tco层之间形成良好的导电接触。
26.本发明的有益效果是：在hjt电池表面叠加本征微晶硅/纳米晶硅层，本征微晶硅/纳米晶硅层可作为非晶硅薄膜电池的光敏层，将光能转化为电能，同时本征微晶硅/纳米晶硅层透过率高于本征非晶硅层，对于500-1150nm的光波可以更多的入射到硅衬底。因此，本发明可以提高200-1150光波段的综合利用率，从而提高电池光电转化效率。
附图说明
27.图1示出了根据现有技术的一种hjt电池的结构示意图。
28.图2示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。
29.图3示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。
30.图4示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。
31.图中，100为硅衬底，200为正面本征非晶硅层，300为正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层，400为正面tco层，500为背面本征非晶硅层，600为背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层，700为背面tco层，800为正面本征微晶硅/纳米晶硅层，900为背面本征微晶硅/纳米晶硅层。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
34.图1示出了根据现有技术的一种hjt电池的结构示意图。如图1所示，一种hjt电池，包括硅衬底100，所述硅衬底100的一面依次叠加设置正面本征非晶硅层200、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300、正面tco层400，所述硅衬底100的另一面依次叠加设置背面本征非晶硅层500、背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600、背面tco层700。注意，本文中所提出的掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层表示的是其掺杂层可以是单一的掺杂微晶硅层或纳米晶硅层或非晶硅层，也可以是微晶硅层、纳米晶硅层以及非晶硅层中任一组合而成，例如，微晶硅层叠加纳米晶硅层或者纳米晶硅层叠加非晶硅层或者三层以任意顺序叠加等等，本发明实施例对此不作具体限制。而，正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300表示的是电池的受光面，可以理解的，背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600表示的是电池的背光面。
35.为了提升电池的光电转换效率，本发明实施例对如图1所示的hjt电池进行了改进，提供了一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构。该新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构在hjt电池的结构基础上，在所述正面本征非晶硅层200和所述正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300之间设置正面本征微晶硅/纳米晶硅层800，和/或在所述背面本征非晶硅层500和所述背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600之间设置背面本征微晶硅/纳米晶硅层900。需要注意的是，本文中所述的微晶硅/纳米晶硅层表示的是其可以是单一的微晶硅层或纳米晶硅层，其也可以是由微晶硅层和纳米晶硅层以任意顺序叠加形成，例如，在微晶硅层上叠加纳米晶硅层，或者在纳米晶硅层上叠加微晶硅层等等，本发明实施例对此不作具体限制。本实施例中的微晶-晶硅叠层异质结电池结构具有较高的光吸收系数，特别是在200-600nm的光波段，而晶硅太阳电池对500-1150nm的光波段利用率较高，因此提高了电池光电转化效率。
36.图2示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。如图2所示，本发明的一个实施例，提供了一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构。该微晶-晶硅叠层异质结电池结构包括硅衬底100，所述硅衬底100的一面依次叠加设置正面本征非晶硅层200、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300、正面tco层400，所述硅衬底100的另一面依次叠加设置背面本征非晶硅层500、背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600、背面tco层700，在所述正面本征非晶硅层200和所述正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300之间设置正面本征微晶硅/纳米晶硅层800。
37.图3示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。如图3所示，本发明的一个实施例，提供了一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构。该微晶-晶硅叠层异质结电池结构包括硅衬底100，所述硅衬底100的一面依次叠加设置正面本征非晶硅层200、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300、正面tco层400，所述硅衬
底100的另一面依次叠加设置背面本征非晶硅层500、背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600、背面tco层700，在所述背面本征非晶硅层500和所述背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600之间设置背面本征微晶硅/纳米晶硅层900。
38.图4示出了根据本发明实施例的一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构的结构示意图。如图4所示，本发明的一个实施例，提供了一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构。该微晶-晶硅叠层异质结电池结构包括硅衬底100，所述硅衬底100的一面依次叠加设置正面本征非晶硅层200、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300、正面tco层400，所述硅衬底100的另一面依次叠加设置背面本征非晶硅层500、背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600、背面tco层700，在所述正面本征非晶硅层200和所述正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300之间设置正面本征微晶硅/纳米晶硅层800，以及在所述背面本征非晶硅层500和所述背面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层600之间设置背面本征微晶硅/纳米晶硅层900。
39.表1.微晶-晶硅叠层异质结电池结构各层厚度的取值范围
[0040][0041][0042]
表1示出了本发明各个实施例中的微晶-晶硅叠层异质结电池结构各层厚度的取值范围。如表1所示，本领域技术人员可根据实际需求，合理地在本发明实施例所提供的范围内选择合适的厚度来制备对应的微晶-晶硅叠层异质结电池，本发明实施例对具体的厚度值不作限定。表1中，正面本征非晶硅层200、正面本征微晶硅/纳米晶硅层800、正面掺杂微晶硅/纳米晶硅/非晶硅层300、正面tco层400组成正面膜层。该正面膜层为太阳电池受光面。
[0043]
下面将结合微晶-晶硅叠层异质结电池的制备方法以及hjt电池的制备方法来进一步解释说明微晶-晶硅叠层异质结电池结构的性能效果。
[0044]
通过以下步骤来制备一种现有技术中的hjt电池结构：
[0045]
a、对n型厚度为150μm，长宽为166*166mm的单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
[0046]
b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为8nm；
[0047]
c、选取n型掺杂非晶硅膜为受光面掺杂层。使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅层，厚度为8nm；
[0048]
d、使用等离子体化学气相沉积制备背面p型非晶硅层，厚度10nm；
[0049]
e、使用磁控溅射方法沉积正背面tco导电膜，厚度80nm；
[0050]
f、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.1mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为50μm，线数为100；
[0051]
g、烧结使金属与tco层之间形成良好的导电接触。
[0052]
h、测试电池的电性能。
[0053]
通过以下步骤来制备如本发明实施例所述的微晶-晶硅叠层异质结电池：
[0054]
a、对n型厚度为150μm，长宽为166*166mm的单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
[0055]
b、通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层，正面本征非晶硅厚度为2nm，正面本征微晶硅厚度为10nm；背面本征非晶硅厚度为8nm；
[0056]
c、选取n型非晶硅膜为受光面掺杂层。使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅层，厚度为8nm；
[0057]
d、使用等离子体化学气相沉积制备背面p型非晶硅层，厚度为10nm；
[0058]
e、使用磁控溅射方法沉积正背面tco导电膜，厚度80nm；
[0059]
f、通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为0.1mm，主栅数目为9，正背面银副栅线宽度为50μm，线数为100；
[0060]
g、烧结使金属与tco层之间形成良好的导电接触。
[0061]
h、测试电池的电性能。
[0062]
表2.电性能对比表
[0063][0064]
表2示出了按照上述方法制备出d-hjt电池(微晶-晶硅叠层异质结电池)以及hjt电池的电性能对比，可以看出效率提高在0.2％(abs)，主要表现在短路电流和开路电压的提升。电流的提升主要得益于受光面微晶薄膜电池提高了光的综合利用率；开压的提升主要得益于叠层电池的特性，d-hjt结构可进一步提升电池光电转换效率。
[0065]
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。