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一种异质结太阳电池及其制备工艺

阅读:766发布:2021-04-13

专利汇可以提供一种异质结太阳电池及其制备工艺专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 异质结 太阳 电池 及其制备工艺,异质结太阳电池包括:N型单晶 硅 片 、本征非晶硅膜层一、N型非晶硅膜层、本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层、 导电性 薄膜 层和金属 电极 ,N型单晶 硅片 的 正面 依次沉积本征非晶硅膜层一、N型非晶硅膜层,N型 单晶硅 片的背面依次沉积本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层;本征N型非晶硅层和本征P型非晶硅层的外侧均沉积有导电性薄膜层,导电性薄膜层的外侧均印刷有金属电极。本发明导电性薄膜层结构导电层面积较大,掩膜区域宽度较小,且不容易出现绕 镀 的现象,不会 覆盖 N型硅片的边缘导致异质结 短路 ,不需要考虑短接导致漏 电流 过高的情况,从而有利于提升异质结 太阳能 电池的转换效率。,下面是一种异质结太阳电池及其制备工艺专利的具体信息内容。

1.一种异质结太阳电池,其特征在于,包括:N型单晶片、本征非晶硅膜层一、N型非晶硅膜层、本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层、导电性薄膜层和金属电极,其中,所述N型单晶硅片正面依次沉积所述本征非晶硅膜层一、所述N型非晶硅膜层,所述N型单晶硅片的背面依次沉积所述本征非晶硅膜层二、所述P型非晶硅膜层;所述本征N型非晶硅层和所述本征P型非晶硅层的外侧均沉积有导电性薄膜层,所述导电性薄膜层的外侧均印刷有金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳电池,其特征在于,所述N型单晶硅片经制绒清洗,形成表面织构化绒面结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种异质结太阳电池,其特征在于,所述本征非晶硅膜层一、所述本征非晶硅膜层二厚度均为5~20nm;所述N型非晶硅膜层厚度为5~30nm,所述P型非晶硅膜层厚度为5~20nm。
4.根据权利要求1所述的一种异质结太阳电池,其特征在于,所述导电性薄膜层的材料采用ITO、IWO或AZO,膜层厚度为60~120nm。
5.一种异质结太阳电池的制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
(1)通过溶液对N型单晶硅片进行制绒清洗,形成表面织构化绒面;
(2)对制绒清洗后的N型单晶硅片的正面依次沉积本征非晶硅膜层一、N型非晶硅膜层,背面依次沉积本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层;
(3)在N型非晶硅膜层和P型非晶硅膜层的表面沉积导电性薄膜层;
(4)在正面和背面的导电性薄膜层上印刷金属电极。
6.根据权利要求5所述的一种异质结太阳电池的制备工艺,其特征在于,步骤(2)中本征非晶硅膜层厚度为5~20nm,P型非晶硅膜层厚度为5~20nm,N型非晶硅膜层厚度为5~
30nm,其工艺温度为180~250℃,工艺时间为3~10min。
7.根据权利要求5所述的一种异质结太阳电池的制备工艺,其特征在于,步骤(3)中沉积导电性薄膜层的方法为:使用非载具支撑面进行单面沉积,然后将N型单晶硅片进行翻面,再次使用非载具支撑面二次沉积得到;或者使用点支撑或N型单晶硅片位置支撑的方式进行正背面同时沉积。
8.根据权利要求5或7所述的一种异质结太阳电池的制备工艺,其特征在于,还包括步骤(5)金属电极固化,其固化温度为0~200℃,固化时间为10~30min。
9.根据权利要求8所述的一种异质结太阳电池及其制备工艺,其特征在于,将制得的异质结太阳电池进行刻边处理,采用质量浓度比范围不低于5wt%的碱溶液进行边缘腐蚀,碱腐蚀的温度范围为30~85℃,时间为1~40min,去除后进行洗,水洗时不能接触导电层的正面,后进行烘干,烘干温度为40~70℃。
10.根据权利要求9所述的一种异质结太阳电池的制备工艺,其特征在于,还包括测试分选,将制得的异质结太阳电池在标准测试条件下进行测试,标准条件包括光源辐照度:
1000W/m2,测试温度:25±20℃,AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。

说明书全文

一种异质结太阳电池及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域,更具体的说是涉及一种异质结太阳电池及其制备工艺。

背景技术

[0002] 太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能半导体器件,在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流,通过电极将电能输出。随着太阳能电池生产技术不断进步,转换效率更有优势的高效电池的开发越来越受重视。其中用非晶本征层(a-Si:H(i))钝化表面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。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。
[0003] HJT电池具有双面性特征,正背面同时具有非晶硅层,并需要同时覆盖透明导电薄膜,但是在溅射沉积透明导电薄膜时,常规方式是使用带有凹槽的载具放置硅片,起到支撑硅片与形成掩膜区域的目的,但这样形成的导电薄膜层未区域过大,影响了双面透明导电薄膜面积,减少了太阳能电池一面的吸光面积和另一面的导电面积,带来了效率上的损失,如何突破现有技术改善导电层的性能,进一步提高HJT电池的量产效率,加速大面积产业化进程是HJT电池目前面临的挑战。
[0004] 常规HJT电池的透明导电薄膜掩膜区域过大,掩膜区域为导电薄膜边缘的未覆盖部分,相比于掩膜区域较小的电池片,掩膜区域过大会造成效率上的损失。目前形成的导电性薄膜层结构为单面存在或者双面均存在掩膜区域,其掩膜区域的宽度为1.5mm,但这样宽度的掩膜区域影响了双面透明导电薄膜面积,减少了太阳能电池一面的吸光面积和另一面的导电面积,从而降低了电池的短路电流及填充因子,进而带来了效率上的损失。
[0005] 因此,如何提供一种转换效率高的导电性薄膜层结构及其制备工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

[0006] 有鉴于此,本发明提供了一种异质结太阳电池及其制备工艺,导电性薄膜层结构导电层面积较大,掩膜区域宽度较小,且不容易出现绕镀的现象,不会覆盖N型硅片的边缘导致异质结短路,不需要考虑短接导致漏电流过高的情况,从而有利于提升异质结太阳能电池的转换效率。
[0007] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0008] 一种异质结太阳电池,包括:N型单晶硅片、本征非晶硅膜层一、N型非晶硅膜层、本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层、导电性薄膜层和金属电极,其中,
[0009] 所述N型单晶硅片的正面依次沉积所述本征非晶硅膜层一、所述N型非晶硅膜层,所述N型单晶硅片的背面依次沉积所述本征非晶硅膜层二、所述P型非晶硅膜层;所述本征N型非晶硅层和所述本征P型非晶硅层的外侧均沉积有导电性薄膜层,所述导电性薄膜层的外侧均印刷有金属电极。
[0010] 优选的,所述N型单晶硅片经制绒清洗,形成表面织构化绒面结构。
[0011] 优选的,所述本征非晶硅膜层一、所述本征非晶硅膜层二厚度均为5~20nm;所述N型非晶硅膜层厚度为5~30nm,所述P型非晶硅膜层厚度为5~20nm。
[0012] 优选的,所述导电性薄膜层的材料采用ITO、IWO或AZO,膜层厚度为60~ 120nm。
[0013] 一种异质结太阳电池的制备工艺,包括如下步骤:
[0014] (1)通过溶液对N型单晶硅片进行制绒清洗,形成表面织构化绒面;
[0015] (2)对制绒清洗后的N型单晶硅片的正面依次沉积本征非晶硅膜层一、N 型非晶硅膜层,背面依次沉积本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层;
[0016] (3)在N型非晶硅膜层和P型非晶硅膜层的表面沉积导电性薄膜层;
[0017] (4)在正面和背面的导电性薄膜层上印刷金属电极。
[0018] 优选的,步骤(2)中本征非晶硅膜层厚度为5~20nm,P型非晶硅膜层厚度为5~20nm,N型非晶硅膜层厚度为5~30nm,其工艺温度为180~250℃,工艺时间为3~10min。
[0019] 优选的,步骤(3)中沉积导电性薄膜层的方法为:使用非载具支撑面进行单面沉积,然后将N型单晶硅片进行翻面,再次使用非载具支撑面二次沉积得到;或者使用点支撑或N型单晶硅片位置支撑的方式进行正背面同时沉积。
[0020] 优选的,还包括步骤(5)金属电极固化,其固化温度为0~200℃,固化时间为10~30min。
[0021] 优选的,将制得的异质结太阳电池进行刻边处理,采用质量浓度比范围不低于5wt%的碱溶液进行边缘腐蚀,碱腐蚀的温度范围为30~85℃,时间为1~ 40min,去除后进行洗,水洗时不能接触镀导电层的正面,后进行烘干,烘干温度为40~70℃。
[0022] 优选的,还包括测试分选,将制得的异质结太阳电池在标准测试条件下进行测试,标准条件包括光源辐照度:1000W/m2,测试温度:25±20℃,AM1.5 地面太阳光谱辐照度分布。
[0023] 本发明的有益效果在于:
[0024] 本发明导电性薄膜层结构导电层面积较大,掩膜区域宽度较小,且不容易出现绕镀的现象,不会覆盖N型硅片的边缘导致异质结短路,不需要考虑短接导致漏电流过高的情况,从而有利于提升异质结太阳能电池的转换效率。附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026] 图1附图为本发明的结构示意图。
[0027] 其中,图中,
[0028] 1-N型单晶硅片;2-本征非晶硅膜层一;3-N型非晶硅膜层;4-本征非晶硅膜层二;5-P型非晶硅膜层;6-导电性薄膜层;7-金属电极。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0030] 请参阅附图1,本发明提供了一种异质结太阳电池,包括:N型单晶硅片1、本征非晶硅膜层一2、N型非晶硅膜层3、本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层、导电性薄膜层6和金属电极7,其中,
[0031] N型单晶硅片1的正面依次沉积本征非晶硅膜层一2、N型非晶硅膜层3, N型单晶硅片1的背面依次沉积本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层;本征N 型非晶硅层和本征P型非晶硅层的外侧均沉积有导电性薄膜层6,导电性薄膜层 6的外侧均印刷有金属电极7。
[0032] 为了进一步优化上述技术方案,N型单晶硅片1经制绒清洗,形成表面织构化绒面结构。
[0033] 为了进一步优化上述技术方案,本征非晶硅膜层一2、本征非晶硅膜层二厚度均为5~20nm;N型非晶硅膜层3厚度为5~30nm,P型非晶硅膜层厚度为5~ 20nm。
[0034] 为了进一步优化上述技术方案,导电性薄膜层6的材料采用ITO、IWO或 AZO,膜层厚度为60~120nm。
[0035] 本发明还提供了一种异质结太阳电池的制备工艺,包括如下步骤:
[0036] (1)通过碱溶液对N型单晶硅片1进行制绒清洗,形成表面织构化绒面,要求使用N型单晶硅片1,其电阻率要求为1-7.0Ω.cm,厚度为50-200um,对边宽156.75mm,通过碱溶液进行制绒,通过水双水溶液进行清洗,绒面大小控制在1-9um,碱溶液使用KOH或NaOH溶液;
[0037] (2)完成非晶硅膜层的沉积,其实现方式为使用等离子体增强化学气相沉积或催化化学气相沉积,对制绒清洗后的N型单晶硅片1的正面依次沉积本征非晶硅膜层一2、N型非晶硅膜层3,背面依次沉积本征非晶硅膜层二、P型非晶硅膜层;或正面依次本征非晶硅膜层一2、P型非晶硅膜层,背面依次沉积本征非晶硅膜层二、N型非晶硅膜层3;
[0038] (3)在N型非晶硅膜层3和P型非晶硅膜层的表面沉积导电性薄膜层6,其沉积方式为PVD法或RPD法,其透明导电薄膜材料为ITO、IWO或AZO,镀膜厚度为60-120nm,与传统的膜层不同,其膜层结构为布满整个掺杂非晶硅表面的导电性薄膜层6,其实现方法为只使用非载具支撑面进行单面沉积,然后将硅片进行翻面,再次使用非载具支撑面二次沉积得到,或者将载具进行改造,使用点支撑或者使用硅片倒角位置支撑的方式进行正背面同时沉积,这里提到的“载具”即硅片放置、运输过程中使用的载板。
[0039] (4)在正面和背面的导电性薄膜层6上印刷金属电极7,其金属电极7为电极,印刷方式为丝网印刷,要求银电极正背面均包含主栅、细栅线,其主栅线数为0~20,栅线宽度为0~1.2mm,副栅线数为80~200,栅线宽度为20~ 60μm。
[0040] (5)金属电极7固化,其固化温度为0~200℃,固化时间为10~30min。
[0041] 为了进一步优化上述技术方案,步骤(2)中本征非晶硅膜层厚度为5~20nm, P型非晶硅膜层厚度为5~20nm,N型非晶硅膜层3厚度为5~30nm,其工艺温度为180~250℃,工艺时间为3~10min。
[0042] 制备导电性薄膜层6结构,其特点为掩膜区域宽度为0~0.5mm,且N型单晶硅片1侧面不存在导电性薄膜;膜层形成方式为将制得的异质结太阳电池进行刻边处理,这里的刻边处理具体的讲即使用特殊的处理方式将电池片侧面及正背面边缘的导电层进行去除,进一步的讲这种特殊处理方式通过液体腐蚀的方式实现,这种液体为酸溶液或碱溶液,且碱溶液腐蚀效果更佳,碱溶液为质量浓度比范围不低于5wt%的KOH或NaOH,碱腐蚀的温度范围为30~85℃,时间为1~40min,其中温度范围为为50~60℃,时间为5~10min的效果最优,去除后可进行水洗,水洗时不能接触镀导电层的正面,后进行烘干,烘干温度为40~70℃,优选为60℃,这里在烘干前可进一步通过酸溶液去除表面残留的碱。
[0043] 本发明还包括测试分选,将制得的异质结太阳电池在标准测试条件下进行测试,标准条件包括光源辐照度:1000W/m2,测试温度:25±20℃,AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。
[0044] 本发明导电性薄膜层6结构导电层面积较大,掩膜区域宽度较小,且不容易出现绕镀的现象,不会覆盖N型硅片的边缘导致异质结短路,不需要考虑短接导致漏电流过高的情况,从而有利于提升异质结太阳能电池的转换效率。
[0045] 实施例:
[0046] 使用N型单晶硅片1进行制绒清洗,形成表面织构化绒面;
[0047] 使用等离子体增强化学气相沉积在制绒后的N型单晶硅片1上,正面沉积本征非晶硅膜层和N型非晶硅膜层3,背面沉积本征非晶硅膜层和P型非晶硅膜层;
[0048] 使用PVD法,只使用非载具支撑面进行单面沉积导电性薄膜层6,然后将 N型单晶硅片1进行翻面,再次使用非载具支撑面二次沉积导电性薄膜层6;
[0049] 为N型单晶硅片1全覆盖导电性薄膜层6的正背面印刷金属电极7;
[0050] 将制成的异质结太阳电池进行刻边处理,使用KOH溶液进行边缘腐蚀,质量浓度比范围不低于5wt%,温度范围为为50-60℃,时间为5-10min,去除后进行水洗,水洗时不接触镀导电层的正面,后进行烘干,烘干温度为60℃;
[0051] 最后将异质结太阳电池在标准测试条件下进行测试;
[0052] 按照上述方法制备出HJT电池的电性能相对于常规工艺方法,转换效率提升0.3%,主要为短路电流提升90mA。
[0053] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
[0054] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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