一种新型晶体硅太阳电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型晶体硅太阳电池，结构由上而下包括正电极、减反射钝化层、发射极、硅基体、铝背场和背电极，减反射钝化层由非晶硅钝化层和透明导电薄膜组成，非晶硅钝化层作为发射极钝化层，透明导电薄膜作为减反射层，正电极由2～5根主栅线或2～5根主栅线加均匀分布的细栅线组成，该新型晶体硅太阳电池电池的结构由上而下依次为：正电极、透明导电薄膜、非晶硅钝化层、发射极、硅基体、铝背场、背电极。还公开了上述新型晶体硅太阳电池的制备方法。该新型晶体硅太阳电池，可降低前表面复合速率，获得更好的钝化效果，提高电池的开路电压；能降低表面反射率，提供导电性能；还可以降低银浆用量，减少正电极遮光面积，提高短路电流。
【专利说明】一种新型晶体硅太阳电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种新型晶体硅太阳电池及其制备方法。【背景技术】
[0002]太阳能发电是一种清洁、可再生的能源获取方式。晶体硅太阳电池在太阳能发电领域占据主导地位，是目前获得商业化生产最多的太阳电池。基本工艺流程包括制绒、扩散、刻蚀、氮化硅沉积、丝网印刷、烧结。其基本结构包括(由上而下):正电极、氮化硅层、发射极、硅基体、铝背场、背电极。
[0003]晶体硅太阳电池的正电极通常采用丝网印刷工艺将银浆印刷在硅片前表面，烧结后与发射极形成接触。为了有效收集电流，并方便组件加工，正电极图形通常由2?3根主栅线以及多根均匀分布的细栅线组成。消耗的银浆占据了最多的辅料成本。同时正电极也遮挡了 7%?8%的受光面，使电池的电流受到很大影响。氮化硅通常由等离子增强化学气相沉积(PECVD)制备于发射极上。主要作用是降低前表面反射率与和表面复合速率，提高电池的电流和电压。实际上，氮化硅的钝化效果并不是十分出色。通常由氮化硅钝化的表面复合速率大于104cm/S，达不到高效电池对低表面复合速率的要求。这也是目前商业化生产的晶体硅太阳电池开路电压难以进一步提高的主要因素。
[0004]基于以上论述，晶体硅太阳电池的钝化层与正电极有较大的改良空间。但基于现有的结构，仅通过工艺优化已很难取得实质性的提高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种新型晶体硅太阳电池，该电池改变了传统电池的减反钝化层与正电极结构，可以使电池的电流、电压得到大幅提升，同时银浆的使用量减少50%以上。
[0006]本发明所要解决的技术问题还在于提供上述新型晶体硅太阳电池的制备方法，该方法工艺简单，成本低。
[0007]本发明的第一个技术问题是通过如下技术方案来实现的:一种新型晶体硅太阳电池，其结构由上而下包括正电极、减反射钝化层、发射极、硅基体、铝背场和背电极，所述减反射钝化层由非晶硅钝化层和透明导电薄膜组成，其中非晶硅钝化层作为发射极钝化层，透明导电薄膜作为减反射层，所述正电极由2?5根主栅线或2?5根主栅线加均匀分布的细栅线组成，该新型晶体硅太阳电池电池的结构由上而下依次为:正电极、透明导电薄膜、非晶硅钝化层、发射极、硅基体、铝背场、背电极。
[0008]目前传统电池氮化硅层即是减反层也是钝化层，而本发明中的新型晶体硅太阳电池，正面发射极钝化层采用非晶硅代替氮化硅，可以降低前表面复合速率，获得更好的钝化效果，提高电池的开路电压；正面减反射层采用透明导电薄膜代替氮化硅，降低表面反射率的同时，提供导电性能；目前传统电池的正电极必须有主栅加细栅线组成，且细栅线根数很多，需要的银浆也较多，遮光面积大，而本发明中的新型晶体硅太阳电池，其正面电极仅由2?5根主栅线或者由2?5根主栅线与少数根细栅线组成，其中细栅线的条数可以仅占传统正面电极细栅线根数的1/3?1/2，由于减少了细栅线的根数，所以银浆用量可以降低50%以上，正电极遮光面积可以从7%?8%减少为3%?4%，短路电流可提高4%。
[0009]本发明所述的非晶硅钝化层，其厚度优选为2?20nm。
[0010]本发明所述的透明导电薄膜的材质优选为含铟、锡、锌和镉的氧化物中的一种或几种。
[0011]本发明所述的透明导电薄膜的材质进一步优选为掺锡氧化铟，其厚度为50?200nmo
[0012]本发明所述的透明导电薄膜的材质进一步优选为掺铝氧化锌或掺镓氧化锌，其厚度为50?200nm。
[0013]本发明所述的透明导电薄膜的材质进一步优选为掺铟氧化镉，其厚度为50?200nm。
[0014]本发明所述铝背场可以为全背场或局部铝背场。
[0015]本发明的第二个技术问题是通过如下技术方案来实现的:上述新型晶体硅太阳电池的制备方法，含以下步骤:
[0016](I)硅片选取、制绒和清洗
[0017]选取单晶或多晶硅片，采用化学腐蚀进行表面织构制绒，清洗；
[0018](2)磷扩散掺杂
[0019]采用三氯氧磷液态源扩散，经扩散后实现磷对硅片表面掺杂，得到发射极；
[0020](3)清洗除去磷硅玻璃层
[0021]将扩散后的娃片浸入体积百分含量为5?15%的氢氟酸中清洗掉残留在娃片表面的磷娃玻璃层；
[0022](4)背面印刷铝衆，或背面沉积钝化层，激光开孔后印刷铝浆
[0023]在背面硅表面直接印刷铝浆或者沉积钝化层，激光开孔后再印刷铝浆；
[0024](5)高温烧结
[0025]将硅片置于烧结炉中，高温烧结，铝浆与硅发生反应，得到全铝背场或者局部铝背场的电池背面结构；
[0026](6)正面沉积非晶硅钝化层
[0027]在硅片正面发射极上，通过PECVD或者热丝(Hot-wire) CVD工艺沉积一层非晶硅钝化层；
[0028](7)正面沉积透明导电薄膜
[0029]在步骤(6)制备的硅片正面非晶硅钝化层上，通过PVD工艺沉积一层透明导电薄膜减反射层；
[0030](8)正面印刷导电浆料
[0031]在硅片正面透明导电薄膜减反射层上，导电浆料印刷成2?5根主栅线的结构；或印刷成2?5根主栅线加细栅线的结构；
[0032](9)烘干，测试分选
[0033]将印刷导电浆料的硅片在低于200°C的条件下烘干处理，测试分选即制备得新型晶体硅太阳电池。[0034]本发明步骤(6)中所述的非晶硅钝化层，其厚度优选为2?20nm。
[0035]本发明步骤(7)中所述的透明导电薄膜减反射层的材质优选为含铟、锡、锌和镉的氧化物中的一种或几种。
[0036]本发明所述的透明导电薄膜减反射层的材质更优选为掺锡氧化铟(ΙΤ0)，其厚度为 50 ?200nm。
[0037]本发明所述的透明导电薄膜减反射层的材质更优选为掺铝氧化锌(AZO)或掺镓氧化锌，其厚度为50?200nm。
[0038]本发明所述的透明导电薄膜减反射层的材质更优选为掺铟氧化镉(In-CdO)，其厚度为50?200nm。
[0039]本发明步骤⑶中所述的导电浆料优选印刷成2?5根主栅线的结构；或优选印刷称2?5根主栅线加20?50根细栅线的结构，20?50根细栅线的数量比普通电池少很多，仅只占传统正面电极细栅线根数的1/3?1/2，所以采用本发明中的技术方案，由于减少了细栅线的根数，从而减少了银浆使用量，增加了受光面积。
[0040]本发明步骤(9)中所述的烘干温度优选为100?200°C，烘干时间优选为2?20mino
[0041]本发明的有益效果是:
[0042](I)本发明发射极采用非晶硅钝化，电池的表面复合速率〈100cm/S，钝化效果优于氮化硅，可以显著提高电池的开路电压；
[0043](2)本发明采用透明导电薄膜作为减反射层，在降低反射率的同时，提供导电性能，具有电流收集功能；
[0044](3)本发明导电浆料仅需印刷主栅线或者主栅线加少量细栅线，遮光面积从原来7%?8%降至3%?4%，银浆使用量减少50%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是本发明的实施例1制备的全铝背场太阳电池的工艺流程图，其中(I)电池发射极与全背场制备，(2)沉积非晶硅钝化层，(3)沉积透明导电薄膜，(4)印刷导电浆料，
(5)烘干；
[0046]图2是本发明的实施例2制备的局部铝背场太阳电池的工艺流程图，其中(I)电池发射极与局部背场制备，(2)沉积非晶硅钝化层，(3)沉积透明导电薄膜，(4)印刷导电浆料，(5)烘干。
【具体实施方式】
[0047]实施例1
[0048]本实施例提供的新型晶体硅太阳电池，该新型晶体硅太阳电池电池的结构由上而下依次为:正电极、透明导电薄膜、非晶硅钝化层、发射极、硅基体、铝背场、背电极，其中减反射钝化层由非晶硅钝化层和透明导电薄膜组成，非晶硅钝化层作为发射极钝化层，透明导电薄膜作为减反射层，正电极由2?5根主栅线组成。
[0049]透明导电薄膜为掺锡氧化铟，其厚度为50?200nm。
[0050]非晶硅钝化层的厚度为2?20nm。[0051]铝背场为全背场。
[0052]本实施例提供的新型晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤:
[0053](I)选取P型单晶或多晶硅片，通过化学腐蚀进行表面织构化制绒，并清洗以除去化学药品和反应生成物
[0054]对单晶硅片，在重量百分含量为0.5?5%的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75?90°C的条件下进行表面织构化制绒，对于多晶硅片，在硝酸、氢氟酸和去离子水的体积比为3: I: 2的混合溶液中，在5?15°C的条件下进行表面织构化制绒；
[0055](2)磷扩散掺杂形成发射极
[0056]将织构化后的硅片采用三氯氧磷液态源进行管式扩散形成发射极，如图1中(I)所示；
[0057](3)清洗除去磷硅玻璃层
[0058]将磷扩散后硅片浸入体积百分含量为5?20%的氢氟酸中清洗除去在磷扩散时形成的磷硅玻璃；
[0059](4)背面印刷铝浆
[0060]硅片背面通过丝网印刷涂覆一层铝浆，如图1中(I)所示；
[0061](5)烧结
[0062]硅片置于烧结炉中，高温处理I?2分钟，铝浆与硅发生反应，形成铝背场及背电极，如图1中(I)所示；
[0063](6)正面沉积非晶硅
[0064]采用PECVD工艺在电池正面沉积一层非晶硅，如图1中(2)所示；
[0065](7)正面沉积透明导电薄膜
[0066]采用PVD工艺在电池正面沉积一层透明导电薄膜，如图1中(3)所示；
[0067](8)正面印刷导电浆料
[0068]采用丝网印刷工艺在电池正面印刷导电浆料；导电浆料印刷在硅片正面透明导电薄膜减反射层上，导电浆料印刷成2?5根主栅线的结构，如图1中(4)所示；
[0069](9)烘干
[0070]带有印刷浆料的硅片置于烘干设备中，浆料干燥固化后形成正电极，如图1中(5)所示。
[0071]其中:
[0072]步骤(I)中氢氧化钠水溶液中还含有有机溶剂酒精或异丙醇，其体积百分含量为5 ?10%。
[0073]步骤⑵中扩散后硅片的方块电阻为40?120 Ω/□，结深为0.2?Ιμπι。
[0074]步骤(5)中最高烧结温度范围为500?700°C，铝背场中铝原子的浓度范围为IO18 ?IO19CnT3,结深为 5 ?9 μ m。
[0075]步骤(9)中烘干温度100?200°C，烘干时间2?20min。
[0076]实施例2
[0077]本实施例提供的新型晶体硅太阳电池，该新型晶体硅太阳电池电池的结构由上而下依次为:正电极、透明导电薄膜、非晶硅钝化层、发射极、硅基体、铝背场、背电极，其中减反射钝化层由非晶硅钝化层和透明导电薄膜组成，非晶硅钝化层作为发射极钝化层，透明导电薄膜作为减反射层，正电极由2?5根主栅线或2?5根主栅线加均匀分布的细栅线组成。
[0078]透明导电薄膜为掺招氧化锌或掺镓氧化锌,其厚度为50?200nm。
[0079]非晶硅钝化层的厚度为2?20nm。
[0080]铝背场为局部铝背场。
[0081]本实施例提供的新型晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤:
[0082](I)选取P型硅片，进行表面织构化制绒
[0083]对单晶硅片，在重量百分含量为0.5?5%的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75?90°C的条件下进行表面织构化制绒，对于多晶硅片，在硝酸、氢氟酸和去离子水的体积比为3: I: 2的混合溶液中，在5?15°C的条件下进行表面织构化制绒；
[0084](2)磷扩散形成发射极
[0085]将织构化后的硅片采用三氯氧磷液态源进行管式扩散形成发射极，如图2中(I)所示；
[0086](3)去除磷硅玻璃
[0087]将磷扩散后硅片浸入体积百分含量为5?20%的氢氟酸中清洗除去在磷扩散时形成的磷硅玻璃；
[0088](4)背面沉积钝化膜
[0089]利用PECVD在背面沉积钝化膜，膜厚为50?200nm，如图2中(I)所示。
[0090](5)激光背面开孔或线
[0091]调节激光参数在电池背面刻蚀出均匀分布的点状或线状图形；
[0092](6)背面丝网印刷铝浆
[0093]硅片背面通过丝网印刷涂覆一层铝浆，该铝浆高温下要求不穿透钝化层；
[0094](7)烧结
[0095]高温烧结，铝浆通过激光刻蚀出的图形与硅反应，形成局部铝背场，如图2中(I)所示；
[0096](8)正面沉积非晶硅
[0097]采用PECVD工艺在电池正面沉积一层非晶硅，如图2中(2)所示；
[0098](9)正面沉积透明导电薄膜
[0099]采用PVD工艺在电池正面沉积一层透明导电薄膜，如图2中(3)所示；
[0100](10)正面印刷导电浆料
[0101]采用丝网印刷工艺在电池正面印刷导电浆料，如图2中(4)所示；
[0102](11)烘干
[0103]带有印刷浆料的硅片置于烘干设备中，浆料干燥固化后形成正电极，如图2中(5)所示。
[0104]其中
[0105]步骤(I)中氢氧化钠水溶液中还含有有机溶剂酒精或异丙醇，其体积百分含量为5 ?10%。
[0106]步骤⑵中扩散后硅片的方块电阻为40?120 Ω/□，结深为0.2?Ιμπι。
[0107]步骤(7)中最高烧结温度范围为500?700°C，铝背场中铝原子的浓度范围为IO18 ?IO19CnT3,结深为 5 ?9 μ m。
[0108]步骤(11)中烘干温度100?200°C，烘干时间2?20min。
[0109]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种新型晶体硅太阳电池，其结构由上而下包括正电极、减反射钝化层、发射极、硅基体、铝背场和背电极，其特征是:所述减反射钝化层由非晶硅钝化层和透明导电薄膜组成，其中非晶硅钝化层作为发射极钝化层，透明导电薄膜作为减反射层，所述正电极由2~5根主栅线或2~5根主栅线加均匀分布的细栅线组成，该新型晶体硅太阳电池电池的结构由上而下依次为:正电极、透明导电薄膜、非晶硅钝化层、发射极、硅基体、铝背场、背电极。
2.根据权利要求1所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的非晶硅钝化层，其厚度为2~20nm。
3.根据权利要求1所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的透明导电薄膜的材质为含铟、锡、锌和镉的氧化物中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的透明导电薄膜的材质为掺锡氧化铟，其厚度为50~200nm。
5.根据权利要求3所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的透明导电薄膜的材质为掺招氧化锌或掺镓氧化锌，其厚度为50~200nm。
6.根据权利要求3所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的透明导电薄膜的材质为掺铟氧化镉，其厚度为50~200nm。
7.根据权利要求1所述的新型晶体硅太阳电池，其特征是:所述的铝背场为全背场或局部铝背场。
8.权利要求1-7任一项所述的 新型晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是含以下步骤: (1)硅片选取、制绒和清洗 选取单晶或多晶硅片，采用化学腐蚀进行表面织构制绒，清洗； (2)憐扩散惨杂 采用三氯氧磷液态源扩散，经扩散后实现磷对硅片表面掺杂，得到发射极； (3)清洗除去磷硅玻璃层 将扩散后的娃片浸入体积百分含量为5~15%的氢氟酸中清洗掉残留在娃片表面的磷娃玻璃层； (4)背面印刷铝浆，或背面沉积钝化层，激光开孔后印刷铝浆 在背面硅表面直接印刷铝浆或者沉积钝化层，激光开孔后再印刷铝浆； (5)高温烧结 将硅片置于烧结炉中，高温烧结，铝浆与硅发生反应，得到全铝背场或者局部铝背场的电池背面结构； (6)正面沉积非晶硅钝化层 在硅片正面发射极上，通过PECVD或者热丝-CVD工艺沉积一层非晶硅钝化层； (7)正面沉积透明导电薄膜 在步骤(6)制备的硅片正面非晶硅钝化层上，通过PVD工艺沉积一层透明导电薄膜减反射层； (8)正面印刷导电浆料 在硅片正面透明导电薄膜减反射层上，导电浆料印刷成2~5根主栅线的结构；或印刷成2~5根主栅线加细栅线的结构；(9)烘干，测试分选 将印刷导电浆料的硅片在低于200°C的条件下烘干处理，测试分选即制备得新型晶体娃太阳电池。
9.根据权利要求8所述的新型晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是:步骤(8)中所述的细栅线的根数为20~50根。
10.根据权利要求8所述的新型晶体硅太阳电池的制备方法，其特征是:步骤(9)中所述的烘干温度为100~200°C，烘`干时间为2~20min。
【文档编号】H01L31/18GK103489933SQ201310403109
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】尹海鹏, 单伟 申请人:晶澳（扬州）太阳能科技有限公司, 晶澳太阳能有限公司