一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜和晶體硅太陽電池的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜，所述導電減反射膜為雙功能層結構，靠近晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為鈍化層，遠離晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為導電層；導電層所采用的導電介質選自AZO、ITO、ATO、SnO2中的至少一種。本發明還提供了一種采用該導電減反射膜的晶體硅太陽電池。本發明提供的導電減反射膜，對硅表面進行良好鈍化，還能有效收集PN結產生的光生載流子、使其復合被抑制，光利用率大；同時導電層還可以將電池向光面電極的柵線有效連接，使電極電阻分布均勻，電池的串聯電阻變小，填充因子顯著增加，提高電池的光電轉化效率。另外，本發明提供的晶體硅太陽電池的制造工藝簡單，適合大規模商業化生產。
【專利說明】一種晶體娃太陽電池的導電減反射膜和晶體娃太陽電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能電池領域，更具體地說，本發明涉及一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜以及包含該導電減反射膜的晶體硅太陽電池。
【背景技術】
[0002]太陽能作為一種綠色能源，以其取之不竭、無污染、不受地域資源限制等優點越來越受到人們的重視。為了提高晶體硅太陽能電池的光電轉換效率，減少電池表面的光反射損失，增加光透射，太陽電池結構中的減反射膜起著非常重要的作用。
[0003]目前已經大規模產業化的工藝是采用等離子化學氣相沉積法(PECVD)在擴散完成后的硅片上沉積一層合適厚度的氮化硅薄膜，該氮化硅薄膜層在具有減反射效果的同時，還具有一定的鈍化效果。在通過PECVD沉積氮化硅薄膜的過程中，反應氣體氨氣與硅烷氣體離子化后，其中的氫離子與硅表面的懸掛鍵結合，形成表面鈍化效果，從而可以有效抑制光生載流子的復合，提高電池的光電轉換效率。然而，單層氮化硅薄膜的減反射率還不是很低，仍然存在改善的空間。
[0004]因此，如何進一步增加入射光的利用率，提高電池的光電效率，是目前電池研究的一個熱點。CN201120218873公開了一種晶體硅太陽能電池雙層減反射膜，其是由二氧化鈦薄膜和氮化硅薄膜鈍化層組成，氮化硅薄膜位于二氧化鈦薄膜和硅片之間；該雙層減反射膜可以降低電池表面對光的反射，在光譜范圍30(Tl200nm之間的反射率與未涂敷相比降低10%左右。該方法中僅通過雙層結構的反射膜來降低入射光的反射率，降低光反射的效果提升非常有限，采用該雙層結構減反射膜的太陽電池的光電轉化效率仍較低。
[0005]CN201859880U提供了一種具有導電減反射膜的太陽電池，它包括在太陽電池本體的上表面設有鈍化層，在鈍化層的表面蒸鍍有一條主電極，然后在主電極周圍蒸鍍導電減反射膜；導電減反射膜由底層(TiO2)和表層(SiO2或Al2O3)組成。該電池期望通過導電減反射膜代替太陽電池向光面的柵電極，即導電減反射膜還用于收集電流，從而增加電池的受光面積。但由于該導電減反射膜覆蓋在鈍化層之上，鈍化膜通常為不導電體，因此實際上該導電減反射膜根本不能收集到光生電流。而且由該類氧化物組成的導電減反射膜的導電效果也并不好。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術中晶體硅太陽電池存在的減反射膜對入射光的反射率降低程度有限、導致電池的光電轉化效率仍較低的技術問題，提供一種具有新型結構的晶體硅太陽電池的導電減反射膜和采用該導電減反射膜的晶體硅太陽電池。
[0007]具體地，本發明的技術方案為:
一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜，所述導電減反射膜為雙功能層結構，其中靠近晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為鈍化層，遠離晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為導電層；所述導電層所采用的導電介質選自AZO (摻鋁的氧化鋅)、ITO (摻錫的氧化銦)、ΑΤ0 (摻銻的氧化錫)或者SnO2 (二氧化錫)中的至少一種。
[0008]—種晶體娃太陽電池,所述晶體娃太陽電池包括娃襯底、位于娃襯底向光面的減反射層、位于減反射層表面且穿過減反射層與硅襯底接觸的向光面電極；所述減反射層為本發明提供的導電減反射膜。
[0009]本發明提供的晶體硅太陽電池的導電減反射膜，為雙功能層結構，導電層和鈍化層均具有對入射光的減反射作用，該雙層減反射膜一方面能對硅表面進行良好鈍化，還能有效收集PN結產生的光生載流子、使光生載流子的復合被抑制，光利用率大；同時導電層還可以將電池向光面電極的細柵線有效連接，使電極電阻分布均勻，采用該導電減反射膜的晶體硅太陽電池的串聯電阻變小，填充因子顯著增加，從而使電池的光電轉化效率得到明顯提高。另外，本發明提供的晶體硅太陽電池的制造工藝簡單，額外增加的成本小，適合大規模商業化生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明提供的晶體硅太陽電池的結構示意圖。
[0011]圖中:1-導電層,2-鈍化層，3-向光面電極，4-娃襯底,5-背場，
6—背面電極。
【具體實施方式】
[0012]本發明提供了一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜，所述導電減反射膜為雙功能層結構，其中靠近晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為鈍化層，遠離晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為導電層；所述導電層所米用的導電介質選自ΑΖ0、ΙΤ0、ΑΤ0或者SnO2中的至少一種。
[0013]雖然CN201120218873公開了一種晶體硅太陽能電池雙層減反射膜，其二氧化鈦層和氮化硅薄膜層均用于降低將射光的反射，即其僅通過雙層膜進一步降低反射，而未對各層減反射膜性能本質上進行改善；而CN201859880U提供的導電膜(SiO2或Al2O3)覆蓋在鈍化層(TiO2)之上，導電膜并未和硅片接觸，而該鈍化膜作為不良導體。該發明的電池無細柵線，實際上，單純的主柵線并不能有效收集光生載流子，因此，電池的效率提升有限。
[0014]本發明提供的晶體硅太陽電池的導電減反射膜，其結構為雙功能層結構，靠近硅襯底的功能層(記為底層)為鈍化層；遠離硅襯底的功能層(記為表層)為導電層。導電層和鈍化層均具有對入射光具有減反射作用，該雙層減反射膜一方面能對硅表面進行良好鈍化，減少或者抑制光生載流子在硅片表面的復合，還能更有效地收集PN結產生的光生載流子、使載流子的收集幾率增加，因此光利用率增大大；同時，減反射膜中的導電層(表層)還可以將電池向光面電極的細柵線有效連接起來，將光生電流收集并向主柵匯集，使電極電阻分布均勻，串聯電阻變小，填充因子顯著增加，從而使電池的光電轉化效率得到明顯提聞。
[0015]采用該導電減反射膜的太陽電池，表層(即導電層)用于接受光照層。本發明對表層中采用的導電介質的材質，通過大量實驗進行選擇，最后發現，采用AZO (摻鋁的氧化鋅)、ITO (摻錫的氧化銦)、ΑΤ0 (摻銻的氧化錫)或者SnO2 (二氧化錫)中的至少一種作為導電介質時，該類物質形成的導電層對入射光的反射很少，同時其具有良好的導電性。[0016]本發明中，所述導電層的厚度可根據底層(即鈍化層)材質的種類及厚度進行適當選擇，其選擇原則是保證鈍化層疊加上導電層所組成的雙功能層，導電減反射膜對入射光的反射率最小。此外，導電層(表層)也可以采用兩種或兩種以上的導電介質，如采用AZO與SnO2兩種組合作為導電層，即先制備一層ΑΖ0,再在AZO上制備一層SnO2,—般情況下,米用兩種導電介質組合形成的導電層的減反射效果要比單層的要好，但其制備工藝復雜，成本會大幅度增加，因此，優選采用單一導電介質層。
[0017]因此，本發明中，優選情況下所述導電層可直接采用單層ΑΖ0。發明人發現，形成AZO導電膜層的原材料來源相對豐富，其對環境污染小，膜的導電性能更佳，和鈍化層的光學性能匹配性好，且該膜的制備工藝簡單、成熟。
[0018]本發明導電減反射膜中導電層的厚度為2(T80nm，其具體厚度可根據導電介質的種類以及鈍化層介質種類和厚度而定，其設計原則是使整個減反射膜的光反射率最小，并且導電層的導電率則盡可能大。
[0019]所述導電層的制備方法可采用現有技術中常用的磁控濺射法、脈沖激光沉積(PLD)法、溶膠-凝膠(Sol-Gel)法或化學氣相沉積(CVD)法。優選采用磁控濺射法，因為該方法沉積速率高，基片溫度低，成膜粘附性好，成本低，容易控制。磁控濺射的靶材為相應所鍍物質的合金或者純氧化物，靶材在磁控濺射形成導電氧化物的具體工藝為薄膜制備人員所公知。例如，以沉積AZO導電層為例，磁控濺射時的靶材可采用Zn-Al金屬靶，采用氧氣氧化，并通入氬氣稀 釋，控制濺射壓強為0.5^1.0Pa,氬氣流量為lOlOsccm，硅襯底溫度為20(T300°C，濺射時間可根據所需要沉積到硅片上的AZO膜的高度而定。
[0020]本發明中，所述鈍化層可采用現有技術中常用的鈍化層。優選情況下，本發明中，所述鈍化層所采用的鈍化介質為SiO2或Si3N4。所述鈍化層一方面能對硅襯底表面起到良好的鈍化作用，同時也對入射光具有減反射作用。
[0021 ] 具體地，本發明中，若鈍化層采用SiO2作為鈍化介質，其可通過熱氧化或者真空蒸鍍法制備形成。熱氧化的方法工藝簡單，設備成本少，因此優選采用熱氧化工藝。在熱氧化過程中，大量的氧原子和硅襯底表面未飽和的硅原子相結合形成一層SiO2膜，從而降低懸掛鍵的密度，能夠很好地控制界面陷阱和固定電荷，降低表面態密度，起到表面鈍化作用。具體地，對硅襯底表面鈍化形成鈍化層的步驟包括:將制絨、擴散、刻蝕、去磷硅玻璃后的硅片襯底放入氧氣氣氛中進行熱氧化，在氧化階段同時通入保護氣體氮氣，氧化溫度設置為80(T850°C，氧化時間則根據所需要得到的SiO2膜的厚度而定，一般控制在10(T500s之間。
[0022]由于SiO2的鈍化效果一般優于氮化硅，因此，本發明中，鈍化層所采用的鈍化介質優選為Si02。并且，硅片襯底的熱氧化可雙面進行，即不需要保護硅片的背光面，背光面得到的二氧化硅同樣具有鈍化表面的效果，對抑制背表面的光生載流子同樣有益。進一步地，本發明中，所述鈍化層采用的鈍化介質為SiO2時，鈍化層的厚度為5~20nm。鈍化層厚度太小會影響對硅片表面的鈍化效果，太大則會增加形成鈍化層的時間，高溫導致硅片內的雜質重新分布而影響硅片的質量，從而導致電池的V。。和Is。流均有下降。
[0023]鈍化層中采用的鈍化介質也可為氮化硅。采用氮化硅作為鈍化介質時，對應的鈍化層的厚度為15飛O nm之間，這是因為氮化硅的鈍化作用弱于SiO2，并且其沉積的溫度低，因此其選擇厚度可以大于SiO2。氮化硅的鈍化機理為本領域人員所公知，此處不再贅述。形成氮化硅鈍化層的制備方法可采用化學氣相沉積(PECVD)法，其具體工藝為本領域技術人員所公知。
[0024]本發明還提供了一種采用該導電減反射膜的晶體硅太陽電池，其結構如圖1所示，具體包括硅襯底4、位于硅襯底4向光面的減反射層、位于減反射層表面且穿過減反射層與硅襯底接觸的向光面電極3 ;所述減反射層為本發明提供的導電減反射膜，即包括導電層I和鈍化層2，其中導電層I遠離硅襯底4，而鈍化層2靠近硅襯底4。
[0025]作為本領域技術人員的公知常識，所述所述硅襯底4背面還設有背場5和背面電極6，背面電極6穿過背場5與硅襯底4背面接觸，如圖1所示。
[0026]經測試，采用本發明提供的導電減反射膜制備得到的156X156多晶太陽電池的平均光電效率提高0.15%以上。另外，本發明提供的晶體硅太陽電池的制造工藝簡單，額外增加的成本小，適合大規模商業化生產。
[0027]為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0028]實施例1
(1)將156X156P型多晶娃制絨、擴散、刻蝕、去磷娃玻璃后得到的娃片放入氧氣氣氛中進行雙面熱氧化，氧化爐內的溫度設置為820°C，氧化時間為312s，得到的SiO2鈍化層的厚度為11.5±0.Inm (由美國Ambious Technology Inc公司生產的探針式臺階儀測量,下同)。
(2)將步驟(I)得到的硅片放在直流磁控濺射機的載片臺上固定，然后將其放入濺射腔中，以預先固定在腔室內Zn-Al (Al含量為3wt%)金屬靶材進行濺射，合上濺射腔室門，對腔室抽真空，設置濺射壓強為0.6Pa，硅片襯底溫度為250°C，氧氣與氬氣流量(以體積流量mL/min計量，下同)比為10:40，濺射功率為55W，濺射時間為1920s，得到AZO導電層，測試其厚度為67.5±0.lnm。
(3)將步驟(2)得到的硅片采用200目絲網印刷背面銀導電漿料(型號為杜邦PV505，三線八段制，印刷濕重為35飛O mg)，再采用280目絲網印刷背場鋁漿料(型號為碩禾108C，印刷濕重為1.r1.6g)，烘干，烘干溫度均為150°C，烘干時間為5分鐘，然后采用360目、線寬為40 μ m、線徑為16 μ m、膜厚為5 μ m的網版印刷正面銀楽:(型號為杜邦17A,印刷濕重為12(Tl30mg)，燒結后得到的本實施例的晶體硅太陽電池，記為SI。
[0029]實施例2
采用與實施例1相同的步驟制備本實施例的晶體硅太陽電池S2，不同之處在于:
步驟(I)中，氧化爐內的溫度設置為850°C，氧化時間為480s，得到的SiO2鈍化層的厚度為 18.4±0.Inm ；
步驟(2)中，濺射時間為1680 S，得到的AZO導電層的厚度為61.3±0.lnm。
通過上述步驟，得到本實施例的晶體硅太陽電池S2。
[0030]實施例3
(I)將156X156 P型多晶硅制絨、擴散、刻蝕、去磷硅玻璃后得到的硅片放入PECVD爐中進行沉積，真空度壓力為25Pa，沉積溫度為440°C，氨氣與硅烷氣體的流量比為2786:214，沉積時的功率為2900W，沉積時間為253s，得到氮化硅鈍化層，測試其厚度為45 + 0.1nm0 (2)采用與實施例1步驟(2)相同的步驟在鈍化層表面沉積導電層，不同之處在于:濺射時間為1146s，得到的AZO導電層的厚度為40.7 + 0.lnm。
(3)采用與實施例1步驟(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本實施例的晶體硅太陽電池，記為S3。
[0031]實施例4
(1)采用與實施例1步驟(I)相同的步驟在硅襯底表面形成SiO2鈍化層。
(2)將步驟(I)得到的硅片放在直流磁控濺射機的載片臺上固定，然后將其放入濺射腔中，以預先固定在腔室內In-Sn (Sn含量為5.0wt%)金屬靶材進行濺射，合上濺射腔室門，對腔室抽真空，設置濺射壓強為0.6Pa，襯底溫度為250°C，氧氣與氬氣的流量比15:42，濺射功率為75W，濺射時間為2350s，得到ITO導電層，測試其厚度為72.4±0.lnm。
(3)采用與實施例1步驟(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本實施例的晶體硅太陽電池，記為S4。
[0032]實施例5
(1)采用與實施例1步驟(I)相同的步驟在硅襯底表面形成SiO2鈍化層。
(2)將步驟(I)得到的硅片放在直流磁控濺射機的載片臺上固定，然后將其放入濺射腔中，以預先固定在腔室內SnO2氧化物靶材進行濺射，合上濺射腔室門，對腔室抽真空，設置濺射壓強為0.4Pa，襯底溫度為200°C，濺射功率為90W，濺射時間為1850s，得到SnO2導電層，測試SnO2導電層厚度為52.5±0.lnm。
(3)采用與實施例1步驟(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本實施例的晶體娃太陽電池，記為S5。
[0033]實施例6
(1)采用與實施例1步驟(I)相同的步驟在硅襯底表面形成SiO2鈍化層。
(2)將步驟(I)得到的硅片放在直流磁控濺射機的載片臺上固定，然后將其放入濺射腔中，以預先固定在腔室內Zn-Al (Al含量為3wt%)金屬靶材進行濺射，合上濺射腔室門，對腔室抽真空，設置濺射壓強為0.6Pa，硅片襯底溫度為250°C，氧氣與氬氣流量(以體積流量mL/min計量，下同)比為10:40，濺射功率為55W，濺射時間為1100s，得到AZO導電層，測試其厚度為32.4±0.lnm。
(3)將步驟(2)得到的具有AZO導電層的硅片重新放入濺射腔中，以預先固定在腔室內SnO2氧化物靶材進行濺射，合上濺射腔室門，對腔室抽真空，設置濺射壓強為0.4Pa，襯底溫度為200°C，濺射功率為65W，濺射時間為950s，得到覆蓋在AZO層上的SnO2導電層，測試SnO2導電層厚度為26.1±0.lnm。
本實施例得到的具有AZO和SnO2雙導電介質的導電功能層的共同厚度為58.5±0.2nm。
(4)采用與實施例1步驟(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本實施例的晶體硅太陽電池，記為S6。
[0034]對比例I
(I)將156X156 P型多晶硅制絨、擴散、刻蝕、去磷硅玻璃后得到的硅片放入PECVD爐中進行沉積，真空度壓力為25Pa，沉積溫度為440°C，氨氣與硅烷氣體的流量比為2786:214，沉積時的功率為2900W，沉積時間為450s，得到氮化硅減反射層，測試其厚度為76.8±0.Inm0
(3)釆用與實施例1步驟(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本對比例的晶體硅太陽電池，記為DS1。
[0035]對比例2
采用CN201120218873中【具體實施方式】公開的步驟在156X156 P型多晶硅片表面依次沉積厚度為45nm的氮化硅薄膜和厚度為42nm的二氧化鈦薄膜，然后采用與實施例1步驟
(3)相同的步驟印刷電極漿料和背場漿料，烘干燒結，得到本對比例的晶體硅太陽電池，記為 DS2。
[0036]對比例3
將156X 156 P型多晶硅制絨、擴散、刻蝕、去磷硅玻璃后得到的硅片放在直流磁控濺射機的載片臺上固定，然后將其放入濺射腔中，在相應的坩堝內分別裝滿二氧化鈦和二氧化硅，關上真空室門和放氣閥，先抽低真空，然后抽高真空；選擇二氧化鈦的坩堝，打開掃描、槍燈絲、高壓和束流，調節電子束流，調整光斑位置，使坩堝內二氧化鈦充分熔融，調整光板位置使落在干過中心，調節電子束流使二氧化鈦穩定蒸發，打開充氧閥，打開擋板進行蒸發二氧化鈦；二氧化鈦蒸發完畢后繼續充氧，選擇二氧化硅的坩堝，打開擋板繼續蒸發，二氧化硅蒸發完畢后繼續充氧，最后關閉充氧開放氣閥對真空室充氣，得到表明具有鈍化層和導電減反射膜的硅片，取出后在導電減反射膜表面印刷一條主電極，背面印刷背場和背面電極，烘干燒結，得到本對比例的晶體硅太陽電池，記為DS3。
[0037]性能測試
表面狀況:采用3飛倍放大鏡觀察上述制備的晶體硅太陽電池S1-S6與DS1-DS3的減反射膜顏色是否均勻，有無明顯色差，觀察表面是否光滑等。若無明顯色差、表面光滑則記為0K,否則記為NG。
[0038]串聯電阻、填充因子與光電轉化效率:采用單次閃光模擬測試儀器對上述制備的晶體硅太陽電池樣品S1-S6與DS1-DS3進行測試。測試條件為標準測試條件(STC):光強:IOOOff/m2 ;光譜:AM1.5 ;溫度:25°C。串聯電阻的單位為πιΩ。
[0039]測試結果如表I所示。
表I
【權利要求】
1.一種晶體硅太陽電池的導電減反射膜，其特征在于，所述導電減反射膜為雙功能層結構，其中靠近晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為鈍化層，遠離晶體硅太陽電池硅襯底的功能層為導電層；所述導電層所米用的導電介質選自AZO、ITO、ATO或者SnO2中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的導電減反射膜，其特征在于，所述導電層所采用的導電介質為 ΑΖ0。
3.根據權利要求1所述的導電減反射膜，其特征在于，所述導電層為雙層結構，其中靠近鈍化層的一層所采用的導電介質為ΑΖ0，遠離鈍化層的一層所采用的導電介質為SnO2。
4.根據權利要求1所述的導電減反射膜，其特征在于，所述導電層的厚度為2(T80nm。
5.根據權利要求1-3任一項所述的導電減反射膜，其特征在于，所述導電層通過磁控濺射法、脈沖激光沉積法、溶膠-凝膠法或化學氣相沉積法制備形成。
6.根據權利要求1所述的導電減反射膜，其特征在于，所述鈍化層所采用的鈍化介質為 SiO2 或 Si3N4。
7.根據權利要求6所述的導電減反射膜，其特征在于，所述鈍化層采用的鈍化介質為SiO2，鈍化層的厚度為5?20nm。
8.根據權利要求7所述的導電減反射膜，其特征在于，所述鈍化層通過熱氧化或真空蒸鍍法制備形成。
9.根據權利要求6所述的導電減反射膜，其特征在于，所述鈍化層采用的鈍化介質為Si3N4，鈍化層的厚度為15飛Onm。
10.根據權利要求6所述的導電減反射膜，其特征在于，所述鈍化層通過等離子化學氣相沉積法制備形成。
11.一種晶體娃太陽電池，其特征在于，所述晶體娃太陽電池包括娃襯底、位于娃襯底向光面的減反射層、位于減反射層表面且穿過減反射層與硅襯底接觸的向光面電極；所述減反射層為權利要求1-10任一項所述的導電減反射膜。
12.根據權利要求11所述的晶體硅太陽電池，其特征在于，所述硅襯底背面還設有背場和背面電極，背面電極穿過背場與硅襯底背面接觸。
【文檔編號】H01L31/0224GK103779430SQ201210416053
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】譚偉華, 廖輝 申請人:上海比亞迪有限公司