異質結太陽能電池及其制備方法與流程

本發明涉及太陽能電池領域，特別是涉及一種異質結太陽能電池及其制備方法。

背景技術：

異質結太陽能電池(HIT電池)是通過在摻雜非晶硅層與晶體硅襯底之間加入本征層所構建的。異質結太陽能電池既具有晶體硅太陽能電池的高效率和高穩定性，同時由于能耗小，工藝相對簡單、溫度特性更好，在高溫下也能有較高的輸出。近年來備受關注，已經成為太陽能電池的主要發展方向之一。

在異質結太陽能電池中正面電極一般為絲網印刷的銀柵線電極，而近年來全球銀價逐年增加，用于異質結太陽能電池的導電銀漿更是價格居高不下，使異質結太陽能電池的發展受到一定限制；故亟需一種代替銀柵線電極的新型的異質結太陽能電池結構。

技術實現要素：

基于此，有必要針對現有的異質結太陽能電池中銀柵線電極導致的問題，提供一種代替銀柵線的新型異質結太陽能電池。

一種異質結太陽能電池，包括：晶體硅片；依次位于所述晶體硅片的一側上的第一本征層、第一摻雜非晶硅層、第一透明導電層、及正面柵線電極；以及位于所述晶體硅片的另一側的背面電極；所述正面柵線電極為銅納米線電極。

上述異質結太陽能電池，由于采用銅納米線電極代替銀柵線電極，從而從本質上解決了銀柵線電極所帶的問題。另外，銅的自然界豐度較高，價格低廉，有利于降低異質結太陽能電池的材料成本。銅的電阻率為1.75×10^-6Ω/cm，與銀的電阻率1.65×10^-6Ω/cm非常接近，故銅納米線電極與銀柵線電極的導電性能相當。采用銅納米線電極，由于銅納米線本身的性質，銅納米線電極具有一定的透光性，增強進入硅層的光照量。銀柵線電極在制作過程中，往往出現比 較嚴重的柵線展寬問題，從而增加了柵線的遮光面積，而銅納米線電極則基本沒有柵線展寬的問題，有效降低了柵線遮擋面積，進而從另一方面增強進入硅層的光照量。還有，隨著技術的發展，異質結太陽能電池中襯底晶體硅片的厚度逐漸減小，并越來越展現出良好的柔性，而銅納米線電極相對于銀柵線電極具有較好的柔韌性，可進一步實現異質結太陽能電池柔性化生產。

在其中一個實施例中，所述正面柵線電極的高度為20～50μm。

在其中一個實施例中，所述正面柵線電極的柵線寬度為30～60μm。

在其中一個實施例中，所述銅納米線電極中的銅納米線的直徑為100～150nm，銅納米線的長度大于5μm。

在其中一個實施例中，所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一摻雜非晶硅層為P型非晶硅層。

在其中一個實施例中，所述異質結太陽能電池還包括位于所述背面電極與所述晶體硅片之間的加強電場單元；所述加強電場單元包括依次位于所述晶體硅片的另一側上的第二本征層、第二摻雜非晶硅層、及第二透明導電層。

在其中一個實施例中，所述背面電極呈柵線狀。

在其中一個實施例中，所述背面電極為銅納米線電極。

本發明還提供了一種上述異質結太陽能電池的制備方法。

一種異質結太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

在晶體硅片的一側形成第一本征層；

在所述第一本征層上形成第一摻雜非晶硅層；

在所述第一摻雜非晶硅層上形成第一透明導電層；

在所述第一透明導電層上形成正面柵線電極；所述正面柵線電極為銅納米線電極；

在所述晶體硅片的另一側形成背面電極。

上述制備方法，得到異質結太陽能電池，其由于未采用銀柵線電極，從而解決了銀柵線電極所帶的問題。另外，銅納米線電極有利于降低材料成本且導電性能滿足要求。銅納米線電極具有一定的透光性，增強進入硅的光照量。銅納米線電極基本沒有柵線展寬的問題，降低了柵線遮擋面積，進一步增強進入 硅層的光照量。還有銅納米線電極柔韌性好，利于異質結太陽能電池柔性化發展。

在其中一個實施例中，所述銅納米線電極通過絲網印刷形成。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的異質結太陽能電池的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，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方式僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

需要說明的是，當元件被稱為“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

參見圖1，本發明一實施例的異質結太陽能電池100，包括：晶體硅片110，依次位于晶體硅片110的一側(圖1中的上側)上的第一本征層121、第一摻雜非晶硅層131、第一透明導電層141、正面柵線電極151；以及依次位于晶體硅片110的另一側(圖1中的下側)的第二本征層122、第二摻雜非晶硅層132、第二透明導電層142、及背面電極152。

在本發明中，晶體硅片110與第一摻雜非晶硅層131構成PN結。晶體硅片110與第二摻雜非晶硅層132構成加強電場(亦叫背電場)。通過加強電場可以進一步提高異質結太陽能電池100的開路電壓。當然，可以理解的是，也可以 不設加強電場，也就是說不設第二摻雜非晶硅層132。

在本實施例中，晶體硅片110為N型晶體硅片(n-c-Si)，對應地，第一摻雜非晶硅層131為P型非晶硅層(p-a-Si)，第二摻雜非晶硅層132為N型非晶硅層(n-a-Si)。當然，可以理解的是，并不局限于上述形式，本發明的異質結太陽能電池中，還可以是晶體硅片110為P型，對應地，第一摻雜非晶硅層131為N型，第二摻雜非晶硅層132為P型。

在本實施例中，晶體硅片110采用N型晶體硅片(n-c-Si)，可使異質結太陽能電池100的性能更加優越，能夠克服采用P型的電池光致衰退現象，另外，其高效復合中心的密度遠低于P型，使得電子具有更高的壽命及擴散長度。具體地，晶體硅可以是單晶硅或多晶硅。更具體地，本實施例的晶體硅片110為N型單晶硅片。

具體地，晶體硅片110的厚度一般小于200μm。優選地，晶體硅片110的厚度為100～200μm。這樣既可以節約硅材料的使用，進而降低成本；又可以提高工藝穩定性。

優選地，晶體硅片110的表面為絨面；也就是說，對晶體硅進行制絨。這樣可以減小電池表面的反射，使得更多的光子能夠被晶體硅片110吸收；同時還具有能夠去除晶體硅表面損傷的作用。在本實施例中，絨面為金字塔形狀絨面，這樣更有利于光線斜射到晶體硅片110的內部，降低電池表面的光的反射率，使得光程變大，吸收的光子數量變多。

其中，第一本征層121的作用是，用于鈍化晶體硅片110，使位于第一本征層121兩側的晶體硅片110與第一摻雜非晶硅層131的界面得到純化，進而使異質結太陽能電池100的開路電壓增高。第一本征層121的光學帶隙介于晶體硅片110與第一摻雜非晶硅層131之間。在本實施例中，第一本征層121為非晶硅層，也就是說，由本征非晶硅構成。一般地，第一本征層121的厚度不大于10nm，優選為5～10nm。這樣即可以使異質結太陽能電池具有較高的開路電壓，同時減少第一本征層121對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。在本實施例中，第一本征層121的厚度為6nm。

同理，第二本征層122的作用是，用于鈍化晶體硅片110，使位于第二本征 層122兩側的晶體硅片110與第二摻雜非晶硅層132的界面得到純化，進而使異質結太陽能電池100的開路電壓增高。第二本征層122的光學帶隙介于晶體硅片110與第二摻雜非晶硅層132之間。在本實施例中，第二本征層122為非晶硅層，也就是說，由本征非晶硅構成。同樣地，第二本征層122的厚度也不大于10nm，優選為5～10nm。這樣即可以使異質結太陽能電池具有較高的開路電壓，同時減少第二本征層122對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。在本實施例中，第二本征層122的厚度為6nm。

當然，可以理解的是，本發明也可以不設置第二本征層122。

其中，第一透明導電層141的作用是，提高第一摻雜非晶硅層131與正面柵線電極151導電性能，有效地增加載流子的收集。在本實施方式中，第一透明導電層141為摻鎢氧化銦(IWO)層。摻鎢氧化銦(IWO)層具有潛在的高載流子遷移率特性，在保證相同電導率的情況下，與ITO層相比，IWO層具有較低的載流子濃度，因此具有較小的載流子吸收和較大的等離子波長，進而IWO層在近紅外光區具有高透光率和低吸收率。當然，第一透明導電層141還可以是氧化銦錫(ITO)層，亦或是氧化氟錫(FTO)層。

優選地，第一透明導電層141的厚度為60～100nm。這樣其電學性能和光學性能更優。

其中，同理地，第二透明導電層142的作用是，提高第二摻雜非晶硅層132與背面電極152導電性能，有效地增加載流子的收集。在本實施方式中，第二透明導電層142也為摻鎢氧化銦(IWO)層。當然，第二透明導電層142還可以是氧化銦錫(ITO)層，亦或是氧化氟錫(FTO)層。

優選地，第二透明導電層142的厚度為60～100nm。這樣其電學性能和光學性能更優。

當然，可以理解的是，本發明也可以不設置第二透明導電層142，亦或設置不透明的導電層。

其中，正面柵線電極151主要作用是將電流導出。在本發明中，正面柵線電極151為銅納米線電極，也就是說，正面柵線電極151由銅納米線構成。

優選地，正面柵線電極151的高度為20～50μm。這樣將有利于正面柵線電 極的電阻降低，進而提高異質結太陽能電池電池的填充因子，增加異質結太陽能電池的轉換效率。

優選地，正面柵線電極151的柵線寬度為30～60μm。這樣可以進一步降低柵線的遮擋面積。

在本實施例中，背面電極152也為銅納米線電極，也呈柵線結構。這樣可以進一步提高異質結太陽能電池100的性能。更優選地，背面電極152的厚度為20μm。這樣可以更進一步提高異質結太陽能電池100的性能。

當然，可以理解的是，背面電極152并不局限于銅納米線電極，還可以是其它電極。背面電極152也不局限于柵線結構，還可以呈整個覆蓋的層狀。

在本實施例中，異質結太陽能電池100基本呈對稱結構，這樣可以減少生產過程中熱應力和機械應力，同時有利于晶體硅片110的減薄發展。另外，兩面均可以吸收光線使發電量增加。

本發明的異質結太陽能電池，由于采用銅納米線電極代替銀柵線電極，從而從本質上解決了銀柵線電極所帶的問題。另外，銅的自然界豐度較高，價格低廉，有利于降低異質結太陽能電池的材料成本。銅的電阻率為1.75×10^-6Ω/cm，與銀的電阻率1.65×10^-6Ω/cm非常接近，故銅納米線電極與銀柵線電極的導電性能相當。采用銅納米線電極，由于銅納米線本身的性質，銅納米線電極具有一定的透光性，增強進入硅層的光照量。銀柵線電極在制作過程中，往往出現比較嚴重的柵線展寬問題，從而增加了柵線的遮光面積，而銅納米線電極則基本沒有柵線展寬的問題，有效降低了柵線遮擋面積，進而從另一方面增強進入硅層的光照量。還有，隨著技術的發展，異質結太陽能電池中襯底晶體硅片的厚度逐漸減小，并越來越展現出良好的柔性，而銅納米線電極相對于銀柵線電極具有較好的柔韌性，可進一步實現異質結太陽能電池柔性化生產。

本發明還提供了一種上述異質結太陽能電池的制備方法。

一種異質結太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

在晶體硅片的一側形成第一本征層；

在所述第一本征層上形成第一摻雜非晶硅層；

在所述第一摻雜非晶硅層上形成第一透明導電層；

在所述第一透明導電層上形成正面柵線電極；所述正面柵線電極為銅納米線電極；

在所述晶體硅片的另一側形成背面電極。

其中，為了提高異質結太陽能電池的性能，優選地，首先對晶體硅片進行制絨和清洗步驟。其中，制絨方式可以采用濕法制絨或干法制絨；濕法制絨一般使用一定配比的堿性溶液(例如：KOH、NaOH、四甲基氫氧化胺等)進行一定時間的各向異性腐蝕；干法制絨一般是通過光刻掩膜板得到圖形再使用反應離子刻蝕(RIE：Reactive Ion Etching)進行刻蝕(主要通過C₂H₄和SF₆)；干法制絨也可在沒有掩膜的情況下可以通過機器進行反應離子刻蝕(RIE)，使用氣體為SF₆和O₂。對晶體硅片制絨之后需要進行清洗步驟，清洗的主要作用在于去除制絨后殘余在晶體硅片表面的金屬離子和晶體硅片表面形成的自然氧化膜。另外，在清洗時，用于去除晶體硅片表面氧化膜的化學液體還能夠起到對晶體硅片部分鈍化的作用。對于晶體硅片的清洗，可以采用化學清洗，例如：使用RCA洗液(堿性和酸性過氧化氫溶液)，堿性過氧化氫溶液，配比可以是，H₂O:H₂O₂:NH₄OH＝5:1:1-5:2:1；酸性過氧化氫溶液，配比可以是，H₂O:H₂O₂:HC1＝6:1:1-8:2:1；RCA洗液使用條件為：75℃-85℃，清洗時間10-20分鐘，清洗順序先使用堿性過氧化氫溶液后在使用酸性過氧化氫溶液。

為了提高異質結太陽能電池的性能，本實施的異質結太陽能電池還包括第二本征層、第二摻雜非晶硅層、第二透明導電層等。

其中，第一本征層、第二本征層、第一摻雜非晶硅層、第二摻雜非晶硅層的形成采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)。當然，可以理解的是，并不局限于上述方式，還可以是熱絲化學氣相沉積法(HWCVD，Hot wire Chemical Vapor Deposition)或者高頻等離子體增強化學氣相沉法(VHF-PECVD)、亦或其他制備方法。

優選地，第一透明導電層、第二透明導電層通過反應等離子沉積(RPD)。更優選地，在形成第一透明導電層、第二透明導電層時，優選地同時通入氬氣與氧氣，且氧氣/氬氣比為2.5。

優選地，正面柵線電極、背面電極均通過絲網印刷工藝形成。

本發明所提供的異質結太陽能電池的制備方法，得到異質結太陽能電池，其由于未采用銀柵線電極，從而解決了銀柵線電極所帶的問題。另外，銅納米線電極有利于降低材料成本且導電性能滿足要求。銅納米線電極具有一定的透光性，增強進入硅的光照量。銅納米線電極基本沒有柵線展寬的問題，降低了柵線遮擋面積，進一步增強進入硅層的光照量。還有銅納米線電極柔韌性好，利于異質結太陽能電池柔性化發展。

上述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。