一种晶体硅基太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术为一种晶体硅基的太阳电池结构及其制备方法。其结构从迎光面开始依次为金属栅线、透明导电薄膜、n型重掺杂非晶硅薄膜、n型晶体硅发射极层、p型晶体硅片、p型重掺杂背场及背面金属接触层。其中的n型非晶硅薄膜和n型晶体硅发射极层分别采用低温化学气相沉积和磷扩散的方法获得。本发明专利技术可在提高晶体硅基太阳电池的转换效率的同时降低其制造技术难度，降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为，属于太阳电池领域。涉及太阳电池的结构设计及制备技术。
技术介绍
太阳能发电是人类最重要的可再生清洁能源的利用方式之一。其中晶体硅太阳电池以其丰富的原材料来源及相对成熟的制备技术受到人们的广泛关注，是太阳电池的主流广品类别。 目前主流晶体硅太阳电池，包括单晶硅片和多晶硅片的，均是基于磷扩散制成的pn结结构的太阳电池。随着技术的发展，这一技术路线的瓶颈越来越明显，限制了晶体硅太阳电池转换效率的提升和太阳能光伏发电成本的下降。为进一步提升以晶体硅作为基体材料的太阳电池的性能，目前前景较有潜力的技术可分为三大类:一类为由传统的扩散制结晶体硅太阳电池衍生出的多种改进结构，例如PERC、选择发射极结构等；一类是以HIT电池为代表的晶体硅异质结太阳电池，目前日本松下公司也已经实现了该类产品的量产；一类是IBC为代表的背结太阳电池，以美国First Solar公司为代表可实现小批量的生产。综述这几类高效太阳电池的结构，虽都有一定的优点，但均因技术难度大或成本高的原因无法取代传统的扩散制结技术。且上述所涉及的高效结构大多都只能适用于单晶硅片，只有PERC、选择发射极等少数几类可应用于多晶硅片的太阳电池，但都因技术的复杂、成本高等原因无法推广应用。 设计一种新型的晶体硅基的太阳电池结构及技术路线，在提高太阳电池转换效率的同时降低技术难度，并减少制备成本是目前太阳能光伏领域的迫切任务。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种新的晶体硅基的太阳电池结构及其适宜的技术路线的设计，突破现有器件结构和技术路线对晶体硅太阳电池性能提升、制造的技术难度和成本的限制，最终获得更高转换效率的太阳电池并降低太阳电池发电的成本。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种晶体硅基太阳电池，其结构为从迎光面开始依次为金属栅线、透明导电薄膜、η型重掺杂非晶硅薄膜、η型晶体硅发射极层、ρ型晶体硅片和ρ型重掺杂背场及背面金属接触层。 —种晶体硅基太阳电池制备方法，其特征是ρ型晶体硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池:1)在Ρ型晶体硅片正面制结得到η型晶体硅发射极层；2)进行背面ρ型重掺杂背场及背面金属接触层制备；3)采用漂浮在HF酸溶液上的方法去除η型晶体硅发射极层迎光面的磷硅玻璃，并进行清洗； 4)在η型晶体硅发射极层迎光面上沉积η型重掺杂非晶硅薄膜；5)在η型重掺杂非晶硅薄膜上沉积透明导电薄膜；6)在透明导电薄膜上制作金属栅线作为金属导电电极。 所述金属栅线可由低温导电银浆、低温导电铜浆、低温导电铝浆、或低温导电碳浆通过丝网印刷的方法获得；也可由真空蒸发或磁控溅射的方法沉积银、铜或者铝薄膜获得。 所述透明导电薄膜材料可为氧化铟锡、掺杂氧化锌或掺氟氧化锡。其薄层电阻不高于100 Ω / 口，对太阳光谱的平均透过率高于86%。 所述η型重掺杂非晶硅薄膜，禁带宽度为1.2-2.0电子伏特，有效掺杂浓度为l*1018-l*102°cm_3，厚度为3-20纳米，可由等离子体辅助化学气相沉积或者热丝化学气相沉积的方法制备。 所述η型晶体娃发射极层的厚度为10-500nm,其薄层电阻为100-10000Ω/□，可由磷扩散的方法获得，也可由外延或者离子注入法获得。 所述ρ型晶体硅片可为单晶硅片、多晶硅片或准单晶硅片，电阻率要求0.5-20Ω#cm0 所专利技术的晶体硅基的太阳电池结构及其制备方法，相比于常规的扩散制结晶体硅太阳电池，可提闻开路电压和转换效率。其原理是在晶体娃同质pn结的基础上，重惨杂的非晶硅层进一步提升了空间电荷区的强度，从而减少了表面复合速率并增加了光生载流子的收集效率；而相比于现有的高效晶体硅太阳电池结构及制备的工艺路线，简化了太阳电池器件的结构并同时适用于多晶硅和单晶硅片太阳电池，与现有的常规扩散制结晶体硅太阳电池产线兼容，降低了技术难度和制备成本。 【附图说明】 图1是本专利技术的结构示意图。 其中1.金属栅线；2.透明导电薄膜；3.η型重掺杂非晶硅薄膜；4.η型晶体硅发射极层；5.ρ型晶体硅片；6.ρ型重掺杂背场；7.背面金属接触层。 【具体实施方式】 本专利技术所述晶体硅基太阳电池的结构如图1所示，从迎光面开始依次为金属栅线 (1)、透明导电薄膜(2)、η型重掺杂非晶硅薄膜(3)、η型晶体硅发射极层(4)、ρ型晶体硅片 (5)和ρ型重掺杂背场(6)及背面金属接触层(7)。下面结合优选实施例对本专利技术作进一步详细描述。 实施例1:Ρ型多晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池:1)进行三氯氧磷扩散制结得到η型晶体硅发射极层(4)，扩散温度设定为860°C，扩散后薄膜电阻为100 Ω / □;2)去除背面的磷硅玻璃及扩散层；3)进行背面ρ型重掺杂背场(6)及背面金属接触层(7)制备，采用常规晶体硅太阳电池的丝网印刷银主栅和铝ρ型重掺杂背场并烧结的方法；4)采用漂浮在HF酸溶液上的方法去除η型晶体硅发射极层(4)迎光面的磷硅玻璃，并进行清洗；5)采用PECVD法在η型晶体硅发射极层(4)迎光面上沉积10nm厚的η型重掺杂非晶硅薄膜(3)。薄膜的禁带宽度为1.9电子伏特，有效掺杂浓度为5*1019cm_3 ；6)采用磁控溅射法在η型重掺杂非晶硅薄膜(3)上沉积72nm的ITO薄膜作为透明导电薄膜(2)并起到减反射的作用；薄膜的薄层电阻为100 Ω/ □，透过率为90% ；7)采用丝网印刷的方法在ITO薄膜上印刷低温银浆，在100°C的情况下进行烘干，形成金属栅线(1)作为金属导电电极。 通过本实施例工艺路线所制备的太阳电池相比于常规扩散制结工艺制备的，采用相同多晶硅片的太阳电池开路电压提高了 70mV，转换效率提高了 1.2%。 实施例2:P型单晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池:1)进行三氯氧磷扩散制结得到η型晶体硅发射极层(4)，扩散温度设定为850°C，扩散后薄膜电阻为90Ω / □;2)去除背面的磷硅玻璃及扩散层；3)进行背面ρ型重掺杂背场(6)及背面金属接触层(7)制备，采用常规晶体硅太阳电池的丝网印刷银主栅和铝ρ型重掺杂背场并烧结的方法；4)采用漂浮在HF酸溶液上的方法去除η型晶体硅发射极层(4)迎光面的磷硅玻璃，并进行去损伤清洗，清洗后η型晶体硅发射极层(4)薄膜电阻变为150Ω/口 ；5)采用热丝化学气相沉积法在η型晶体硅发射极层(4)迎光面上沉积3nm厚的η型重掺杂非晶硅薄膜(3)，禁带宽度为1.7电子伏特，有效掺杂浓度为l*102°cm_3 ；6)采用磁控溅射法在η型重掺杂非晶硅薄膜(3)上沉积75nm的ITO薄膜作为透明导电薄膜(2)并起到减反射的作用，薄膜的薄层电阻为40Ω/ □，透过率为92% ；7)采用丝网印刷的方法在ITO薄膜上印刷低温银浆，在100°C的情况下进行烘干，形成金属栅线(1)作为金属导电电极。 通过本实施例工艺路线所制备的太阳电池相比于常规扩散制结工艺制备的，采用相同单晶片的太阳电池开路电压提高了 90mV，转换效率提高了 1.1%。 实施例3:P型单晶硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电池:1)进行CVD法外延制结得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅基太阳电池，其特征是结构为从迎光面开始依次为金属栅线、透明导电薄膜、n型重掺杂非晶硅薄膜、n型晶体硅发射极层、p型晶体硅片和p型重掺杂背场及背面金属接触层。

【技术特征摘要】
1.一种晶体硅基太阳电池，其特征是结构为从迎光面开始依次为金属栅线、透明导电薄膜、η型重掺杂非晶硅薄膜、η型晶体硅发射极层、P型晶体硅片和P型重掺杂背场及背面金属接触层。2.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池，其特征是所述η型重掺杂非晶硅薄膜，禁带宽度为1.2-2.0电子伏特，有效掺杂浓度为l*1018-l*102°cm_3，厚度为3_20纳米。3.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池，其特征是所述η型晶体硅发射极层的厚度为10-500nm，其薄层电阻为100-10000 Ω/ 口。4.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池，其特征是所述P型晶体硅片可为单晶硅片、多晶硅片或准单晶硅片，电阻率要求0.5-20 Ω ^cm05.根据权利要求1所述的晶体硅基太阳电池，其特征是所述透明导电薄膜材料可为氧化铟锡、掺杂氧化锌或掺氟氧化锡，其薄层电阻不高于100 Ω/ □，对太阳光谱的平均透过率高于86%。6.一种晶体硅基太阳电池制备方法，其特征是P型晶体硅片在进行常规的制绒清洗后，按照以下工艺路线进行制备太阳电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海宾，岳之浩，周浪，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36