本发明专利技术公开了一种硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法，采用磁控溅射技术制备TCO导电氧化物薄膜，采用等离子增强化学气相沉积方法制备本征和掺杂氢化非晶硅薄膜，采用化学溶液氧化或快速热氧化生长超薄SiOx薄膜，采用反应离子刻蚀法刻蚀非晶硅薄膜，采用热蒸发方法制备电极，分别制备了一种新型的AZO/SiOx/n-Si结构旁路二极管和HIT高效太阳电池，制成硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的双功能器件的集成系统。本发明专利技术方法制备的太阳电池的SIS结构具备开启电压小、反向击穿电压高的优点，可以保护HIT电池片不被热斑效应烧坏，减少了硅基电池热斑效应的风险，保证每个电池的使用安全。
【技术实现步骤摘要】
硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法
本专利技术涉及一种太阳能电池器件的制备方法，特别是涉及一种晶硅太阳能电池的单元器件集成组件的制备方法，应用于高效晶硅太阳能电池的制备技术和半导体光电器件
技术介绍
HIT结构高效晶硅太阳电池具有工艺相对简单、制备成本低、使用寿命长等优点，已被大规模生产和应用。其中，世界上单晶硅异质结太阳电池的转化效率记录，由松下的HIT+IBC结构电池保持，为25.6％。然而在光伏发电系统的总成本中，电池片单元只是这个系统的发电机，除电池片外的外设占有相当大的比重。发电系统还包括分立电池片之间的互联、组件接线盒、漏电保护、逆变器、控制器、变压器等分立装置。其中，电池片之间的互联组件和漏电保护器，是保证光伏电站能够提供稳定高功率电能的必要措施。通常，单个电池片可提供约0.5V的峰值电压，这个电压是无法满足日常用电的需要，因此将多个电池片串联和并联起来，形成电池组件，组件的效率平均达到18％左右。在大型发电站，还需将多个组件串联或并联起来，形成发电中心。若干个电池片的串并联原理，要求每个电池片之间相互匹配，才能正常工作。若其中一个电池片出现失配，那么整个发电中心都面临瘫痪的可能，即所谓的热斑效应。热斑效应是指在一串联支路中，某个太阳电池片被阴影遮蔽，因光生电流和电压相较其它电池片较低，被当作负载串联在组件中，这样此电池片处于反向偏压下，会发热而被烧坏。热斑效应普遍存在于光伏发电系统中。虽然太阳电池通常安装在地域开阔、阳光充足的地区，然而长期暴露在空气中，难免有飞鸟、落叶、尘土等遮蔽物落于电池片表面形成阴影，导致热斑效应。尤其在我国西北地区，虽然地广人稀、太阳能资源丰富，但风沙天气会提高电站的维护成本。据统计热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10％，发电功率降低30％。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭到损坏，最好在太阳电池组件的电极间并联一个大功率的旁路二极管，来避免其它的电池片产生的能量被失配的电池片消耗。然而多个电池片只并联一个旁路二极管只能降低热斑效应的风险，不能保护每个电池片的安全。若每个电池片都并联一个旁路二极管无疑会增加外设成本和空间。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法，将旁路二极管集成在电池片上，使硅基SIS(Semiconductor-insulator-semiconductor)结构旁路二极管与高效HIT(Hetero-junctionInsulatorthinfilm)太阳能电池的系统集成，不仅减少了硅基电池热斑效应的风险，保证每个电池的使用安全，而且降低电池组件的外设成本，并节约组件空间，更适合于未来智能化的应用。为达到上述专利技术创造目的，采用下述技术方案：一种硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法，包括如下步骤：a.采用n-型导电、晶向为(100)、电阻率为1.0～2.0Ω·cm且厚度为130～180μm的硅单晶片为衬底；b.将在所述步骤a中选取的硅单晶片经化学清洗及表面制绒后，利用PECVD方法在硅单晶片的双面上沉积制备i-a-Si:H本征非晶硅薄膜，然后在硅单晶片正面之上的非晶硅薄膜的正面上再沉积一层p+-a-Si:H的p+-型非晶硅薄膜，并在硅单晶片背面之下的非晶硅薄膜的表面上再沉积一层n+-a-Si:H的n+-型非晶硅薄膜，形成厚度为8～20nm的非晶硅薄膜复合绝缘层；优先采用质量浓度为0.2～1.5％的NaOH溶液作为腐蚀溶液，对经过化学清洗后的硅单晶片表面进行制绒，在硅单晶片表面形成绒面结构；进一步优选在NaOH溶液中再加入质量比为0.2％的Na2SiO3配制成腐蚀溶液，并在对硅单晶片表面进行第一次制绒时使用；c.利用反应离子刻蚀对在所述步骤b中制备的非晶硅薄膜复合绝缘层进行图案化处理，将部分非晶硅薄膜复合绝缘层去除；d.在所述步骤c中经过图案化处理后，利用射频磁控溅射方法，分别在硅单晶片正面保留的p+-型非晶硅薄膜上和在硅单晶片背面上保留的n+-型非晶硅薄膜上分别沉积制备厚度为80～100nm的ITO薄膜，作为透明半导体层，并形成形成HIT电池的主要器件结构；e.在所述步骤c中经过图案化处理后，部分硅单晶片表面裸露出来，化学溶液氧化法或快速热氧化法，在硅单晶片的双面裸露部分的表面上生长厚度为1～5nm的SiOx薄膜；在利用化学溶液氧化法时，优先将硅单晶片的双面裸露部分浸入质量浓度为2～5％的HNO3溶液中，生长SiOx层；f.在所述步骤e中的硅单晶片背面裸露部分的表面上制备的SiOx薄膜之上再沉积一层厚度为80～100nm的AZO薄膜，形成SIS结构的主要结构部分；g.利用质量浓度为2～5％的HF溶液，去除在所述步骤e中制备的硅单晶片正面的SiOx薄膜，使此处的硅单晶片表面的正面部分再次裸漏出来；h.在所述步骤d中完成ITO薄膜制备后，再利用热蒸发或掩膜方法，在硅单晶片两侧的ITO薄膜上分别沉积制备Ag/Al双金属层结合电极或AgAl合金电极，完成ITO/p+-a-Si:H/i-a-Si:H/n-Si/i-a-Si:H/n+-a-Si:H/ITO的HIT太阳电池器件结构的制备；在所述步骤f中完成硅单晶片的背面的AZO薄膜制备后，再利用热蒸发或掩膜方法，在AZO薄膜上制备Ni/Al双金属层结合电极或NiAl合金电极；在经所述步骤g处理使硅单晶片的部分正面再次裸漏出来后，在硅单晶片的正面上制备Al电极，完成AZO/SiOx/n-Si结构器件的制备，从而最终完成硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的双功能器件的集成。本专利技术硅基SIS结构旁路二极管与HIT太阳电池的系统集成方法的原理如下：旁路二极管的作用是为了保护电池片不被热斑效应烧坏，那么对于旁路二极管有两个关键点：①二极管开启电压小；②反向击穿电压高。旁路二极管与电池片并联，但极性相反。当两端无偏压或正向偏压时，电池片正常工作而旁路二极管处于反向截止状态，因此要求二极管可以抵抗较高的反向偏压；当两端加反向偏压时，大电流可通过旁路二极管使电池片不受影响，因此二极管必须立即开启。旁路二极管采用AZO/SiOx/n-Si结构，正好具备这样两个条件。AZO/SiOx/n-Si器件在±1.5V时，整流比为IF/IR＝1670，正向开启电压约0.3V；且在-2.0V时，反向仍保持截止状态；但是在光照下，反向会有光生电流。由于光照下反向饱和电流不再降低，因此在设计旁路二极管集成实验时，本专利技术将AZO/SiOx/n-Si结构放在背面或者不被光照的区域，避免反向光生电流导致的旁路效果降低。HIT电池也是以n-型硅片作为基底，且转换效率高，可作为旁路二极管集成器件的电池结构。当SIS结构和HIT结构集成在一起时，器件的电流-电压响应方程为：Ｉ＝Isc-Ibp-IL＝I0，sc[exp(qV/n1kT)-1]-I0，bp[exp(-qV/n2kT)-1]-IL其中I为器件的总电流，Isc和Ibp分别为太阳电池结构器件和旁路二极管结构器件的电流，IL为光生电流。I0,sc和I0,bp分别为太阳电池结构器件和旁路二极管结构器件的反向饱和暗电流，k为玻尔兹曼常数本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法，其特征在于，包括如下步骤：a. 采用n‑型导电、晶向为（100）、电阻率为1.0~2.0Ω·cm且厚度为130~180 μm的硅单晶片为衬底；b. 将在所述步骤a中选取的硅单晶片经化学清洗及表面制绒后，利用PECVD方法在硅单晶片的双面上沉积制备i‑a‑Si:H本征非晶硅薄膜，然后在硅单晶片正面之上的非晶硅薄膜的正面上再沉积一层p+‑a‑Si:H的p+‑型非晶硅薄膜，并在硅单晶片背面之下的非晶硅薄膜的表面上再沉积一层n+‑a‑Si:H的 n+‑型非晶硅薄膜，形成厚度为8~20 nm的非晶硅薄膜复合绝缘层；c. 利用反应离子刻蚀对在所述步骤b中制备的非晶硅薄膜复合绝缘层进行图案化处理，将部分非晶硅薄膜复合绝缘层去除；d. 在所述步骤c中经过图案化处理后，利用射频磁控溅射方法，分别在硅单晶片正面保留的p+‑型非晶硅薄膜上和在硅单晶片背面上保留的n+‑型非晶硅薄膜上分别沉积制备厚度为80~100 nm的ITO薄膜，作为透明半导体层，并形成形成HIT电池的主要器件结构；e. 在所述步骤c中经过图案化处理后，部分硅单晶片表面裸露出来，利用化学溶液氧化法或快速热氧化法，在硅单晶片的双面裸露部分的表面上生长厚度为1~5 nm的SiOx薄膜；f. 在所述步骤e中的硅单晶片背面裸露部分的表面上制备的SiOx薄膜之上再沉积一层厚度为80~100 nm的AZO薄膜，形成SIS结构的主要结构部分；g. 利用质量浓度为2~5%的HF溶液，去除在所述步骤e中制备的硅单晶片正面的SiOx薄膜，使此处的硅单晶片表面的正面部分再次裸漏出来；h. 在所述步骤d中完成ITO薄膜制备后，再利用热蒸发或掩膜方法，在硅单晶片两侧的ITO薄膜上分别沉积制备Ag/Al双金属层结合电极或AgAl合金电极，完成ITO / p+‑a‑Si:H / i‑a‑Si:H / n‑Si / i‑a‑Si:H / n+‑a‑Si:H / ITO 的HIT太阳电池器件结构的制备；在所述步骤f中完成硅单晶片的背面的AZO薄膜制备后，再利用热蒸发或掩膜方法，在AZO薄膜上制备Ni/Al双金属层结合电极或NiAl合金电极；在经所述步骤g处理使硅单晶片的部分正面再次裸漏出来后，在硅单晶片的正面上制备Al电极，完成AZO/SiOx/n‑Si结构器件的制备，从而最终完成硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的双功能器件的集成。...
【技术特征摘要】
1.一种硅基SIS结构旁路二极管和HIT太阳电池的器件集成方法，其特征在于，包括如下步骤：a.采用n-型导电、晶向为（100）、电阻率为1.0~2.0Ω·cm且厚度为130~180μm的硅单晶片为衬底；b.将在所述步骤a中选取的硅单晶片经化学清洗及表面制绒后，利用PECVD方法在硅单晶片的双面上沉积制备i-a-Si:H本征非晶硅薄膜，然后在硅单晶片正面之上的非晶硅薄膜的正面上再沉积一层p+-a-Si:H的p+-型非晶硅薄膜，并在硅单晶片背面之下的非晶硅薄膜的表面上再沉积一层n+-a-Si:H的n+-型非晶硅薄膜，形成厚度为8~20nm的非晶硅薄膜复合绝缘层；c.利用反应离子刻蚀对在所述步骤b中制备的非晶硅薄膜复合绝缘层进行图案化处理，将部分非晶硅薄膜复合绝缘层去除；d.在所述步骤c中经过图案化处理后，利用射频磁控溅射方法，分别在硅单晶片正面保留的p+-型非晶硅薄膜上和在硅单晶片背面上保留的n+-型非晶硅薄膜上分别沉积制备厚度为80~100nm的ITO薄膜，作为透明半导体层，并形成形成HIT电池的主要器件结构；e.在所述步骤c中经过图案化处理后，部分硅单晶片表面裸露出来，利用化学溶液氧化法或快速热氧化法，在硅单晶片的双面裸露部分的表面上生长厚度为1~5nm的SiOx薄膜；f.在所述步骤e中的硅单晶片背面裸露部分的表面上制备的SiOx薄膜之上再沉积一层厚度为80~100nm的AZO薄膜，形成SIS结构的主要结构部分；g.利用质量浓度为2~5%的HF溶液，去除在所述步骤e中制备的硅单晶片正面的SiOx薄膜，使此处...
【专利技术属性】
技术研发人员：马忠权，杜汇伟，杨洁，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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