硅异质结太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了硅异质结太阳电池及其制备方法。其中，该太阳电池包括：n型晶硅衬底层；轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层，氢化非晶硅缓冲层形成在衬底层的上、下两侧表面上；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，氢化非晶硅发射极层形成在一侧氢化非晶硅缓冲层的表面上；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，氢化非晶硅背场层形成在另一侧氢化非晶硅缓冲层的表面上；透明导电氧化物层，透明导电氧化物层形成在氢化非晶硅发射极层和氢化非晶硅背场层的表面上；金属栅线电极层，金属栅线电极层包括：合金过渡层，合金过渡层形成在透明导电氧化物层、氢化非晶硅背场层和氢化非晶硅发射极层至少一层表面上；含铜导电合金层，含铜导电合金层形成在合金过渡层的表面上。

Silicon heterojunction solar cells and their preparation methods

The invention discloses a silicon heterojunction solar cell and a preparation method thereof. Among them, the solar cell includes: n-type crystalline silicon substrate layer; light doped n-type hydrogenated amorphous silicon buffer layer, the hydrogenated amorphous silicon buffer layer is formed on both sides of the substrate surface; heavily doped p-type hydrogenated amorphous silicon emitter layer, the hydrogenated amorphous silicon emitter layer is formed on the surface of one side hydrogenated amorphous silicon buffer layer; heavily doped n-type hydrogenated amorphous silicon BACK-FIELD layer, hydrogenated amorphous silicon BACK-FIELD layer. The field layer is formed on the surface of the hydrogenated amorphous silicon buffer layer on the other side; the transparent conductive oxide layer, the transparent conductive oxide layer, is formed on the surface of the hydrogenated amorphous silicon emitter layer and the back field layer of the hydrogenated amorphous silicon; the metal grid electrode layer, the metal grid electrode layer includes: the alloy transition layer, the alloy transition layer is formed in the transparent conductive oxide layer, the back field layer of the hydrogenated amorphous silicon and the hydrogenation layer. The amorphous silicon emitter layer has at least one surface, and the copper-containing conductive alloy layer is formed on the surface of the alloy transition layer.

【技术实现步骤摘要】
硅异质结太阳电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及包含有铜合金电极的硅异质结太阳电池及其制备方法。
技术介绍
在常规的基于晶硅的太阳电池中，电极的制备通常采用丝网印刷Ag浆然后高温(﹥700℃)烧结的方式来形成Ag与基底Si之间的良好的欧姆接触，其所用的浆料为高温Ag浆。然而，这种方法所形成的电极具有材料昂贵、线宽较宽、和线高有限的特点，并且限制了更薄硅片的应用，正成为进一步降低电池成本和提高效率的限制因素之一。在非晶硅/晶硅异质结太阳电池中，由于采用非晶硅薄膜形成p-n结，因而薄膜的形成温度决定了电池的最高制备工艺温度，通常只能在200℃左右。为了满足异质结电池低温制备的要求，在制作电极时，一种方法是采用低温Ag浆，然而这种浆料经烧结后所形成的电极具有显著升高的串联电阻，不利于电池效率的提升。另一种解决方案是采用非贵金属的Cu来代替Ag。Cu的成本很低而且电导率与Ag接近，是一种很有前景的材料。但是，在潮湿环境中，Cu易被氧化和腐蚀，使电阻大幅上升，强度降低。因此，Cu电极通常需要在表面进行包覆以使其免受侵蚀。普遍使用的Cu电极是通过化学镀/电镀/光诱导电镀等方法形成Ni/Cu/Sn的堆叠金属层，金属Ni作为势垒层可以阻挡Cu向硅中的扩散，而Sn覆盖于Cu层表面可以起到保护Cu不被氧化同时方便焊接的作用。这种电极具有较细的栅线和较低的接触电阻，但也存在堆叠金属层与基底Si的附着力较差的问题，而且单一元素的阻挡层如Ni、Ta、Ti、Cr等通常电阻率较高，若形成Cu的合金则能够提高导电性，同时Cu的合金化也有利于改善纯铜的抗氧化抗腐蚀性。由此，现有的太阳电池有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种硅异质结太阳电池(在下文中也简称为”太阳电池”)，通过合金化的金属栅线电极层，不仅可有效降低电池串联电阻，而且有利于提高电极的抗氧化抗腐蚀等性能，增强电池在应用环境中的稳定性。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种硅异质结太阳电池。根据本专利技术的实施例，该太阳电池包括：n型晶硅衬底层；轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层，所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层形成在所述衬底层的上、下两侧表面上；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在另一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层形成在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层和所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的表面上；金属栅线电极层，所述金属栅线电极层包括：合金过渡层，所述合金过渡层形成在所述透明导电氧化物层、所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层和所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的至少一层的表面上；含铜导电合金层，所述含铜导电合金层形成在所述合金过渡层的表面上。根据本专利技术实施例的太阳电池，金属栅线电极层是由合金金属形成的，且合金金属的主要成分为铜，故在保持较低的电阻率的同时极大地降低了Ag等贵金属的使用，而且一定程度的合金化能有效提高单一金属的抗氧化抗腐蚀等性能，增强电池在应用环境中的稳定性，其中，合金过渡层不仅能增加电极在电池表面的附着力、改善电池材料与电极材料之间的热膨胀系数的匹配度等，还可以通过掺杂元素对电池与电极接触的位置起到局部掺杂的作用，降低发射极或背场与栅线的串联电阻，从而实现了提高电池填充因子及电池效率的作用。另外，根据本专利技术上述实施例的太阳电池，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述轻掺杂n型氢化非晶硅层的掺杂浓度为108-1017/cm3。根据本专利技术的实施例，所述合金过渡层含有选自Cu、Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn和Ag中的至少两种金属，优选地，所述合金过渡层含有Ni-Cu-Sn合金、Ni-Cu-In合金或Ni-Al合金。根据本专利技术的实施例，所述含铜导电合金层含有Cu和选自Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn和Ag中的至少一种金属。根据本专利技术的实施例，所述合金过渡层还可进一步含有选自B、P、Ga和In中的元素。根据本专利技术的实施例，所述含铜导电合金层还可进一步含有选自B、P、Ga和In中的至少一种元素。根据本专利技术的实施例，所述含铜导电合金层的铜含量由近所述合金过渡层端到远所述合金过渡层端呈梯度递增，且近所述合金过渡层端的铜含量为85％-99％wt，远所述合金过渡层端的铜含量为99％-100％wt。根据本专利技术的实施例，所述金属栅线电极层的电阻率不大于1.5×10-5Ω·cm。根据本专利技术的实施例，所述n型晶硅衬底层的厚度为50-200μm。根据本专利技术的实施例，所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的厚度为1-15nm。根据本专利技术的实施例，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的厚度为5-25nm。根据本专利技术的实施例，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的厚度为5-25nm。根据本专利技术的实施例，所述透明导电氧化物层的厚度为50-300nm。根据本专利技术的实施例，所述合金过渡层的厚度为5-300nm。根据本专利技术的实施例，所述含铜导电合金层的厚度为1-100μm。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备前述的硅异质结太阳电池的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：提供n型晶硅衬底层；在所述n型晶硅衬底层的上、下两侧表面上形成轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层；在一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上形成重掺杂p型氢化非晶硅发射极层；在另一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上形成重掺杂n型氢化非晶硅背场层；在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层和所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的表面上分别形成透明导电氧化物层；以及在所述透明导电氧化物层、所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层和所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的至少一层的表面上形成金属栅线电极层，其中，所述金属栅线电极层含有合金过渡层和含铜导电合金层。根据本专利技术实施例的制备前述的太阳电池的方法，制备得到的太阳电池具有合金金属栅线电极层，该电极层的主要成分为铜，故在保持较低的电阻率的同时极大地降低了Ag等贵金属的使用，而且一定程度的合金化能有效提高单一金属的抗氧化抗腐蚀等性能，增强电池在应用环境中的稳定性，其中，合金过渡层不仅能增加电极在电池表面的附着力、改善电池材料与电极材料之间的热膨胀系数的匹配度等，还可以通过掺杂元素对电池与电极接触的位置起到局部掺杂的作用，降低发射极与栅线的串联电阻，从而实现了提高电池填充因子及电池效率的作用。另外，根据本专利技术上述实施例的制备太阳电池的方法，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述n型氢化非晶硅缓冲层、所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层和所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层均是采用离子增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积、微波等离子体化学气相沉积或电子回旋共振化学气相沉积形成的。根据本专利技术的实施例，所述合金过渡层是采用物理气相沉积法形成的，优选地，所述物理气相沉积法为蒸发沉积法和溅射沉积法。根据本专利技术的实施例，所述含铜导电合金层是采用电镀法形成的。根据本专利技术的实施例，形成所述金属栅线电极层的方法包括：在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅异质结太阳电池，其特征在于，包括：n型晶硅衬底层；轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层，所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层形成在所述n型晶硅衬底层的上、下两侧表面上；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在另一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层形成在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层和所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的表面上；金属栅线电极层，所述金属栅线电极层包括：合金过渡层，所述合金过渡层形成在所述透明导电氧化物层、所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层和所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的至少一层的表面上；含铜导电合金层，所述含铜导电合金层形成在所述合金过渡层的表面上。

【技术特征摘要】
1.一种硅异质结太阳电池，其特征在于，包括：n型晶硅衬底层；轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层，所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层形成在所述n型晶硅衬底层的上、下两侧表面上；重掺杂p型氢化非晶硅发射极层，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层形成在一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；重掺杂n型氢化非晶硅背场层，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层形成在另一侧所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的表面上；透明导电氧化物层，所述透明导电氧化物层形成在所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层和所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的表面上；金属栅线电极层，所述金属栅线电极层包括：合金过渡层，所述合金过渡层形成在所述透明导电氧化物层、所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层和所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的至少一层的表面上；含铜导电合金层，所述含铜导电合金层形成在所述合金过渡层的表面上。2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述轻掺杂n型氢化非晶硅层的掺杂浓度为108-1017/cm3。3.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述合金过渡层含有选自Cu、Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn和Ag中的至少两种金属，任选地，所述含铜导电合金层含有Cu和选自Mo、W、Ti、Ni、Cr、Al、Mg、Ta、Sn、Zn和Ag中的至少一种金属。4.根据权利要求3所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述合金过渡层进一步含有选自B、P、Ga和In中的至少一种元素，任选地，所述含铜导电合金层进一步含有选自B、P、Ga和In中的至少一种元素。5.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述含铜导电合金层的铜含量由近所述合金过渡层端到远所述合金过渡层端呈梯度递增，且近所述合金过渡层端的铜含量为85％-99％wt，远所述合金过渡层端的铜含量为99％-100％wt。6.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述金属栅线电极层的电阻率不大于1.5×10-5Ω·cm。7.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于，所述n型晶硅衬底层的厚度为50-200μm，任选地，所述轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层的厚度为1-15nm，任选地，所述重掺杂p型氢化非晶硅发射极层的厚度为5-25nm，任选地，所述重掺杂n型氢化非晶硅背场层的厚度为5-25nm，任选地，所述透明导电氧化物层的厚度为50-300nm，任选地，所述合金过渡层的厚度为5-300nm，任选地，所述含铜导电合金层的厚度为1-100μm。8.一种制备权利要求1-7任一项所述的硅异质结太阳电池的方法，其特征在于，包括：提供n型晶硅衬底层；在所述n型晶硅衬底层的上、下两侧表面上形成轻掺杂n型氢化非晶硅缓冲层；在一侧所述轻掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宏波，王伟，赵晓霞，王恩宇，宗军，李洋，杨瑞鹏，周永谋，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11