一种高效异质结太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效异质结太阳能电池及其制备方法，该高效异质结太阳能电池包括：衬底，该衬底采用P型晶硅材料；在衬底背面设置的铝背场；在衬底正面依次生长的n型扩散层、i型本征非晶硅薄膜、n型非晶硅薄膜以及TCO薄膜；以及在TCO薄膜上设置的电极。本发明专利技术提供的高效异质结太阳能电池，在具有HIT光伏电池的优点的同时，也弥补了非晶硅层过薄而无法完全覆盖衬底层的缺陷。采用本结构的光伏电池结构特性好，开路电压高，能获得高的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及。
技术介绍
随着全球能源的短缺和气候变暖环境，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池都已经历了近半个多世纪的发展历程。晶体硅太阳能电池效率较高，而非晶硅薄膜太阳能电池的制造成本较低，但二者优势结合起来形成效率更高、成本更低的第三代太阳能电池结构受到的关注却相对较少。如果能将新世纪的标志技术——异质结制造融合其中，形成第三代太阳能电池，将有助于解决长期困扰这两个领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。在异质结太阳能电池结构的制备方面，日本三洋(Sanyo)公司1990年开始进行p型非晶硅/本征非晶硅/晶体硅衬底结构的HIT光伏电池的研究。1994年他们研究工作取得突破性进展，在Icm2面积上制备出转换效率20.0%的HIT光伏电池，并于1997年实现了HIT光伏电池的大规模生产。所生产的面积超过IOOcm2的HIT电池的效率可达到17.3%,更重要的是该电池的制备工艺温度不能高过200°C，降低了制造成本。2000年该公司在利用太阳级纯度硅材料制备高效HIT光伏电池的研究方面又有了新进展，在面积为100.5cm2的低成本η型太阳能级CZ-Si片上制备出开路电压为719mv，效率为20.7%的HIT光伏电池，该电池为双面结构，它构造了面积为IOOcm2的光伏电池转化效率最高的世界纪录。2009年，日本三洋公司宣布在厚度为98μπι，面积为100.3cm2的衬底上，得到了光电转换效率达22.8%的电池，其开路电压高达743mV，在相同面积条件下，HIT电池每年的发电量可以比多晶硅太阳能电池高35%，因此具有很大的市场潜力。 此外，美国专利US2006/0065297，其结构参考附图1，中间层I为N型单晶硅衬底，在N型单晶硅衬底上用等离子体化学气相沉积(PECVD)法生长一层厚度在3 250nm的本征非晶硅薄膜2，之后再生长一层厚度为5nm的P型氢化非晶硅薄膜3，之上再生长一层厚度为IOOnm的ITO薄膜4，最上面是电极5。在衬底层I的背面同样用PECVD对称生长一层厚度为5 20nm的本征非晶娃薄膜6,之后再生长一层厚度为20nm的N型非晶娃薄膜7,之上再生长一层厚度为IOOnm的ITO薄膜8，最下面是电极9。这样就形成了 HIT太阳能电池。总的来说，HIT光伏电池既有晶体娃光伏电池的高效、稳定,又有非晶娃光伏电池生产的低温、工艺时间短等优点，是一种优秀的异质结光伏电池。但为了进一步获得更高转换效率，有必要对电池结构进行稍许变化以增加对太阳光的吸收。鉴于此，为了更有效的将异质结结构融入太阳能电池的应用领域，本专利技术提出了一种通过轻扩散解决非晶硅薄膜层无法全覆盖衬底的新型结构，形成第三代太阳能电池的雏形。本专利技术通过轻扩散解决非晶硅薄膜层无法全覆盖衬底的新型异质结太阳能电池结构的建立，具有与传统工艺兼容、不增加设备成本和实现增大开压等特点。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的主要目的在于提供，以弥补传统异质结电池中遇到的过薄的非晶硅薄膜层无法将衬底完全覆盖，以至于部分电极会直接接触晶硅衬底的问题。( 二 )技术方案为达到 上述目的，本专利技术提供了一种高效异质结太阳能电池，包括:衬底6，该衬底6采用P型晶硅材料；在衬底6背面设置的铝背场7 ;在衬底6正面依次生长的η型扩散层5、i型本征非晶硅薄膜4、η型非晶硅薄膜3以及TCO薄膜2 ；以及在TCO薄膜2上设置的电极I。上述方案中，所述衬底6采用P型单晶硅衬底、P型多晶硅衬底或P型冶金硅衬底，厚度为50 μ m 300 μ m,电阻率为I Ω.cm 100 Ω.cm,晶格方向为100。 上述方案中，所述在衬底6背面设置的铝背场7是通过丝网印刷铝浆料烧结而成，铝浆料印刷厚度为9 μ m 100 μ m。上述方案中，所述η型扩散层5的厚度为5nm 50nm,扩散浓度为6.0X 10_17 5.5 X 10 19kg/cm3。上述方案中，所述i型本征非晶娃薄膜4的厚度为3nm 50nm。上述方案中，所述η型非晶娃薄膜3的厚度为5nm lOOnm。上述方案中，所述TCO薄膜2采用ZnO或ITO薄膜材料，厚度为50nm 150nm，电阻率在 0.9E-3 1.2E-5 Ω.cm。上述方案中，所述在TCO薄膜2上设置的电极I是通过丝网印刷纯银浆料烧结而成，银浆料厚度为5 μ m 80 μ m。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种制备高效异质结太阳能电池的方法，包括:清洗P型晶体硅衬底；利用铝浆料在P型晶体硅衬底背面丝网印刷铝背场；利用烧结炉烧结在P型晶体硅衬底背面丝网印刷的铝背场；利用扩散炉在P型晶体硅衬底正面轻扩η型扩散层；利用PECVD在该η型扩散层上生长i型本征非晶硅薄膜；利用PECVD在该i型本征非晶硅薄膜上生长η型非晶硅薄膜；利用电子束蒸发在该η型非晶硅薄膜上蒸发TCO薄膜；以及在该TCO薄膜上丝网印刷一层银浆电极。上述方案中，所述清洗P型晶体硅衬底的步骤是采用表面RCA清洗，具体包括:依次利用去离子水、硝酸、去离子水、氢氟酸、去离子水清洗P型晶体硅衬底，清洗时间依次为2 3分钟、I小时、2 3分钟、30秒、2 3分钟，其中硝酸为浓硝酸，氢氟酸为稀释的氢氟酸。在全部清洗完成后，再使用体积比1:1的浓硫酸和双氧水对P型晶体硅衬底进行氧化，在表面形成一层氧化层，保护娃片的表面。上述方案中，所述利用铝浆料在P型晶体硅衬底背面丝网印刷铝背场之后，还包括:对背面丝网印刷铝背场的P型晶体硅衬底进行烘烤，烘烤温度250°C，时间5分钟。上述方案中，所述利用烧结炉烧结在P型晶体硅衬底背面丝网印刷的铝背场的步骤中，烧结温度为首先在600°C保持6秒，随即在880°C保持3秒。 上述方案中，所述利用扩散炉在P型晶体硅衬底正面轻扩η型扩散层的步骤中，是将烧结后的P型晶体硅衬底置于扩散炉中，通入POCl3气体作为反应气并通入N2作为保护气氛进行轻扩散。上述方案中，所述利用PECVD在该η型扩散层上生长i型本征非晶硅薄膜的步骤之前，还包括:对进行了轻扩散的P型晶体硅衬底进行预处理，该预处理过程具体包括:采用I比30的氢氟酸和水，用来去除P型晶体硅衬底表面的氧化层；所述利用PECVD在该η型扩散层上生长i型本征非晶硅薄膜的步骤，是在200°C下通入SiH4和H2作为反应气，在η型扩散层上生长i型本征非晶硅薄膜。上述方案中，所述利用PECVD在该i型本征非晶硅薄膜上生长η型非晶硅薄膜的步骤中，是在200°C下通入SiH4、PH3和H2作为反应气，在该i型本征非晶硅薄膜上生长η型非晶硅薄膜。上述方案中，所述利用电子束蒸发在该η型非晶硅薄膜上蒸发TCO薄膜的步骤中，是在衬底温度达到100°C时，通入氧气气氛，再用电子枪轰击ITO靶材，在此过程中蒸发束流可调节，最后再打开挡板开始往衬底上沉积ITO薄膜。上述方案中，所述在TCO薄膜上丝网印刷一层银浆电极的步骤中，是通过调控压力来控制厚度，丝网印刷之后还在250°C的温度下烘I分钟。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术提供的这种高效异质结太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效异质结太阳能电池，其特征在于，包括：衬底(6)，该衬底(6)采用P型晶硅材料；在衬底(6)背面设置的铝背场(7)；在衬底(6)正面依次生长的n型扩散层(5)、i型本征非晶硅薄膜(4)、n型非晶硅薄膜(3)以及TCO薄膜(2)；以及在TCO薄膜(2)上设置的电极(1)。

【技术特征摘要】
1.一种高效异质结太阳能电池，其特征在于，包括: 衬底(6)，该衬底(6)采用P型晶硅材料； 在衬底(6)背面设置的铝背场(7)； 在衬底(6)正面依次生长的η型扩散层(5)、i型本征非晶硅薄膜(4)、n型非晶硅薄膜(3)以及TCO薄膜(2);以及 在TCO薄膜⑵上设置的电极(I)。2.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述衬底(6)采用P型单晶硅衬底、P型多晶硅衬底或P型冶金硅衬底，厚度为50μπ 300μπ ，电阻率为I Ω.cm 100 Ω.cm,晶格方向为100。3.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述在衬底(6)背面设置的铝背场(7)是通过丝网印刷铝浆料烧结而成，铝浆料印刷厚度为9μπι ΙΟΟμπι。4.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述η型扩散层(5)的厚度为 5nm 50nm,扩散浓度为 6.0 X 10 17 5.5 X 10 19kg/cm3。5.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述i型本征非晶硅薄膜⑷的厚度为3nm 50nm。6.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述η型非晶硅薄膜 (3)的厚度为5nm lOOnm。7.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述TCO薄膜(2)采用ZnO或ITO薄膜材料，厚度为50nm 150nm，电阻率在0.9E-3 1.2E-5 Ω.cm。8.根据权利要求1所述的高效异质结太阳能电池，其特征在于，所述在TCO薄膜(2)上设置的电极(I)是通过丝网印刷纯银浆料烧结而成，银浆料厚度为5μπι 80μπι。9.一种制备权利要求1至8中任一项所述高效异质结太阳能电池的方法，其特征在于，包括: 清洗P型晶体硅衬底； 利用铝浆料在P型晶体硅衬底背面丝网印刷铝背场； 利用烧结炉烧结在P型晶体硅衬底背面丝网印刷的铝背场； 利用扩散炉在P型晶体硅衬底正面轻扩η型扩散层； 利用PECVD在该η型扩散层上生长i型本征非晶硅薄膜； 利用PECVD在该i型本征非晶硅薄膜上生长η型非晶硅薄膜； 利用电子束蒸发在该η型非晶硅薄膜上蒸发TCO薄膜；以及 在该TCO薄膜上丝网印刷一层银浆电极。10.根据权利要求9所述的制备高效异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述清洗P型晶体硅衬底的步骤是采用表面RCA清洗，具体包括: 依次利用去离子水、硝酸、去离子水、氢氟酸、去...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔冬萌，贾锐，丁武昌，陈晨，乔秀梅，金智，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：