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CN108054220A - 一种硅异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种硅异质结太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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CN108054220A CN201711314000.9A CN201711314000A CN108054220A CN 108054220 A CN108054220 A CN 108054220A CN 201711314000 A CN201711314000 A CN 201711314000A CN 108054220 A CN108054220 A CN 108054220A
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傅林坚
沈文杰
谷士斌
任明冲
侯洪涛
周学谦
宋元恒
蔡蔚
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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术，旨在提供一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。该电池包括位于中间层的硅片、覆盖在硅片两侧的非晶硅层、覆盖在非晶硅层表面的透明导电膜层，以及若干个同时贯通硅片、非晶硅层和透明导电膜层的通孔；在通孔中填充导电材料，导电材料与两侧透明导电膜层之间绝缘；在正面透明导电膜层上仅设置细栅电极，在背面透明导电膜层上同时设置细栅电极和主栅电极，通孔中导电材料同时连接正面细栅线和背面主栅电极，但不与背面细栅电极相连。本发明中制备工艺简单，能使正面遮光面积减少一半以上，发电效率相对于传统技术能提高2％以上。本发明提供了更多的空间用于优化电池正面的细栅电极线条形状，提供美化电池的设计空间。

Description

一种硅异质结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
非晶硅/单晶硅异质结太阳能电池(简称硅异质结太阳能电池)是一种应用广泛的电池。如图1所示，硅异质结太阳能电池通常由多种膜层构成，主要包括硅片10、非晶硅膜层11以及透明导电膜层12(TCO膜层)，并以硅片10为对称中心呈上下对称结构。其中，非晶硅膜层11包括非晶n层、非晶p层以及本征i层，非晶硅膜层11主要由化学气相沉积(CVD)或者热丝法制备；透明导电膜层12通常采用掺锡氧化铟(ITO)或者掺铝氧化锌(AZO)，透明导电膜层12主要由磁控溅射法或者蒸发法制备。在透明导电膜层12的表面通常采用以丝网印刷的方法制备电极13和14，浆料通常采用银浆。
通常情况下，电极分为细栅线和主栅线，正面细栅线和主栅线的遮光率分别在2.5-4％范围，正面栅线的总遮光率在5-8％范围内。由于正面栅线会遮挡太阳光，导致部分太阳光发电效率损失，因而降低正面栅线的遮光率是提高太阳能发电效率的重要手段。但是目前的方法主要集中在缩减栅线宽度和栅线间距上，由于可调范围小导致效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种硅异质结太阳能电池及其制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种硅异质结太阳能电池，包括位于中间层的硅片、覆盖在硅片两侧的非晶硅层，以及覆盖在非晶硅层表面的透明导电膜层；该太阳能电池还包括若干个同时贯通硅片、非晶硅层和透明导电膜层的通孔，在通孔中填充有导电材料，导电材料与两侧的透明导电膜层之间绝缘；在正面的透明导电膜层上仅设置细栅电极，在背面的透明导电膜层上同时设置细栅电极和主栅电极，所述通孔中的导电材料同时连接正面的细栅线和背面的主栅电极，但不与背面的细栅电极相连。
本发明中，所述通孔的孔径在100um-5mm之间，单个电池片上的开孔数量在2-100个之间。
本发明中，所述通孔的横截面形状是圆形、方形或三角形。
本发明中，所述通孔与背面的细栅电极的间距大于5um。
本发明进一步提供了前述硅异质结太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(1)按照预设的位置和数量，在硅片上打孔；
(2)在打孔后的硅片的正面和背面分别沉积非晶硅，形成非晶硅层；
(3)在正面和背面的非晶硅层上分别沉积透明导电膜，形成透明导电膜层；
(4)对硅片上的通孔进行防短路处理，然后向通孔中填入导电材料；
(5)在正面的透明导电膜层上布置细栅电极，在背面的透明导电膜层上布置细栅电极和主栅电极，使通孔中的导电材料同时连接正面的细栅线和背面的主栅电极，但不与背面的细栅电极相连。
本发明中，所述步骤(1)中的打孔是使用激光打孔。
本发明中，在步骤(1)完成之后，先对硅片进行碱腐、制绒与清洗处理，然后进行退火处理。
本发明中，所述步骤(4)中，对硅片上的通孔进行防短路处理是以掩模方式实现的，向通孔中填入导电材料是通过丝网印刷或者点胶的方式实现的。
本发明中，步骤(5)中所述的细栅电极和主栅电极是银浆电极，通过丝网印刷方式布置在透明导电膜层上。
发明原理描述：
基于本发明创新性的电池结构，能够把电池的正负极全部都集中布置在电池的背面。由于利用通孔中的导电材料把正面电极引到背面，在电池的正面去掉主栅线，大大降低了电池正面的遮光面积(只是常规电池的一半以上)，进而可以进一步提高电池的发电效率。同时。也提供了更多的空间用于优化电池正面的细栅电极线条形状，提供美化电池的设计空间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中的太阳能电池的制备工艺简单，能使正面遮光面积减少一半以上，发电效率相对于传统技术能提高2％以上。
2、本发明提供了更多的空间用于优化电池正面的细栅电极线条形状，提供美化电池的设计空间。
附图说明
图1为现有技术的硅异质结太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明硅异质结太阳能电池的结构示意图。
图3为本发明电池外观示例(俯视图)。
图4为本发明电池外观另一示例(俯视图)。
附图标记说明：10-硅片；11-非晶硅层；12-透明导电膜层；13-细栅电极；14-主栅电极；20-硅片；21-非晶硅层；22-透明导电膜层；23-细栅电极；24-主栅电极；25-导电材料。
具体实施方式
为了提高硅异质结太阳能电池的效率，提高异质结太阳能电池的美观度，本发明实施例提供了一种硅异质结太阳能电池结构。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明中的硅异质结太阳能电池包括位于中间层的硅片20、覆盖在硅片两侧的非晶硅层21，以及覆盖在非晶硅层21表面的透明导电膜层22；还包括若干个同时贯通硅片20、非晶硅层21和透明导电膜层22的通孔，在通孔中填充有导电材料 25，导电材料25与两侧的透明导电膜层22之间绝缘；在正面的透明导电膜层22上仅设置细栅电极23，在背面的透明导电膜层22上同时设置细栅电极23和主栅电极24，所述通孔中的导电材料25同时连接正面的细栅线23和背面的主栅电极24，但不与背面的细栅电极23相连。通孔与背面的细栅电极的间距大于5um。
根据实际需要，通孔的孔径在100um-5mm之间，单个电池片上的开孔数量在2-100个之间。通孔的横截面形状是圆形、方形或三角形，也可以是其它形状。
上述硅异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照预设的位置和数量，在硅片20上打孔；打孔后先对硅片进行碱腐、制绒与清洗处理，然后进行退火处理；
(2)在打孔后的硅片20的正面和背面分别沉积非晶硅，形成非晶硅层21；
(3)在正面和背面的非晶硅层21上分别沉积透明导电膜，形成透明导电膜层22；
(4)以掩模方式对硅片20上的通孔进行防短路处理，然后通过丝网印刷或者点胶的方式向通孔中填入导电材料25；可以完全填充，也可以部分填充(内部空洞)。
(5)在正面的透明导电膜层22上布置细栅电极23，在背面的透明导电膜层22上布置细栅电极23和主栅电极24，使通孔中的导电材料25同时连接正面的细栅线23和背面的主栅电极24，但不与背面的细栅电极23相连。细栅电极23和主栅电极24是银浆电极，通过丝网印刷方式布置在透明导电膜层22上。正面的细栅电极23的布置可以根据需要设计图案，例如可以设计成花瓣、公司logo、平行线等各式各样的图形(见图 3和图4)。
上述硅异质结太阳能电池的制备方法中，所有处理手段均可采用现有工艺。例如：
硅片20上的通孔形成步骤中，可用激光把硅片20切出一定数量和形状的小孔。
碱腐处理操作通常为：将硅片置于重量百分比为2％～20％的氢氧化钠溶液中3～10 分钟，优选8分钟，在25℃～80℃的温度环境下，去除硅片在多线切割锯切片时产生的表面损伤层，同时利用氢氧化钠对硅片腐蚀的各向异性，形成反射率较低的表面结构。
制绒处理操作通常为：将硅片置于重量百分比为3～8％，优选5％的氢氧化钠溶液和体积百分比为0.1～0.5％，优选0.3％的制绒添加剂的溶液中，在80～90℃，优选85℃，浸泡15～25分钟，优选20分钟，用去离子水冲洗5～10分钟。
清洗处理为经过三次清洗后甩干：首先进行第一次清洗：将制绒后的硅片放入体积比为1∶1∶5的NH3·H2O∶H2O2∶H2O的溶液中在75℃浸泡15min，其中，NH3·H2O 代表质量百分比为29％的氨水的水溶液；H2O2代表质量百分比为30％的双氧水溶液；然后用去离子水冲洗5-10min；然后进行第二次清洗：将进行第一次清洗的硅片放入HCl： H2O2：H2O体积比为1∶1∶5的溶液中，其中，HCl代表质量百分比为36％的盐酸水溶液，H2O2代表质量百分比为30％的双氧水溶液,在75℃浸泡15分钟，用去离子水冲洗 5～10分钟；之后进行第三次清洗：用重量百分比为2％的HF溶液清洗2分钟，然后用去离子水冲洗2～5分钟；最后将硅片放入甩干机中甩干。其中优选电阻率1-5Ω·cm、 N型(也可选用P型)、厚度195μm的硅片。
在非晶硅层21形成步骤中，可用等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD设备) 在硅片20的正面和背面沉积非晶硅的本征层和掺杂层。在透明导电膜层形成步骤中，可利用离子镀膜设备，在硅片的正面和背面的非晶硅层21分别沉积透明导电薄膜(TCO)，形成透明导电膜层22。
在通孔中填充导电材料25的过程中，可利用丝网印刷技术把所有的孔洞都填充浆料。在电极形成步骤中，步骤105可具体包括：在正面和背面的透明导电膜层22表面用银浆以料丝网印刷形成电极，正面的细栅电极23和背面的主栅电极24要和导电材料 25连接，背面的细栅电极23不能和导电材料25连接。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种硅异质结太阳能电池，包括位于中间层的硅片、覆盖在硅片两侧的非晶硅层，以及覆盖在非晶硅层表面的透明导电膜层；其特征在于，该太阳能电池还包括若干个同时贯通硅片、非晶硅层和透明导电膜层的通孔，在通孔中填充有导电材料，导电材料与两侧的透明导电膜层之间绝缘；在正面的透明导电膜层上仅设置细栅电极，在背面的透明导电膜层上同时设置细栅电极和主栅电极，所述通孔中的导电材料同时连接正面的细栅线和背面的主栅电极，但不与背面的细栅电极相连。
2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述通孔的孔径在100um-5mm之间，单个电池片上的开孔数量在2-100个之间。
3.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述通孔的横截面形状是圆形、方形或三角形。
4.根据权利要求1所述的硅异质结太阳能电池，其特征在于，所述通孔与背面的细栅电极的间距大于5um。
5.一种制备权利要求1所述硅异质结太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照预设的位置和数量，在硅片上打孔；
(2)在打孔后的硅片的正面和背面分别沉积非晶硅，形成非晶硅层；
(3)在正面和背面的非晶硅层上分别沉积透明导电膜，形成透明导电膜层；
(4)对硅片上的通孔进行防短路处理，然后向通孔中填入导电材料；
(5)在正面的透明导电膜层上布置细栅电极，在背面的透明导电膜层上布置细栅电极和主栅电极，使通孔中的导电材料同时连接正面的细栅线和背面的主栅电极，但不与背面的细栅电极相连。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的打孔是使用激光打孔。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)完成之后，先对硅片进行碱腐、制绒与清洗处理，然后进行退火处理。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，对硅片上的通孔进行防短路处理是以掩模方式实现的，向通孔中填入导电材料是通过丝网印刷或者点胶的方式实现的。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的细栅电极和主栅电极是银浆电极，通过丝网印刷方式布置在透明导电膜层上。
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