CN108231928A - 一种hjt异质结电池及其多层透明导电薄膜 - Google Patents
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Abstract
一种多层透明导电薄膜及其制备方法，所述多层透明导电薄膜包括至少两层叠加的透明导电薄膜，至少两层透明导电薄膜均为ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量为10‑15重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量≥5重量％且＜10重量％；所述制备方法包括：在真空条件下连续制备多层ITO薄膜，并且在一层ITO薄膜与另一层ITO薄膜的过渡过程中，维持真空状态。本申请还提供了一种包括上述多层透明导电薄膜的HJT异质结电池。本申请的多层透明导电薄膜的光电性能较好，与p、n型非晶硅层的功函数匹配；HJT电池的各项性能指标都得到了提升。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于太阳能电池工艺技术领域，特别涉及但不限于一种HJT异质结电池及其多层透明导电薄膜。
背景技术
异质结非晶硅/晶硅太阳能电池HJT(Hetero-junction with Intrinsic Thinlayer，简称HJT)是目前主流的高效太阳能电池。其基本结构通常如图1所示，包含1：晶体硅；2：本征非晶硅层；3：p型非晶硅层；4：n型非晶硅层；5：透明导电薄膜层；6：正面栅线；7：背面栅线。
氧化铟锡薄膜(Indium Oxide doped Tin Film，简称ITO)由于具有低电阻率、高可见光透过率等优良的物理特性，被广泛应用于HJT太阳能电池的透明导电薄膜层。
ITO在HJT电池中起着导电和减反射膜的作用。目前广泛使用的ITO均为单层膜。作为减反膜，传统的1/4波长单ITO层膜仅对特定波长的小角度入射有很好的减反射效果。为了更好地满足HJT电池的减反射要求，多层减反膜应运而生。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请提供了一种能够改善HJT太阳能电池性能的多层透明导电薄膜。
具体地，本申请提供了一种多层透明导电薄膜，所述多层透明导电薄膜包括至少两层叠加的透明导电薄膜，至少两层透明导电薄膜均为ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量为10-15重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量≥5重量％且＜10重量％。
在一些实施方式中，所述多层透明导电薄膜还可以包括第三层ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜、所述第二层ITO薄膜和所述第三层ITO薄膜按顺序设置，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量可以≥1重量％且＜5重量％，或为10-15重量％。
在一些实施方式中，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量可以为10重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量可以为5重量％，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量可以为3重量％。
在一些实施方式中，所述多层透明导电薄膜还可以包括第四层ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜、所述第二层ITO薄膜、所述第三层ITO薄膜和所述第四层ITO薄膜按顺序设置，所述第四层ITO薄膜的锡的掺量可以为10-15重量％。
在一些实施方式中，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量可以为10重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量可以为5重量％，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量可以为3重量％，所述第四层ITO薄膜的锡的掺量可以为10重量％。
在一些实施方式中，每一层ITO薄膜的厚度可以在15-50nm的范围内。
在一些实施方式中，每一层ITO薄膜的折射率n可以在1.8-2.0的范围内，禁带宽度可以在3.0-4.6eV的范围内，载流子浓度可以在(1-10)×1020cm-3的范围内，载流子迁移率可以在10-50cm2/vs的范围内。
本申请还提供了如上所述的多层透明导电薄膜的制备方法，所述方法包括：在真空条件下连续制备多层ITO薄膜，并且在一层ITO薄膜与另一层ITO薄膜的过渡过程中，维持真空状态。
在一些实施方式中，在真空条件下连续制备多层ITO薄膜的步骤可以为：采用磁控溅射法在真空条件下连续制备多层ITO薄膜；
在一些实施方式中，在真空条件下连续制备多层ITO薄膜的步骤可以为：采用磁控溅射法在真空条件下连续制备多层ITO薄膜，其中，所述磁控溅射法采用的气体可以为氧气与氩气的混合气，并且氧气与氩气的体积流量比可以为0-3:97，溅射功率可以为2-8kW，制备过程所采用的腔室的本底真空度可以控制在≥5×10-4Pa的范围内。
本申请还提供了一种HJT异质结电池，所述HJT电池包括如上所述的多层透明导电薄膜。
在一些实施方式中，所述HJT异质结电池的一面可以包括至少两层叠加的透明导电薄膜，另一面可以包括至少三层叠加的透明导电薄膜。
在一些实施方式中，所述HJT异质结电池还可以包括晶体硅层(1)、本征非晶硅层(2)、第一非晶硅层(3)、第二非晶硅层(4)和栅线(6,7)，所述晶体硅层(1)具有第一表面和第二表面；
所述HJT异质结电池的一面可以包括多层透明导电薄膜(5)，另一面可以包括多层透明导电薄膜(5’)，所述多层透明导电薄膜(5)可以设置有四层透明导电薄膜，所述多层透明导电薄膜(5’)可以设置有三层透明导电薄膜；
所述本征非晶硅层(2)、所述第二非晶硅层(4)、所述多层透明导电薄膜(5)的第四层ITO薄膜(5-4)、第三层ITO薄膜(5-3)、第二层ITO薄膜(5-2)、第一层ITO薄膜(5-1)和所述栅线6可以按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层(1)的第一表面上；
所述本征非晶硅层(2)、所述第一非晶硅层(3)、所述多层透明导电薄膜(5’)的第三层ITO薄膜(5-3’)、第二层ITO薄膜(5-2’)、第一层ITO薄膜(5-1’)和所述栅线7可以按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层(1)的第二表面上。
在一些实施方式中，所述多层透明导电薄膜(5)的第一层ITO薄膜(5-1)的锡的掺量可以为10重量％，第二层ITO薄膜(5-2)的锡的掺量可以为5重量％，第三层ITO薄膜(5-3)的锡的掺量可以为3重量％，第四层ITO薄膜(5-4)的锡的掺量可以为10重量％；
所述多层透明导电薄膜(5’)的第一层ITO薄膜(5-1’)的锡的掺量可以为10重量％，第二层ITO薄膜(5-2’)的锡的掺量可以为5重量％，第三层ITO薄膜(5-3’)的锡的掺量可以为3重量％。
在一些实施方式中，所述晶体硅层(1)可以为n型晶体硅层。
在一些实施方式中，所述第一非晶硅层(3)可以为p型非晶硅层，所述第二非晶硅层(4)可以为n型非晶硅层。
本申请的发明人发现，ITO薄膜的光电性能，如折射率、功函数与p型非晶硅层、n型非晶硅层的匹配，直接影响着HJT电池的性能。本申请通过逐渐改变ITO中锡的掺杂量，形成多层阶梯型的ITO减反射薄膜，改善了ITO薄膜的光电性能。相对于单层ITO，本申请的多层阶梯型的ITO薄膜的优势具体来说就是通过多层阶梯型的ITO结构进一步减少光的损失，同时通过优化的ITO薄膜与p、n型非晶硅层的功函数匹配，使与n型非晶硅层接触的ITO具有相对低的功函数，而与p型非晶硅层接触的ITO具有相对高的功函数，最终提升了HJT电池的各项性能指标。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为传统HJT异质结电池的结构示意图。
图2为本申请实施例3的HJT异质结电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
一种多层透明导电薄膜5，包括四层叠加的ITO薄膜，依序为第一层ITO薄膜5-1、第二层ITO薄膜5-2、第三层ITO薄膜5-3、第四层ITO薄膜5-4；其中，所述第一层ITO薄膜5-1的锡的掺量为10重量％，厚度为34nm；所述第二层ITO薄膜5-2的锡的掺量为5重量％，厚度为34nm；所述第三层ITO薄膜5-3的锡的掺量为3重量％，厚度为34nm；所述第四层ITO薄膜5-4的锡的掺量为10重量％，厚度为10nm。
按照下述方法制备所述多层透明导电薄膜5：
(1)选择衬底(已沉积两层本征非晶硅层和两层非晶硅层的晶体硅片)；
(2)调节真空腔室的真空度为5×10-4Pa，按照2:98的体积流量比向真空腔室中通入氧气和氩气，溅射功率为4kW，采用磁控溅射法在所述衬底的第一表面沉积所述第四层ITO薄膜5-4；
(3)维持真空腔室的真空度为5×10-4Pa，按照5:95的体积流量比向真空腔室中通入氧气和氩气，溅射功率为4kw，继续在真空腔室中沉积所述第三层ITO薄膜5-3；
(4)维持真空腔室的真空度为5×10-4Pa，按照6:94的体积流量比向真空腔室中通入氧气和氩气，溅射功率为4kw，继续在真空腔室中沉积所述第二层ITO薄膜5-2；
(5)维持真空腔室的真空度为5×10-4Pa，按照2:98的体积流量比向真空腔室中通入氧气和氩气，溅射功率为4kw，继续在真空腔室中沉积所述第一层ITO薄膜5-1。
整个沉积过程中不打开真空腔室，连续进行沉积，不能破空。
实施例2
一种多层透明导电薄膜5’，包括三层叠加的ITO薄膜，依序为第一层ITO薄膜5-1’、第二层ITO薄膜5-2’、第三层ITO薄膜5-3’，其中，所述第一层ITO薄膜5-1’的锡的掺量为10重量％，厚度为37nm；所述第二层ITO薄膜5-2’的锡的掺量为5重量％，厚度为37nm；所述第三层ITO薄膜5-3’的锡的掺量为3重量％，厚度为37nm。
按照实施例1中制备所述多层透明导电薄膜5的步骤(3)-(5)在实施例1的衬底的第二表面上继续沉积所述多层透明导电薄膜5’的第三层ITO薄膜5-3’、第二层ITO薄膜5-2’和第一层ITO薄膜5-1’。
实施例3
一种HJT异质结电池，其结构如图2所示，包括n型晶体硅层1、本征非晶硅层2、p型非晶硅层3、n型非晶硅层4、实施例1所述的多层透明导电层薄膜5、实施例2所述的多层透明导电层薄膜5’、正面栅线6和背面栅线7，所述晶体硅层1具有第一表面和第二表面；
定义n型非晶硅层4所在的一面为电池的正面，p型非晶硅层3所在的一面为电池的背面；
所述本征非晶硅层2、所述n型非晶硅层4、实施例1所述的多层透明导电层薄膜5的第四层ITO薄膜5-4、第三层ITO薄膜5-3、第二层ITO薄膜5-2和第一层ITO薄膜5-1和所述正面栅线6按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层1的第一表面上；
所述本征非晶硅层2、所述p型非晶硅层3、实施例2所述的多层透明导电层薄膜5’的第三层ITO薄膜5-3’、第二层ITO薄膜5-2’、第一层ITO薄膜5-1’和所述背面栅线7按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层1的第二表面上。
实施例4
一种HJT异质结电池，本实施例的HJT异质结电池与实施例3的异质结电池的不同之处仅在于：
多层透明导电薄膜5不包括第三层ITO薄膜5-3；多层透明导电层薄膜5’不包括第三层ITO薄膜5-3’。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (13)
1.一种多层透明导电薄膜，其特征在于，所述多层透明导电薄膜包括至少两层叠加的透明导电薄膜，至少两层透明导电薄膜均为ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量为10-15重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量≥5重量％且＜10重量％。
2.根据权利要求1所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，还包括第三层ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜、所述第二层ITO薄膜和所述第三层ITO薄膜按顺序设置，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量≥1重量％且＜5重量％，或为10-15重量％。
3.根据权利要求2所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量为10重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量为5重量％，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量为3重量％。
4.根据权利要求2所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，还包括第四层ITO薄膜，所述第一层ITO薄膜、所述第二层ITO薄膜、所述第三层ITO薄膜和所述第四层ITO薄膜按顺序设置，所述第四层ITO薄膜的锡的掺量为10-15重量％。
5.根据权利要求4所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，所述第一层ITO薄膜的锡的掺量为10重量％，所述第二层ITO薄膜的锡的掺量为5重量％，所述第三层ITO薄膜的锡的掺量为3重量％，所述第四层ITO薄膜的锡的掺量为10重量％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，每一层ITO薄膜的厚度在15-50nm的范围内。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的多层透明导电薄膜，其特征在于，每一层ITO薄膜的折射率n在1.8-2.0的范围内，禁带宽度在3.0-4.6eV的范围内，载流子浓度在(1-10)×1020cm-3的范围内，载流子迁移率在10-50cm2/vs的范围内。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的多层透明导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在真空条件下连续制备多层ITO薄膜，并且在一层ITO薄膜与另一层ITO薄膜的过渡过程中，维持真空状态；
在真空条件下连续制备多层ITO薄膜的步骤选自下述方式中的任意一种：采用磁控溅射法在真空条件下连续制备多层ITO薄膜；或者
采用磁控溅射法在真空条件下连续制备多层ITO薄膜，其中，所述磁控溅射法采用的气体为氧气与氩气的混合气，并且氧气与氩气的体积流量比为0-3:97，溅射功率为2-8kW，制备过程所采用的腔室的本底真空度控制在≥5×10-4Pa的范围内。
9.一种HJT异质结电池，其特征在于，所述HJT电池包括根据权利要求1-8中任一项所述的多层透明导电薄膜。
10.根据权利要求9所述的HJT异质结电池，其特征在于，所述HJT异质结电池的一面包括至少两层叠加的透明导电薄膜，另一面包括至少三层叠加的透明导电薄膜。
11.根据权利要求10所述的HJT异质结电池，其特征在于，所述HJT异质结电池还包括晶体硅层(1)、本征非晶硅层(2)、第一非晶硅层(3)、第二非晶硅层(4)和栅线(6,7)，所述晶体硅层(1)具有第一表面和第二表面；
所述HJT异质结电池的一面包括多层透明导电薄膜(5)，另一面包括多层透明导电薄膜(5’)，所述多层透明导电薄膜(5)设置有四层透明导电薄膜，所述多层透明导电薄膜(5’)设置有三层透明导电薄膜；
所述本征非晶硅层(2)、所述第二非晶硅层(4)、所述多层透明导电薄膜(5)的第四层ITO薄膜(5-4)、第三层ITO薄膜(5-3)、第二层ITO薄膜(5-2)、第一层ITO薄膜(5-1)和所述栅线6按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层(1)的第一表面上；
所述本征非晶硅层(2)、所述第一非晶硅层(3)、所述多层透明导电薄膜(5’)的第三层ITO薄膜(5-3’)、第二层ITO薄膜(5-2’)、第一层ITO薄膜(5-1’)和所述栅线7按从内到外的顺序依次设置在所述晶体硅层(1)的第二表面上。
12.根据权利要求11所述的HJT异质结电池，其特征在于，所述多层透明导电薄膜(5)的第一层ITO薄膜(5-1)的锡的掺量为10重量％，第二层ITO薄膜(5-2)的锡的掺量为5重量％，第三层ITO薄膜(5-3)的锡的掺量为3重量％，第四层ITO薄膜(5-4)的锡的掺量为10重量％；
所述多层透明导电薄膜(5’)的第一层ITO薄膜(5-1’)的锡的掺量为10重量％，第二层ITO薄膜(5-2’)的锡的掺量为5重量％，第三层ITO薄膜(5-3’)的锡的掺量为3重量％。
13.根据权利要求11或12所述的HJT异质结电池，其特征在于，所述晶体硅层(1)为n型晶体硅层；
所述第一非晶硅层(3)为p型非晶硅层，所述第二非晶硅层(4)为n型非晶硅层。
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