CN109638101A - 双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构及其制备方法，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有非晶硅本征层，非晶硅本征层的外侧均设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极，背面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有两层掺杂浓度不同的非晶硅掺杂层，即第一层掺杂层和第二层掺杂层，所述第一层掺杂层设置在靠近非晶硅本征的一侧，所述第二层掺杂层设置在靠近TCO导电膜的一侧。本发明背光面非晶硅掺杂层采用双层非晶硅掺杂层，第一层采用0.5%‑1%的掺杂浓度，第二层采用1%‑4%的掺杂浓度，既增加了薄膜的导电性，又不降低薄膜的透过率，提升HJT太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构及其制备方法。
背景技术
随着光伏技术的快速发展，晶体硅太阳电池的转换效率逐年提高。在当前光伏工业界，单晶硅太阳电池的转换效率已达到20%以上，多晶硅太阳电池的转换效率已达18.5%以上。然而大规模生产的、转换效率达22.5%以上的硅基太阳电池仅美国SunPower公司的背接触太阳电池(Interdigitated Back Contact，IBC)和日本松下公司的带本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer，HJT)。和IBC太阳电池相比，HJT电池具有能耗少、工艺流程简单、温度系数小等诸多优点，这些也是HJT太阳能电池能从众多高效硅基太阳电池方案中脱颖而出的原因。
当前，我国正在大力推广分布式太阳能光伏发电，由于屋顶资源有限，而且分布式光伏发电需求高转换效率的太阳电池组件，正是由于HJT太阳电池具有高效、双面发电的优势，在分布式光伏电站中表现出广阔的应用前景。
现有HJT电池的结构是在N型单晶硅双面做一层非晶硅本征层和掺杂层。非晶硅本征层主要是钝化晶体硅表面缺陷，减少表面缺陷态，从而降低载流子复合；非晶硅掺杂层主要是与晶硅形成PN结和场效应钝化层。
参见图1，现有技术为单层非晶硅掺杂层P，其中B2H6掺杂的掺杂比例为1%-3%；非晶硅掺杂层存在透过率与导电率相矛盾的关系，透过率高则导电性能差，导电性高则透过率低，因此，单层B2H6掺杂非晶硅无法实现HJT电池的高转换效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构及其制备方法，既能满足非晶硅的良好导电性，又能满足高透过率。
本发明的目的是这样实现的：
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有非晶硅本征层，正面和背面的非晶硅本征层的外侧均设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极，所述N型晶体硅片的背面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有两层掺杂浓度不同的非晶硅掺杂层，即第一层掺杂层和第二层掺杂层，所述第一层掺杂层设置在靠近非晶硅本征层的一侧，所述第二层掺杂层设置在靠近TCO导电膜的一侧。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，所述第一层掺杂层的厚度为1~20nm，掺杂浓度为0.5%~1%。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，所述第二层掺杂层的厚度为1~20nm，掺杂浓度为1%~4%。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
第一步、选取基材N型单晶硅片进行制绒、清洗处理；
第二步、通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层；
第三步、选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层；
第五步、使用PECVD制备P型非晶硅层，第一层采用0.5%~1%的掺杂浓度形成第一掺杂层，第二层采用1%~4%的掺杂浓度形成第二掺杂层；
第六步、使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜；
第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极；
第八步、固化使得银栅线与TCO导电膜之间形成良好的欧姆接触；
第九步、进行测试电池的电性能。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，所述第一掺杂层的厚度为1~20nm，所述第二掺杂层的厚度为1~20nm，两层非晶硅掺杂层的总厚度为7~15nm。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，所述正背面的非晶硅本征层厚度为5~10nm。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，所述非晶硅掺杂层N层厚度为4~8nm。
一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，所述TCO导电膜厚度为70~110nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明对于HJT异质结太阳能电池结构，背光面非晶硅掺杂层采用双层非晶硅掺杂层，第一层采用0.5%-1%的掺杂浓度，第二层采用1%-4%的掺杂浓度，既增加了薄膜的导电性，又不降低薄膜的透过率，提升HJT太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为现有HJT异质结太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明HJT异质结太阳能电池的结构示意图。
其中：
N型晶体硅片1、非晶硅本征层2、非晶硅掺杂层N层3、非晶硅掺杂层P层4、第一层掺杂层5、第二层掺杂层6、TCO导电膜7、Ag电极8。
具体实施方式
实施例1：
参见图2，本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；
所述背面的非晶硅本征层2的外侧设有第一层掺杂层5，所述第一层掺杂层5的外侧设有第二层掺杂层6，所述第二层掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。
所述第一层掺杂层5的厚度为4nm，掺杂浓度为1%；所述第二层掺杂层6的厚度为6nm，掺杂浓度为3%。
本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；
（5）使用PECVD制备P型非晶硅层，总厚度10 nm，第一层采用1%的掺杂浓度形成第一掺杂层5，所述第一掺杂层5的厚度为4nm，第二层采用3%的掺杂浓度形成第二掺杂层6，所述第二掺杂层6的厚度为6nm；
（6）使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
实施例2：
参见图2，本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；
所述背面的非晶硅本征层2的外侧设有第一层掺杂层5，所述第一层掺杂层5的外侧设有第二层掺杂层6，所述第二层掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。
所述第一层掺杂层5的厚度为3nm，掺杂浓度为0.5%；所述第二层掺杂层6的厚度为7nm，掺杂浓度为2.5%。
本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；
（5）使用PECVD制备P型非晶硅层，总厚度10 nm，第一层采用0.5%的掺杂浓度形成第一掺杂层5，所述第一掺杂层5的厚度为3nm，第二层采用2.5%的掺杂浓度形成第二掺杂层6，所述第二掺杂层6的厚度为7nm；
（6）使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
实施例3：
参见图2，本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；
所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；
所述背面的非晶硅本征层2的外侧设有第一层掺杂层5，所述第一层掺杂层5的外侧设有第二层掺杂层6，所述第二层掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。
所述第一层掺杂层5的厚度为5nm，掺杂浓度为1%；所述第二层掺杂层6的厚度为5nm，掺杂浓度为2%。
本发明涉及的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：
（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；
（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；
（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；
（5）使用PECVD制备P型非晶硅层，总厚度10 nm，第一层采用1%的掺杂浓度形成第一掺杂层5，所述第一掺杂层5的厚度为5nm，第二层采用2%的掺杂浓度形成第二掺杂层6，所述第二掺杂层6的厚度为5nm；
（6）使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；
（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；
（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；
（9）进行测试电池的电性能。
本发明采用以上叠层掺杂浓度参数，对钝化没有影响，切掺杂层的透过率、导电性都很好，使电池的开路电压、短路电流、填充因子都有很大的提升。
将本发明的实施例数据与除了P型非晶硅层结构不同其他参数均相同的现有技术对比，本发明与现有技术的电性能对比参见下表，主要从开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF体现，可以得到本发明的太阳能电池电性能参数的提升，使太阳能电池的转换效率Eta有所提升。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片（1），所述N型晶体硅片（1）的正面和背面均设有非晶硅本征层（2），正面和背面的非晶硅本征层（2）的外侧均设有TCO导电膜（7），所述TCO导电膜（7）的外侧设有若干Ag电极（8），其特征在于：所述N型晶体硅片（1）的背面的非晶硅本征层（2）和TCO导电膜（7）之间设有两层掺杂浓度不同的非晶硅掺杂层，即第一层掺杂层（5）和第二层掺杂层（6），所述第一层掺杂层（5）设置在靠近非晶硅本征层（2）的一侧，所述第二层掺杂层（6）设置在靠近TCO导电膜（7）的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，其特征在于：所述第一层掺杂层（5）的厚度为1~20nm，掺杂浓度为0.5%~1%。
3.根据权利要求1所述的一种双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构，其特征在于：所述第二层掺杂层（6）的厚度为1~20nm，掺杂浓度为1%~4%。
4.一种权利要求1所述的双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
第一步、选取基材N型单晶硅片（1）进行制绒、清洗处理；
第二步、通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层；
第三步、选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；
第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层（3）；
第五步、使用PECVD制备P型非晶硅层，第一层采用0.5%~1%的掺杂浓度形成第一掺杂层（5），第二层采用1%~4%的掺杂浓度形成第二掺杂层（6）；
第六步、使用RPD或者PVD方法沉积TCO导电膜（7）；
第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极（8）；
第八步、固化使得银栅线与TCO导电膜（7）之间形成良好的欧姆接触；
第九步、进行测试电池的电性能。
5.根据权利要求4所述的双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，其特征在于: 所述第一掺杂层（5）的厚度为1~20nm，所述第二掺杂层（6）的厚度为1~20nm，两层非晶硅掺杂层的总厚度为7~15nm。
6.根据权利要求4所述的双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，其特征在于: 所述正背面的非晶硅本征层（2）厚度为5~10nm。
7.根据权利要求4所述的双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，其特征在于: 所述非晶硅掺杂层N层（3）厚度为4~8nm。
8.根据权利要求4所述的双层非晶硅掺杂层太阳电池的发射极结构的制备方法，其特征在于:所述TCO导电膜（7）厚度为70~110nm。
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