CN105845761A - 一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域,涉及一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构和制备方法。将N或P型晶体硅片双面抛光,之后双面制备氧化硅层或者是氧化铝层;然后双面制备金或者银纳米粒子,然后背面制备非晶硅的N(P)型层,受光面制备准晶态P(N)型硅薄膜,P(N)型硅薄膜上制备70nm厚的ITO薄膜和栅线电极,背面制备银薄膜。本发明的益处是:钝化膜包裹的金属纳米粒子形成载流子隧穿通道的作用,提高了载流子隧穿效果,可以整体提高晶体硅太阳电池的填充因子,同时金属纳米粒子的表面等离子体效应起到了减反射的效果。
Description
技术领域
本发明专利属于太阳能电池技术领域,涉及一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构和制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池的表面钝化是提高晶体硅太阳能电池的一个重要方法,基于氧化硅,氧化铝,介质膜的PERC和PERL电池目前已经商业化,但是,这些电池都需要局部开孔,开孔处的高复合问题一直无法解决,2013年,Fraunhofer ISE开发了一种隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)技术。这种技术使用超薄的氧化层与硅薄膜钝化电池的背面,氧化层使用湿法化学生长,厚度为1.4nm,随后在氧化层之上,沉积20nm掺磷的非晶硅,之后经过退火加强钝化效果。但是这种方法只是钝化了电池的背面,电池制备仍然需要加入高耗能的扩散步骤,而且介质膜厚度要求很高,高于2nm将严重的影响到载流子的收集。2014年,Fraunhofer ISE将钝化扩展到正面,正反两面沉积1.4nm氧化硅,之后分别沉积15nm掺磷和掺硼的非晶硅,之后退火。正面采用溅镀ITO,蒸镀Ti/Pd/Ag叠层栅线,背面蒸银作为背面电极,但是这个电池效率只有17.3%,主要因为正面没有制绒,短路电流只有31.6mA/cm^2。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构和制备方法。将金属纳米粒子和介质膜结合起来,金属纳米粒子的引入,引入了电子隧穿通道,增强了载流子隧穿效应,加强了电子和空穴的收集,同时金属纳米粒子具有表面等离子效应,可以起到减反射的效果,这样硅片不需要制绒步骤,因此钝化膜可以有更好的钝化效果。
本发明的目的之一,是提供一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构。
一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,包括作为基底的P型硅片或N型硅片,其特征在于:以P型硅片或N型硅片作为中间层,在受光面方向从下至上依次为介质膜、金属纳米粒子、N型准晶态硅薄膜或P型准晶态硅薄膜、ITO薄膜和ITO薄膜上的栅线电极;在背面方向从上至下依次为介质膜、金属纳米粒子、P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜、银薄膜。
进一步地,所述金属纳米粒子为金纳米粒子或者银纳米粒子。
进一步地,介质膜为氧化硅层或者是氧化铝层。
进一步地,介质膜的厚度为1-1.5nm。
进一步地,金属纳米粒子的直径为100-200nm,间距为400-600nm。
进一步地,N型准晶态硅薄膜的厚度为10-15nm,P型非晶硅薄膜的厚度为20-25nm;P型准晶态硅薄膜的厚度为10-15nm,和N型非晶硅薄膜的厚度为20-25nm。
进一步地,ITO薄膜厚度为70-80nm,银薄膜厚度为200-1000nm。
上述P型硅片为基底的接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法如下:
1.将P型硅片双面抛光,RCA清洗。
2.双面制备介质膜。
3.在介质膜上制备金属纳米粒子。
4.在受光面制备N型准晶态硅薄膜,之后制备ITO薄膜,ITO上制备栅线电极。
5.在背面制备P型非晶硅薄膜,之后制备银薄膜作为电极。
进一步地,P型硅片的厚度为180微米
进一步地,当介质膜为氧化铝时,制备方法为ALD;当介质膜为氧化硅时,制备方法为热硝酸氧化或紫外臭氧处理。
进一步地,制备金属纳米粒子使用的方法为热蒸发50-100nm薄膜,之后经过400度退火得到。
进一步地,制备受光面的N型准晶态硅薄膜使用的方法为PECVD;ITO薄膜通过电子束蒸发或者溅射的方法制备。
进一步地,背面的P型非晶硅薄膜的制备方法为PECVD,银薄膜通过热蒸发得到。
N型硅片为基底的技术方案如下:
1.将N型硅片双面抛光,RCA清洗。
2.双面制备介质膜。
3.在介质膜上制备金属纳米粒子。
4.在受光面制备P型准晶态硅薄膜,之后制备ITO薄膜,ITO上制备栅线电极。
5.在背面制备N型非晶硅薄膜,之后再制备银薄膜作为电极。
进一步地,当介质膜为氧化铝时,制备方法为ALD,当介质膜为氧化硅时,制备方法为热硝酸氧化或紫外臭氧处理。
进一步地,制备金属纳米粒子使用的方法为热蒸发50-100nm薄膜,之后经过400度退火得到。
进一步地,制备受光面的P型准晶态硅薄膜的方法为PECVD,ITO薄膜通过电子束蒸发或者溅射的方法制备。
进一步地,背面的N型非晶硅薄膜的制备方法为PECVD,银薄膜通过热蒸发得到。
附图说明
图1为以N型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池的结构示意图。
图2为以P型硅片为基底的背接触钝化晶体硅太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
1.将180um的P型硅片双面抛光,之后进行RCA清洗
2.双面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度为1-1.5nm;也可以使用热硝酸氧化,或者紫外臭氧处理形成1-1.5nm的氧化硅薄膜。
3.硅片双面使用热蒸发方法制备50nm的金薄膜,之后400度退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果,
4.受光面制备N型准晶态硅薄膜,厚度10nm;使用的方法为PECVD,准晶态硅薄膜是一种介于非晶和微晶靠近微晶硅相的一种薄膜,可通过调整制备工艺得到,之后制备70nmITO薄膜,使用的方法为电子束蒸发或者溅射,最后制备栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法,或者使用层压机压制银线的方法。
5.背面制备P型非晶硅薄膜,厚度为20nm,所使用的方法为PECVD;之后制备500nm厚的银薄膜作为背电极,所使用的方法热蒸发。
实施例2
1.将180um的N型硅片双面抛光,之后进行RCA清洗。
2.双面制备氧化铝薄膜,使用的方法为ALD,厚度为1-1.5nm,也可以使用热硝酸氧化,或者紫外臭氧处理形成1-1.5nm的氧化硅薄膜。
3.硅片双面使用热蒸发方法制备100nm的金薄膜,之后400度退火,形成金属纳米粒子,退火过程也可增强钝化膜的钝化效果,
4.受光面制备P型准晶态硅薄膜,厚度15nm。使用的方法为PECVD,准晶态硅薄膜是一种介于非晶和微晶靠近微晶硅相的一种薄膜,可通过调整制备工艺得到,之后制备80nmITO薄膜,使用的方法为电子束蒸发或者溅射,最后制备栅线电极,使用的是丝网印刷银浆或者掩膜蒸发铝的方法,或者通过层压机压制银线作为栅线电极。6.背面制备N型非晶硅薄膜,厚度为25nm;所使用的方法为PECVD,之后制备1000nm厚的银薄膜作为背电极,所使用的方法为PECVD。
Claims (10)
1.一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,包括作为基底的P型硅片或N型硅片,其特征在于:以P型硅片或N型硅片作为中间层,在受光面方向从下至上依次为介质膜、金属纳米粒子、N型准晶态硅薄膜或P型准晶态硅薄膜、ITO薄膜和ITO薄膜上的栅线电极;在背面方向从上至下依次为介质膜、金属纳米粒子、P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜、银薄膜。
2.如权利要求1所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,其特征在于:所述金属纳米粒子为金纳米粒子或者银纳米粒子。
3.如权利要求1所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,其特征在于:介质膜为氧化硅层或者是氧化铝层;介质膜的厚度为1-1.5nm。
4.如权利要求1所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,其特征在于:金属纳米粒子的直径为100-200nm,间距为400-600nm。
5.如权利要求1所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构,其特征在于:N型准晶态硅薄膜的厚度为10-15nm,P型非晶硅薄膜的厚度为20-25nm;P型准晶态硅薄膜的厚度为10-15nm,和N型非晶硅薄膜的厚度为20-25nm;ITO薄膜厚度为70-80nm,银薄膜厚度为200-1000nm。
6.如权利要求1所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法,其特征在于步骤如下:
(1)将P型硅片双面抛光,RCA清洗;
(2)双面制备介质膜;
(3)在介质膜上制备金属纳米粒子;
(4)在受光面制备N型准晶态硅薄膜,之后制备ITO薄膜,ITO上制备栅线电极。
(5)在背面制备P型非晶硅薄膜,之后制备银薄膜作为电极;
或:
(1)将N型硅片双面抛光,RCA清洗;
(2)双面制备介质膜;
(3)在介质膜上制备金属纳米粒子;
(4)在受光面制备P型准晶态硅薄膜,之后制备ITO薄膜,ITO上制备栅线电极。(5)在背面制备N型非晶硅薄膜,之后再制备银薄膜作为电极。
7.如权利要求6所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法,其特征在于:P型硅片或N型硅片的厚度为180微米。
8.如权利要求6所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法,其特征在于:当介质膜为氧化铝时,制备方法为ALD;当介质膜为氧化硅时,制备方法为热硝酸氧化或紫外臭氧处理。
9.如权利要求6所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法,其特征在于:制备金属纳米粒子使用的方法为热蒸发50-100nm薄膜,之后经过400度退火得到。
10.如权利要求6所述的一种接触钝化晶体硅太阳能电池的结构的制备方法,其特征在于:制备受光面的N型准晶态硅薄膜使用的方法为PECVD,ITO薄膜通过电子束蒸发或者溅射的方法制备,背面的P型非晶硅薄膜的制备方法为PECVD,银薄膜通过热蒸发得到;制备受光面的P型准晶态硅薄膜的方法为PECVD,ITO薄膜通过电子束蒸发或者溅射的方法制备,背面的N型非晶硅薄膜的制备方法为PECVD,银薄膜通过热蒸发得到。
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