一種異質結太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種異質結太陽能電池及其制備方法，所述太陽能電池包括襯底(1)、n+型擴散層(2)、n++型非晶硅薄膜層(3)、本征非晶SiOX層(0<x<2)(4)、P型非晶SiOX(0<x<2)層(5)、TCO薄膜層(6)、電極(7)，所述襯底(1)的背面依次生長n+型擴散層(2)、n++型非晶硅薄膜層(3)、TCO薄膜層(6)，TCO薄膜層(6)上設置電極(7)，所述襯底(1)的正面依次生長本征非晶SiOX(0<x<2)層(4)、P型非晶SiOX(0<x<2)層(5)、TCO薄膜層(6)，TCO薄膜層(6)上設置電極(7)。本發明提供的異質結太陽能電池，相比傳統晶硅電池和HIT電池，具有更高的轉換效率和更高的工作穩定性。所述制備方法具有節能、方便實施的特點。
【專利說明】一種異質結太陽能電池及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于光伏太陽能電池【技術領域】，具體涉及一種異質結太陽能電池及其制備方法。

【背景技術】
[0002]能源危機和環境污染問題促進了清潔能源的廣泛研究與應用開發。太陽能光伏發電具有資源充足、清潔、安全、壽命長等優點，已成為可再生能源技術中發展最快、最具活力的研究領域。日前市場上的光伏太陽能電池主要有晶體硅(包括單晶硅、多晶硅)、非晶硅薄膜、碲化鎘薄膜及銅銦硒薄膜太陽電池等。
[0003]其中，晶體硅太陽能電池仍占主流，技術也最為成熟，其光電轉化效率已達19.5%，但受到制備工藝限制，其轉化效率的提高已經達到極限；而非晶硅太陽能電池雖然生產環節原料及能源消耗比較小，但其轉換效率比較低，并且穩定性差。
[0004]近年來HIT電池得到了迅速的發展，這種異質結結構的電池綜合了晶硅電池和非晶硅電池兩者的優點，是一種非常有應用前景的技術。在HIT電池研究及其大規模產業化的過程中，日本的Sanyo公司做出了重要貢獻，1991年其在Icm2面積上制備出轉化效率為20.0%的HIT電池，2003年，Sanyo公司10cm2電池轉化效率達到19.5 %，到2006年，其HIT電池的最高轉化效率達到21.8%。2009年5月，Sanyo公司又將HIT池的轉化效率提高到23%。被Panasonic收購后的2013年，Sanyo HIT太陽能電池實現了 24.7%的實驗室轉化效率。
[0005]為了進一步提高異質結太陽能電池的轉化效率及其長時間工作的穩定性，有必要對其結構及制備方法進行進一步的優化。


【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種異質結太陽能電池及其制備方法，所述異質結太陽能電池具有更高的實際功率輸出和良好的溫度穩定性。所述制備方法具有低溫節能、方便實施的優點。
[0007]—種異質結太陽能電池，包括襯底、n+型擴散層、n++型非晶硅薄膜層、本征非晶510)(層(0〈x〈2)、P型非晶Si0x(0〈x〈2)層、TCO薄膜層、電極，其中，所述襯底的背面依次生長n+型擴散層、n++型非晶硅薄膜層、TCO薄膜層，TCO薄膜層上設置電極，所述襯底的正面依次生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層、P型非晶Si0x(0〈x〈2)層、TCO薄膜層，TCO薄膜層上設置電極。
[0008]上述異質結太陽能電池，所述襯底的材料為η型單晶硅，所述η+型擴散層通過熱擴散POCl3形成，所述TCO薄膜層的材料為ΙΤ0，所述電極通過絲網印刷銀漿燒結而成。
[0009]上述異質結太陽能電池，所述銀漿的成份包括銀粉80?90wt %、玻璃粉2?5wt%、有機載體10?20wt%。經燒結后電阻率低于2 μ Ω.cm。
[0010]上述異質結太陽能電池，所述電極的寬度為30μηι?60μηι,高度為30μηι?50 μ m。具有低的遮光面積和低的電阻。
[0011]上述異質結太陽能電池,所述襯底的厚度為100 μ m?150 μ m。檢測其電阻率為2Ω.αιι?18Ω.ο?，晶格方向為100，此條件下得到的電池具有高的開路電壓、高的短路電流、良好的絨面結構。
[0012]上述異質結太陽能電池，所述η+型擴散層的厚度為Inm?1nm, η++型非晶娃薄膜層的厚度為20nm?30nm,本征非晶Si0x(0〈x〈2)層的厚度為Inm?3nm, P型非晶S1x(0<x<2)層的厚度為3nm?8nm, TCO薄膜層的厚度為10nm?150nm。厚度的選擇使電池在表面充分鈍化的基礎上，具有比較高的短路電流和開路電壓性能。
[0013]所述TCO薄膜層的方阻為10Ω/ □?30Ω/ □，可以盡量降低對電池串聯電阻的影響。
[0014]本發明同時還提供了一種上述異質結太陽能電池的制備方法，操作步驟依次包括:
[0015]a.對襯底進行制絨和清洗；
[0016]b.利用擴散爐在襯底背面擴散POCl3形成n+型擴散層；
[0017]c.利用PECVD在n+型擴散層上生長n++型非晶硅薄膜層；
[0018]d.利用PECVD在襯底正面生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層；
[0019]e.利用PECVD在本征非晶Si0x(0〈x〈2)層上生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層；
[0020]f.利用磁控濺射分別在n++型非晶硅薄膜表面和P型非晶Si0x(0〈x〈2)層表面濺射TCO薄膜層；
[0021]g.利用絲網印刷分別在襯底正反面的TCO薄膜層表面印刷銀漿，并利用燒結爐對銀漿進行燒結。在150?250°C的溫度下進行5分鐘至35分鐘燒結。
[0022]上述異質結太陽能電池的制備方法，所述步驟a具體操作依次包括:去有機物、制絨、HNO3表面處理、SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干；
[0023]所述步驟b中，通入POCl3作為擴散源并配合使用O2和N2進行擴散，POCl3的擴散濃度為 3x10 15 ?5x10 18kg/cm3 ；
[0024]在進行步驟c所述操作之前，要對已形成η.型擴散層的襯底進行預處理，預處理的過程依次包括:SC1清洗、SC2清洗、酸洗、風干；
[0025]所述步驟c為在150°C?200°C下通入H2進行界面處理，并通入SiH4、PH3、H2生長n++型非晶硅薄膜層；
[0026]所述步驟d為在150°C?200°C下通入SiH4、CO2生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層；
[0027]所述步驟e為在150°C?200°C下通入SiH4、B2H6, CO2生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層；
[0028]所述步驟f為在射頻磁控濺射系統中通入Ar氣濺射ITO靶材，通過加入02、H2調節TCO薄膜層的摻雜；
[0029]所述步驟g中燒結的溫度為150°C?250°C，使印刷之后的電極完成固化過程。
[0030]ITO 靶材成分為 90% 的 In2O3,10% 的 SnO2,純度為 99.999%。
[0031]通過加入02、H2調節TCO薄膜層的摻雜過程中，O2占總通氣量的1% -10%, H2占總通氣量的的1% -8%,控制膜層厚度10nm,方阻低于30 Ω / 口。
[0032]上述異質結太陽能電池的制備方法，所述步驟a中，除風干外，每步工藝所用溶液及體積濃度分別為10 % -30 % NH4OH和10 % -40 % H2O2的水溶液、1%-10% KOH和5 % -15 %IPA 的水溶液、30% -60% HNO3 和 1% -10% HF 的水溶液、10% -30% NH4OH 和 10% -40%H2O2 的水溶液、10% -30% HCl 和 10% -40% H2O2 的水溶液、I % -5% HCl 1% -5% HF 的水溶液，每步工藝所用時間分別為3分鐘、23分鐘、0.5分鐘、10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。
[0033]上述異質結太陽能電池的制備方法，在進行步驟c所述操作之前，預處理的過程中，除風干外，每步工藝所用溶液及體積濃度分別為10% -30% NH4OH和10% -40% H2O2的水溶液、10% -30% HCl 和 10% -40% H2O2 的水溶液、I % -5% HCl 和 1% -5% HF 的水溶液，每步工藝所用時間分別為10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。
[0034]經過清洗處理降低硅片表面顆粒度和金屬離子含量，能夠達到工藝的要求。
[0035]本發明提出了在η型晶硅的背面通過輕擴散生長η.擴散層和通過PECVD法生長η++型非晶硅薄膜，在η型晶硅的正面通過PECVD法生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層和P型非晶S1x(0〈x〈2)層的新型電池結構。本發明提供的異質結太陽能電池，相比傳統晶硅電池和HIT電池，具有更高的轉換效率和更高的工作穩定性，實驗證明本發明的異質結太陽能電池的平均效率在22.8%以上，功率溫度系數低至-0.27% /K。
[0036]所提供的制備方法絕大部分工藝都在低于250°C的溫度下進行，可以節約能源，制備得到的產品的良率能達到99.5 %。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為本發明所述異質結太陽能的結構示意圖。
[0038]圖中各標號的含義為:襯底1，n+型擴散層2，n++型非晶硅薄膜3，本征非晶Si0x(0<x<2)層 4，P 型非晶 Si0x(0〈x〈2)層 5，TCO 薄膜層 6，電極 7。

【具體實施方式】
[0039]下面結合具體實施例對本發明所述內容做進一步詳細的說明。
[0040]實施例1
[0041]a.對襯底進行制絨和清洗
[0042]選用電阻率為2 Ω μπι、晶格方向為100、厚度為10ym的η型單晶硅襯底25片，
用真空吸筆放入制絨片盒之中。
[0043]將襯底依次經過去有機物、制絨、HNO3表面處理、SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干處理。除風干外，每步處理工藝所用溶液及體積分數分別為10% NH4OH和10% H2O2的水溶液、I % KOH和5 % IPA的水溶液、30 % HNO3和I % HF的水溶液、10 % NH4OH和10 % H2O2的水溶液、10% HCl和10% H2O2的水溶液、I % HCl和1% HF的的水溶液，每步工藝所用時間分別為3分鐘、23分鐘、0.5分鐘、10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。每步工藝所用溫度分別為 75。。、80。。、25。。、75。。、75。。、25。。。
[0044]b.利用擴散爐在襯底背面擴散POCl3形成η.型擴散層
[0045]將經過步驟a處理過的襯底，在5分鐘之內放入擴散爐之中，通入POCl3作為擴散源并配合使用O2和N2進行擴散。POCl3的擴散濃度為3X 10_15kg/cm3，所形成的η.型擴散層的厚度為1nm ；
[0046]隨后，要對步驟b已形成n+型擴散層的襯底進行再次處理，處理的過程依次包括:SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干，除風干外，每步工藝所用溶液分別為10% NH4OH和10% H2O2的水溶液、10% HCl和10% H2O2的水溶液、I % HCl和1% HF，每步工藝所用時間分別為10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。每步工藝所用溫度分別為75°C、75°C、25°C。
[0047]c.利用PECVD在η.型擴散層上生長η++型非晶硅薄膜層
[0048]將經過再次處理的襯底在150°C下通入H2進行界面處理，并通入SiH4、PH3、H2生長n++型非晶硅薄膜層，所形成的n++型非晶硅薄膜層的厚度為20nm。
[0049]d.利用PECVD在襯底正面生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層
[0050]將生長了 n++型非晶硅薄膜層的襯底在150°C下通入SiH4、CO2生長本征非晶Si0x(0<x<2)層，所形成的本征非晶Si0x(0〈x〈2)層的厚度為3nm。
[0051]e.利用PECVD在本征非晶Si0x(0〈x〈2)層上生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層
[0052]將生長了本征非晶Si0x(0〈x〈2)層的襯底在200°C下通入SiH4、B2H6XO2生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層，所形成的P型非晶Si0x(0〈x〈2)層的厚度為8nm。
[0053]f.利用直流磁控濺射分別在n++型非晶硅薄膜層表面和P型非晶Si0x(0〈x〈2)層表面濺射TCO薄膜層(ΙΤ0材料)。
[0054]在直流磁控濺射系統中通入Ar氣濺射ITO靶材(In20390 %，SnO21 %，純度99.999% )，其中O2占總通氣量的2%，H2占總通氣量的的6%，所形成的TCO薄膜層厚度為150nm,方阻低于25 Ω / 口。
[0055]g.利用銀漿分別在襯底正反面的TCO薄膜層表面印刷電極，并利用燒結爐對電極進行燒結，燒結的溫度為250°C，燒結時間為25分鐘。燒結之后電極的寬度為60 μ m，高度為 30 μ m,電阻率 1.7 μ Ω.cm。
[0056]實施例2
[0057]a.對襯底進行制絨和清洗
[0058]選用電阻率為2 Ω μπι、晶格方向為100、厚度為150μπι的η型單晶硅襯底25片，
用真空吸筆放入制絨片盒之中。
[0059]將襯底依次經過去有機物、制絨、HNO3表面處理、SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干處理。除風干外，每步處理工藝所用溶液體積分數分別為30% NH4OH和40% H2O2的水溶液、10% KOH 和 15% IPA 的水溶液、60% HNO3 和 10% HF 的水溶液、30% NH4OH 和 40% H2O2 的水溶液、30% HCl和40% H2O2的水溶液、5% HCl和5% HF的的水溶液，每步工藝所用時間分別為3分鐘、23分鐘、0.5分鐘、10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。每步工藝所用溫度分別為 75。。、80。。、25。。、75。。、75。。、25。。。
[0060]b.利用擴散爐在襯底背面擴散POCl3形成n+型擴散層
[0061]將經過步驟a處理過的襯底通入POCl3作為擴散源并配合使用O2和N2進行擴散，POCl3的擴散濃度為5X 10-18kg/cm3,所形成的n+型擴散層的厚度為Inm ；
[0062]隨后，要對步驟b已形成n+型擴散層的襯底進行再次處理，處理的過程依次包括:SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干，除風干外，每步工藝所用溶液分別為30% NH4OH和40% H2O2的水溶液、30% HCl和40% H2O2的水溶液、5% HCl和5% HF，每步工藝所用時間分別為10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。每步工藝所用溫度分別為75°C、75°C、25°C。
[0063]c.利用PECVD在η.型擴散層上生長η++型非晶硅薄膜層
[0064]將經過預處理的襯底在200°C下通入H2進行界面處理，并通入SiH4、PH3> H2生長n++型非晶硅薄膜層，所形成的n++型非晶硅薄膜層的厚度為30nm。
[0065]d.利用PECVD在襯底正面生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層
[0066]將生長了 n++型非晶硅薄膜層的襯底(I)在200°C下通入SiH4、CO2生長本征非晶Si0x(0<x<2)層，所形成的本征非晶Si0x(0〈x〈2)層的厚度為lnm。
[0067]e.利用PECVD在本征非晶Si0x(0〈x〈2)層上生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層
[0068]將生長了本征非晶Si0x(0〈x〈2)層的襯底在150°C下通入SiH4、B2H6、C02生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層，所形成的P型非晶Si0x(0〈x〈2)層的厚度為3nm。
[0069]f.利用磁控濺射分別在n++型非晶硅薄膜層表面和P型非晶Si0x(0〈x〈2)層表面濺射TCO薄膜層
[0070]在直流磁控濺射系統中通入Ar氣濺射ITO靶材(In20390 %，SnO21 %，純度99.999% )，其中O2占總通氣量的2%，H2占總通氣量的的6%，所形成的TCO薄膜層厚度為150nm,方阻低于25 Ω / 口。
[0071]g.利用銀漿分別在襯底正反面的TCO薄膜層表面印刷電極，并利用燒結爐對電極進行燒結，燒結的溫度為250°C，燒結時間為25分鐘。燒結之后電極的寬度為30 μ m，高度為 50 μ m,電阻率 1.7 μ Ω.cm。
[0072]實施例3
[0073]為了考察本發明所述異質結太陽能電池的性能，發明人對依照本發明所述異質結太陽能電池的制備方法所制備的實施例1-2的產品進行了抽樣檢測，每批取三個樣品進行檢測，具體結果如表1所示。
[0074]表1

【權利要求】
1.一種異質結太陽能電池，包括襯底(l)、n+型擴散層(2)、n++型非晶硅薄膜層(3)、本征非晶S1x層(0〈x〈2) (4)1型非晶510)((0〈1〈2)層(5)、TC0薄膜層(6)、電極(7)，其特征在于，所述襯底(I)的背面依次生長n+型擴散層(2)、n++型非晶硅薄膜層(3)、TCO薄膜層(6)，TCO薄膜層(6)上設置電極(7)，所述襯底(I)的正面依次生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層(4)、P型非晶Si0x(0〈x〈2)層(5)、TCO薄膜層(6)，TCO薄膜層(6)上設置電極(7)。
2.根據權利要求1所述的一種異質結太陽能電池，其特征在于，所述襯底(I)的材料為η型單晶硅，所述η+型擴散層(2)通過熱擴散POCl3形成，所述TCO薄膜層(6)的材料為ΙΤ0，所述電極(7)通過絲網印刷銀漿燒結而成。
3.根據權利要求2所述的一種異質結太陽能電池，其特征在于，所述銀漿的成份包括銀粉80?90wt%、玻璃粉2?5wt%、有機載體10?20wt%。
4.根據權利要求1所述一種異質結太陽能電池，其特征在于，所述電極(7)的寬度為30 μ m ~ 60 μ m, 1?]-- 30 μ m ?50 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種異質結太陽能電池，其特征在于，所述襯底(I)的厚度為100μ m ?150 μ m。
6.根據權利要求1所述的一種異質結太陽能電池，其特征在于，所述n+型擴散層(2)的厚度為Inm?1nm, n++型非晶娃薄膜層(3)的厚度為20nm?30nm,本征非晶Si0x(0〈x〈2)層⑷的厚度為Inm?3nm，P型非晶Si0x(0〈x〈2)層(5)的厚度為3nm?8nm，TC0薄膜層(6)的厚度為10nm?150nm。
7.如權利要求1所述的一種異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于，操作步驟依次包括: a.對襯底(I)進行制絨和清洗； b.利用擴散爐在襯底(I)背面擴散POCl3形成n+型擴散層(2); c.利用PECVD在n+型擴散層⑵上生長n++型非晶硅薄膜層(3); d.利用PECVD在襯底(I)正面生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層(4)； e.利用PECVD在本征非晶S1x(0〈x〈2)層(4)上生長P型非晶S1x (0〈x〈2)層(5)； f.利用磁控濺射分別在n++型非晶硅薄膜層(3)表面和P型非晶Si0x(0〈x〈2)層(5)表面濺射TCO薄膜層(6)； g.利用絲網印刷分別在襯底(I)正反面的TCO薄膜層(6)表面印刷銀漿，并利用燒結爐對銀漿進行燒結。
8.根據權利要求7所述的一種異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于， 所述步驟a具體操作依次包括:去有機物、制絨、HNO3表面處理、SCl清洗、SC2清洗、酸洗、風干； 所述步驟b中，通入POCl3作為擴散源并配合使用O2和N2進行擴散，POCl3的擴散濃度為 3x10 15 ?5x10 18kg/cm3 ； 在進行步驟c所述操作之前，要對已形成n+型擴散層(2)的襯底(I)進行預處理，預處理的過程依次包括:SC1清洗、SC2清洗、酸洗、風干； 所述步驟c為在150°C?200°C下通入H2進行界面處理，并通入SiH4、PH3> H2生長n++型非晶硅薄膜層⑶； 所述步驟d為在150°C?200°C下通入SiH4、CO2生長本征非晶Si0x(0〈x〈2)層(4)；所述步驟e為在150°C?200°C下通入SiH4' B2H6' CO2生長P型非晶Si0x(0〈x〈2)層(5)； 所述步驟f為在射頻磁控濺射系統中通入Ar氣濺射ITO靶材，通過加入02、H2調節TCO薄膜層(6)的摻雜； 所述步驟g中燒結的溫度為150°C?250°C。
9.根據權利要求8所述的一種異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟a中，除風干外，每步工藝所用溶液及體積濃度分別為10% -30% NH4OH和10% -40% H2O2的水溶液、I % -10% KOH 和 5% -15% IPA 的水溶液、30% -60% HNO3 和 1% -10% HF 的水溶液、10% -30% NH4OH 和 10% -40% H2O2 的水溶液、10% -30% HCl 和 10% -40% H2O2 的水溶液、1% -5% HCl和1% -5% HF的水溶液，每步工藝所用時間分別為3分鐘、23分鐘、0.5分鐘、1分鐘、1分鐘、3分鐘、3分鐘。
10.根據權利要求8所述的一種異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于，在進行步驟c所述操作之前，預處理的過程中，除風干外，每步工藝所用溶液及體積濃度分別為10% -30% NH4OH和 10% -40% H2O2 的水溶液、10% -30% HCl 和 10% -40% H2O2 的水溶液、1% -5% HCl和1% -5% HF的水溶液，每步工藝所用時間分別為10分鐘、10分鐘、3分鐘、3分鐘。
【文檔編號】H01L31/20GK104167472SQ201410365636
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】李森, 雷青松, 薛俊明, 王燕增, 杜國杰, 趙學亮, 楊鵬飛, 王珊珊 申請人:河北漢盛光電科技有限公司