CN211238272U

CN211238272U - 一种晶硅/非晶硅异质结电池

Info

Publication number: CN211238272U
Application number: CN201922106506.1U
Authority: CN
Inventors: 黄金; 李高非; 王继磊; 杨骥; 张娟; 白焱辉; 贾慧君; 刘学飞; 李文敏
Original assignee: Jinneng Photovoltaic Technology Co Ltd
Current assignee: Jinneng Photovoltaic Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2029-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种晶硅/非晶硅异质结电池，包括：基底，所述基底为晶体硅片；在所述基底正面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜及多层TCO薄膜；在所述基底背面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜及多层TCO薄膜；及在TCO薄膜上设置的金属电极。本实用新型中电池通过制成多层TCO薄膜，进一步大幅度加强整体的钝化作用效果，使少子寿命这一关键参数得到大幅度提升，可以达到提高开路电压、短路电流和填充因子的目的，使HJT电池的效率大幅度提升。

Description

一种晶硅/非晶硅异质结电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，更具体的说是涉及一种晶硅/非晶硅异质结电池。

背景技术

异质结(HJT)是指由两种不同的半导体材料组成的结，非晶硅/晶体硅所形成的界面即属于异质结界面。早在1951年，Grigorovici就已经提出了异质结的概念，但是直到1960年才第一次制造成功异质结器件。

而关于非晶硅/晶体硅硅基异质结的研究有以下几个里程碑事件：(1)、第一个非晶硅/晶体硅异质结器件。Grigorovici等1968年在单晶硅衬底上首次报道实现了非晶硅/晶体硅异质结，当时采用的是热蒸发的方法沉积非晶硅,所以非晶硅层中不含氢，制备的非晶硅薄膜缺陷密度较高。(2)、第一个氢化非晶硅/晶体硅异质结器件。随着PECVD技术的发展，采用PECVD方法沉积的非晶硅薄膜因含有氢，能够饱和悬挂键而实现良好的钝化作用因而缺陷密度较低。1974年，Fuhs等首次实现了氢化非晶硅/晶体硅(aSi:HcSi)异质结器件。(3)、第一个非晶硅/晶体硅异质结用于太阳电池。非晶硅/晶体硅异质结的光伏响应从一开始就被提及，引起了人们的极大兴趣。1983年，Okuda 等获得了转换效率为12.3％的叠层电池(电池面积为0.25cm²)，这是第一个报道应用a-Si:H/c-Si异质结。(4)、第一个带本征薄膜层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池。1991年，日本三洋电机(已并入松下公司)首次将本征非晶硅薄膜用于非晶硅/晶体硅异质结太阳电池,在p型非晶硅和n型单晶硅的p-n异质结之间插入一层本征非晶硅，实现异质结界面的良好钝化效果，获得的电池效率达到18.1％(电池面积为1cm²)，当时为低温(<200℃)形成PN结太阳电池的最高效率。他们将该电池命名为HIT(Heterojunction with intrinsic thin-layer)电池。取不同的首字母，也被称为HJT电池。(5)、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池实现批量化生产。1997年，三洋公司的HIT电池实现批量化生产，并推出了适应不同应用场合的HJT电池组件。(6)、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池转换效率不断提升。三洋公司在带本征薄膜层的非晶硅/体硅异质结太阳电池研发和生产领域一直处于领先地位，其研发的面积大小为 100cm²左右的HJT电池转换效率连续突破20％、21％、22％、23％重要关口。 2013年2月，松下公司(已并购三洋)宣布HJT电池的转换效率最高已达24.7％，超过了Sunpower公司的IBC电池的最高效率(24.2％)而打破了大面积太阳能电池的世界纪录，该HJT电池的面积为1018cm²，开路电压为750mV，短路电流密度39.5mA·cm²，填充因子为83.2％。

从2014年初Panasonic的25.6％打破UNSW保持了近20年的记录开始， Panasonic，SHARP和Kaneka先后超越25％。日本化学品制造商Kaneka Corporation的研究人员于2016年底将HJT电池光电转换率提升到26.3％，打破了之前松下25.6％的纪录。目前，叠加了IBC技术后的HJT电池能展现出更惊人的转化效率，目前已达26.63％。

为了HJT电池的效率大幅度提升，研制一种能够使少子寿命这一关键参数得到大幅度提升的异质结电池是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种提高开路电压、短路电流和填充因子的目的，从而使HJT电池的效率大幅度提升的晶硅/非晶硅异质结电池。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种晶硅/非晶硅异质结电池，包括：

基底，所述基底为晶体硅片；

在所述基底正面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜及多层 TCO薄膜；

在所述基底背面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜及多层 TCO薄膜；

及在TCO薄膜上设置的金属电极。

本实用新型的有益效果：本实用新型中电池通过制成多层TCO薄膜，进一步大幅度加强整体的钝化作用效果，使少子寿命这一关键参数得到大幅度提升，可以达到提高开路电压、短路电流和填充因子的目的，使HJT电池的效率大幅度提升。

优选地，所述晶体硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片；所述i型本征非晶硅薄膜的厚度为5-20nm；所述金属电极为金属银电极。

采用上述优选地的方案，所述i层非晶硅薄膜厚度设计在5-20nm能够更好的起到钝化作用，从而提高开路电压，小于5nm钝化效果降低，高于20nm 导电能力下降，使填充因子值降低。采用金属银电极主要是因为金属银电极的导电能力及丝网印刷方案的成熟性，出于适合量产的角度考量。

更加优选地，所述晶体硅片为N型单晶硅片，其厚度为130-200μm；在相同掺杂浓度下N型单晶硅片比P型单晶硅片具有更高的少子寿命，更加容易钝化，且从光学方面讲选用N型单晶硅片无B-O复合衰减。更加优选地，厚度为150-180μm。

更加优选地，i型本征非晶硅薄膜的厚度为5-10nm，在此厚度范围内基有利于载流子的传输，还能够使短波光的吸收下降。

优选地，所述TCO薄膜的层数为2-4层；所述TCO薄膜为低功率溅射 TCO薄膜及高功率溅射TCO薄膜；所述低功率溅射TCO薄膜的厚度为 10-40nm，所述高功率溅射TCO薄膜的厚度为50-100nm。

更加优选地，TCO薄膜的层数为2层。

采用上述优选地方案，优选2层，主要针对与非晶硅薄膜接触层，也就是首层(本实用新型出于降低非晶硅层损伤的角度，必须选用第一层使用低功率薄膜)，从这个角度2层是最佳的方案，大于2层影响TCO膜层本身的成膜质量。

优选地，所述低功率溅射TCO薄膜及高功率溅射TCO薄膜叠加的厚度为60-140nm，更加优选地，其厚度为80-110nm。

采用上述优选地方案，厚度低于80nm导电能力下降，填充值损失，高于 110nm薄膜成本增加，且达到的效果持平于110nm

所述TCO薄膜为ITO薄膜、AZO薄膜或ITIO薄膜。更加优选地为ITO 薄膜。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种晶硅/非晶硅异质结电池及其制备方法，实现了HJT电池正背面的进一步优化，通过引入功率分层的概念极大的保留了原有非晶硅层的钝化特性，同时极大的提高了TCO层本身带来的钝化作用，使少子寿命得到大幅度上升，同时配合足够的高功率动能，使光透过性增加，因此几个电性能参数均可得到提升，对效率的提高起到了极大地促进作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为对比例提供的TCO薄膜为一层的结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的TCO薄膜为两层的结构示意图；

1、银金属电极，2、低功率溅射ITO薄膜、3、P型非晶硅薄膜，4、N 型非晶硅薄膜，5、i型本征非晶硅薄膜，6、N型单晶硅片，7、高功率溅射 ITO薄膜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实验例1

晶硅/非晶硅异质结电池，包括：厚度为180μm的N型单晶硅片6的基底；

在N型单晶硅片6正面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为10nm的P型非晶硅薄膜3、厚度为20nm的低功率溅射ITO薄膜4及两层厚度为40nm的高功率溅射ITO薄膜7；

在N型单晶硅片6背面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为8nm的N型非晶硅薄膜4、厚度为20nm的低功率溅射ITO薄膜4及两层厚度为40nm的高功率溅射ITO薄膜7；

及在高功率溅射ITO薄膜7上设置的银金属电极1。

上述晶硅/非晶硅异质结电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：对厚度为180μm的N型单晶硅片6进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；

步骤(2)：利用等离子体化学气相沉积在步骤(1)中的N型单晶硅片 6的正面及背面生长厚度为10nm的i型本征非晶硅薄膜5；

步骤(3)：利用等离子体化学气相沉积在步骤(2)中的正面生长的i 型本征非晶硅薄膜5的表面生长厚度为10nm的P型非晶硅薄膜3；在步骤(2) 中的背面生长的i型本征非晶硅薄膜5的表面生长厚度为8nm的N型非晶硅薄膜4。

步骤(4)：利用磁控溅射沉积ITO薄膜，采用2.5kw的低溅射功率在步骤(3)中P型非晶硅及N型非晶硅的表面分别沉积溅射第一层厚度为20nm 的低功率溅射ITO薄膜4，采用5kw高功率沉积溅射相同厚度的40nm的第二层及三层的总厚度为80nm的高功率溅射ITO薄膜7。

步骤(5)：通过丝网印刷形成正面及背面的银金属电极1，主栅宽度为 0.8mm，主栅数目为5，正背面银副栅线宽度为50μm，线数为100；烧结，得到晶硅/非晶硅异质结电池。将晶硅/非晶硅异质结电池测试电池的电性能。

实验例2

在N型单晶硅片6正面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为10nm的P型非晶硅薄膜3、两层厚度为25nm的低功率溅射ITO薄膜 4及一层厚度为50nm的高功率溅射ITO薄膜7；

在N型单晶硅片6背面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为8nm的N型非晶硅薄膜4、两层厚度为25nm的低功率溅射ITO薄膜 4及一层厚度为50nm的高功率溅射ITO薄膜7；

及在高功率溅射ITO薄膜7上设置的银金属电极1。

上述晶硅/非晶硅异质结电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：对厚度为180μm的N型单晶硅片6进行制绒处理，碱液选取KOH溶液，体积浓度为3％，药液槽温度为80℃，形成金字塔绒面，通过体积浓度为1％的KOH溶液去除表面机械损伤层，通过RCA清洗去除残留碱液并进行表面清洁；

步骤(4)：利用磁控溅射沉积ITO薄膜，采用2.5kw的低溅射功率在步骤(3)中P型非晶硅及N型非晶硅的表面分别沉积溅射第一层及第二层厚度为25nm的低功率溅射ITO薄膜4，采用5kw高功率沉积溅射厚度为50nm的第三层的高功率溅射ITO薄膜7。

步骤(5)：通过丝网印刷形成正面及背面的银金属电极，主栅宽度为 0.8mm，主栅数目为5，正背面银副栅线宽度为50μm，线数为100；烧结，得到晶硅/非晶硅异质结电池。将晶硅/非晶硅异质结电池测试电池的电性能。

实验例3

在N型单晶硅片6正面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为10nm的P型非晶硅薄膜3、厚度为13.4nm的低功率溅射ITO薄膜4、厚度为26.6nm的高功率溅射ITO薄膜7及厚度为60nm的高功率溅射ITO薄膜7；

在N型单晶硅片6背面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为8nm的N型非晶硅薄膜4、两层厚度为25nm的低功率溅射ITO薄膜 4及一层厚度为40nm的高功率溅射ITO薄膜7；

及在高功率溅射ITO薄膜7上设置的银金属电极1。

上述晶硅/非晶硅异质结电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤(4)：利用磁控溅射沉积ITO薄膜，采用2kw的低溅射功率在步骤 (3)中P型非晶硅及N型非晶硅的表面沉积溅射第一层厚度为13.4nm的低功率溅射ITO薄膜4，采用4kw高功率沉积溅射厚度为26.6nm的第二层高功率溅射ITO薄膜7，采用9kw高功率沉积溅射厚度为60nm的第三层高功率溅射ITO薄膜7，高功率溅射ITO薄膜7的总厚度为86.6nm。

对比例

在N型单晶硅片6正面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为10nm的P型非晶硅薄膜3、厚度为100nm的ITO薄膜4；

在N型单晶硅片6背面依次生长的厚度为10nm i型本征非晶硅薄膜5、厚度为100nm的ITO薄膜4；

及在ITO薄膜4上设置的银金属电极1。

上述晶硅/非晶硅异质结电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：对厚度为180μm的N型单晶硅片进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；

步骤(2)：利用等离子体化学气相沉积在步骤(1)中的N型单晶硅片的正面及背面生长厚度为10nm的i型本征非晶硅薄膜；

步骤(3)：利用等离子体化学气相沉积在步骤(2)中的正面生长的i 型本征非晶硅薄膜的表面生长厚度为10nm的P型非晶硅薄膜；在步骤(2) 中的背面生长的i型本征非晶硅薄膜的表面生长厚度为8nm的N型非晶硅薄膜。

步骤(4)：利用磁控溅射沉积ITO薄膜，采用5kw的溅射功率在步骤(3) 中P型非晶硅及N型非晶硅的表面沉积溅射厚度为100nm的ITO薄膜。

性能测试

实验例1-3与对比例的电池的电性能结果对比如表1：

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种晶硅/非晶硅异质结电池，其特征在于，包括：

基底，所述基底为晶体硅片；

在所述基底正面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜及多层TCO薄膜；

在所述基底背面依次生长的i型本征非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜及多层TCO薄膜；

及在TCO薄膜上设置的金属电极。

2.根据权利要求1所述的一种晶硅/非晶硅异质结电池，其特征在于，所述晶体硅片为N型单晶硅片或P型单晶硅片；所述i型本征非晶硅薄膜的厚度为5-20nm；所述金属电极为金属银电极。

3.根据权利要求1所述的一种晶硅/非晶硅异质结电池，其特征在于，所述TCO薄膜的层数为2-4层；所述TCO薄膜为低功率溅射TCO薄膜及高功率溅射TCO薄膜；所述低功率溅射TCO薄膜的厚度为10-40nm，所述高功率溅射TCO薄膜的厚度为50-100nm。

4.根据权利要求3所述的一种晶硅/非晶硅异质结电池，其特征在于，所述TCO薄膜为ITO薄膜、AZO薄膜或ITiO薄膜。