一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。將N或P型晶體硅片雙面拋光，之后雙面制備氧化硅層或者是氧化鋁層；然后雙面制備金或者銀納米粒子，然后背面制備非晶硅的N(P)型層，受光面制備準(zhǔn)晶態(tài)P(N)型硅薄膜，P(N)型硅薄膜上制備70nm厚的ITO薄膜和柵線電極，背面制備銀薄膜。本發(fā)明的益處是：鈍化膜包裹的金屬納米粒子形成載流子隧穿通道的作用，提高了載流子隧穿效果，可以整體提高晶體硅太陽電池的填充因子，同時金屬納米粒子的表面等離子體效應(yīng)起到了減反射的效果。
【專利說明】
一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專利屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]晶體硅太陽能電池的表面鈍化是提高晶體硅太陽能電池的一個重要方法，基于氧化硅，氧化鋁，介質(zhì)膜的PERC和PERL電池目前已經(jīng)商業(yè)化，但是，這些電池都需要局部開孔，開孔處的高復(fù)合問題一直無法解決，2013年，F(xiàn)raunhofer I SE開發(fā)了一種隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)技術(shù)。這種技術(shù)使用超薄的氧化層與硅薄膜鈍化電池的背面，氧化層使用濕法化學(xué)生長，厚度為1.4nm，隨后在氧化層之上，沉積20nm摻磷的非晶硅，之后經(jīng)過退火加強(qiáng)鈍化效果。但是這種方法只是鈍化了電池的背面，電池制備仍然需要加入高耗能的擴(kuò)散步驟，而且介質(zhì)膜厚度要求很高，高于2nm將嚴(yán)重的影響到載流子的收集。2014年，F(xiàn)raunhoferISE將鈍化擴(kuò)展到正面，正反兩面沉積1.4nm氧化硅，之后分別沉積15nm摻磷和摻硼的非晶硅，之后退火。正面采用濺鍍ΙΤ0，蒸鍍Ti/Pd/Ag疊層?xùn)啪€，背面蒸銀作為背面電極，但是這個電池效率只有17.3%，主要因?yàn)檎鏇]有制絨，短路電流只有31.6mA/cnf 2。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決以上問題，本發(fā)明提供一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。將金屬納米粒子和介質(zhì)膜結(jié)合起來，金屬納米粒子的引入，引入了電子隧穿通道，增強(qiáng)了載流子隧穿效應(yīng)，加強(qiáng)了電子和空穴的收集，同時金屬納米粒子具有表面等離子效應(yīng)，可以起到減反射的效果，這樣硅片不需要制絨步驟，因此鈍化膜可以有更好的鈍化效果。
[0004]本發(fā)明的目的之一，是提供一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)。
[0005]—種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)，包括作為基底的P型硅片或N型硅片，其特征在于:以P型硅片或N型硅片作為中間層，在受光面方向從下至上依次為介質(zhì)膜、金屬納米粒子、N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜或P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜、ITO薄膜和ITO薄膜上的柵線電極;在背面方向從上至下依次為介質(zhì)膜、金屬納米粒子、P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜、銀薄膜。
[0006]進(jìn)一步地，所述金屬納米粒子為金納米粒子或者銀納米粒子。
[0007]進(jìn)一步地，介質(zhì)膜為氧化硅層或者是氧化鋁層。
[0008]進(jìn)一步地，介質(zhì)膜的厚度為1-1.5nm。
[0009]進(jìn)一步地，金屬納米粒子的直徑為100_200nm，間距為400_600nm。
[0010]進(jìn)一步地，N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的厚度為10-15nm，P型非晶硅薄膜的厚度為20-25nm;P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的厚度為10-15nm，和N型非晶硅薄膜的厚度為20-25nmo
[0011]進(jìn)一步地，ITO薄膜厚度為70-80nm，銀薄膜厚度為200-1000nm。
[0012]上述P型硅片為基底的接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法如下:
[0013]1.將P型硅片雙面拋光，RCA清洗。
[0014]2.雙面制備介質(zhì)膜。[00?5] 3.在介質(zhì)膜上制備金屬納米粒子。
[0016]4.在受光面制備N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，之后制備ITO薄膜，ITO上制備柵線電極。
[0017]5.在背面制備P型非晶硅薄膜，之后制備銀薄膜作為電極。
[0018]進(jìn)一步地，P型硅片的厚度為180微米
[0019]進(jìn)一步地，當(dāng)介質(zhì)膜為氧化鋁時，制備方法為ALD;當(dāng)介質(zhì)膜為氧化硅時，制備方法為熱硝酸氧化或紫外臭氧處理。
[°02°]進(jìn)一步地，制備金屬納米粒子使用的方法為熱蒸發(fā)50-100nm薄膜，之后經(jīng)過400度退火得到。
[0021]進(jìn)一步地，制備受光面的N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜使用的方法為PECVD;ITO薄膜通過電子束蒸發(fā)或者濺射的方法制備。
[0022]進(jìn)一步地，背面的P型非晶硅薄膜的制備方法為PECVD，銀薄膜通過熱蒸發(fā)得到。
[0023]N型硅片為基底的技術(shù)方案如下:
[0024]1.將N型硅片雙面拋光，RCA清洗。
[0025]2.雙面制備介質(zhì)膜。
[0026]3.在介質(zhì)膜上制備金屬納米粒子。
[0027]4.在受光面制備P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，之后制備ITO薄膜，ITO上制備柵線電極。
[0028]5.在背面制備N型非晶硅薄膜，之后再制備銀薄膜作為電極。
[0029]進(jìn)一步地，當(dāng)介質(zhì)膜為氧化鋁時，制備方法為ALD，當(dāng)介質(zhì)膜為氧化硅時，制備方法為熱硝酸氧化或紫外臭氧處理。
[°03°]進(jìn)一步地，制備金屬納米粒子使用的方法為熱蒸發(fā)50-100nm薄膜，之后經(jīng)過400度退火得到。
[0031]進(jìn)一步地，制備受光面的P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的方法為PECVD，ITO薄膜通過電子束蒸發(fā)或者濺射的方法制備。
[0032]進(jìn)一步地，背面的N型非晶硅薄膜的制備方法為PECVD，銀薄膜通過熱蒸發(fā)得到。
【附圖說明】
[0033]圖1為以N型硅片為基底的背接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為以P型硅片為基底的背接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例1
[0036]1.將180um的P型硅片雙面拋光，之后進(jìn)行RCA清洗
[0037]2.雙面制備氧化鋁薄膜，使用的方法為ALD，厚度為1-1.5nm;也可以使用熱硝酸氧化，或者紫外臭氧處理形成1-1.5nm的氧化娃薄膜。
[0038]3.娃片雙面使用熱蒸發(fā)方法制備50nm的金薄膜，之后400度退火，形成金屬納米粒子，退火過程也可增強(qiáng)鈍化膜的鈍化效果，
[0039]4.受光面制備N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，厚度1nm;使用的方法為PECVD，準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜是一種介于非晶和微晶靠近微晶硅相的一種薄膜，可通過調(diào)整制備工藝得到，之后制備70nmIT0薄膜，使用的方法為電子束蒸發(fā)或者濺射，最后制備柵線電極，使用的是絲網(wǎng)印刷銀漿或者掩膜蒸發(fā)鋁的方法，或者使用層壓機(jī)壓制銀線的方法。
[0040]5.背面制備P型非晶硅薄膜，厚度為20nm，所使用的方法為PECVD;之后制備500nm厚的銀薄膜作為背電極，所使用的方法熱蒸發(fā)。
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]1.將180um的N型硅片雙面拋光，之后進(jìn)行RCA清洗。
[0043]2.雙面制備氧化鋁薄膜，使用的方法為ALD，厚度為1-1.5nm，也可以使用熱硝酸氧化，或者紫外臭氧處理形成1-1.5nm的氧化娃薄膜。
[0044]3.娃片雙面使用熱蒸發(fā)方法制備10nm的金薄膜，之后400度退火，形成金屬納米粒子，退火過程也可增強(qiáng)鈍化膜的鈍化效果，
[0045]4.受光面制備P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，厚度15nm。使用的方法為PECVD，準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜是一種介于非晶和微晶靠近微晶硅相的一種薄膜，可通過調(diào)整制備工藝得到，之后制備SOnmITO薄膜，使用的方法為電子束蒸發(fā)或者濺射，最后制備柵線電極，使用的是絲網(wǎng)印刷銀漿或者掩膜蒸發(fā)鋁的方法，或者通過層壓機(jī)壓制銀線作為柵線電極。6.背面制備N型非晶硅薄膜，厚度為25nm;所使用的方法為PECVD，之后制備100nm厚的銀薄膜作為背電極，所使用的方法為PECVD。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)，包括作為基底的P型硅片或N型硅片，其特征在于:以P型硅片或N型硅片作為中間層，在受光面方向從下至上依次為介質(zhì)膜、金屬納米粒子、N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜或P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜、ITO薄膜和ITO薄膜上的柵線電極;在背面方向從上至下依次為介質(zhì)膜、金屬納米粒子、P型非晶硅薄膜或N型非晶硅薄膜、銀薄膜。2.如權(quán)利要求1所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬納米粒子為金納米粒子或者銀納米粒子。3.如權(quán)利要求1所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)，其特征在于:介質(zhì)膜為氧化硅層或者是氧化鋁層;介質(zhì)膜的厚度為1-1.5nm。4.如權(quán)利要求1所述的一種接觸鈍化晶體娃太陽能電池的結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬納米粒子的直徑為100-200nm，間距為400_600nm。5.如權(quán)利要求1所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)，其特征在于:N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的厚度為10-15nm，P型非晶硅薄膜的厚度為20-25nm;P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的厚度為10-15nm，和N型非晶硅薄膜的厚度為20-25nm;IT0薄膜厚度為70-80nm，銀薄膜厚度為200-1OOOnm06.如權(quán)利要求1所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟如下: (1)將P型硅片雙面拋光，RCA清洗； (2)雙面制備介質(zhì)膜； (3)在介質(zhì)膜上制備金屬納米粒子； (4)在受光面制備N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，之后制備ITO薄膜，ITO上制備柵線電極。 (5)在背面制備P型非晶硅薄膜，之后制備銀薄膜作為電極； 或.?^入.(1)將N型硅片雙面拋光，RCA清洗； (2)雙面制備介質(zhì)膜； (3)在介質(zhì)膜上制備金屬納米粒子； (4)在受光面制備P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜，之后制備ITO薄膜，ITO上制備柵線電極。(5)在背面制備N型非晶硅薄膜，之后再制備銀薄膜作為電極。7.如權(quán)利要求6所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:P型硅片或N型硅片的厚度為180微米。8.如權(quán)利要求6所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:當(dāng)介質(zhì)膜為氧化鋁時，制備方法為ALD ；當(dāng)介質(zhì)膜為氧化硅時，制備方法為熱硝酸氧化或紫外臭氧處理。9.如權(quán)利要求6所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:制備金屬納米粒子使用的方法為熱蒸發(fā)50-100nm薄膜，之后經(jīng)過400度退火得到。10.如權(quán)利要求6所述的一種接觸鈍化晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:制備受光面的N型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜使用的方法為PECVD，ΙΤ0薄膜通過電子束蒸發(fā)或者濺射的方法制備，背面的P型非晶硅薄膜的制備方法為PECVD，銀薄膜通過熱蒸發(fā)得到；制備受光面的P型準(zhǔn)晶態(tài)硅薄膜的方法為PECVD，ΙΤ0薄膜通過電子束蒸發(fā)或者濺射的方法制備，背面的N型非晶硅薄膜的制備方法為PECVD，銀薄膜通過熱蒸發(fā)得到。
【文檔編號】H01L31/18GK105845761SQ201610278513
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】丁建寧, 袁寧, 袁寧一, 王書博, 程廣貴
【申請人】常州大學(xué), 江蘇大學(xué)