异质结太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

异质结太阳能电池(HIT电池)是通过在掺杂非晶硅层与晶体硅衬底之间加入本征层所构建的。异质结太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效率和高稳定性，同时由于能耗小，工艺相对简单、温度特性更好，在高温下也能有较高的输出。近年来备受关注，已经成为太阳能电池的主要发展方向之一。

在异质结太阳能电池中正面电极一般为丝网印刷的银栅线电极，而近年来全球银价逐年增加，用于异质结太阳能电池的导电银浆更是价格居高不下，使异质结太阳能电池的发展受到一定限制；故亟需一种代替银栅线电极的新型的异质结太阳能电池结构。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的异质结太阳能电池中银栅线电极导致的问题，提供一种代替银栅线的新型异质结太阳能电池。

一种异质结太阳能电池，包括：晶体硅片；依次位于所述晶体硅片的一侧上的第一本征层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、及正面栅线电极；以及位于所述晶体硅片的另一侧的背面电极；所述正面栅线电极为铜纳米线电极。

上述异质结太阳能电池，由于采用铜纳米线电极代替银栅线电极，从而从本质上解决了银栅线电极所带的问题。另外，铜的自然界丰度较高，价格低廉，有利于降低异质结太阳能电池的材料成本。铜的电阻率为1.75×10^-6Ω/cm，与银的电阻率1.65×10^-6Ω/cm非常接近，故铜纳米线电极与银栅线电极的导电性能相当。采用铜纳米线电极，由于铜纳米线本身的性质，铜纳米线电极具有一定的透光性，增强进入硅层的光照量。银栅线电极在制作过程中，往往出现比 较严重的栅线展宽问题，从而增加了栅线的遮光面积，而铜纳米线电极则基本没有栅线展宽的问题，有效降低了栅线遮挡面积，进而从另一方面增强进入硅层的光照量。还有，随着技术的发展，异质结太阳能电池中衬底晶体硅片的厚度逐渐减小，并越来越展现出良好的柔性，而铜纳米线电极相对于银栅线电极具有较好的柔韧性，可进一步实现异质结太阳能电池柔性化生产。

在其中一个实施例中，所述正面栅线电极的高度为20～50μm。

在其中一个实施例中，所述正面栅线电极的栅线宽度为30～60μm。

在其中一个实施例中，所述铜纳米线电极中的铜纳米线的直径为100～150nm，铜纳米线的长度大于5μm。

在其中一个实施例中，所述晶体硅片为N型晶体硅片，所述第一掺杂非晶硅层为P型非晶硅层。

在其中一个实施例中，所述异质结太阳能电池还包括位于所述背面电极与所述晶体硅片之间的加强电场单元；所述加强电场单元包括依次位于所述晶体硅片的另一侧上的第二本征层、第二掺杂非晶硅层、及第二透明导电层。

在其中一个实施例中，所述背面电极呈栅线状。

在其中一个实施例中，所述背面电极为铜纳米线电极。

本发明还提供了一种上述异质结太阳能电池的制备方法。

一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

在晶体硅片的一侧形成第一本征层；

在所述第一本征层上形成第一掺杂非晶硅层；

在所述第一掺杂非晶硅层上形成第一透明导电层；

在所述第一透明导电层上形成正面栅线电极；所述正面栅线电极为铜纳米线电极；

在所述晶体硅片的另一侧形成背面电极。

上述制备方法，得到异质结太阳能电池，其由于未采用银栅线电极，从而解决了银栅线电极所带的问题。另外，铜纳米线电极有利于降低材料成本且导电性能满足要求。铜纳米线电极具有一定的透光性，增强进入硅的光照量。铜纳米线电极基本没有栅线展宽的问题，降低了栅线遮挡面积，进一步增强进入 硅层的光照量。还有铜纳米线电极柔韧性好，利于异质结太阳能电池柔性化发展。

在其中一个实施例中，所述铜纳米线电极通过丝网印刷形成。

附图说明

图1为本发明一实施例的异质结太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1，本发明一实施例的异质结太阳能电池100，包括：晶体硅片110，依次位于晶体硅片110的一侧(图1中的上侧)上的第一本征层121、第一掺杂非晶硅层131、第一透明导电层141、正面栅线电极151；以及依次位于晶体硅片110的另一侧(图1中的下侧)的第二本征层122、第二掺杂非晶硅层132、第二透明导电层142、及背面电极152。

在本发明中，晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131构成PN结。晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132构成加强电场(亦叫背电场)。通过加强电场可以进一步提高异质结太阳能电池100的开路电压。当然，可以理解的是，也可以 不设加强电场，也就是说不设第二掺杂非晶硅层132。

在本实施例中，晶体硅片110为N型晶体硅片(n-c-Si)，对应地，第一掺杂非晶硅层131为P型非晶硅层(p-a-Si)，第二掺杂非晶硅层132为N型非晶硅层(n-a-Si)。当然，可以理解的是，并不局限于上述形式，本发明的异质结太阳能电池中，还可以是晶体硅片110为P型，对应地，第一掺杂非晶硅层131为N型，第二掺杂非晶硅层132为P型。

在本实施例中，晶体硅片110采用N型晶体硅片(n-c-Si)，可使异质结太阳能电池100的性能更加优越，能够克服采用P型的电池光致衰退现象，另外，其高效复合中心的密度远低于P型，使得电子具有更高的寿命及扩散长度。具体地，晶体硅可以是单晶硅或多晶硅。更具体地，本实施例的晶体硅片110为N型单晶硅片。

具体地，晶体硅片110的厚度一般小于200μm。优选地，晶体硅片110的厚度为100～200μm。这样既可以节约硅材料的使用，进而降低成本；又可以提高工艺稳定性。

优选地，晶体硅片110的表面为绒面；也就是说，对晶体硅进行制绒。这样可以减小电池表面的反射，使得更多的光子能够被晶体硅片110吸收；同时还具有能够去除晶体硅表面损伤的作用。在本实施例中，绒面为金字塔形状绒面，这样更有利于光线斜射到晶体硅片110的内部，降低电池表面的光的反射率，使得光程变大，吸收的光子数量变多。

其中，第一本征层121的作用是，用于钝化晶体硅片110，使位于第一本征层121两侧的晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。第一本征层121的光学带隙介于晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131之间。在本实施例中，第一本征层121为非晶硅层，也就是说，由本征非晶硅构成。一般地，第一本征层121的厚度不大于10nm，优选为5～10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少第一本征层121对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。在本实施例中，第一本征层121的厚度为6nm。

同理，第二本征层122的作用是，用于钝化晶体硅片110，使位于第二本征 层122两侧的晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。第二本征层122的光学带隙介于晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132之间。在本实施例中，第二本征层122为非晶硅层，也就是说，由本征非晶硅构成。同样地，第二本征层122的厚度也不大于10nm，优选为5～10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少第二本征层122对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。在本实施例中，第二本征层122的厚度为6nm。

当然，可以理解的是，本发明也可以不设置第二本征层122。

其中，第一透明导电层141的作用是，提高第一掺杂非晶硅层131与正面栅线电极151导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第一透明导电层141为掺钨氧化铟(IWO)层。掺钨氧化铟(IWO)层具有潜在的高载流子迁移率特性，在保证相同电导率的情况下，与ITO层相比，IWO层具有较低的载流子浓度，因此具有较小的载流子吸收和较大的等离子波长，进而IWO层在近红外光区具有高透光率和低吸收率。当然，第一透明导电层141还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层。

优选地，第一透明导电层141的厚度为60～100nm。这样其电学性能和光学性能更优。

其中，同理地，第二透明导电层142的作用是，提高第二掺杂非晶硅层132与背面电极152导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第二透明导电层142也为掺钨氧化铟(IWO)层。当然，第二透明导电层142还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层。

优选地，第二透明导电层142的厚度为60～100nm。这样其电学性能和光学性能更优。

当然，可以理解的是，本发明也可以不设置第二透明导电层142，亦或设置不透明的导电层。

其中，正面栅线电极151主要作用是将电流导出。在本发明中，正面栅线电极151为铜纳米线电极，也就是说，正面栅线电极151由铜纳米线构成。

优选地，正面栅线电极151的高度为20～50μm。这样将有利于正面栅线电 极的电阻降低，进而提高异质结太阳能电池电池的填充因子，增加异质结太阳能电池的转换效率。

优选地，正面栅线电极151的栅线宽度为30～60μm。这样可以进一步降低栅线的遮挡面积。

在本实施例中，背面电极152也为铜纳米线电极，也呈栅线结构。这样可以进一步提高异质结太阳能电池100的性能。更优选地，背面电极152的厚度为20μm。这样可以更进一步提高异质结太阳能电池100的性能。

当然，可以理解的是，背面电极152并不局限于铜纳米线电极，还可以是其它电极。背面电极152也不局限于栅线结构，还可以呈整个覆盖的层状。

在本实施例中，异质结太阳能电池100基本呈对称结构，这样可以减少生产过程中热应力和机械应力，同时有利于晶体硅片110的减薄发展。另外，两面均可以吸收光线使发电量增加。

本发明的异质结太阳能电池，由于采用铜纳米线电极代替银栅线电极，从而从本质上解决了银栅线电极所带的问题。另外，铜的自然界丰度较高，价格低廉，有利于降低异质结太阳能电池的材料成本。铜的电阻率为1.75×10^-6Ω/cm，与银的电阻率1.65×10^-6Ω/cm非常接近，故铜纳米线电极与银栅线电极的导电性能相当。采用铜纳米线电极，由于铜纳米线本身的性质，铜纳米线电极具有一定的透光性，增强进入硅层的光照量。银栅线电极在制作过程中，往往出现比较严重的栅线展宽问题，从而增加了栅线的遮光面积，而铜纳米线电极则基本没有栅线展宽的问题，有效降低了栅线遮挡面积，进而从另一方面增强进入硅层的光照量。还有，随着技术的发展，异质结太阳能电池中衬底晶体硅片的厚度逐渐减小，并越来越展现出良好的柔性，而铜纳米线电极相对于银栅线电极具有较好的柔韧性，可进一步实现异质结太阳能电池柔性化生产。

本发明还提供了一种上述异质结太阳能电池的制备方法。

一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

在晶体硅片的一侧形成第一本征层；

在所述第一本征层上形成第一掺杂非晶硅层；

在所述第一掺杂非晶硅层上形成第一透明导电层；

在所述第一透明导电层上形成正面栅线电极；所述正面栅线电极为铜纳米线电极；

在所述晶体硅片的另一侧形成背面电极。

其中，为了提高异质结太阳能电池的性能，优选地，首先对晶体硅片进行制绒和清洗步骤。其中，制绒方式可以采用湿法制绒或干法制绒；湿法制绒一般使用一定配比的碱性溶液(例如：KOH、NaOH、四甲基氢氧化胺等)进行一定时间的各向异性腐蚀；干法制绒一般是通过光刻掩膜板得到图形再使用反应离子刻蚀(RIE：Reactive Ion Etching)进行刻蚀(主要通过C₂H₄和SF₆)；干法制绒也可在没有掩膜的情况下可以通过机器进行反应离子刻蚀(RIE)，使用气体为SF₆和O₂。对晶体硅片制绒之后需要进行清洗步骤，清洗的主要作用在于去除制绒后残余在晶体硅片表面的金属离子和晶体硅片表面形成的自然氧化膜。另外，在清洗时，用于去除晶体硅片表面氧化膜的化学液体还能够起到对晶体硅片部分钝化的作用。对于晶体硅片的清洗，可以采用化学清洗，例如：使用RCA洗液(碱性和酸性过氧化氢溶液)，碱性过氧化氢溶液，配比可以是，H₂O:H₂O₂:NH₄OH＝5:1:1-5:2:1；酸性过氧化氢溶液，配比可以是，H₂O:H₂O₂:HC1＝6:1:1-8:2:1；RCA洗液使用条件为：75℃-85℃，清洗时间10-20分钟，清洗顺序先使用碱性过氧化氢溶液后在使用酸性过氧化氢溶液。

为了提高异质结太阳能电池的性能，本实施的异质结太阳能电池还包括第二本征层、第二掺杂非晶硅层、第二透明导电层等。

其中，第一本征层、第二本征层、第一掺杂非晶硅层、第二掺杂非晶硅层的形成采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)。当然，可以理解的是，并不局限于上述方式，还可以是热丝化学气相沉积法(HWCVD，Hot wire Chemical Vapor Deposition)或者高频等离子体增强化学气相沉法(VHF-PECVD)、亦或其他制备方法。

优选地，第一透明导电层、第二透明导电层通过反应等离子沉积(RPD)。更优选地，在形成第一透明导电层、第二透明导电层时，优选地同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为2.5。

优选地，正面栅线电极、背面电极均通过丝网印刷工艺形成。

本发明所提供的异质结太阳能电池的制备方法，得到异质结太阳能电池，其由于未采用银栅线电极，从而解决了银栅线电极所带的问题。另外，铜纳米线电极有利于降低材料成本且导电性能满足要求。铜纳米线电极具有一定的透光性，增强进入硅的光照量。铜纳米线电极基本没有栅线展宽的问题，降低了栅线遮挡面积，进一步增强进入硅层的光照量。还有铜纳米线电极柔韧性好，利于异质结太阳能电池柔性化发展。

上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。