一种垂直结构硅太阳能电池及其制备方法与流程

本专利涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是关于一种垂直结构硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

近几年全世界环境污染、温室效应等问题日趋严重，而且传统能源储量越来越少，价格越来越高，所以人类对清洁能源的需求越来越大，太阳能光伏发电作为一种清洁能源越来越受到人们的重视。目前，市场上销售的太阳能光伏电池大部分是单晶硅和多晶硅太阳能电池，基本采用正背电极的平行pn结结构，使得单片电池输出电压低，输出电流大，串联电阻大，不利于实际应用以及并网发电。本发明提供一种垂直结构硅太阳能电池及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种垂直结构硅太阳能电池及其制备方法，该电池还采用了异质结结构，具有结构简单，工艺流程简化及成本低廉的优点，并且能输出高电压，低电流，在较高的入射光功率下仍能保持较高转换效率，因此可以用于高倍聚光及大功率激光输能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种垂直结构硅太阳能电池，其特征是：包括：

一钝化减反膜；

一硅衬底，该硅衬底制作在钝化减反膜下的中间部位；

一第一掺杂层，该第一掺杂层制作在硅衬底的一侧，其长度与硅衬底侧面长度相同；

一第二掺杂层，该第二掺杂层制作在硅衬底与第一掺杂层相对的另一侧，其长度与硅衬底侧面长度相同；

一第三掺杂层，该第三掺杂层制作在第二掺杂层的表面，其长度与第二掺杂层相同；

一第四掺杂层，该第四掺杂层制作在第一掺杂层的表面，其长度与第一掺杂层相同；

一第一电极，该第一电极制作在第四掺杂层的表面，其长度与第四掺杂层相同；

一第二电极，该第二电极制作在第三掺杂层的表面，其长度与第三掺杂层相同；

一钝化膜，该钝化膜制作在硅衬底的下部，覆盖第一掺杂层、第二掺杂层、第三掺杂层、第四掺杂层、第一电极和第二电极中与硅衬底底部相同一侧的端部；

该电池通过多个上述基本单元两侧的第一电极(7)和第二电极(8)串接而成。

进一步的，所述钝化减反膜(1)和钝化膜(9)的材料为Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2或ZnS中的一种或几种的组合。

进一步的，所述硅衬底(2)，为本征或N型掺杂或P型掺杂；所述第一掺杂层(3)和第四掺杂层(6)，同为N型或P型掺杂；所述第二掺杂层(4)和第三掺杂层(5)，同为N型或P型掺杂，且该第二掺杂层(4)和第三掺杂层(5)的掺杂类型与第一掺杂层(3)和第四掺杂层(6)的掺杂类型相反。

进一步的，所述硅衬底(2)，第一掺杂层(3)和第二掺杂层(4)同为单晶硅或多晶硅材料，第三掺杂层(5)和第四掺杂层(6)为非晶硅或非晶硅碳材料。

一种垂直结构硅太阳能电池的制备方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：在硅衬底(2)的一个侧面通过掺杂的方法，使其成为第一掺杂层(3)，在另一侧面通过掺杂的方法，使其成为第二掺杂层(4)；

步骤2：在第一掺杂层(3)的表面生长第四掺杂层(6)，在第二掺杂层(4)的表面生长第三掺杂层(5)；

步骤3：在第四掺杂层(6)的表面生长第一电极(7)，在第三掺杂层(5)的表面生长第二电极(8)，形成基片；

步骤4：将多个基片按照一个基片的第一电极(7)与另一基片的第二电极(8)相接的顺序依次叠放在一起；

步骤5：将叠放在一起的基片放入合金炉，进行加热加压合金，使相邻基片粘合到一起最终形成一个整体；

步骤6：沿垂直基片表面方向依次切割粘合到一起形成整体的基片，制备出一系列片状长方形的由多个基本单元相连接组成的垂直结构；

步骤7：去掉垂直结构表面的损伤层；

步骤8：在垂直结构的两个表面分别沉积钝化减反膜(1)和钝化膜(9)，形成太阳能电池，完成制备。

进一步的，步骤1的掺杂是采用离子注入、热扩散、旋涂扩散或激光掺杂的方法。

进一步的，步骤2的材料生长是采用化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法。

进一步的，步骤3的制备第一电极(8)和第二电极(9)是采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、电镀、化学镀或丝网印刷的方法。

进一步的，步骤6的切割是采用钢丝或金刚砂线切割的方法；步骤7是采用反应离子刻蚀或硝酸加氢氟酸化学腐蚀的方法去掉垂直结构表面的损伤层。

进一步的，步骤8制备钝化减反膜和钝化膜是采用化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、离子束溅射、喷涂或旋涂的方法。

本发明的有益效果是：该电池正负电极位于每个电池单元两侧，其面积很大，因此串联电阻可以很小，可以用于高倍聚光及大功率激光输能，而且正负电极的宽度可以做的很小，因此遮光很少。该电池采用了异质结结构，可以有效提高开路电压。由于该电池相当于是多个pn结串联，所以开路电压高，通过减小电池单元的面积可以降低短路电流，因此该电池比目前的常规结构晶体硅太阳能电池更加适合于并网发电。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例及附图，详细说明如后，其中：

图1是本发明中一种垂直结构硅太阳能电池的一个基本单元的结构示意图，具体包括：钝化减反膜1，硅衬底2，第一掺杂层3，第二掺杂层4，第三掺杂层5，第四掺杂层6，第一电极7，第二电极8，钝化膜9；

图2是图1的两个基本单元通过第一电极7和第二电极8串接的示意图；

图3是本发明的制备流程图。

具体实施方式

本发明提供一种垂直结构硅太阳能电池，包括：

一钝化减反膜1，所述钝化减反膜1材料为Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2或ZnS中的一种或几种的组合；

一硅衬底2，所述硅衬底2制作在钝化减反膜1下的中间部位，为本征或N 型掺杂或P型掺杂，为单晶硅或多晶硅材料；

一第一掺杂层3，所述第一掺杂层3制作在硅衬底2的一侧，其长度与硅衬底2侧面长度相同，为N型掺杂或P型掺杂，其材料与硅衬底2相同；

一第二掺杂层4，所述第二掺杂层4制作在硅衬底2与第一掺杂层3相对的另一侧，其长度与硅衬底2侧面长度相同，其掺杂类型与第一掺杂层3相反，其材料与硅衬底2相同；

一第三掺杂层5，所述第三掺杂层5制作在第二掺杂层4的表面，其长度与第二掺杂层4相同，其掺杂类型与第二掺杂层4相同，为非晶硅或非晶硅碳材料；

一第四掺杂层6，所述第四掺杂层6制作在第一掺杂层3的表面，其长度与第一掺杂层3相同，其掺杂类型与第一掺杂层3相同，为非晶硅或非晶硅碳材料；

一第一电极7，所述第一电极7制作在第四掺杂层6的表面，其长度与第四掺杂层6相同；

一第二电极8，所述第二电极8制作在第三掺杂层5的表面，其长度与第三掺杂层5相同；

一钝化膜9，所述钝化膜9制作在硅衬底2的下部，覆盖第一掺杂层3、第二掺杂层4、第三掺杂层5、第四掺杂层6、第一电极7和第二电极8中与硅衬底2底部相同一侧的端部，材料为Al2O3、SiO2、SiNx、MgF2或ZnS中的一种或几种的组合；

该电池通过多个上述基本单元两侧的第一电极7和第二电极8串接而成。

一种垂直结构硅太阳能电池的制备方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：在硅衬底2的一个侧面通过掺杂的方法，使其成为第一掺杂层3，在另一侧面通过掺杂的方法，使其成为第二掺杂层4，所述的掺杂是采用离子注入、热扩散、旋涂扩散或激光掺杂的方法；

步骤2：在第一掺杂层3的表面生长第四掺杂层6，在第二掺杂层4的表面生长第三掺杂层5，所述的材料生长是采用化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积的方法；

步骤3：在第四掺杂层6的表面生长第一电极7，在第三掺杂层5的表面生长第二电极8，形成基片，所述的电极生长是采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、化学气相沉积、电镀、化学镀或丝网印刷的方法；

步骤4：将多个基片按照一个基片的第一电极7与另一基片的第二电极8相接的顺序依次叠放在一起；

步骤5：将叠放在一起的基片放入合金炉，进行加热加压合金，使相邻基片粘合到一起最终形成一个整体；

步骤6：沿垂直基片表面方向依次切割粘合到一起形成整体的基片，形成一系列片状长方形的由多个基本单元相连接组成的垂直结构，所述的切割是采用钢丝或金刚砂线切割的方法；

步骤7：采用反应离子刻蚀或硝酸加氢氟酸化学腐蚀的方法去掉垂直结构表面的损伤层；

步骤8：在垂直结构的两个表面分别沉积钝化减反膜1和钝化膜9，形成太阳能电池，完成制备，所述的材料沉积是采用化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、离子束溅射、喷涂或旋涂的方法。

需要说明的是，以上所述仅为本发明优选实施例，仅仅是解释本发明，并非因此限制本发明专利范围。对属于本发明技术构思而仅仅显而易见的改动，同样在本发明保护范围之内。