渐变叠层TCO导电膜的异质结电池结构及其制备方法与流程

本发明涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构及其制备方法。

背景技术：

随着光伏技术的快速发展，晶体硅太阳电池的转换效率逐年提高。在当前光伏工业界，单晶硅太阳电池的转换效率已达到20%以上，多晶硅太阳电池的转换效率已达18.5%以上。然而大规模生产的、转换效率达22.5%以上的硅基太阳电池仅美国sunpower公司的背接触太阳电池(interdigitatedbackcontact，ibc)和日本松下公司的带本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(hetero-junctionwithintrinsicthinlayer，hjt)。和ibc太阳电池相比，hjt电池具有能耗少、工艺流程简单、温度系数小等诸多优点，这些也是hjt太阳能电池能从众多高效硅基太阳电池方案中脱颖而出的原因。

当前，我国正在大力推广分布式太阳能光伏发电，由于屋顶资源有限，而且分布式光伏发电需求高转换效率的太阳电池组件，正是由于hjt太阳电池具有高效、双面发电的优势，在分布式光伏电站中表现出广阔的应用前景。

如图1所示，为现有技术的hjt电池片的电极结构，现有hjt电池tco的制备方法直接采用多靶同气体流量、同功率制备，整个tco薄膜性质都是一样的。tco薄膜主要作用是在传输载流子、减反射和保护非晶硅膜层。这种方式存在以下两个缺陷：（1）为了满足产能，在刚开始制备tco导电膜时，采用高功率、高能量粒子轰击非晶硅薄膜，会严重损伤非晶硅薄膜；（2）tco导电膜的透过与导电是相矛盾的，采用同功率同气体流量无法同时获得高透过率和高导电率，从而影响hjt太阳能电池的光电性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构及其制备方法，降低对非晶硅薄膜的撞击损伤，获得最优的tco光学、电学性能，提升异质结太阳能电池性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，它包括硅衬底，所述硅衬底的双面均设有非晶硅本征层，所述非晶硅本征层的外侧设有非晶硅掺杂层；所述硅衬底受光面的非晶硅掺杂层的外侧设有叠层tco导电膜，所述硅衬底非受光面的非晶硅掺杂层的外侧设有单层tco导电膜；所述叠层tco导电膜和单层tco导电膜的外侧均设有若干ag电极；所述叠层tco导电膜包括依次向外设置的多层tco导电膜，每一层的靶材功率密度逐层增加，靠近非晶硅掺杂层的第一层靶位tco导电膜不通氧气，其他每一层的o2/功率逐层增加。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，靠近非晶硅掺杂层的第一层靶位tco导电膜的靶材功率密度为0.135~0.33w/mm，第二层靶位tco导电膜的靶材功率密度为1.3~2.5w/mm，从第三层开始向外的剩余层的tco导电膜的靶材功率密度为3~6w/mm。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，第二层靶位tco导电膜的o2/功率为0.5~0.75，从第三层开始向外的剩余层的tco导电膜的o2/功率为1~2.5。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，靠近非晶硅掺杂层的第一层靶位tco导电膜的ar流量为400~800sccm，其他层通过调节ar流量保证工艺腔压力在0.3~0.8pa之间。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，靠近非晶硅掺杂层的第一层靶位tco导电膜的膜厚为1.3~3nm，第二层靶位tco导电膜的膜厚为24~30nm，从第三层开始向外的剩余层的各层膜厚为50~70nm，所述叠层tco导电膜4的总膜厚为70~110nm。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，包括以下几个步骤：

第一步、选取基材硅衬底进行制绒、清洗处理；

第二步、通过pecvd制备双面非晶硅本征层，厚度为6nm；

第三步、选取n型非晶硅膜为受光面掺杂层；

第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层；

第五步、使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层；

第六步、使用pvd方法沉积受光面的叠层tco导电膜，靠近非晶硅掺杂层的第一层靶位tco导电膜的靶材功率密度为0.135~0.33w/mm，无氧气，ar流量为400~800sccm，第二层靶位tco导电膜的靶材功率密度为1.3~2.5w/mm，o2/功率为0.5~0.75，工艺腔压力为0.3~0.8pa；从第三层开始向外的剩余层的tco导电膜的靶材功率密度为3~6w/mm，o2/功率为1~2.5，工艺腔压力为0.3~0.8pa；

第七步、使用pvd方法沉积背光面的单层tco导电膜；

第八步、通过丝网印刷形成正背面ag电极；

第九步、固化使得银栅线与tco导电膜之间形成良好的欧姆接触；

第十步、进行测试电池的电性能。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，靠近非晶硅掺杂层3的第一层靶位tco导电膜的厚度为1.3~3nm，第二层靶位tco导电膜的厚度为24~30nm，从第三层开始向外的剩余层的各层膜厚为50~70nm。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，所述非晶硅本征层厚度为5~10nm。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，所述n型非晶硅掺杂层厚度为4~8nm，所述p型非晶硅掺杂层的厚度为7~15nm。

一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，所述叠层tco导电膜和单层tco导电膜的总膜厚均为70~110nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在受光面第一层靶位采用低功率、高ar流量，降低高能粒子对非晶硅薄膜的撞击损伤，第二层靶位向上采用渐变叠层方法沉积tco薄膜，功率逐渐增加，氧气逐渐增加，且氧气/功率逐渐增加，稳定工艺腔室压力在0.3-0.8pa之间，能够获得最优的tco光学、电学性能，提升异质结太阳能电池性能。

附图说明

图1为现有异质结太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明异质结太阳能电池的结构示意图。

其中：

硅衬底1、非晶硅本征层2、非晶硅掺杂层3、叠层tco导电膜4、第一层靶位tco导电膜4.1、第二层靶位tco导电膜4.2、第三层靶位tco导电膜4.3、单层tco导电膜5、ag电极6。

具体实施方式

实施例1：

参见图2，本发明涉及的一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，它包括硅衬底1，所述硅衬底1的双面均设有非晶硅本征层2，所述非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层3；

所述硅衬底1受光面的非晶硅掺杂层3的外侧设有叠层tco导电膜4，所述硅衬底1非受光面的非晶硅掺杂层3的外侧设有单层tco导电膜5；所述叠层tco导电膜4和单层tco导电膜5的外侧均设有若干ag电极6；

所述叠层tco导电膜4包括依次向外设置的第一层靶位tco导电膜4.1、第二层靶位tco导电膜4.2和第三层靶位tco导电膜4.3，所述第一层靶位tco导电膜4.1的靶材功率密度为0.14w/mm，不通氧气，ar流量为500sccm，所述第一层靶位tco导电膜4.1的厚度1.25nm；所述第二层靶位tco导电膜4.2的靶材功率密度为1.5w/mm，o2/功率为0.6，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa；所述第三层靶位tco导电膜4.3的靶材功率密度为3w/mm，o2/功率为1.2，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa。

本发明涉及的一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构的制备方法，包括以下几个步骤：

（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的硅衬底1进行制绒、清洗处理；

（2）通过pecvd制备双面本征非晶硅层2，厚度为6nm；

（3）选取n型非晶硅膜为受光面掺杂层；

（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备n型非晶硅掺杂层，厚度为6nm；

（5）使用等离子体化学气相沉积制备p型非晶硅掺杂层，总厚度为10nm；

（6）使用pvd方法沉积受光面的叠层tco导电膜4，总厚度为100nm，具体沉积方法为：第一层靶位tco导电膜4.1的功率密度0.14w/mm，无氧气，ar流量为500sccm，厚度为1.25nm；第二层靶位tco导电膜4.2的功率密度为1.5w/mm，o2/功率为0.6，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa；第三层靶位tco导电膜4.3的功率密度为3w/mm，o2/功率为1.2，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa；

（7）使用pvd方法沉积背光面的单层tco导电膜5，厚度为100nm；

（8）通过丝网印刷形成正背面ag电极6；

（9）固化使得银栅线与tco导电膜之间形成良好的欧姆接触；

（10）进行测试电池的电性能。

实施例2：

参见图2，本发明涉及的一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，与实施例1不同的是，所述第一层靶位tco导电膜4.1的靶材功率密度为0.2w/mm，不通氧气，ar流量为600sccm，所述第一层靶位tco导电膜4.1的厚度1.8nm；所述第二层靶位tco导电膜4.2的靶材功率密度为2w/mm，o2/功率为0.7，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa；所述第三层靶位tco导电膜4.3的靶材功率密度为4w/mm，o2/功率为1.8，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa。

实施例3：

参见图2，本发明涉及的一种渐变叠层tco导电膜的异质结电池结构，与实施例1不同的是，所述第一层靶位tco导电膜4.1的靶材功率密度为0.3w/mm，不通氧气，ar流量为700sccm，所述第一层靶位tco导电膜4.1的厚度2.2nm；所述第二层靶位tco导电膜4.2的靶材功率密度为2.5w/mm，o2/功率为0.75，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa；所述第三层靶位tco导电膜4.3的靶材功率密度为5w/mm，o2/功率为2.2，ar流量为100sccm，工艺腔压力为0.45pa。

本发明的叠层tco导电膜4的主要参数如下表：

。

将本发明的实施例数据与双面tco结构不同其他参数均相同的现有技术对比，本发明与现有技术的电性能对比参见下表，主要从开路电压voc、短路电流isc和填充因子ff体现，可以得到本发明的太阳能电池电性能参数的提升，使太阳能电池的转换效率eta有绝对0.15%的提升。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。