一种晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池技术领域，尤其涉及一种晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池。
【背景技术】
[0002]在晶体硅太阳能电池生产技术成熟，转换效率高且稳定，是目前太阳能电池的主导产品。虽然太阳能电池发展要考率成本、稳定度、转换效率等诸多因素，但转换效率的提升仍是太阳能电池的最重要的考虑因素。由于电池本身结构及生产工艺对光吸收的影响，目前市场上电池的转换效率与实验室太阳能电池效率的记录还有不小差距。
[0003]在考虑如何减少硅用量，降低生产成本的过程中，非晶硅薄膜太阳能电池以其成本优势和非晶硅不同于晶体硅的特性得到发展，但目前非晶硅薄膜太阳能电池的效率还较低，生产设备的费用偏高制约了其发展。
[0004]把晶体硅电池和薄膜电池的优势结合起来制备更高效的电池，是目前的一个研究热点。研究最多的是异质结太阳能电池，尤其是HIT电池，其优点是，转换效率高，制造工艺温度低，钝化效果好，但因为其结构中晶体硅与非晶硅薄膜需形成双面异质结构，仍是单结电池，非晶硅的缺陷及晶体硅与非晶硅界面质量对电池性能的影响尤为突出，这也限制了异质结电池的发展。
【发明内容】
[0005]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，由集电电极层、底电池、顶电池、正电极层依次层叠组成，底电池为晶体硅电池，顶电池为非晶硅薄膜电池，底电池与顶电池间设置有一层耦合薄膜连接层，良导体层、透明半导体薄膜和金属膜层依次沉积在底电池背光面上，形成集电电极层，ΙΤ0薄膜与良导体栅依次沉积在顶电池的向光面上，构成正电极层。
[0006]所述的底电池是由N型晶体硅基底和P型扩散层形成的PN结晶体硅电池，所述的顶电池是由依次沉积在所述的耦合连接层的N型非晶硅层、本征非晶硅层、P型非晶硅层构成的PIN型非晶硅薄膜电池。
[0007]所述的底电池是由P型晶体硅基底和N型扩散层形成的NP结晶体硅电池，所述的顶电池是由依次沉积在所述的耦合薄膜连接层的P型非晶硅层、本征非晶硅层、N型非晶硅层构成的NIP型非晶硅薄膜电池。
[0008]所述的N型晶体硅基底背光面具有均匀分布的微纳米孔，所述的良导体层材料渗入并充满所有微纳米孔。
[0009]所述的P型晶体硅基底背光面具有均匀分布的微纳米孔，所述的良导体层材料渗入并充满所有微纳米孔。
[0010]所述的耦合薄膜连接层厚度为0.l-100nm，材料为导电性半导体材料或金属材料，导电性半导体材料包括ITO、ZnO，金属材料包括Ag、Cu、A1。
[0011]所述的微纳米孔孔径为0.01-10 μ m，孔深度为1_100 μ m但小于N型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5- 1000 μ m。
[0012]所述的微纳米孔孔径为0.01-10 μ m，孔深度为1-100 μ m但小于P型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5- 1000 μ m。
[0013]所述的良导体层和良导体栅材料均选自Ag、Cu、A1其中的一种。
[0014]所述的透明半导体薄膜材料选自ITO、ZnO其中的一种，所述的金属膜层材料选自Ag、Cu、Al其中的一种。
[0015]采用本发明的有益效果是:
(1)多层纳米级薄膜以厚度几何梯度递增的沉积工艺技术，起到了增透减反的作用。
[0016](2)多点多层集电电极技术，不仅增加收集载流子的作用，同时更重要的是增加背电极的宏观量子效应:一是双层金属结构产生大量电吸收红外光的宏观量子效应，二是增加起电子定向泵抽作用的准二维界面层，增大电池的光电流。
[0017](3)晶体硅电池与非晶硅薄膜电池之间采用纳米级良性导体薄膜作为耦合连接结构，在保持高叠加开压、较高填充因子的同时，会起到耦合放大电池单结电池短路电流密度JSC的良性作用。
[0018](4)制备过程中省去减反膜与制绒工艺，可有效降低电池生产成本。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的实施例1和实施例2的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
参见图1，本发明的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，由集电电极层1、底电池2、顶电池4、正电极层5依次层叠组成，底电池2与顶电池4间设置有一层耦合薄膜连接层3。底电池2是利用扩散工艺在N型晶体硅基底201上形成P型扩散层202制备而成的PN结晶体硅电池。在底电池2的P型扩散层202向光面上沉积一层耦合薄膜连接层3，其厚度为0.l-100nm，材料选自ITO、ZnO、Ag、Cu、A1其中的一种。顶电池4是利用PECVD方法，在耦合连接层3上依次沉积的N型非晶硅层401、本征非晶硅层402、P型非晶硅层403制备而成的PIN型非晶硅薄膜电池。
[0021]在底电池2的N型晶体硅基底201背光面，利用刻蚀或者激光打孔的方法形成均匀分布的微纳米孔2011，微纳米孔2011孔径为0.01-10 μ m，孔深度为1-100 μ m但小于N型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5-1000 μ m。向微纳米孔2011内填充良性金属导体并覆盖晶体硅背面，形成晶体硅底电池2背电极良导体层101，良导体层材料选自Ag、Cu、Al其中的一种。在良导体层101上依次沉积透明半导体薄膜102和金属膜层103，良导体层101、透明半导体薄膜102和金属膜层103形成集电电极层1。透明半导体薄膜102材料选自ΙΤ0、ZnO其中的一种，金属膜层103材料选自Ag、Cu、Al其中的一种。在顶电池4的P型非晶石圭层403向光面上依次沉积ΙΤ0薄膜501与良导体栅502，构成正电极层5，良导体栅501材料均选自Ag、Cu、Al其中的一种。
[0022]实施例2
仍然参见图1，本发明的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，由集电电极层1、底电池
2、顶电池4、正电极层5依次层叠组成，底电池2与顶电池4间设置有一层耦合薄膜连接层
3。底电池2是利用扩散工艺在P型晶体硅基底201上形成N型扩散层202制备而成的NP结晶体硅电池。在底电池2的N型扩散层202向光面上沉积一层耦合薄膜连接层3，其厚度为0.l-100nm，材料选自ITO、ZnO、Ag、Cu、A1其中的一种。顶电池4是利用PECVD方法，在耦合连接层3上依次沉积的P型非晶硅层401、本征非晶硅层402、N型非晶硅层403制备而成的NIP型非晶硅薄膜电池。
[0023]在底电池2的P型晶体硅基底201背光面，利用刻蚀或者激光打孔的方法形成均匀分布的微纳米孔2011，微纳米孔2011孔径为0.01-10 μ m，孔深度为1-100 μ m但小于P型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5- 1000 μ m0向微纳米孔2011内填充良性金属导体并覆盖晶体硅背面，形成晶体硅底电池2背电极良导体层101，良导体材料选自Ag、Cu、A1其中的一种。在良导体层101上依次沉积透明半导体薄膜102和金属膜层103，良导体层101、透明半导体薄膜102和金属膜层103形成集电电极层1。透明半导体薄膜102材料选自ΙΤ0、ZnO其中的一种，金属膜层103材料选自Ag、Cu、Al其中的一种。在顶电池4的P型非晶石圭层403向光面上依次沉积ΙΤ0薄膜501与良导体栅502，构成正电极层5。良导体栅501材料均选自Ag、Cu、Al其中的一种。
[0024]本发明中所涉及的化学式在太阳能电池技术领域中具有唯一特定含义。
[0025]以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。凡未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:由集电电极层、底电池、顶电池、正电极层依次层叠组成，底电池为晶体硅电池，顶电池为非晶硅薄膜电池，底电池与顶电池间设置有一层耦合薄膜连接层，良导体层、透明半导体薄膜和金属膜层依次沉积在底电池背光面上，形成集电电极层，ITO薄膜与良导体栅依次沉积在顶电池的向光面上，构成正电极层。2.根据权利要求1所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的底电池是由N型晶体硅基底和P型扩散层形成的PN结晶体硅电池，所述的顶电池是由依次沉积在所述的耦合连接层的N型非晶硅层、本征非晶硅层、P型非晶硅层构成的PIN型非晶硅薄膜电池。3.根据权利要求1所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的底电池是由P型晶体硅基底和N型扩散层形成的NP结晶体硅电池，所述的顶电池是由依次沉积在所述的耦合薄膜连接层的P型非晶娃层、本征非晶硅层、N型非晶硅层构成的NIP型非晶硅薄膜电池。4.根据权利要求2所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的N型晶体硅基底背光面具有均匀分布的微纳米孔，所述的良导体层材料渗入并充满所有微纳米孔。5.根据权利要求3所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的P型晶体硅基底背光面具有均匀分布的微纳米孔，所述的良导体层材料渗入并充满所有微纳米孔。6.根据权利要求1所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的耦合薄膜连接层厚度为0.l-100nm，材料为导电性半导体材料或金属材料，导电性半导体材料包括ITO、ZnO,金属材料包括Ag、Cu、A1。7.根据权利要求4所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的微纳米孔孔径为0.01-10 μ m,孔深度为1-100 μ m但小于N型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5- 1000 μ m。8.根据权利要求5所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的微纳米孔孔径为0.01-10 μ m,孔深度为1-100 μ m但小于P型晶体硅基底的厚度，孔间距为0.5- 1000 μ m。9.根据权利要求1所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的良导体层和良导体栅材料均选自Ag、Cu、Al其中一种。10.根据权利要求1所述的晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池，其特征在于:所述的透明半导体薄膜材料选自ITO、ZnO其中一种，所述的金属膜层材料选自Ag、Cu、A1其中一种。
【专利摘要】本发明公布了一种晶体硅/非晶硅薄膜叠层太阳能电池由集电电极层、底电池、顶电池、正电极层依次层叠组成，底电池为晶体硅电池，顶电池为非晶硅薄膜电池，底电池与顶电池间设置有一层耦合薄膜连接层，良导体层、透明半导体薄膜和金属膜层依次沉积在底电池背光面上，形成集电电极层，ITO薄膜与良导体栅依次沉积在顶电池的向光面上，构成正电极层。本发明中，在晶体硅电池与非晶硅薄膜电池之间采用纳米级良导体薄膜作为耦合连接结构，在保持高叠加开压、较高填充因子的同时，起到耦合放大电池单结电池短路电流密度JSC的良性作用，改善了非晶硅的缺陷及晶体硅与非晶硅界面质量对电池性能的影响。
【IPC分类】H01L31/078, H01L31/0224
【公开号】CN105322045
【申请号】CN201410378546
【发明人】宋太伟, 高伟波, 方祥, 杨光, 余文凤, 张长华
【申请人】上海建冶环保科技股份有限公司, 上海建冶科技工程股份有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年8月4日