异质结太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及太阳能电池领域，具体公开了一种异质结太阳能电池，其包括晶体硅片，依次位于晶体硅片的一侧上的第一本征层、第一掺杂非晶硅层、透明导电层、及正电极，以及依次位于晶体硅片的另一侧上的石墨烯层、及铜层。上述异质结太阳能电池，由于采用石墨烯层及铜层作为异质结太阳能电池的背场，其中石墨烯层作为背面导电层，可提高导电率，最终提高异质结太阳能电池的短路电流密度，提高转换效率；铜层作为背电极，相比银电极更加廉价，有效降低了异质结太阳能电池的材料成本。
【专利说明】
异质结太阳能电池
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]由于非晶硅的导电性较差，异质结太阳能电池的背场一般为导电层和全银电极，导电层可以有效地增加载流子的收集。但是，导电层一般为氧化铟锡(ΙΤ0)、氧化氟锡(FTO)等金属氧化物。这些材料的导电性低，不利于光电转化效率的提升。另外，全银电极的材料成本较高。
【实用新型内容】
[0004]基于此，有必要针对现有的异质结太阳能电池的光电转化效率低、材料成本高的问题，提供一种光电转化效率高、材料成本低的异质结太阳能电池。
[0005]—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、透明导电层、及正电极，以及依次位于所述晶体硅片的另一侧上的石墨烯层、及铜层。
[0006]上述异质结太阳能电池，由于采用石墨烯层及铜层作为异质结太阳能电池的背场，其中石墨烯层作为背面导电层，可提高导电率，最终提高异质结太阳能电池的短路电流密度，提高转换效率;铜层作为背电极，相比银电极更加廉价，有效降低了异质结太阳能电池的材料成本。
[0007]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石墨烯层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、及第二掺杂非晶硅层。
[0008]在其中一个实施例中，所述石墨稀层的厚度为0.34?15nm。
[0009]在其中一个实施例中，所述石墨烯层通过化学气相沉积于所述铜层上。
[0010]在其中一个实施例中，所述铜层的厚度为20?50μπι。
[0011]在其中一个实施例中，所述透明导电层为掺钨氧化铟层。
[0012]在其中一个实施例中，所述透明导电层的厚度为60?lOOnm。
[0013]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。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一本征层为非晶硅。
[0015]在其中一个实施例中，所述第二本征层为非晶硅。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型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】
[0017]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合【具体实施方式】，对本实用新型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】仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0018]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。
[0019]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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。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。
[0020 ] 参见图1，本实用新型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、透明导电层151、及正电极161;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、石墨烯层152、及铜层162。
[0021]在本实施例中，异质结太阳能电池100呈基本对称结构，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。
[0022]在本实用新型中，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，不设加强电场，也就是说不设第二掺杂非晶娃层132。
[0023]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，本实用新型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。
[0024]在本实施例中，晶体娃片丨^米用^^型晶体娃片“-^丨)，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。其中，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型单晶硅层。
[0025]具体地，晶体硅片110的厚度一般小于200μπι。优选地，晶体硅片110的厚度为100?200μπι。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。
[0026]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。优选地，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。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 1n 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02。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: HCI = 6:1:1 -8: 2:1 ;RCA洗液使用条件为:75°C_85°C，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。
[0027]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1nm，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。
[0028]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。
[0029]当然，可以理解的是，本实用新型也可以不设置第二本征层122。
[0030]一般地，第一本征层121、第二本征层122、第一掺杂非晶硅层131、第二掺杂非晶硅层132米用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposit1n)。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(HffCVD,Hot wire Chemical Vapor Deposit1n)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。
[0031]其中，透明导电层151的作用是，提高第一掺杂非晶硅层131与正电极161导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施例中，透明导电层151为掺钨氧化铟(IWO)层。掺钨氧化铟(IWO)层具有潜在的高载流子迀移率特性，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，透明导电层151还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层。优选地，透明导电层151通过反应等离子沉积(RPD)t^形成透明导电层151时，优选地同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为2.5。
[0032]优选地，透明导电层151的厚度为60?lOOnm。这样其电学性能和光学性能更优。
[0033]在本实施例中，正电极161成格栅状，一般通过丝网印刷形成。更具体地，通过丝网印刷低温银浆料形成正电极161，其中烘干温度为100°C，烧结温度为200°C。
[0034]其中，铜层162作为背电极。优选地，铜层162的厚度为20?50μπι。这样可以优化异质结太阳能电池的性能。在本实施例中，铜层162的厚度为25μπι。
[0035]其中，石墨烯层152的作用是，提高第二掺杂非晶硅层132与铜层162导电性能，有效地增加载流子的收集。石墨烯层152是指该层的材料是石墨烯，石墨烯层152可以只包括一层石墨稀，亦可以是多层石墨稀构成。在本实施例中，石墨稀层的厚度为0.34?15nm。这样可以进一步优化异质结太阳能电池的性能。
[0036]优选地，石墨烯层152以及铜层162通过如下方式形成:在铜层162(作为衬底)的一侧表面上通过化学气相沉积(CVD)法形成石墨烯层152。然后将带铜层162的石墨烯层152粘合到待转移面上。可以理解的是，转移面根据实际情况的不同，可以是晶体硅片110的另一侧表面、或第二掺杂非晶硅层132的表面。
[0037]本实用新型的异质结太阳能电池100，由于采用石墨烯层152及铜层162作为异质结太阳能电池的背场，其中石墨烯层152作为背面导电层，可提高导电率，最终提高异质结太阳能电池的短路电流密度，提高转换效率;铜层162作为背电极，相比银电极更加廉价，有效降低了异质结太阳能电池的材料成本。
[0038]以上所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。
[0039]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，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、透明导电层、及正电极，以及依次位于所述晶体硅片的另一侧上的石墨烯层、及铜层。2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池还包括位于所述石墨烯层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、及第二掺杂非晶硅层。3.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为0.34?15nm04.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述石墨烯层通过化学气相沉积于所述铜层上。5.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述铜层的厚度为20?5 Oum ο6.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层为掺钨氧化铟层。7.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层的厚度为60?lOOnm。8.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，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。9.根据权利要求1或2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层为非晶娃。10.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二本征层为非晶硅。
【文档编号】H01L31/0224GK205609535SQ201620380937
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】杨乐, 张闻斌, 王琪
【申请人】苏州协鑫集成科技工业应用研究院有限公司, 协鑫集成科技（苏州）有限公司, 协鑫集成科技股份有限公司