一种太阳能电池芯片及其制备方法与流程

本申请涉及太阳能电池领域，特别涉及一种太阳能电池芯片及其制备方法。

背景技术

太阳能电池，是通过光生伏特效应直接把入射太阳光能转化成电能的装置。hjt电池芯片通常包括晶硅衬底、依次设置在晶硅衬底上的本征薄膜、掺杂硅基薄膜、透明导电层和电极。其中，透明导电层用于横向收集电流。另一方面作为电池表面的光学反射层，可用于减小电池表面的反射。

现有技术中，为了提升电池密度，通常还将透明导电层作为电池表面的光学反射层，用于减小电池表面的反射；同时，还采用栅线作为电极，通过减小栅线宽度，降低栅线对入射太阳光的遮挡。

采用单层透明导电层充当太阳能电池芯片的减反射层，只能减少入射光中某一波长段的反射光，而不能减少入射光中其它波长段的反射光，减反射效果有限；同时，栅线的宽度的减小会造成栅线高度的降低，使得线型变差，线电阻上升，从而引起电池串联电阻增加，限制了电池效率的提高。

技术实现要素：

本申请提供一种太阳能电池芯片及其制备方法，可解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本申请提供一种太阳能电池芯片，所述太阳能电池芯片包括：

衬底；

在所述衬底的至少一面上依次设置有本征钝化层、硅掺杂层、透明导电层和电极；以及

在所述透明导电层远离所述硅掺杂层的一面设置有减反射层；

其中，所述电极穿过所述减反射层设置在所述透明导电层上；

所述电极包括第一栅线叠层和第二栅线叠层；

所述第一栅线叠层设置在所述透明导电层上，所述第二栅线叠层设置在所述第一栅线叠层上。

在一种可能的设计中，所述减反射层包括多个减反射薄膜单元；所述电极设置在每相邻两个所述减反射薄膜单元之间。

在一种可能的设计中，所述第一栅线叠层为银栅线或铜栅线，所述第二栅线叠层为铜栅线或银栅线。所述第一栅线叠层和所述第二栅线叠层的材料可相同或不同。

在一种可能的设计中，所述第一栅线叠层的线宽为20-50μm，高度为2-10μm；所述第二栅线叠层的线宽为20-50μm，高度大于15μm。

在一种可能的设计中，所述减反射层为氮化硅薄膜和/或氧化硅薄膜。

在一种可能的设计中，在所述衬底的两面均依次设置有本征钝化层、硅掺杂层、透明导电层、电极；

其中，在所述衬底的一面设置的硅掺杂层为n型掺杂层，在所述衬底的另一面设置的硅掺杂层为p型掺杂层。

在一种可能的设计中，靠近所述n型掺杂层的所述透明导电层和所述减反射层的总厚度为70-80nm；靠近所述p型掺杂层的所述透明导电层和所述减反射层的总厚度为70-160nm。

另一方面，本申请还提供一种太阳能电池芯片的制备方法，所述制备方法包括：

在衬底的至少一面上依次形成本征钝化层、硅掺杂层、透明导电层；

在所述透明导电层远离所述硅掺杂层的一面上形成电极和减反射层，且使所述电极穿过所述减反射层设置在所述透明导电层上；

其中，所述电极包括第一栅线叠层和第二栅线叠层；

所述第一栅线叠层设置在所述透明导电层上，所述第二栅线叠层设置在所述第一栅线叠层上。

在一种可能的设计中，所述在所述透明导电层远离所述硅掺杂层的一面上形成电极和减反射层，且使所述电极穿过所述减反射层设置在所述透明导电层上，包括：

在所述透明导电层上形成第一栅线叠层；

在所述第一栅线叠层上形成保护层；

在所述透明导电层上形成所述减反射层；

去除所述保护层；

在所述第一栅线叠层上形成第二栅线叠层；

所述第一栅线叠层和所述第二栅线叠层形成所述电极，且使所述电极穿过所述减反射层设置在所述透明导电层上。

在一种可能的设计中，所述第一栅线叠层为银栅线或铜栅线，所述第二栅线叠层为铜栅线或银栅线。所述第一栅线叠层和所述第二栅线叠层的制备工艺可相同或不同。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的太阳能电池芯片，通过设置太阳能电池芯片具有包括透明导电层和减反射层的双层减反射结构，可减少入射光中多个波长段的反射光，增加太阳能电池芯片的入射光量；并通过设置电极包括第一栅线叠层和第二栅线叠层，可使栅线的宽度不变的情况下，通过增加高度来减小电极的电阻，促进电池短路电流密度的提升，进而提高电池效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种太阳能电池芯片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种太阳能电池芯片的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种太阳能电池芯片的结构示意图；

图4为图2所示的太阳能电池芯片的制备流程示意图。

图中的附图标记分别表示：

1-衬底；

2-本征钝化层；

3-硅掺杂层；

4-透明导电层；

5-电极；51-第一栅线叠层；52-第二栅线叠层；

6-减反射层；61-减反射薄膜单元；

7-保护层。

具体实施方式

为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

结合图1和图2，本申请实施例提供一种太阳能电池芯片，该太阳能电池芯片包括：衬底1；在衬底1的至少一面上依次设置有本征钝化层2、硅掺杂层3、透明导电层4和电极5；以及在透明导电层4远离硅掺杂层3的一面设置的减反射层6；其中，电极5穿过减反射层6设置在透明导电层4上；电极5包括第一栅线叠层51和第二栅线叠层52；第一栅线叠层51设置在透明导电层4上，第二栅线叠层52设置在第一栅线叠层51上。

一个实施例中，如图1所示，在衬底1的一面依次设置本征钝化层2、硅掺杂层3和透明导电层4，透明导电层4上设置有减反射层6，以及包括第一栅线叠层51和第二栅线叠层52的电极5；第一栅线叠层51穿过减反射层6设置在透明导电层4上，第二栅线叠层52设置在第一栅线叠层51上；在衬底1的另一面可以采用现有结构，本申请不再详述。

一个实施例中，如图2所示，在衬底1的两面均依次设置有本征钝化层2、硅掺杂层3和透明导电层4；透明导电层4上设置有减反射层6，以及包括第一栅线叠层51和第二栅线叠层52的电极5。也即是，在衬底1的一侧的表面上，分别依次层叠设置本征钝化层2、硅掺杂层3和透明导电层4，并将电极5和减反射层6设置在透明导电层4上；在衬底1的另一侧的表面上，分别依次层叠设置本征钝化层2、硅掺杂层3和透明导电层4，并将电极5和减反射层6设置在透明导电层4上。

当入射光照射该太阳能电池芯片时，先经过减反射层6和透明导电层4形成的双层减反射结构，再进入衬底1中，产生载流子，光生空穴和光生电子在内建电场的作用下进行分离移动，经过本征钝化层2和硅掺杂层3，到达透明导电层4中，然后依次通过第一栅线叠层51和第二栅线叠层52被导出。其中，本征钝化层2用于钝化衬底1表面缺陷。

本申请实施例提供的太阳能电池芯片，通过设置太阳能电池芯片具有包括透明导电层4和减反射层6的双层减反射结构，可减少入射光中多个波长段的反射光，增加太阳能电池芯片的入射光量；并通过设置第一栅线叠层51和第二栅线叠层52，可使栅线的宽度不变的情况下，通过增加高度来减小电极5的电阻，促进电池短路电流密度的提升，进而提高电池效率。

可以理解的是，为了达到更好的减反射效果，可综合优化减反射层6和透明导电层4的折射率和厚度，以得到表面反射率最小的情况。

在上述的太阳能电池芯片中，减反射层6覆盖在电极5周围的透明导电层4上，用于减少入射光在电池表面的反射，可以理解的是，减反射层6可部分覆盖电极5周围的透明导电层4，也可完全覆盖电极5周围的透明导电层4。

为了最大限度地增强太阳能电池芯片的减反射效果，可使减反射层6全部覆盖在电极5周围的透明导电层4上。

一个实施例中，如图1所示，减反射层6包括多个减反射薄膜单元61，电极5设置在每相邻两个减反射薄膜单元61之间。

一个实施例中，多个减反射薄膜单元61可(完全或部分)覆盖在电极5周围的透明导电层4的任意位置上，在覆盖有减反射薄膜单元61处，减反射薄膜单元61和透明导电层4形成双层减反射结构，当入射光照射该太阳能电池芯片时，可减少入射光中多个波长段的反射光，增加太阳能电池芯片的入射光量。

可以理解的是，在每相邻两个减反射薄膜单元61之间具有间隙，该间隙用于设置电极5。

在上述的太阳能电池芯片中，减反射层6为氮化硅薄膜或氧化硅薄膜。

为了进一步增强减反射效果，还可使减反射层6为氮化硅薄膜和氧化硅薄膜叠加，或为具有不同厚度和折射率的两层氮化硅薄膜或两层氧化硅薄膜的叠加。如此设置，可在入射光中较宽的光谱区达到更好的增透效果。

减反射层6和透明导电层4形成双层减反射结构，应用时将太阳能电池芯片靠近n型掺杂层的一面作为受光面，靠近p型掺杂层的一面作为背光面，考虑到受光面和背光面对反射率要求的不同，并结合生产成本，可使靠近n型掺杂层的透明导电层4和减反射层6的总厚度在70-80nm之间；靠近p型掺杂层的透明导电层4和减反射层6的总厚度在70-160nm之间。如此设置，可使受光面满足电池表面反射率最低。

在上述的太阳能电池芯片中，电极5用于导出载流子，可以为金属栅线。其中，第一栅线叠层51为银栅线或铜栅线，第二栅线叠层52为铜栅线或银栅线。

一个实施例中，第一栅线叠层51的线宽为20-50μm，高度2-10μm；第二栅线叠层52的宽度为20-50μm，高度大于15μm。如此设置，可在栅线的宽度尽可能的小的情况下，确保电极5的线电阻小于1ω/cm。

一个实施例中，为了达到较佳的经济效益，可使第一栅线叠层51为银栅线，第二栅线叠层52为铜栅线，以在降低线电阻的同时，减少银耗，降低成本。

可选地，第一栅线叠层51和第二栅线叠层52可采用相同或不同的制备工艺。

另一个实施例中，可使第一栅线叠层51和第二栅线叠层52均为银栅线，且可采用不同的工艺进行制备。

示例地，第一栅线叠层51可采用丝网印刷制备，第二栅线叠层52可采用电镀方式制备。由于高压低传输速度实现的电镀银层颗粒比较小，对硅太阳电池的正面有效面积的遮挡比较少，有利于硅太阳能电池芯片对太阳辐射能的吸收，提高硅太阳能电池芯片的转换效率。

在上述的太阳能电池芯片中，衬底1可以为单晶硅片或多晶硅片，示例地，衬底1可以为p型单晶硅片或n型单晶硅片。

本征钝化层2可包括本征非晶硅钝化层或本征微晶硅钝化层，进一步地，本征钝化层2可以为本征非晶硅薄膜。示例地，本征钝化层2可选自非晶硅膜(a-si:h)或非晶硅氧合金薄膜(a-siox:h)等。

硅掺杂层3可包括非晶硅掺杂层或微晶硅掺杂层，进一步地，可选自a-si:h、a-siox:h、μc-siox:h等中的任一种，且可以理解的是，对于如图1所示的太阳能电池芯片，当晶硅衬底1选为p型单晶硅片时，掺杂硅基薄膜层3可为n型掺杂层；当晶硅衬底1选为n型单晶硅片时，掺杂硅基薄膜层3可为p型掺杂层；进一步可以理解的是，对于如图2所示的太阳能电池芯片，层叠在其中一个本征钝化层2面上的硅掺杂层3为n型掺杂层，层叠在相对另一个本征钝化层2面上的硅掺杂层3为p型掺杂层。

透明导电层4可包括透明导电氧化物层，示例地，透明导电层4可选自ito薄膜(掺锡的氧化铟透明导电膜)、iwo薄膜(掺钨的氧化铟透明导电膜)或者ico薄膜(掺铯的氧化铟透明导电膜)等。

应用时，为了达到更好的电池效率，通常可将太阳能电池芯片中靠近n型掺杂层的一面作为受光面，由于在受光面和背光面的减反射层6和透明导电层4均形成双层减反射结构，当入射光照射该太阳能电池芯片时，该结构可减少光学表面的反射光，增加太阳能电池芯片的入射光量，使电池吸收更多的光子，促进电池短路电流密度的提升，进而提高电池效率。

实际上，考虑到太阳能电池芯片在背光面接触到的入射光较少，为了节省工艺，节约制备成本，还可在背光面不设置减反射层6，如图3所示，也就是说，仅在接触入射光较多的受光面设置减反射层6即可。

第二方面，本申请实施例还提供了一种太阳能电池芯片的制备方法，该制备方法包括：

步骤1、在衬底1的至少一面上依次形成本征钝化层2、硅掺杂层3、透明导电层4；

步骤2、在透明导电层4远离硅掺杂层3的一面上形成电极5和减反射层6，且使电极5穿过减反射层6设置在透明导电层4上；

其中，电极5包括第一栅线叠层51和第二栅线叠层52；

第一栅线叠层51设置在透明导电层4上，第二栅线叠层52设置在第一栅线叠层51上。

本申请实施例提供的制备方法能够得到具有减反射层6和双层栅线的电极5的太阳能电池芯片，该太阳能电池芯片具有包括透明导电层4和减反射层6的双层减反射结构，可减少入射光中多个波长段的反射光，可增加太阳能电池芯片的入射光量，使电池吸收更多的光子；并具有包括第一栅线叠层51和第二栅线叠层52的电极5，可使栅线的宽度不变的情况下，通过增加高度来减小电极5的电阻，促进电池短路电流密度的提升，进而提高电池效率；该制备方法简单，便于生产。

为了更清楚地说明本申请提供的制备方法，以下示例性地对图2所示的太阳能电池芯片的制备流程进行说明。

对于步骤1而言，可通过沉积法在衬底1的相对的两个表面上形成本征钝化层2、硅掺杂层3和透明导电层4。

示例地，可包括：

步骤101、衬底1的相对的两个表面上分别沉积本征钝化层2；

步骤102、在本征钝化层2上分别沉积硅掺杂层3；

步骤103、在硅掺杂层3上分别沉积透明导电层4。

具体地，对于步骤101，可通过化学气相沉积法，例如，pecvd沉积法(等离子体增强化学气相沉积法)或hwcvd沉积法(热丝化学气相沉积法)，在衬底1的上沉积本征钝化层2。

其中，衬底1可以为单晶硅片或多晶硅片，示例地，衬底1可以为p型单晶硅片或n型单晶硅片。当选用n型单晶硅片作为衬底1时，可使n型单晶硅片的厚度为90-300μm，电阻率2-7ωcm。

本征钝化层2可包括本征非晶硅钝化层或本征微晶硅钝化层，进一步地，本征钝化层2可以为本征非晶硅薄膜。示例地，本征钝化层2可选自非晶硅膜(a-si:h)或非晶硅氧合金薄膜(a-siox:h)等，且本征钝化层2的厚度可以为3-15nm。

另外，可以理解的是，在沉积本征钝化层2之前，可对衬底1进行损伤层、碱制绒、湿式化学清洗法(rca清洗)等处理，以在硅片表面形成金字塔尺寸，减少电池表面光的反射损失，并去除硅片表面的有机物、颗粒和金属离子等污染。

对于步骤102，可通过化学气相沉积法在本征钝化层2上沉积硅掺杂层3。

可以理解的是，在其中的一个本征钝化层2面上沉积n型掺杂层，在相对的另一个的本征钝化层2面上沉积p型掺杂层。

其中，硅掺杂层3可选自a-si:h、a-siox:h、μc-siox:h等中的任一种。且当硅掺杂层3为n型掺杂硅基薄膜时，其厚度可以为4-20nm，当为p型掺杂硅基薄膜时，其厚度可以为5-30nm。

对于步骤103，可通过物理气相沉积法，例如活性等离子体沉积法(rpd沉积法)，在硅掺杂层3上沉积透明导电层4。

其中，透明导电层4可以为透明导电氧化物层，如ito薄膜、iwo薄膜或者ico薄膜等，且透明导电层4的厚度可以为20-80nm。

对于步骤2而言，在透明导电层4远离硅掺杂层3的一面上形成电极5和减反射层6，且使电极5穿过减反射层6设置在透明导电层4上，包括：

步骤201、在透明导电层4上形成第一栅线叠层51；

步骤202、在第一栅线叠层51上形成保护层7；

步骤203、在透明导电层4上形成减反射层6；

步骤204、去除保护层7；

步骤205、在第一栅线叠层51上形成第二栅线叠层52；

其中，第一栅线叠层51和第二栅线叠层52形成电极5，且使电极5穿过减反射层6设置在透明导电层4上。

在本申请的一个实施例中，第一栅线叠层51可为银栅线或铜栅线，第二栅线叠层52可为铜栅线或银栅线。

对于步骤201，制备时，可采用丝网印刷的方式在透明导电层4上制备第一栅线叠层51。

对于步骤202，保护层7用于保护第一栅线叠层51，以避免后续工艺的破坏。在第一栅线叠层51上形成保护层7，可通过多种方式实现。

在一种可能的实施方案中，可通过丝网印刷工艺在第一栅线叠层51上形成保护层7。示例地，可包括以下步骤：

步骤2021、将丝网印刷网版铺设在透明导电层4上，丝网印刷网版覆盖透明导电层4，露出第一栅线叠层51；

步骤2022、将阻挡浆料通过丝网印刷网版印刷在所述第一栅线叠层51上；

步骤2023、干燥并固化阻挡浆料；

步骤2024、移走丝网印刷网版，形成在第一栅线叠层51上的阻挡浆料为保护层7。

其中，阻挡浆料可以为高分子材料，石蜡材料等中的至少一种。具体地，可采用烘干炉烘干阻挡浆料，使其干燥并固化。

丝网印刷工艺具有对准精度高的优点，采用该丝网印刷工艺能够使所形成的保护层7准确覆盖第一栅线叠层51，满足设计要求。且采用丝网印刷方法形成电极5，所使用的阻挡浆料价格低廉，能降低生产成本。

在另一种可能的实施方式中，还可采用掩膜板形成保护层7。

示例地，可将掩膜板平铺于第一栅线叠层51上，形成保护层7。

应用时，可采用紧固件将掩膜板紧固在电极5上，以使掩膜板贴紧第一栅线叠层51，形成对第一栅线叠层51的保护，避免后续工艺对其的破坏。

对于步骤203，可通过pecvd沉积法在透明导电层4上沉积减反射层6。

其中，减反射层6可以为氮化硅薄膜和/或氧化硅薄膜，减反射层6和透明导电层4形成双层减反射结构，为了使电池片表面良好的减反射效果，可使在具有n型掺杂层的一面上，透明导电层4和减反射层6的总厚度在70-80nm之间，在具有p型掺杂层的一面上,透明导电层4和减反射层6的总厚度在70-160nm之间。

对于步骤204，可采用刻蚀(如湿化学刻蚀)工艺除去保护层7。

示例地，可采用阻挡浆料去除溶液(例如，氢氟酸溶液等)去除阻挡浆料(保护层7)。

对于步骤205，可采用电镀的方式在第一栅线叠层51上沉积第二栅线叠层52。

考虑太阳能电池芯片制备过程中，通常通过主栅线将各太阳能电池芯片引出的电流进行汇集，在制备各太阳能电池芯片的电极的过程中，同时制备用于汇集电流的主栅线。

在本申请的一个实施例中，制备时，采用丝网印刷的方式在透明导电层4上制备银栅线和银主栅线；采用电镀的方式在银栅线上沉积铜栅线，在银主栅线上沉积铜主栅线。

一个实施例中，银栅线的根数在70-120根，线宽为20-50μm，高度2-10μm；铜栅线的宽度为20-50μm，高度大于15μm。如此设置，可在栅线的宽度尽可能的小的情况下，确保电极5的线电阻小于1ω/cm。

一个实施例中，银主栅线的根数为4-12根，线宽为0.2-0.8μm。

相关技术中，为了降低丝网印刷ag栅线对入射太阳光的遮挡，减少栅线的宽度，从而提升电池短路电流密度，也有专利(例如，中国专利cn201510872715)记载，在太阳能电池芯片上引入铜电镀的工艺。然而，由于该电池表面需要透明导电氧化物层来横向收集电流，而在铜电镀的过程中同时也会在tco镀上铜，因此需要用光刻胶将其保护起来。该方法工艺步骤复杂，需要经过贴膜、曝光、去胶等工艺，成本较高。

而在上述制备方法中，当电极5包括银栅线和铜栅线时，由于减反射层6(例如，氮化硅和氧化硅)本身的导电性很差，可以作为铜电镀过程中的保护层，避免采用原有的光刻胶，因此，简化了铜电镀的工艺步骤，降低了生产成本，提升了产品良率。

一个实施例中，图2所示的太阳能电池芯片的制备流程,如图4所示，包括以下步骤：

提供衬底1；

在衬底1的两面上分别沉积本征钝化层2；

在本征钝化层2上分别沉积硅掺杂层3，其中，一面为n型掺杂层，相对的另一面为p型掺杂层；

在硅掺杂层3上分别沉积透明导电层4；

采用丝网印刷的方式在透明导电层4上制备银栅线，形成第一栅线叠层51；

150-170℃烘干后，继续采用丝网印刷的方式在第一栅线叠层51上印刷阻挡层浆料，继续烘干，烘干温度<200℃，经干燥固化，形成保护层7；

在透明导电层4上分别沉积减反射层6；

采用阻挡浆料去除溶液(例如，氢氟酸溶液等)去除保护层7；

在第一栅线叠层51上沉积铜栅线，形成第二栅线叠层52，即可得到如图3所示的太阳能电池芯片。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案，并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。