异质结太阳能电池的制作方法

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种异质结太阳能电池。

背景技术：

异质结(shj)太阳能电池是目前的一种高效晶硅太阳能电池，具有高开路电压，高转换效率，低的温度系数等诸多优点。图1为现有晶体硅异质结太阳能电池的结构示意图。shj电池从上至下依次包括第一金属电极8、第一透明导电(tco)层6、磷掺杂的a-si:h层(n型掺杂层)3、第一本征非晶硅钝化层2、n型单晶硅片1、第二本征非晶硅钝化层4、硼掺杂的a-si:h层(p型掺杂层)5、第二透明导电层7、第二金属电极8’。其中，第一金属电极8、第一透明导电层6、磷掺杂的a-si:h层(n型掺杂层)3、第一本征非晶硅钝化层2构成电池的第一表面；第二本征非晶硅钝化层4、硼掺杂的a-si:h层(p型掺杂层)5、第二透明导电层7、第二金属电极8’构成电池的第二表面。

透明导电层是shj电池的重要部分，比较常见的tco材料有ito、azo和bzo等材料。他们不仅是电池的陷光减反层，还负责收集电池的载流子。一般沉积在shj电池表面的tco层总厚度为70-90nm。若仅仅从光学需求上来讲，tco层光透过率越高越好；若仅仅从电学需求上来讲，tco层导电性(电导率)越高越好。一般情况下，tco层的透过率和电导率(导电性)是一对矛盾体，电导率的提高往往依赖于tco层材料体内载流子浓度的提升，但是一味地追求载流子浓度的提升会引起光透过率的下降。这是因为载流子浓度的提升会增加透明导电氧化物薄膜对长波段光子的吸收，造成tco层光透过率下降，进而造成电池短路电流的下降。shj电池是一种高效电池，电池的电流比较大，为了满足上述tco层的光电性能要求，目前最常用的tco材料是ito透明导电层。ito薄膜具有较好的光电性能，由于材料中含有大量的稀有金属铟，成本较高。选择ito透明导电层作为shj电池电极的时候，由于薄膜的透过率和电导率(导电性)是一对矛盾体，需要设计者在设计电池参数的时候，要充分考虑到材料光电性能“矛盾”平衡问题。还有一些其他类型的、性能稍差的材料，诸如azo，bzo等材料，光电性能与ito有一定差距，在不做电池结构更改的情况下，目前还不能大规模的替换ito材料。

技术实现要素：

为了解决现有技术中透明导电层光透过率和导电率的矛盾，本发明提供一种异质结太阳能电池及其制备方法。

本发明一方面提供一种异质结太阳能电池，包括：芯片中间体，其包括第一掺杂层；第一透明导电层，形成于所述第一掺杂层上；第一金属导电层，形成于所述第一透明导电层上；第二透明导电层，设置于所述第一金属导电层上，以使所述第一金属导电层完全被所述第一透明导电层和所述第二透明导电层包覆；第二金属导电层，形成于所述第二透明导电层上。

根据本发明的一实施方式，所述第一金属导电层和所述第二金属导电层在沿所述透明导电层厚度方向的投影重合。

根据本发明的另一实施方式，所述金属导电层的材料包括银和铝中的至少一种。

根据本发明的另一实施方式，所述第一金属导电层和所述第二金属导电层的厚度是5-20μm。

根据本发明的另一实施方式，所述透明导电层的材料包括ito、azo和bzo中的至少一种。

根据本发明的另一实施方式，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层的总厚度为70-90nm。

根据本发明的另一实施方式，所述太阳能电池还包括：第三透明导电层，形成于所述第二金属导电层上，使所述第二金属导电层完全被所述第二透明导电层和所述第三透明导电层包覆；第三金属导电层，形成于第三透明导电层上。

所述异质结太阳能电池还包括：

根据本发明的另一实施方式，所述太阳能电池还包括：第四透明导电层，形成于所述第三金属导电层上，使所述第三金属导电层完全被所述第三透明导电层和所述第四透明导电层包覆；第四金属导电层，形成于第四透明导电层上。

根据本发明的另一实施方式，所述芯片中间体还包括第一本征层、晶硅衬底、第二本征层和第二掺杂层；其中，第一掺杂层、第一本征层、晶硅衬底、第二本征层和第二掺杂层依次层叠；且第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型不同。

根据本发明的另一实施方式，所述n型掺杂层为磷掺杂的非晶硅或微晶硅层；所述p型掺杂层为硼掺杂的非晶硅或微晶硅层。

根据本发明的另一实施方式，所述异质结太阳能电池还包括：第一’透明导电层，形成于所述第二掺杂层上；第一’金属导电层，形成于所述第一’透明导电层上；第二’透明导电层，设置于所述第一’金属导电层上，以使所述第一’金属导电层完全被所述第一’透明导电层和所述第二’透明导电层包覆；第二’金属导电层，形成于所述第二’透明导电层上。

根据本发明的另一实施方式，所述异质结太阳能电池还包括：第三’透明导电层，形成于所述第二’金属导电层上，使所述第二’金属导电层完全被所述第二’透明导电层和所述第三’透明导电层包覆；第三’金属导电层，形成于第三’透明导电层上。

根据本发明的另一实施方式，所述异质结太阳能电池还包括：第四’透明导电层，形成于所述第三’金属导电层上，使所述第三’金属导电层完全被所述第三’透明导电层和所述第四’透明导电层包覆；第四’金属导电层，形成于第四’透明导电层上。

本发明的异质结太阳能电池结构可以使透明导电层在光学透过率很高的时候(电池的短路电流较大)，收集载流子的能力(电池的填充因子)依然不受影响。根据进一步，这种结构还可以采用azo、bzo等廉价的材料取代ito作为透明电极，同时保持电池的性能不受影响。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是现有shj电池的结构示意图；

图2是本发明一实施方式的shj电池的结构示意图；

图3是本发明又一实施方式的shj电池的结构示意图；以及

图4是本发明又一实施方式的shj电池的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：n型单晶硅片

2：第一本征非晶硅钝化层

3：磷掺杂的a-si:h层(n型掺杂层)

4：第二本征非晶硅钝化层

5：硼掺杂的a-si:h层(p型掺杂层)

6：第一透明电极

61：第一透明导电层

62：第二透明导电层

63：第三透明导电层

64：第四透明导电层

7：第二透明电极

71：第一’透明导电层

72：第二’透明导电层

73：第三’透明导电层

74：第四’透明导电层

8：第一金属电极

8’：第二丝印银电极

81：第一金属导电层

82：第二金属导电层

83：第三金属导电层

84：第四金属导电层

9：第二金属电极

91：第一’金属导电层

92：第二’金属导电层

93：第三’金属导电层

94：第四’金属导电层

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

需要说明的是，本发明中上、下等用语，仅为互为相对概念，而不应该认为是具有限制性的。

本发明实施例的异质结太阳能电池包括芯片中间体、透明电极和金属电极。芯片中间体包括依次层叠的第一掺杂层、第一本征层、晶硅衬底、第二本征层和第二掺杂层，第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂类型不同。形成透明电极和金属电极的方法包括如下步骤：在芯片中间体的第一掺杂层上形成第一透明导电层；在第一透明导电层上形成第一金属导电层；在第一金属导电层上形成第二透明导电层，使第一金属导电层完全被第一透明导电层和第二透明导电层包覆；在第二透明导电层上形成第二金属导电层。。

如图2所示，首先形成芯片中间体，例如在单晶硅片，例如n型单晶硅片1的第一表面上依次化学气相沉积(cvd)第一本征钝化层2和磷掺杂的a-si:h层(n型掺杂层)3，在n型单晶硅片1的第二表面上依次化学气相沉积第二本征钝化层4和硼掺杂的a-si:h层(p型掺杂层)5。

然后在芯片中间体的第一掺杂层上形成第一透明导电层，例如pvd形成第一透明导电层61。在芯片中间体的第二掺杂层上形成第一’透明导电层，例如pvd形成第一’透明导电层71。透明导电层61和第一’透明导电层71可以是ito、azo或bzo薄膜。

之后在第一透明导电层61上形成，例如丝网印刷形成第一金属导电层81。在第一’透明导电层71上形成，例如丝网印刷形成第一’金属导电层91。第一金属导电层81和第一’金属导电层91采用的金属可以是银或铝等。第一金属导电层81和第一’金属导电层91的厚度可以是5-20μm。

随后，在第一金属导电层81上形成第二透明导电层62；在第一’金属导电层91上形成第二’透明导电层72。形成第二透明导电层62和第二’透明导电层72的工艺可以与形成第一透明导电层61和和第一’透明导电层71的工艺相同。

最后，在第二透明导电层62上形成第二金属导电层82；在第二’透明导电层72上形成第二’金属导电层92。形成第二金属导电层82和第二’金属导电层92的工艺可以与形成第二金属导电层81和第一’金属导电层91的工艺相同。

图2所示实施例以包括2层透明导电层和2层金属导电层为例，但本发明还可以包括3层或4层透明导电层、3层或4层层金属导电层。最终，使得多层透明导电层总厚度满足shj电池的需求(一般shj电池的透明导电层总厚度为70-90nm)。第一和第一’透明导电层61,71和第二和第二’透明导电层62,72可以相同或不同。第一和第一’金属导电层81,91和第二和第二’金属导电层82,92可以相同或不同。金属导电层81,82,91和92采用的金属可以是银、铝等。金属导电层81,82,91,92的厚度可以是5-20μm。

如图2所示，本发明实施例制备的shj电池从上至下依次包括：第二金属导电层82、第二透明导电层62、第一金属导电层81、第一透明导电层61、n型掺杂层3、第一本征非晶硅钝化层2、n型单晶硅片1、第二本征非晶硅钝化层4、p型掺杂层5、第二’透明导电层71、第一’金属导电层91、第二’透明导电层72、第二’金属导电层92。

第一表面中第一透明导电层61和第二透明导电层62共同构成透明电极。

第二表面中第一’透明导电层71和第二’透明导电层72共同构成透明电极。

最后形成的电池中，第一表面第一次丝印的金属导电层81被包覆在透明导电层71,72中。第二表面第一次丝印的金属导电层91被包覆在透明导电层91,92中。

图2中以在n型掺杂层3和p型掺杂层5均如上所述的方法形成由透明导电层61,62,71,72组成的透明电极和金属导电层81,82,91,92组成的金属电极，然而本领域技术人员可以理解，上述方法形成的透明电极和金属电极仅形成于n型掺杂层3或p型掺杂层5也可以实现本发明。如图3示出，采用上述方法形成由透明导电层61,62,63,64组成的透明电极和金属导电层81,82,83,84组成的金属电极形成于n型掺杂层3上。p型掺杂层5侧形成常规的透明电极7和金属电极9。

本发明的异质结太阳能电池由于金属导电层的导电性远远好于透明导电层，并且金属导电层被包覆在透明导电材料内部，这样就可以大大增加透明导电层的横向传输，提升导电性能。这种电池结构可以增强透明导电电极的导电性，若是shj电池的透明电极是ito薄膜，本发明的电池结构可以将ito薄膜的透过率进一步提高，电池电流增加，同时由于有金属电极的弥补，载流子收集不受影响，电池的填充因子(ff)可以保持不变甚至提高。对比现有的电池结构(图1所示)，若是一味地追求ito薄膜高的透过率，ito薄膜的载流子浓度降低，虽然电池的电流有一定提高，但是由于ito导电性受到影响，电池ff会降低，从而在转换效率上得不偿失。另外，本发明的电池结构，可以允许电池使用廉价的透明导电材料，如azo和bzo等材料来替代ito材料，因此节约电池成本。

实施例1

本实施例的异质结太阳能电池如图2所示。

采用化学气相沉积法在n型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征非晶硅钝化层2和磷掺杂的a-si:h层3，在n型单晶硅片1的第二表面上依次沉积第二本征非晶硅钝化层4和硼掺杂的a-si:h层5。第一本征非晶硅钝化层2或第二本征非晶硅钝化4层的沉积条件为：电源功率为330w，氢气与硅烷的气体流量比(氢稀释比)为7：1，压强0.65pa，沉积时衬底温度210℃。磷掺杂的a-si:h层3的沉积条件为：电源功率为300w，氢气与硅烷气体流量比(氢稀释比)为5:1，磷烷与硅烷的气体流量比(磷硅比)为3:100，压强为0.65pa，沉积时衬底的温度为215℃。硼掺杂的a-si:h层5的沉积条件为：电源功率为250w，氢气与硅烷的气体流量比(氢稀释比)为2.5:1，磷烷与硅烷的气体流量比(磷硅比)为3:97，压强为0.65pa，沉积时衬底的温度为215℃。

在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在75:1，腔体压强保持为0.25pa，打开溅射电源，电源功率密度为1.8w/cm²，采用磁控溅射法在电池的第一表面磷掺杂的a-si:h层3上沉积电池上表面第一透明导电层61，沉积的第一透明导电层61的厚度为40nm。

在电池第一表面第一透明导电层61上丝印第一金属导电层81，印刷的第一金属电层81的厚度为6μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

再次将电池放入pvd腔体内，在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在75:1，腔体压强保持为0.25pa，打开溅射电源，电源功率密度为1.8w/cm²，采用磁控溅射法沉积第二透明导电层62，沉积的第二透明导电层62的厚度为40nm。

在电池的第一表面的第二透明导电层62上丝印第二金属导电层82，印刷的第二金属电层82的厚度为6μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

以与第一表面上形成的透明导电层61,62和金属导电层81,82相同的方式在第二表面对称的形成各透明导电层71,72和金属导电层91,92。

最后，将电池放入烘箱，在200℃烘烤，烘烤时间为50min。

本实施例中透明导电层61,62,71,72为ito薄膜，金属导电层81,82,91,92为银层。

实施例2

本实施例的异质结太阳能电池如图4所示。

采用与实施例1相同的方式在n型单晶硅片1的第一表面上依次沉积第一本征非晶硅钝化层2和磷掺杂的层3，在n型单晶硅片1的第二表面上依次沉积第二本征非晶硅钝化层4和硼掺杂的a-si:h层5。

在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在25:1，腔体压强保持为0.25pa，打开溅射电源，电源功率密度为1.8w/cm²，采用磁控溅射法在电池的第一表面磷掺杂的a-si:h层3上沉积电池上表面第一透明导电层61，沉积的第一透明导电层61的厚度为20nm。

以与实施例1相同的方式在电池第一表面第一透明导电层61上丝印第一金属导电层81，印刷的第一金属电层81的厚度为3μm。

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件继续沉积第二透明导电层62，沉积的第二透明导电层的厚度为20nm。

以与实施例1相同的方式在电池的第一表面的第二透明导电层62上再次丝印第二金属导电层82，印刷的第二金属电层82的厚度为3μm。

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件在电池的第一表面上继续沉积第三透明导电层63，沉积的第三透明导电层63的厚度为20nm。

在电池的第一表面的第三透明导电层63上丝印第三金属导电层83，印刷的第三金属电层83的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件继续沉积第四透明导电层64，沉积的第四透明导电层的厚度为20nm。

在电池的第一表面的第四透明导电层64上丝印第四金属导电层84，印刷的第四金属电层84的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

以与第一表面上形成的透明导电层61,62,63,64和金属导电层81,82,83,84相同的方式在第二表面对称的形成各透明导电层71,72,73,74和金属导电层91,92,93,94。

最后，将电池放入烘箱，在200℃烘烤，烘烤时间为50min。

本实施例中透明导电层61,62,63,64,71,72,73,74为ito薄膜，金属导电层81,82,83,84,91,92,93,94为银层。

实施例3

本实施例的异质结太阳能电池结构与实施例3的太阳能电池的结构相同，即如图4所示。但本实施例中透明导电层61,62,63,64,71,72,73,74为azo薄膜。

采用与实施例1相同的方式在n型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征非晶硅钝化层2和磷掺杂的a-si:h层3，在n型单晶硅片的第二表面上依次沉积第二本征非晶硅钝化层4和硼掺杂的a-si:h层5。

在室温条件下通入氩气和氧气，氩气与氧气的气体流量比设定在250:1，腔体压强保持为0.4pa，打开溅射电源，电源功率密度为2.5w/cm²，采用磁控溅射法在电池的第一表面磷掺杂的a-si:h层3上沉积电池上表面第一透明导电层61，沉积的第一透明导电层61的厚度为20nm。

在电池第一表面第一透明导电层61上丝印第一金属导电层81，印刷的第一金属电层81的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件在电池的第一表面上继续沉积第二透明导电层62，沉积的第二透明导电层62厚度为20nm。

在电池的第一表面的第二透明导电层62上丝印第二金属导电层82，印刷的第二金属电层82的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min；

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件在电池的第一表面上继续沉积第三透明导电层63，沉积的第三透明导电层63的厚度为20nm。

在电池的第一表面的第三透明导电层63上丝印第三金属导电层83，印刷的第三金属电层83的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

再次将电池放入pvd腔体内，以形成第一透明导电层61相同的条件在电池的第一表面上继续沉积第四透明导电层64，沉积的第四透明导电层64的厚度为20nm。

在电池的第一表面的第四透明导电层64上丝印第四金属导电层84，印刷的第四金属电层84的厚度为3μm，将电池进行低温烘烤，烘烤的温度为120℃，时间为3min。

以与第一表面上形成的透明导电层61,62,63,64和金属导电层81,82,83,84相同的方式在第二表面对称的形成各透明导电层71,72,73,74和金属导电层91,92,93,94。

最后，将电池放入烘箱，在200℃烘烤，烘烤时间为50min。

本实施例中金属导电层81,82,83,84,91,92,93,94为银层。

对比例1

采用与实施例1相同的方式在n型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征非晶硅钝化层和磷掺杂的a-si:h层，在n型单晶硅片的第二表面上依次沉积第二本征非晶硅钝化层和硼掺杂的a-si:h层。

以与实施例1相同的方式在电池的第一表面磷掺杂的a-si:h层上沉积厚度为80nm的ito薄膜。

以与实施例1相同的方式在电池第一表面的ito薄膜上丝印厚度为12μm银电极。

以与实施例1相同的方式在电池的第二表面硼掺杂的a-si:h层上沉积厚度为80nm的ito薄膜。

以与实施例1相同的方式在电池第二表面的ito薄膜上丝印厚度为12μm银电极。

最后，将电池放入烘箱，在200℃烘烤，烘烤时间为50min。

对比例2

采用与实施例1相同的方式在n型单晶硅片的第一表面上依次沉积第一本征非晶硅钝化层和磷掺杂的a-si:h层，在n型单晶硅片的第二表面上依次沉积第二本征非晶硅钝化层和硼掺杂的a-si:h层(p型掺杂层)。

以与实施例3相同的方式在电池的第一表面磷掺杂的a-si:h层上沉积厚度为80nm的azo薄膜。

以与实施例1相同的方式在电池第一表面的azo薄膜上丝印厚度为12μm银电极。

以与实施例3相同的方式在电池的第二表面硼掺杂的a-si:h层上沉积厚度为80nm的azo薄膜。

以与实施例1相同的方式在电池第二表面的azo薄膜上丝印厚度为12μm银电极。

最后，将电池放入烘箱，在200℃烘烤，烘烤时间为50min。

对实施例1-3和对比例1-2的电池进行性能测试，测试条件如下：am1.5、1000w/m²、25℃。测试结果根据对比例1进行归一化处理，即分别以对比例1中的各项参数为100％，计算其他实例中各参数得出的结果。测试结果如表1。

表1：实施例1-3与对比例1-2的电池结果对比。

由表1的数据可以看出实施例1、实施例2相比于对比例1来讲电池效率均有提升。实施例3说明采用本发明方法，用廉价的azo材料替换ito材料，电池效率不仅不受影响，还能有所提高。对比例2是采用廉价的azo替代ito，且结构不做调整状态下的电池，其电池效率明显偏低，这说明在电池结构不做优化的时候，azo还不能替换ito。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。