一种异质结电池及其制备方法与流程

1.本发明涉及异质结电池领域，具体而言，涉及一种异质结电池及其制备方法。


背景技术：

2.单晶硅异质结太阳电池转换效率高，被光伏行业公认为下一代大规模产业化关键技术之一。
3.硅基异质结太阳能电池一般采用双面金字塔绒面结构的n型单晶硅片制作形成，在硅片正面沉积本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层，在硅片背面沉积本征非晶硅层与p型掺杂非晶硅层，之后在硅片两面分别形成透明导电膜及金属电极。
4.在现有技术中，透明导电层易受空气中水汽、氧气、有机物吸附等影响，导致透明导电层与低温浆料与之间接触性能变差，接触电阻增大，最终导致电池效率偏低。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中透明导电层与低温浆料与之间接触性能变差，接触电阻增大，最终导致电池效率偏低的问题，本发明提供了一种异质结电池，包括晶体硅层，晶体硅层正面从内向外依次设置第一本征非晶硅层、n型掺杂非晶硅层、第一透明导电层、第一金属电极，晶体硅层背面从内向外依次设置第二本征非晶硅层、p型掺杂非晶硅层、第二透明导电层、第二金属电极，其中：
6.所述第一透明导电层表面位于所述第一金属电极下位置处和/或所述第二透明导电层表面位于所述第二金属电极下位置处形成有局部还原层，所述局部还原层载流子浓度高于第一透明导电层和/或第二透明导电层。
7.通过在金属电极下方的透明导电层表面设置局部还原层，改善透明导电层与金属电极之间的接触电阻，提高了电池填充因子和光电转换效率。
8.优选地，所述局部还原层宽度为5-50um。
9.优选地，所述晶体硅层为n型掺杂单晶硅、n型掺杂类单晶硅、p型掺杂单晶硅或p型掺杂类单晶硅，其厚度为50-250um。
10.优选地，所述第一本征非晶硅层为未掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为2-8nm。
11.优选地，所述n型掺杂非晶硅层为n型掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为4-30nm。
12.优选地，所述p型掺杂非晶硅层，为p型掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为4-30nm。
13.优选地，所述第一透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为70-120nm；所述第二透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧
化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为70-120nm。
14.优选地，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，且其中铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。
15.优选地，所述第一金属电极为含ag、cu、al、ni中的一种或几种复合构成的低温金属浆料电极，其厚度为10-50um，宽度为5-50um；所述第二金属电极为含ag、cu、al、ni中的一种或几种复合构成的低温金属浆料电极，其厚度为10-50um，宽度为5-50um。
16.本发明还提供了一种上述异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
17.步骤一，提供晶体硅层；
18.步骤二，制绒清洗；
19.步骤三，在步骤二中晶体硅层正面依次沉积第一本征非晶硅和n型掺杂非晶硅层；在晶体硅层背面依次沉积第二本征非晶硅和p型掺杂非晶硅层；
20.步骤四，在步骤三中n型掺杂非晶硅层上沉积第一透明导电层，p型掺杂非晶硅层上沉积第二透明导电层；
21.步骤五，在第一透明导电层和/或第二透明导电层表面放置掩膜板，采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原区，所述局部还原区宽度在5-50um，优选为30-50um；
22.步骤六，在第一透明导电层上利用丝网印刷形成第一金属电极；在第二透明导电层上利用丝网印刷形成第二金属电极；且第一金属电极和第二金属电极的金属电极图型与所述掩膜版开口图型与一致，所述第一金属电极和/或所述第二金属电极位于所述局部还原区正上方位置。
23.通过在透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，然后采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原层。
24.有益效果：
25.采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
26.(1)通过在低温金属浆料电极下方透明导电层表面形成局部还原区，增加透明导电层局部载流子浓度，降低与低温金属浆料电极之间的界面势垒高度，得到较低的接触电阻；另外，经过局部处理的表面更加清洁，不会受到水汽、氧气、有机物吸附的影响。
27.(2)通过在透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，然后采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原层。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
29.图1是本发明较佳之电池层结构图；
30.图2是本发明较佳之异质结电池制备工艺流程图。
31.图中，1、晶体硅层；2、第一本征非晶硅层；3、n型掺杂非晶硅层；4、第一透明导电层；5、第一金属电极；6、第二本征非晶硅层；
32.7、p型掺杂非晶硅层；8、第二透明导电层；9、第二金属电极；10、局部还原层。
具体实施方式
33.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.本实施方式通过在低温金属浆料电极下方透明导电层表面形成局部还原区，增加透明导电层局部载流子浓度，降低与低温金属浆料电极之间的界面势垒高度，得到较低的接触电阻；另外，经过局部处理的表面更加清洁，不会受到水汽、氧气、有机物吸附的影响。具体实施方式如下：
35.如图1所示，异质结电池包括晶体硅层1，晶体硅层1正面从内向外依次设置第一本征非晶硅层2、n型掺杂非晶硅层3、第一透明导电层4、第一金属电极5，晶体硅层1背面从内向外依次设置第二本征非晶硅层6、p型掺杂非晶硅层7、第二透明导电层8、第二金属电极9，其中：
36.所述第一透明导电层4表面位于所述第一金属电极5下位置处和/或所述第二透明导电层8表面位于所述第二金属电极9下位置处形成有局部还原层10，所述局部还原层10载流子浓度高于第一透明导电层和/或第二透明导电层。
37.通过在金属电极下方的透明导电层表面设置局部还原层，改善透明导电层与金属电极之间的接触电阻，提高了电池填充因子和光电转换效率。
38.其中，局部还原层10宽度为5-50um。
39.作为一种优选的实施方式，晶体硅层1为n型掺杂单晶硅、n型掺杂类单晶硅、p型掺杂单晶硅或p型掺杂类单晶硅，其厚度为50-250um。
40.作为一种优选的实施方式，所述第一本征非晶硅层为未掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为2-8nm。
41.作为一种优选的实施方式，所述n型掺杂非晶硅层为n型掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为4-30nm。
42.作为一种优选的实施方式，所述p型掺杂非晶硅层，为p型掺杂的非晶硅、非晶氧化硅、非晶碳化硅、微晶硅、微晶氧化硅、微晶碳化硅半导体薄膜中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为4-30nm。
43.作为一种优选的实施方式，所述第一透明导电层为掺杂的氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为70-120nm；所述第二透明导电层为掺杂的
氧化铟、氧化锌或氧化锡中的一种或几种叠合的复合薄膜层，其厚度为70-120nm。
44.作为一种优选的实施方式，所述第一透明导电层和所述第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，且其中铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。
45.作为一种优选的实施方式，所述第一金属电极为含ag、cu、al、ni中的一种或几种复合构成的低温金属浆料电极，其厚度为10-50um，宽度为5-50um；所述第二金属电极为含ag、cu、al、ni中的一种或几种复合构成的低温金属浆料电极，其厚度为10-50um，宽度为5-50um。
46.本实施方式还提供了一种上述异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
47.步骤s101：提供晶体硅层；采用n型直拉单晶硅片，其厚度为50-250um，电阻率为3ω
·
cm，少子寿命2000μs。
48.步骤s102：制绒清洗；使用质量百分比为2％的naoh和制绒添加剂混合溶液进行硅片制绒。然后采用rca标准清洗方法对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质。接下来，用质量百分比为2％的氢氟酸溶液去除表面氧化层。
49.步骤s103：采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为2-8nm的第一本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第一本征非晶硅沉积厚度为4-30nm的n型掺杂非晶硅层；反应气体为sih4、h2和ph3，h2与sih4的流量比值为5，ph3与sih4的流量比值为0.02。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为80pa，衬底温度为200℃。
50.采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为2-8nm的第二本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第二本征非晶硅沉积厚度为4-30nm的p型掺杂非晶硅层，反应气体为sih4、b2h6和h2，其中h2与sih4的流量比值为4，b2h6与sih4的流量比值为0.04。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为60pa，衬底温度为200℃。
51.步骤s104：采用pvd方法在n型掺杂非晶硅层上沉积厚度为70-120nm的第一透明导电层，在p型掺杂非晶硅层上沉积厚度为70-120nm的第二透明导电层；其中第一透明导电层和第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，ito中的铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。pvd设备中充入有ar和o2，o2与ar流量比值0.025，压力0.5pa，衬底温度为室温。
52.步骤s105：在第一透明导电层和/或第二透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原区，所述局部还原区宽度在5-50um，优选为30-50um；所述局部还原层载流子浓度高于第一透明导电层和/或第二透明导电层。
53.步骤s106：在第一透明导电层上利用丝网印刷形成第一金属电极；在第二透明导电层上利用丝网印刷形成第二金属电极；且第一金属电极和第二金属电极的金属电极图型与所述掩膜版开口图型与一致，所述第一金属电极和/或所述金属电极位于所述局部还原区正上方位置。
54.通过在透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，然后采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原层。
55.实施例一：
56.一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
57.步骤一，提供晶体硅层；采用n型直拉单晶硅片，其厚度为150μm，电阻率为3ω
·
cm，少子寿命2000μs。
58.步骤二，制绒清洗；使用naoh和制绒添加剂混合溶液进行硅片制绒。然后采用rca标准清洗方法对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质。接下来，用氢氟酸溶液去除表面氧化层。
59.步骤三，采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为6nm的第一本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第一本征非晶硅沉积厚度为6nm的n型掺杂非晶硅层；反应气体为sih4、h2和ph3，h2与sih4的流量比值为5，ph3与sih4的流量比值为0.02。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为80pa，衬底温度为200℃。
60.采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为7nm的第二本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第二本征非晶硅沉积厚度为10nm的p型掺杂非晶硅层，反应气体为sih4、b2h6和h2，其中h2与sih4的流量比值为4，b2h6与sih4的流量比值为0.04。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为60pa，衬底温度为200℃。
61.步骤四，采用pvd方法在n型掺杂非晶硅层上沉积厚度为75nm的第一透明导电层，在p型掺杂非晶硅层上沉积厚度为75nm的第二透明导电层；其中第一透明导电层和第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，ito中的铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。pvd设备中充入有ar和o2，o2与ar流量比值0.025，压力0.5pa，衬底温度为室温。
62.步骤五，在第一透明导电层和第二透明导电层表面分别放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原区，所述局部还原区宽度在30um；所述局部还原层载流子浓度高于第一透明导电层和第二透明导电层。
63.步骤六，在第一透明导电层上利用丝网印刷形成第一金属电极；在第二透明导电层上利用丝网印刷形成第二金属电极；且第一金属电极和第二金属电极的金属电极图型与所述掩膜版开口图型与一致，所述第一金属电极和所述第二金属电极位于所述局部还原区正上方位置。
64.实施例二：
65.一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
66.步骤一，提供晶体硅层；采用n型直拉类单晶硅片，其厚度为100μm，电阻率为3ω
·
cm，少子寿命2000μs。
67.步骤二，制绒清洗；使用naoh和制绒添加剂混合溶液进行硅片制绒。然后采用rca标准清洗方法对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质。接下来，用氢氟酸溶液去除表面氧化层。
68.步骤三，采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为5nm的第一本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第一本征非晶硅沉积厚度为8nm的n型掺杂非晶硅层；
反应气体为sih4、h2和ph3，h2与sih4的流量比值为5，ph3与sih4的流量比值为0.02。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为80pa，衬底温度为200℃。
69.采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为7nm的第二本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第二本征非晶硅沉积厚度为10nm的p型掺杂非晶硅层，反应气体为sih4、b2h6和h2，其中h2与sih4的流量比值为4，b2h6与sih4的流量比值为0.04。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为60pa，衬底温度为200℃。
70.步骤四，采用pvd方法在n型掺杂非晶硅层上沉积厚度为100nm的第一透明导电层，在p型掺杂非晶硅层上沉积厚度为100nm的第二透明导电层；其中第一透明导电层和第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，ito中的铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。pvd设备中充入有ar和o2，o2与ar流量比值0.025，压力0.5pa，衬底温度为室温。
71.步骤五，在第一透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原区，所述局部还原区宽度在30um；所述局部还原层载流子浓度高于第一透明导电层。
72.步骤六，在第一透明导电层上利用丝网印刷形成第一金属电极；在第二透明导电层上利用丝网印刷形成第二金属电极；且第一金属电极的金属电极图型与所述掩膜版开口图型与一致，所述第一金属电极位于所述局部还原区正上方位置。
73.实施例三：
74.一种异质结电池的制备方法，包括如下步骤：
75.步骤一，提供晶体硅层；采用p型直拉单晶硅片，其厚度为150μm，电阻率为3ω
·
cm，少子寿命2000μs。
76.步骤二，制绒清洗；使用naoh和制绒添加剂混合溶液进行硅片制绒。然后采用rca标准清洗方法对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质。接下来，用氢氟酸溶液去除表面氧化层。
77.步骤三，采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为5nm的第一本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第一本征非晶硅沉积厚度为8nm的n型掺杂非晶硅层；反应气体为sih4、h2和ph3，h2与sih4的流量比值为5，ph3与sih4的流量比值为0.02。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为80pa，衬底温度为200℃。
78.采用pecvd工艺在晶体硅层正面沉积厚度为7nm的第二本征非晶硅，反应气体为sih4和h2，其中h2与sih4的流量比值为5。pecvd设备的电源功率密度为20mw/cm2，压力为70pa，衬底温度为200℃；然后在第二本征非晶硅沉积厚度为10nm的p型掺杂非晶硅层，反应气体为sih4、b2h6和h2，其中h2与sih4的流量比值为4，b2h6与sih4的流量比值为0.04。pecvd设备的电源功率密度为15mw/cm2，压力为60pa，衬底温度为200℃。
79.步骤四，采用pvd方法在n型掺杂非晶硅层上沉积厚度为100nm的第一透明导电层，在p型掺杂非晶硅层上沉积厚度为100nm的第二透明导电层；其中第一透明导电层和第二透明导电层均为ito透明导电薄膜，ito中的铟元素的质量百分比为90％，锡元素的质量百分比为10％。pvd设备中充入有ar和o2，o2与ar流量比值0.025，压力0.5pa，衬底温度为室温。
80.步骤五，在第二透明导电层表面放置掩膜板，掩膜版开口图型与金属电极图型一致，采用氢等离子处理对透明导电层进行局部清洁与还原，获得局部载流子浓度相对增大的局部还原区，所述局部还原区宽度在30um；所述局部还原层载流子浓度高于第二透明导电层。
81.步骤六，在第一透明导电层上利用丝网印刷形成第一金属电极；在第二透明导电层上利用丝网印刷形成第二金属电极；且第二金属电极的金属电极图型与所述掩膜版开口图型与一致，所述第二金属电极位于所述局部还原区正上方位置。
82.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。