一种异质结电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种异质结电池及其制备方法。

背景技术：

1、异质结太阳能电池，又称hjt电池(hetero-junctionwith intrinsic thin-layer)或shj电池，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，具有制备过程简单、工艺温度低、开路电压高、光电转换效率高、温度系数低等诸多优点，是目前应用最广的高效晶硅太阳能技术之一。异质结电池包括单晶硅基底、分别设置在单晶硅基底的相对两端面上的本征非晶硅层、分别设置在两面的本征非晶硅层上的p型非晶硅层和n型非晶硅层、分别设置在p型非晶硅层和n型非晶硅层上的透明导电层(tco层)以及分别设置在两面的透明导电层上的栅电极。tco层由于兼具透明性和导电性两大特性，发展尤为迅速，在太阳能电池的发展过程中，其由于具有禁带宽度大、可见光谱区光透射率高和电阻率低等光电特性，已广泛应用于异质结太阳能电池中。随着异质结电池的广泛使用，其制备方法也引起了人们的广泛关注。

2、cn111293195a公开了一种异质结电池制备方法。所述异质结电池包括分别设置于所述异质结电池正面和/或背面的导电薄膜层，所述制备方法包括在所述异质结电池正面和/或背面的设定区域内通过喷墨工艺方法去除所述设定区域内的导电薄膜层。该技术方案通过喷墨工艺方法去除该激光切割位置和边缘位置的导电薄膜层，可避免在激光切割过程中导电薄膜层掺杂到异质结电池内部，降低异质结电池的钝化性能，并影响异质结电池的效率；同时通过该喷墨工艺方法可达到对异质结电池边绝缘的目的，可降低边绝缘区域0.25～0.5mm，达到提升异质结电池效率的目的。

3、cn113471306a公开了一种异质结电池及异质结电池的制备方法。该异质结电池包括入光面的第一透明导电层和背光面的第二透明导电层，所述第一透明导电层包括第一掺硼氧化锌薄膜层，所述第二透明导电层包括第二掺硼氧化锌薄膜层，所述第一掺硼氧化锌薄膜层和所述第二掺硼氧化锌薄膜层的硼掺杂量在所述异质结电池厚度方向上从内至外逐渐增加。该技术方案通过对第一透明导电层和第二透明导电层的设计，减小了异质结电池吸收光时的光损失。

4、上述异质结电池的制备过程中，未对tco层进行设计，而在异质结电池中，tco层在可见光范围内(波长380-760nm)具有80％以上的穿透率，且电阻很低，在异质结电池制备过程中，需要将低温导电银浆通过丝网印刷在tco层上，浆料必须有较高的导电性以及和tco基底形成良好的欧姆接触，低温烧结后的银栅线和tco基材必须有着高的附着力以防止其脱落，银栅线还需要有良好的焊接性和高的焊接拉力以实现后续组件的安装和连接。但是在实际生产中，由于tco膜表面能较低，低温浆料中的银颗粒与tco膜层不亲和，在退火过程中银颗粒之间发生团聚现象而与tco膜之间的缝隙会增大，从而增加了金属电极与tco膜之间的接触电阻率；同时，由于低温银浆中的有机溶剂与tco层亲和度较好，印刷后有机溶剂会在tco膜表面扩散，从而带动交联剂在较栅线更宽的范围内分布，造成遮光及钝化效果降低等问题。这两种情况都会造成电池电性能下降。

5、因此，如何提供一种低温浆料与tco层之间具有较好的亲和度的异质结电池，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种异质结电池及其制备方法。本发明中，通过对透明导电层进行紫外光处理和/或臭氧处理，降低了电极与透明导电层之间的接触电阻，提高了异质结电池的性能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种异质结电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、(1)对沉积有透明导电层的硅片进行表面处理，形成金属接触改善层；

5、(2)在金属接触改善层远离硅片的一侧制备电极，得到所述异质结电池；

6、所述表面处理的方法包括紫外光处理和/或臭氧处理。

7、现有技术中，制备异质结电池的过程中，主要使用丝网印刷搭配低温浆料的方法在透明导电层表面制备金属电极，而由于tco膜表面能明显低于银，因此低温浆料中的银颗粒与tco膜层不亲和，在退火过程中银颗粒之间发生团聚现象而与tco膜之间的缝隙会增大，从而增加了金属电极与tco膜之间的接触电阻率；同时，由于低温银浆中的有机溶剂与tco膜亲和度较好，印刷后有机溶剂会在tco膜表面扩散，从而带动交联剂在较栅线更宽的范围内分布，造成遮光及钝化效果降低等问题。这两种情况都会造成电池电性能下降。

8、本发明中，通过采用紫外光处理和/或臭氧处理对透明导电膜层进行表面处理，在透明导电膜层表明形成金属接触改善层，可提高低温浆料中的银颗粒与tco膜层的亲和性，降低在退火过程银颗粒之间的团聚问题，提高了异质结电池的性能。

9、本发明中，紫外光处理和臭氧处理可以将tco层表面氧化，形成一层致密的氧化层，从而提高tco层的表面能，使其与银颗粒表面能接近，进而提高低温浆料中的银颗粒与tco膜层的亲和性，有效解决了退火过程中银颗粒之间的团聚问题，提高了电池的电性能。

10、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

11、作为本发明的优选技术方案，所述紫外光处理的光通量为100～2000流明，例如可以是100流明、200流明、400流明、600流明、800流明、1000流明、1200流明、1400流明、1600流明、1800流明或2000流明等。

12、优选地，所述紫外光处理的时间为30s～30min，例如可以是30s、1min、2min、5min、10min、15min、20min、25min或30min等。

13、本发明中，通过控制紫外光处理的光通量和和紫外光处理的时间在特定的范围内，可制备得到厚度适宜的金属接触改善层，进而可提高异质结电池的性能。若光通过过小或处理时间过短，则制备得到的金属接触改善层不够致密，ag/tco接触电阻率改善效果有限，制备得到的异质结电池性能较差；若光通量过大或处理时间过长，则制备得到的金属接触改善层过厚，由于氧化层方阻较大，从而阻碍了tco与银颗粒之间的有效传输，制备得到的异质结电池性能反而有所降低。

14、作为本发明的优选技术方案，所述臭氧处理的时间为1～10min，例如可以是1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

15、本发明中，通过控制臭氧处理的时间在特定的范围内，可进一步提高异质结电池的性能。若臭氧处理的时间过短，则tco表现形成氧化层致密度不够，不能有效改善界面接触；若臭氧处理的时间过长，则tco表面氧化层过厚，氧化层较高的电阻率会阻碍界面处的电荷传输，反而会是电池电性能降低。

16、作为本发明的优选技术方案，所述硅片的厚度为80～170μm，例如可以是80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm或170μm等。

17、优选地，所述硅片的方阻为0.1～7ω，例如可以是0.1ω、0.2ω、0.5ω、1ω、2ω、3ω、4ω、5ω、6ω或7ω等。

18、优选地，所述硅片的尺寸为156～220cm，例如可以是156.75cm、166cm、182cm、210cm、220cm等。

19、优选地，所述硅片为n型晶硅硅片或p型晶硅硅片。

20、作为本发明的优选技术方案，所述透明导电层的厚度为50～100nm，例如可以是50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm等。

21、优选地，所述透明导电层的方阻为10～200ω，例如可以是10ω、20ω、40ω、60ω、80ω、100ω、120ω、140ω、160ω、180ω或200ω等。

22、优选地，所述透明导电层的表面能为0.01～0.1j/cm3，例如可以是0.01j/cm3、0.02j/cm3、0.03j/cm3、0.04j/cm3、0.05j/cm3、0.06j/cm3、0.07j/cm3、0.08j/cm3、0.09j/cm3或0.1j/cm3等。

23、本发明中，对于透明导电层的制备原料不做任何特殊的限制，本领域常用的材料均适用，示例性地包括但不限于：氧化铟锡、氧化铟钨、氧化钨、氧化钛、氧化锌及氧化锆中的任意一种或至少两种的组合。

24、作为本发明的优选技术方案，所述金属接触改善层的厚度为1～50nm，例如可以是5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm等。

25、优选地，所述金属接触改善层的表面能为0.1～1.5j/cm3，例如可以是0.1j/cm3、0.2j/cm3、0.3j/cm3、0.4j/cm3、0.5j/cm3、0.6j/cm3、0.7j/cm3、0.8j/cm3、0.9j/cm3、1j/cm3、1.1j/cm3、1.2j/cm3、1.3j/cm3、1.4j/cm3或1.5j/cm3等。

26、本发明中，通过紫外光处理和/或臭氧处理，在透明导电层制备得到了金属接触改善层，并控制金属接触改善层的表面能在特定的范围内，使得金属接触改善层与低温浆料中的金属颗粒亲和性较好，进而可降低金属电极与透明导电层之间的接触电阻率，提高异质结电池的性能。

27、作为本发明的优选技术方案，所述电极的制备方法包括：

28、使用金属浆料在金属接触改善层远离硅片的一侧制备金属栅线，固化，得到电极；

29、优选地，所述固化的温度为150～250℃，例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等。

30、优选地，所述烧结的时间为8～30min，例如可以是8min、10min、12min、15min、18min、20min、23min、25min、27min或30min等。

31、本发明中，对于金属浆料不做任何特殊限制，本领域用于制备电极的金属浆料均适用。同时本发明中对制备金属栅线的方法不做任何特殊的限制，本领域常用的制备方法均适用，示例性地包括但不限于：丝网印刷、电镀、喷墨打印、激光转印。

32、本发明中，制备得到的电极的材质为选自银、铜、镍或铝中的任意一种或至少两种的组合。

33、作为本发明的优选技术方案，所述沉积有透明导电层的硅片的制备方法包括如下步骤：

34、(a)在硅片一侧依次制备本征非晶硅层和第一掺杂非晶硅层；

35、在硅片另一侧依次制备本征非晶硅层和第二掺杂非晶硅层；

36、(b)在第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层远离硅片的一侧分别沉积透明导电层，得到沉积有透明导电层的硅片。

37、本发明中，制备透明导电层的方法不做任何特殊限制，示例性得包括但不限于：化学气相沉积、磁控溅射沉积、反应等离子体沉积法。

38、作为本发明的优选技术方案，所述本征非晶硅层包括本征非晶硅内层和本征非晶硅层外层，所述本征非晶硅内层位于硅片和本征非晶硅层外层之间。

39、优选地，所述本征非晶硅内层的厚度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等。

40、优选地，所述本征非晶硅外层的厚度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等。

41、本发明中，所述本征非晶硅层的制备方法包括如下步骤：

42、通入sih4，在硅片的一侧进行沉积，得到本征非晶硅内层；通入sih4和h2的混合气体，在本征非晶硅内层远离硅片的一侧进行沉积，形成本征非晶硅外层，在硅片的一侧得到本征非晶硅层，其中，制备本征非晶硅外层时，sih4和h2的体积比为1:0.5～1:1.5，例如可以是1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5等。

43、作为本发明的优选技术方案，所述第一掺杂非晶硅层和第二掺杂非晶硅层分别为n型非晶硅掺杂层和p型非晶硅掺杂层。

44、优选地，所述第一掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm，例如可以是5nm、7nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等。

45、优选地，所述第二掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm，例如可以是5nm、7nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等。

46、本发明中，n型非晶硅掺杂层的制备方法包括：将sih4、h2和ph3引入真空室，并通过等离子体cvd(化学气相沉积法)方法在本征非晶硅远离硅片的一侧形成n型非晶硅掺杂层。

47、同理，p型非晶硅掺杂层的制备方法包括：将sih4、h2气体和b2h6引入真空室，并通过等离子体cvd(化学气相沉积法)方法在硅片另一侧的本征非晶硅远离硅片的一侧形成p型非晶硅掺杂层。

48、本发明中，n型非晶硅掺杂层中，以sih4、h2和ph3的体积百分含量为100％计，ph3的体积百分含量为10％～50％(例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等)，p型非晶硅掺杂层中，以sih4、h2和b2h6的体积百分含量为100％计，b2h6的体积百分含量为10％～50％(例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％等)。

49、本发明中，所述异质结电池的制备方法具体包括如下步骤：

50、(s1)通入sih4，在硅片的一侧进行沉积，得到厚度为2～10nm的本征非晶硅内层；通入sih4和h2的混合气体，在本征非晶硅内层远离硅片的一侧进行沉积，形成厚度为2～10nm的本征非晶硅外层，在硅片的一侧得到本征非晶硅层，其中，制备本征非晶硅外层时，sih4和h2的体积比为1:0.5～1:5；

51、将sih4、h2和ph3引入真空室，并通过等离子体化学气相沉积法在本征非晶硅远离硅片的一侧形成厚度为5～20nm的n型非晶硅掺杂层，其中，sih4、h2体积比1:0.5～1:5，，以sih4、h2和ph3的体积百分含量为100％计，ph3的体积百分含量为10％～50％；

52、(s2)通入sih4，在硅片的另一侧进行沉积，得到厚度为2～10nm的本征非晶硅内层；通入sih4和h2的混合气体，在本征非晶硅内层远离硅片的一侧进行沉积，形成厚度为2～10nm的本征非晶硅外层，在硅片的一侧得到本征非晶硅层，其中，制备本征非晶硅外层时，sih4和h2的体积比为1:0.5～1:5；

53、将sih4、h2和b2h6引入真空室，并通过等离子体化学气相沉积法在本征非晶硅层远离硅片的一侧形成厚度为5～20nm的p型非晶硅掺杂层，其中，sih4、h2体积比为1:0.5～1:5，以sih4、h2和b2h6的体积百分含量为100％计，b2h6的体积百分含量为10％～50％；

54、(s3)在n型非晶硅掺杂层和p型非晶硅掺杂层远离硅片的一侧分别沉积厚度为50～100nm、表面能为0.01～0.1j/cm3的透明导电层，得到沉积有透明导电层的硅片；

55、(s4)对沉积有透明导电层的硅片两侧的透明导电层进行表面处理，在硅片两侧的透明导电层远离硅片一侧分别形成厚度为1～50nm、表面能为0.1～1.5j/cm3的金属接触改善层；

56、(s5)在金属接触改善层远离硅片的一侧制备金属栅线，然后在150～250℃下固化8～30min，形成电极，得到所述异质结电池。

57、需要说明的是，本发明中，对于n型非晶硅掺杂层和p型非晶硅掺杂层的制备顺序不做任何特殊限定，可以是先在硅片一侧依次制备本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层，再在硅片另一侧依次制备本征非晶硅层和p型掺杂非晶硅层(即先进行步骤(s1)再进行步骤(s2))；也可以是先在硅片一侧依次制备本征非晶硅层和p型掺杂非晶硅层，再在硅片另一侧依次制备本征非晶硅层和n型掺杂非晶硅层(即先进行步骤(s2)再进行步骤(s1))。

58、同时需要说明的是，在硅片一侧制备本征非晶硅层前还包括对硅片进行制绒处理，示例性可以是：采用质量百分含量为5％的hf溶液去除硅片表面氧化层，采用koh或naoh或四甲基氢氧化氨(tmah)加醇的方法，刻蚀硅片表面，进行制绒，形成金字塔结构绒面。

59、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的制备方法制备得到的异质结电池。

60、优选地，所述异质结电池包括依次层叠设置的电极、金属接触改善层、沉积有透明导电层的硅片、金属接触改善层和电极；

61、优选地，所述异质结电池包括依次层叠设置的电极、金属接触改善层、透明导电层、n型掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、硅片、本征非晶硅层、p型掺杂非晶硅层、透明电极层、金属接触改善层和电极。

62、需要说明的是，靠近n型掺杂非晶硅层一侧的电极为正面电极，靠近p型掺杂非晶硅层一侧的电极为背面电极，即所述异质结电池包括依次层叠设置的正面电极、金属接触改善层、透明导电层、n型掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、硅片、本征非晶硅层、p型掺杂非晶硅层、透明电极层、金属接触改善层和背面电极。

63、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

64、本发明中，通过对透明导电层进行紫外光和/或臭氧处理，在透明导电膜层表明形成金属接触改善层，可提高低温浆料中的银颗粒与tco膜层的亲和性，降低在退火过程银颗粒之间的团聚问题，提高了异质结电池的性能，制备得到的异质结电池的开路电压(voc)为743.8～744.8mv，填充因子(ff)为84.00～84.89％，电流密度(jsc)为38.44～39.10ma/cm2，光电转换效率(eff)为24.16～24.70％。