專利名稱：一種n型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雙面太陽能電池，特別是一種N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片。
背景技術(shù)：
能源危機下光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。光伏理論與技術(shù)的發(fā)展逐漸走向成熟，進一步推廣光伏應(yīng)用的關(guān)鍵是提高電池光電轉(zhuǎn)換效率、降低電池成本。Si襯底上HIT(物理上講即PIN結(jié))電池在日本Sanyo公司得到大力發(fā)展。它是晶體Si上生長非晶Si薄層的“異質(zhì)結(jié)”(HIT結(jié))電池，其工藝溫度實際是一種中溫工藝，雖然轉(zhuǎn)換效率略強，但是壽命短，雙面電池是適合于高日照下工作，工藝上適合規(guī)?；a(chǎn)的低價高效電池之一。但是真正的雙面電池是德國2006年開發(fā)的雙PIN結(jié)、三電極(背電極，發(fā)射極，選擇發(fā)射極)結(jié)構(gòu)。日本改為雙電極結(jié)構(gòu)(基極，集電極)，其實三電極結(jié)構(gòu)更合理，發(fā)電效率更高。因為晶體的形成都是高溫下形成，摻雜的薄膜可以高溫或者亞高溫，而中溫的CVD品質(zhì)上會影響整個電池片的壽命。日本Si襯底上所謂“HIT結(jié)構(gòu)”太陽能電池(hetero2junctionwithintrinsicthin21ayer solar cells)并非傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié),我們做的有機單晶與娃單晶的雙面電池才是真正的異質(zhì)結(jié)。我們分別以P型S1、N型Si為襯底，開發(fā)了 1、2型雙PIN結(jié)的雙面電池。我們又以有機半導體晶體加玻璃TCO與N型硅、P型硅在電池背面形成PINB、NIN+B雙異質(zhì)結(jié)即3、4型雙面電池。以下分別以1、2、3、4型四種雙面電池對當前全球晶體太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與機理做出了創(chuàng)新。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片。它是原高溫工藝加低溫有機結(jié)晶成形，所以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，品質(zhì)因素高，但是成本相對較高，在原有的工藝設(shè)備上實現(xiàn)流程速度提高，而且容易實現(xiàn)全自動化。相對德、日、美太陽能電池大國的電池片，雖然材料成本高，但是工藝成本低，工藝可控制程度高，因此總成本要低。本實用新型的技術(shù)方案:一種N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，其特點是:包括N型硅襯底，N型硅襯底正面設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層1、P+型摻雜層、隔離層I和N型摻雜層；N型硅襯底背面也設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層1、N+型摻雜層，最后沉積有P型有機晶體并五苯，最后形成IN+P結(jié)構(gòu)。其中加減上標分別表示重摻雜和輕摻雜。隔離層I為二氧化硅。頂層的N—型摻雜層上設(shè)有SiN減反射膜。上述的N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片中，所述N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，其最頂層的N型摻雜層上印刷有前電極，并覆蓋有EVA層；其最底層的并五苯上設(shè)有背電極，并覆以EVA?；蛑苯釉O(shè)有TCO導電玻璃或?qū)щ姳∧ぷ鳛橥腹庥挚芍蔚谋畴姌O。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在N型硅襯底正反兩面均形成異質(zhì)結(jié)，其摻雜結(jié)構(gòu)之間采用SiO2隔離層，而且硼磷摻雜層間構(gòu)成濃度梯度。這種結(jié)構(gòu)必須實現(xiàn)水平方向均勻化、垂直方向禁帶梯度化，以利于提聞光伏效率；由于SiO2的存在，減少了重復污染，也提聞了光伏效率，所以本實用新型給出了 一個光伏效率函數(shù):Δ F=FlClt+F2dt-Pm Δ mdt。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的制備工藝流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但并不作為對本實用新型限制的依據(jù)。實施例。一種N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，如圖1所示，包括N型硅襯底N(Si)，N型硅襯底兩面均設(shè)有絨面6，N型硅襯底上表面實現(xiàn)硼磷分層梯度擴散摻雜，并用隔離層I將各層隔開，形成IP+IN結(jié)構(gòu)，背面直接清洗并用磷擴散，再低溫沉積P型并五苯有機晶體8。標號5為SiN減反射膜。磷擴散加有機晶體并五苯(P型)分層沉積構(gòu)成IN+P結(jié)構(gòu)。所述N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，其最頂層的N型摻雜層上再印刷前電極3后覆蓋有EVA層7，用激光刻槽、清洗，實現(xiàn)銀選擇電極引出線；其最底層的并五苯有機晶體上再實現(xiàn)銀燒結(jié)背電極1，再覆以EVA?；蛑苯佑肨CO(氧化物薄膜)、導電玻璃或?qū)щ姳∧ぷ鳛橥腹庥挚芍蔚谋畴姌O或直接耦合TCO導電玻璃9 ;正面的埋電極有兩種，一是正對背電極的正上方位置制作埋電極，二是在正上方做常規(guī)的輸出電極，在其硅片邊緣離邊5毫米(mm)處做埋電極2，埋深是80-90微米(μ m)。所述前電極、背電極和埋電極均為銀電極，埋電極技術(shù)是一種連續(xù)戰(zhàn)壕式的，或是長方形段壕。埋電極的側(cè)面4與硅片上半部絕緣，要求其方阻為100 Ω。硼磷擴散摻雜的均勻度要求不大于±3%的誤差。所述并五苯的成晶方式為有機試劑低溫物理溶解成晶或者濺射成晶。在制備本實用新型的N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片時，在制作工藝方面還存在以下這些需要注意的地方。本實用新型為雙面采光電池片，去掉了 BSF底層反光結(jié)構(gòu)。即雙面采光的雙重進光光伏效應(yīng)器件；a)背面光電池，正面光電池。b)三電極由燒結(jié)型+光腐蝕型工藝獲取。形成背極、前極、埋電極(選擇發(fā)射極)。c)保持雙刻蝕、清洗、制絨收邊的原工藝。d)雙面光減反射薄膜及EVA光電子囚籠結(jié)構(gòu)工藝可保留，并作成禁帶梯度結(jié)構(gòu)使雙面采光囚籠效應(yīng)實現(xiàn)。e)導電玻璃TCO粘膠工藝技術(shù)、印刷電極工藝保留。但是TCO鍍層一面緊貼晶片表面，從而將支撐作用與導電作用合二為一。微納米級沉積厚度Δ μ m( μ =Micro meter)、其控制工藝與RD (方阻)均勻度Λ Rn與擴散時間At有關(guān)。形成一個光伏效率Fl (Λ μ m、ARD、At)的經(jīng)驗函數(shù)，我們稱之經(jīng)驗擴散函數(shù)。關(guān)鍵是這些參數(shù)的合理控制，直接提高電池片的質(zhì)量和效率。埋電極的微納米刻蝕技術(shù)，刻深是屬微米級，摻雜導電層厚度是納米級，它的導電率涉及埋深層位AL，摻雜材料視電阻率R，刻蝕條數(shù)Λ η與刻蝕電流ΛΑ、頻率Af F3 (R、AL、Δη、ΔΑ、Δ f)可以建立一個臨界埋深函數(shù)Fc=f ( Δ L、R、Δη、AA、Tflaser)。這是第三個經(jīng)驗函數(shù)。本實用新型形成了禁帶臺階，它與擴散、燒結(jié)、PECVD、流延工藝步驟、作業(yè)時間有關(guān)；并涉及襯底材料、摻雜層數(shù)及其數(shù)量、頻率控制、隔離帶(I)的厚薄、制做過程融合函數(shù)，允許一定的幅度漲落，即F=Fldt+F2dt-PmArndt.Pm為金屬污化損耗。Fl+f2 >> Pm,但是Pm不能也不會為O。利用高溫擴散+亞高溫燒結(jié)+中溫PECVD，形成三明治疊層結(jié)構(gòu)。因為襯底厚度都在180μπι左右。這種雙層三明治厚度在微米級。摻雜電子或空穴層在納米級，這時其均勻度(J)是效率的關(guān)鍵因子，J函數(shù)PV=Fl (J)+F2 (J)，J是由溫度及其老化時間，氣氛雜質(zhì)含量決定的。我們的清污次數(shù)不能過高，它也會增加成本和產(chǎn)生嵌套污染(P)。PV效率=Fl (J)一P(m).污化包括金屬雜質(zhì)，摻雜過量也是雜質(zhì)。如三氯氧磷、三溴化硼、氫氟酸、印刷稀釋劑等。三電極(背向埋)材料選擇與埋電極的工藝(深度、工具、均勻度、導電率、邊緣絕緣技術(shù)，使其物理結(jié)構(gòu)保持深槽側(cè)面絕緣，更重要的使三個電極有接觸電勢差。幾何結(jié)構(gòu)保持易操作，化學性質(zhì)保持均勻和化學穩(wěn)定并達到持續(xù)長期耐老化的特點，發(fā)電壽命取決于極化層的出現(xiàn)與厚度。燒結(jié)與絲網(wǎng)印刷:雙面、雙擴、雙晶工藝中最講究材料純度以及漿料與稀釋劑濃度，析出直接影響印刷電極均勻度，電極均勻度是雙面電池的“瓷器活”。如，Ag/Al Ag Cu/Ni Sn/Bi)都可用，但導電率與成本要根據(jù)市場需求加以調(diào)整。EVA的使用:雙面電池取消了 BSF反射層，因此它的透明性保持。但是它易吸水導致老化損壞。因此在做組件時玻璃作為保護墊是必要的。我們把玻璃保護支撐作用與電極導電作用合二為一。因此背面去除了鋁反射層。從而有機、加無機，做成雙面電池降低了成本，使組件更輕更薄也更便宜。硼擴散工藝爐比磷擴散要求更高的溫度，擴散時均勻度要求更高，時間要求更短。因此不只控制爐溫，還要控制層流速度、尾排速度，管內(nèi)溫度、組分配比。因此其硼擴散PID控制尤其精微無怠。銀漿、鋁漿、銅鎳漿、錫鉍漿，熱熔流程，印刷烘干的方法不同，它直接副作用是產(chǎn)生互相污染，影響壽命長短、影響開路電壓與短路電流。它還會因異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)而改變，因此建立一個優(yōu)化函數(shù)F3=f (MJ ；TJ ； Δ tj ；DPN)。(MJ:導電材料；TJ:熱熔溫度；Δ tj:作業(yè)時間；DPN:禁帶寬度)。圖2是本實用新型的太陽能電池的制備工藝流程圖。
權(quán)利要求1.一種N型娃襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片,其特征在于:包括N型娃襯底，N型硅襯底正面設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層1、P+型摻雜層、隔離層I和N型摻雜層；N型硅襯底背面也設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層1、N+型摻雜層，最后沉積有P型有機晶體并五苯，最后形成IN+P結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，其特征在于:所述N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，其最頂層的N型摻雜層上印刷有前電極，并覆蓋有EVA層；其最底層的并五苯上設(shè)有背電極，并覆以EVA，或直接設(shè)有TCO導電玻璃或?qū)щ姳∧ぷ鳛橥腹庥挚芍蔚谋畴姌O。
專利摘要本實用新型公開了一種N型硅襯底加有機晶體雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池片，包括N型硅襯底，N型硅襯底正面設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層I、P+型摻雜層、隔離層I和N型摻雜層；N型硅襯底背面也設(shè)有絨面，絨面上依次設(shè)有隔離層I、N+型摻雜層，最后沉積有P型有機晶體并五苯，最后形成IN+P結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L51/46GK202996909SQ201220750930
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者韓元杰, 李新富, 吳鵬飛, 張冰, 許艷 申請人:浙江金貝能源科技有限公司