異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體公開了一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其包括晶體硅片，依次位于所述晶體硅片的一側(cè)上的第一本征層、第一摻雜非晶硅層、及納米銀線薄膜，以及位于所述晶體硅片的另一側(cè)的背電極。上述異質(zhì)結(jié)太陽能電池，取消ITO層和柵線電極的設(shè)置，大大增加了太陽光的利用率，對異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提升極為有利；并且還取消了ITO層的沉積工藝步驟和柵線電極的印刷工藝步驟，極大簡化了異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作工序，可大大降低生產(chǎn)成本。納米銀線薄膜具有良好的柔性，還可以應(yīng)用于柔性異質(zhì)結(jié)太陽能電池的研究。本發(fā)明還公開了一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法。
【專利說明】
異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及太陽能電池領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 異質(zhì)結(jié)太陽能電池化IT電池)是通過在滲雜非晶娃層與晶體娃襯底之間加入本征 層所構(gòu)建的。異質(zhì)結(jié)太陽能電池既具有晶體娃太陽能電池的高效率和高穩(wěn)定性，同時由于 能耗小，工藝相對簡單、溫度特性更好，在高溫下也能有較高的輸出。近年來備受關(guān)注，已經(jīng) 成為太陽能電池的主要發(fā)展方向之一。
[0003] 由于滲雜非晶娃的導(dǎo)電性較差，所W在異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作過程中，在正電 極和滲雜非晶娃層之間加一層ITO(氧化銅錫)層，ITO層可W有效地增加載流子的收集。ITO 層具有光學(xué)透明和導(dǎo)電雙重功能，對有效載流子的收集起著關(guān)鍵作用，還可W減少光的反 射，起到較好的陷光作用。
[0004] 但是，ITO中的銅為稀有金屬，價格昂貴，且銅具有劇毒。全球銅存量越來越少，且 價格節(jié)節(jié)攀高。另外，正電極一般呈柵線狀，柵線部分會阻擋太陽能光進入異質(zhì)結(jié)太陽能電 池中的PN結(jié)，從而影響太陽光的利用。
[0005] 因此，亟需一種代替口 0且無柵線的新型的異質(zhì)結(jié)太陽能電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，有必要針對現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)太陽能電池中ITO及柵線導(dǎo)致的問題，提供一種 無口 0且無柵線的新型異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0007] -種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括:晶體娃片;依次位于所述晶體娃片的一側(cè)上的第一 本征層、及第一滲雜非晶娃層;直接位于所述第一滲雜非晶娃層上的納米銀線薄膜;W及位 于所述晶體娃片的另一側(cè)的背電極。
[000引上述異質(zhì)結(jié)太陽能電池，由于采用納米銀線薄膜直接覆于第一滲雜非晶娃層上， 從而取消ITO層和柵線電極的設(shè)置，沒有電極柵線的遮擋，大大增加了太陽光的利用率，對 異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提升極為有利;并且還取消了 ITO層的沉積工藝步驟 和柵線電極的印刷工藝步驟，極大簡化了異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作工序，可大大降低生產(chǎn) 成本;也避免了銅劇毒W(wǎng)及稀有且價格高的問題。另一方面，納米銀線薄膜的電阻率極低， 大約為ICT 6Q/cm,非常有利于將電池產(chǎn)生的電流引出，避免了因 ITO層所產(chǎn)生的損耗較大的 問題;且納米銀線薄膜的可見光透過率高達90%，進一提高可見光的利用率。另外，隨著技 術(shù)的發(fā)展，異質(zhì)結(jié)太陽能電池中襯底晶體娃片的厚度逐漸減小，并越來越展現(xiàn)出良好的柔 性，而納米銀線薄膜具有較好的柔初性，可進一步實現(xiàn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池柔性化生產(chǎn);而不 會出現(xiàn)ITO薄膜用于柔性娃片材料而出現(xiàn)的碎裂的問題。
[0009] 在其中一個實施例中，所述納米銀線薄膜的厚度為15~50皿。
[0010] 在其中一個實施例中，所述納米銀線薄膜中納米銀線的直徑為50~200nm，納米銀 線的長度為20~200WI1。
[0011] 在其中一個實施例中，所述晶體娃片為N型晶體娃片，所述第一滲雜非晶娃層為P 型非晶娃層。
[0012] 在其中一個實施例中，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池還包括位于所述背電極與所述晶體 娃片之間的加強電場單元;所述加強電場單元包括依次位于所述晶體娃片的另一側(cè)上的第 二本征層、及第二滲雜非晶娃層。
[0013] 在其中一個實施例中，所述背電極為納米銀線薄膜。
[0014] 在其中一個實施例中，所述背電極的厚度為15~50皿。
[0015]本發(fā)明還提供了一種上述異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法。
[0016] -種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：
[0017] 在晶體娃片的一側(cè)形成第一本征層；
[0018] 在所述第一本征層上形成第一滲雜非晶娃層；
[0019] 在所述第一滲雜非晶娃層上形成納米銀線薄膜；
[0020] 在所述晶體娃片的另一側(cè)形成背電極。
[0021] 上述制備方法，取消了 ITO層的沉積工藝步驟和柵線電極的印刷工藝步驟，極大簡 化了異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作工序，可大大降低生產(chǎn)成本。
[0022] 在其中一個實施例中，所述納米銀線薄膜通過刮涂法形成。
[0023] 在其中一個實施例中，所述納米銀線薄膜通過刮涂法形成。
[0024] 在其中一個實施例中，在所述第一滲雜非晶娃層上形成納米銀線薄膜的步驟包 括：
[0025] 將納米銀線墨水刮涂到所述第一滲雜非晶娃層上，然后干燥;其中，所述納米銀線 墨水包括如下組分：
[0026]
[0027] 在其中一個實施例中，還包括在所述干燥步驟之后，進行加熱加壓處理。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明一實施例的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合【具體實施方式】，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用W解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。
[0030] 需要說明的是，當元件被稱為"設(shè)置于"另一個元件，它可W直接在另一個元件上 或者也可W存在居中的元件。當一個元件被認為是"連接"另一個元件，它可W是直接連接 到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語"垂直的"、"水平的"、"左"、 "右"W及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
[0031] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具 體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語"及/或"包括一個或多個 相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0032] 參見圖1，本發(fā)明一實施例的異質(zhì)結(jié)太陽能電池100,包括:晶體娃片110,依次位于 晶體娃片110的一側(cè)（圖1中的上側(cè))上的第一本征層121、及第一滲雜非晶娃層131、直接位 于第一滲雜非晶娃層131上的納米銀線薄膜161; W及依次位于晶體娃片110的另一側(cè)（圖1 中的下側(cè))的第二本征層122、第二滲雜非晶娃層132、及背電極162。
[0033] 在本發(fā)明中，晶體娃片110與第一滲雜非晶娃層131構(gòu)成PN結(jié)。晶體娃片110與第二 滲雜非晶娃層132構(gòu)成加強電場（亦叫背電場）。通過加強電場可W進一步提高異質(zhì)結(jié)太陽 能電池100的開路電壓。當然，可W理解的是，也可W不設(shè)加強電場，也就是說不設(shè)第二滲雜 非晶娃層132。
[0034] 在本實施例中，晶體娃片110為N型晶體娃片(n-c-Si )，對應(yīng)地，第一滲雜非晶娃層 131為P型非晶娃層(p-a-Si)，第二滲雜非晶娃層132為N型非晶娃層(n-a-Si)。當然，可W理 解的是，并不局限于上述形式，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，還可W是晶體娃片110為P 型，對應(yīng)地，第一滲雜非晶娃層131為N型，第二滲雜非晶娃層132為P型。
[0035] 在本實施例中，晶體娃片110采用N型晶體娃片(n-c-Si)，可使異質(zhì)結(jié)太陽能電池 100的性能更加優(yōu)越，能夠克服采用P型的電池光致衰退現(xiàn)象，另外，其高效復(fù)合中屯、的密度 遠低于P型，使得電子具有更高的壽命及擴散長度。具體地，晶體娃可W是單晶娃或多晶娃。 更具體地，本實施例的晶體娃片110為N型單晶娃片。
[0036] 具體地，晶體娃片110的厚度一般小于200WI1。優(yōu)選地，晶體娃片110的厚度為100~ 200WI1。運樣既可W節(jié)約娃材料的使用，進而降低成本;又可W提高工藝穩(wěn)定性。
[0037] 優(yōu)選地，晶體娃片110的表面為絨面;也就是說，對晶體娃進行制絨。運樣可W減小 電池表面的反射，使得更多的光子能夠被晶體娃片110吸收；同時還具有能夠去除晶體娃表 面損傷的作用。在本實施例中，絨面為金字塔形狀絨面，運樣更有利于光線斜射到晶體娃片 110的內(nèi)部，降低電池表面的光的反射率，使得光程變大，吸收的光子數(shù)量變多。
[0038] 其中，第一本征層121的作用是，用于純化晶體娃片110,使位于第一本征層121兩 側(cè)的晶體娃片110與第一滲雜非晶娃層131的界面得到純化，進而使異質(zhì)結(jié)太陽能電池100 的開路電壓增高。第一本征層121的光學(xué)帶隙介于晶體娃片110與第一滲雜非晶娃層131之 間。在本實施例中，第一本征層121為非晶娃層，也就是說，由本征非晶娃構(gòu)成。一般地，第一 本征層121的厚度不大于IOnm,優(yōu)選為5~10皿。運樣即可W使異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有較高 的開路電壓，同時減少第一本征層121對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。在本 實施例中，第一本征層121的厚度為6nm。
[0039] 同理，第二本征層122的作用是，用于純化晶體娃片110,使位于第二本征層122兩 側(cè)的晶體娃片110與第二滲雜非晶娃層132的界面得到純化，進而使異質(zhì)結(jié)太陽能電池100 的開路電壓增高。第二本征層122的光學(xué)帶隙介于晶體娃片110與第二滲雜非晶娃層132之 間。在本實施例中，第二本征層122為非晶娃層，也就是說，由本征非晶娃構(gòu)成。同樣地，第二 本征層122的厚度也不大于lOnm，優(yōu)選為5~10皿。運樣即可W使異質(zhì)結(jié)太陽能電池具有較 高的開路電壓，同時減少第二本征層122對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。在 本實施例中，第二本征層122的厚度為6nm。
[0040] 當然，可W理解的是，本發(fā)明也可W不設(shè)置第二本征層122。
[0041] 在本實施例中，納米銀線薄膜161直接覆于第一滲雜非晶娃層131上，其主要作用 是將電流導(dǎo)出。由于納米銀線薄膜中納米銀線均勻分布，并沒有柵線圖案結(jié)構(gòu)，故而并不會 造成因柵線阻擋太陽光的問題。并且還省略了 ITO層的設(shè)置，避免了因 ITO所帶來的問題。
[0042] 優(yōu)選地，納米銀線薄膜161的厚度為15~50WI1。運樣納米銀線薄膜161的可見光透 過率可達到85 % W上，600nm處最高透過率可達到90 %，并且同時方阻可W達到30-80 Q / 口，充分發(fā)揮納米銀線的透明W及導(dǎo)電的功能。
[0043] 在本實施例中，背電極162也為納米銀線薄膜。運樣可W進一步提高異質(zhì)結(jié)太陽能 電池100的性能。更優(yōu)選地，背電極162的厚度為15~50皿。運樣可W更進一步提高異質(zhì)結(jié)太 陽能電池100的性能。
[0044] 當然，可W理解的是，背電極162并不局限于納米銀線薄膜，還可W是全銀電極。
[0045] 在本實施例中，異質(zhì)結(jié)太陽能電池100基本呈對稱結(jié)構(gòu)，運樣可W減少生產(chǎn)過程中 熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，同時有利于晶體娃片110的減薄發(fā)展。另外，兩面均可W吸收光線使發(fā) 電量增加。
[0046] 本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，由于采用納米銀線薄膜直接覆于第一滲雜非晶娃層 上，從而取消ITO層和柵線電極的設(shè)置，沒有電極柵線的遮擋，大大增加了太陽光的利用率， 對異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提升極為有利;并且還取消了 ITO層的沉積工藝步 驟和柵線電極的印刷工藝步驟，極大簡化了異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作工序，可大大降低生 產(chǎn)成本;也避免了銅劇毒W(wǎng)及稀有且價格高的問題。另一方面，納米銀線薄膜的電阻率極 低，大約為ICT 6Q/cm,非常有利于將電池產(chǎn)生的電流引出，避免了因 ITO層所產(chǎn)生的損耗較 大的問題;且納米銀線薄膜的可見光透過率高達90%，進一提高可見光的利用率。另外，隨 著技術(shù)的發(fā)展，異質(zhì)結(jié)太陽能電池中襯底晶體娃片的厚度逐漸減小，并且有望降低至100皿 W下，必將越來越展現(xiàn)出良好的柔性，而納米銀線薄膜具有較好的柔初性，可進一步實現(xiàn)異 質(zhì)結(jié)太陽能電池柔性化生產(chǎn);而不會出現(xiàn)ITO薄膜用于柔性娃片材料而出現(xiàn)的碎裂的問題。
[0047] 本發(fā)明還提供了一種上述異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法。
[0048] -種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：
[0049] 在晶體娃片的一側(cè)形成第一本征層；
[0050] 在所述第一本征層上形成第一滲雜非晶娃層；
[0051 ]在所述第一滲雜非晶娃層上形成納米銀線薄膜；
[0052] 在所述晶體娃片的另一側(cè)形成背電極。
[0053] 其中，為了提高異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能，優(yōu)選地，首先對晶體娃片進行制絨和清 洗步驟。其中，制絨方式可W采用濕法制絨或干法制絨;濕法制絨一般使用一定配比的堿性 溶液(例如:K0H、化0H、四甲基氨氧化胺等)進行一定時間的各向異性腐蝕;干法制絨一般是 通過光刻掩膜板得到圖形再使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE = Reactive Ion化Ching)進行刻蝕(主 要通過C2出和SF6);干法制絨也可在沒有掩膜的情況下可W通過機器進行反應(yīng)離子刻蝕 (RIE)，使用氣體為SFs和化。對晶體娃片制絨之后需要進行清洗步驟，清洗的主要作用在于 去除制絨后殘余在晶體娃片表面的金屬離子和晶體娃片表面形成的自然氧化膜。另外，在 清洗時，用于去除晶體娃片表面氧化膜的化學(xué)液體還能夠起到對晶體娃片部分純化的作 用。對于晶體娃片的清洗，可W采用化學(xué)清洗，例如:使用RCA洗液(堿性和酸性過氧化氨溶 液），堿性過氧化氨溶液，配比可W是，此O:此〇2:畑4細二5:1:1-5:2:1;酸性過氧化氨溶液， 配比可W是，出O:出化:肥1 = 6:1:1 -8: 2:1; RCA洗液使用條件為：75 °C -85 °C，清洗時間10-20 分鐘，清洗順序先使用堿性過氧化氨溶液后在使用酸性過氧化氨溶液。
[0054] 為了提高異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能，本實施的異質(zhì)結(jié)太陽能電池還包括第二本征 層、第二滲雜非晶娃層等。
[0055] 其中，第一本征層、第二本征層、第一滲雜非晶娃層、第二滲雜非晶娃層的形成采 用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)。當然，可W理解的是，并不局限于上述方式，還可W是熱絲化學(xué)氣相沉積法 (HWCVD，Hot wire畑emical Vapor Deposition)或者高頻等離子體增強化學(xué)氣相沉法 (VHF-PECVD)、亦或其他制備方法。
[0056] 在本實施例中，納米銀線薄膜通過刮涂法形成于第一滲雜非晶娃層上。更具體地， 刮涂法包括如下步驟:將納米銀墨水刮涂到第一滲雜非晶娃層上，然后通過干燥，得到納米 銀線薄膜。
[0057] 其中，納米銀線墨水為將納米銀線與其它組分調(diào)和成可刮涂的墨水形式，納米銀 線墨水可W自己制備，亦或商購得到。優(yōu)選地，納米銀線墨水包括如下組分：
[0化引
[0059] 更優(yōu)選地，助劑選自聚丙篩酸。
[0060] 具體地，干燥的溫度為80°C，時間為lOmin。
[0061] 在本實施例中，為了進一步提高納米銀線薄膜的性能，在干燥之后還進行加熱加 壓處理。更具體地，加熱的溫度為120°C，加壓的壓力為3MPa，處理時間Imin, Imin后將壓力 撤去并冷卻。進行加熱加壓處理之后，可W有效去除納米銀線薄膜中的有機溶劑、增加了納 米銀線薄膜對基底的附著力，從而避免了納米銀線薄膜脫落等問題。
[0062] 本發(fā)明所提供的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，取消了 ITO層的沉積工藝步驟和 柵線電極的印刷工藝步驟，極大簡化了異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制作工序，可大大降低生產(chǎn)成 本。
[0063] 上述實施例的各技術(shù)特征可W進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例 中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要運些技術(shù)特征的組合不存在矛 盾，都應(yīng)當認為是本說明書記載的范圍。
[0064] W上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發(fā)明的保護 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，包括：晶體娃片；依次位于所述晶體娃片的一 側(cè)上的第一本征層、及第一滲雜非晶娃層;直接位于所述第一滲雜非晶娃層上的納米銀線 薄膜;W及位于所述晶體娃片的另一側(cè)的背電極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述納米銀線薄膜的厚度為 15~50μπι〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述納米銀線薄膜中納米銀 線的直徑為50~200nm，納米銀線的長度為20~200皿。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述晶體娃片為N型晶體娃 片，所述第一滲雜非晶娃層為P型非晶娃層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)太陽能電池還包 括位于所述背電極與所述晶體娃片之間的加強電場單元;所述加強電場單元包括依次位于 所述晶體娃片的另一側(cè)上的第二本征層、及第二滲雜非晶娃層。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述背電極為納米銀線 薄膜。7. -種權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 在晶體娃片的一側(cè)形成第一本征層； 在所述第一本征層上形成第一滲雜非晶娃層； 在所述第一滲雜非晶娃層上形成納米銀線薄膜； 在所述晶體娃片的另一側(cè)形成背電極。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述納米銀線薄膜通過刮涂法形成。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在所述第一滲雜非晶娃層上形成納米 銀線薄膜的步驟包括： 將納米銀線墨水刮涂到所述第一滲雜非晶娃層上，然后干燥;其中，所述納米銀線墨水 包括如下組分： 納米銀線 0.1城％~巧械％ 高分子招合劑 0.1 wt%~10 wi% 固化劑 0.1wt%~5wi% 助劑 0.01 wt% ~3wi% 有機溶劑 60 νν?%~99.5vvt%，10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，還包括在所述干燥步驟之后，進行加 熱加壓處理。
【文檔編號】H01L31/18GK105845755SQ201610316229
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】閆麗, 張聞斌, 王琪, 顧凱, 陸軍威
【申請人】蘇州協(xié)鑫集成科技工業(yè)應(yīng)用研究院有限公司, 協(xié)鑫集成科技（蘇州）有限公司, 協(xié)鑫集成科技股份有限公司