一种具有复合电极层的异质结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，属于新能源领域，包括以n型或p型单晶硅c

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合电极层的异质结太阳能电池


[0001]本技术涉及新能源领域，具体而言，涉及一种具有复合电极层的异质结太阳能电池。

技术介绍

[0002]异质结太阳能电池(HIT)技术作为近年来引起行业高度关注的高效技术路线，因其光电转换效率高、性能优异、降本空间大，平价上网前景好，成为行业公认的下一代商业光伏产业技术。
[0003]对于高效异质结电池来说，目前的难点之一在于成本的降低，在异质结发展的道路上，电极层是必须的材料之一，在提效降低成本的大趋势下，电极层的性能提升和成本下降需求比较迫切，通过电极层的改善可实现降低成本和效率提升，对异质结电池的发展将会有很大的贡献。
[0004]ITRPV预测到2025年异质结电池将有10％市场份额，随着异质结电池的进一步扩产，降低成本成为产业可持续发展的关键。目前异质结电池结构PN面均采用氧化铟锡电极层(ITO)，极大增加了异质结电池的非硅成本。因此在保证电池性能和组件可靠性情况下有必要把ITO的厚度缩减或采用更加廉价的材料完全替代ITO。
[0005]AZO(Al掺杂ZnO)薄膜是一种可替代ITO的透明导电氧化物薄膜材料。它具有原料丰富，无毒等优点，因而有望被应用在太阳能电池上。探索AZO运用于太阳能电池上的工艺使在降成本的基础上电池效率不受影响或提升并保证可靠性是关键。异质结电池相对其他高效电池采用薄片硅片是其技术优势，但随着硅片的减薄长波段光会越多穿透硅片而导致Isc会有所损失，因此如何把该波段利用起来是保证效率的关键。
[0006]SiN或SiON等含硅薄膜相比TCO有更好的可靠性以及透过率。由于含硅薄膜导电性较差，为了保证电池的可靠性和导通性，目前公开技术中用等离子化学气相沉积或原子层沉积含硅薄膜后需要在电极位置用化学刻蚀法、激光开槽或印刷腐蚀材料等去除含硅薄膜，这些方法复杂且会影响电池性能，因此需要更简单的方法实现电极的导出。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术中异质结电池结构中的氧化铟锡电极层(ITO)，极大增加了异质结电池的非硅成本，而采用其他更廉价材料替代ITO时，其电池性能和组件可靠性均会受影响的问题，本专利提供了一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，包括以n型或p型单晶硅c
‑
Si为衬底，在衬底上表面依次沉积本征非晶硅层、n型非晶硅层和上电极层，所述上电极层包括Front ITO层；在衬底下表面依次沉积本征非晶硅层、p型非晶硅层和下电极层，所述下电极层从上到下依次包括TCO层、金属膜层和含硅薄膜层。
[0008]复合电极层技术被认为是解决异质结成本问题和效率问题的重要手段，可以提高电池片的转换效率，降低电池片的TCO材料成本，提高组件输出功率，提高相关产品的市场竞争力。本专利通过在背面开发出包括TCO层、金属膜层和含硅薄膜层的复合电极层替代原
有单层ITO层，达到或者超过原来单层ITO材料的性能提升效率，并能极大降低成本，成功制作出低铟异质结电池。
[0009]优选地，所述TCO层包括Rear ITO层，所述Rear ITO层厚度为1
‑
40nm。
[0010]优选地，所述TCO层包括由AZO层和Rear ITO层组成的复合层，所述AZO层厚度小于90nm。下表面AZO层的引入可以极大减少ITO膜厚，并且底层沉积薄ITO不会影响底层与非晶硅的接触电阻，保证电池的电性能。由于AZO相对ITO导电性较差，溅射电压相对ITO高，底层增加ITO层还可以减少在沉积AZO时高能粒子对非晶硅表面的损伤，保证电性能的Voc不会下降。
[0011]优选地，所述AZO层和Rear ITO层的复合层方阻为10
‑
300Ω/
□
。
[0012]优选地，所述金属膜层包括Cu、Al、Au、Ag、Pt、Cr、Rh及Pd中的任一种，其厚度为3
‑
20nm。当金属膜层＜3nm时，会极大影响金属薄膜的导电性，并且大量金属颗粒以孤岛形式存在也会影响透过率，当金属膜层＞20nm厚度时，厚的金属膜层反射率非常高，透过率随之降低，因此综合考虑电池的双面率和电池性能以及可靠性，金属膜层的厚度范围设定在3
‑
20nm。
[0013]优选地，所述含硅薄膜层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及碳化硅中的任一种，膜厚为1
‑
80nm，折射率为1.80
‑
2.25。
[0014]优选地，所述Front ITO层厚度为60
‑
90nm，方阻为30
‑
250Ω/
□
。
[0015]优选地，所述电池上下表面印刷有金属电极。
[0016]优选地，所述下电极层整体厚度≥40nm。
[0017]本专利还提供了一种上述具有复合电极层的异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0018]步骤一，n型或p型单晶硅片经制绒得到所需绒面；
[0019]步骤二，上表面沉积本征非晶硅层及n型非晶硅层、下表面沉积本征非晶硅层及p型非晶硅层；
[0020]步骤三，采用磁控溅射法自上而下在上表面沉积一层Front ITO层，采用磁控溅射法或反应等离子法自下而上在下表面依次沉积一层TCO层，金属膜层，基底温度范围为25
‑
250℃；
[0021]步骤四，将步骤三中得到的硅片下表面与掩膜组件贴合，采用磁控溅射法或反应等离子法在其下表面沉积一层含硅薄膜层，基底温度为25
‑
250℃；
[0022]步骤五，在步骤四中硅片上下表面印刷金属电极，经固化和光注入得到所需的太阳能电池。
[0023]增加金属膜层有如下优点：1、可以减少与栅线的接触电阻，使栅线可以采用更加廉价的金属比如银包铜或铜以及可以采用更少的细栅线根数来降低成本；2、与TCO组合增加收集载流子的能力，降低串联电阻，可以减少TCO层的厚度；3、采用磁控溅射制备的金属薄膜比较均匀致密，该金属膜层可以对长波光线有很好的反射作用(特别是＞900nm波长)，增加电池对光的吸收提升短路电流，特别对＜100nm薄片电池有很好的提效作用。
[0024]SiN或SiON等含硅薄膜相比TCO有更好的可靠性以及透过率。用磁控溅射法沉积可以在低温条件下制备含硅薄膜，不会影响底层非晶硅层。在下表面金属膜层外引入SiN或SiON等含硅薄膜层可以防止金属膜层的氧化，并且SiN或SiON等含硅薄膜质硬耐磨，疏水性
好，化学稳定性好可以保护TCO层和金属膜层，延长太阳能电池组件的使用寿命。由于SiN或SiON等含硅薄膜导电性差，因此在细栅线位置采用掩膜托盘结构设计或掩膜档框使其未沉积含硅薄膜，金属电极直接与金属膜层接触，不影响电池电流的导出。该方法简单，不涉及激光开槽、化学刻蚀法等复杂工序极大保证了电池片的转换效率和良率。
[0025]优选地，步骤四中，所述掩膜组件为掩膜托盘，其表面由若干平行设置的掩膜档条组成，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，其特征在于，包括以n型或p型单晶硅c
‑
Si为衬底，在所述衬底上表面依次沉积本征非晶硅层、n型非晶硅层和上电极层，所述上电极层包括Front ITO层；在所述衬底下表面依次沉积本征非晶硅层、p型非晶硅层和下电极层，所述下电极层从上到下依次包括TCO层、金属膜层和含硅薄膜层。2.根据权利要求1所述的一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述TCO层包括RearITO层，所述RearITO层厚度为1
‑
40nm。3.根据权利要求1所述的一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述TCO层包括由AZO层和RearITO层组成的复合层，所述AZO层厚度小于90nm。4.根据权利要求3所述的一种具有复合电极层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述AZO层和Rear ITO层的复合层方阻为10
‑
300Ω/
□
。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵锋，任明冲，毛卫平，徐锐，杨伯川，
申请(专利权)人：东方日升新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：