晶硅异质结太阳能电池的发射极结构及其制备方法

摘要

本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构及其制备方法，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有非晶硅本征层，非晶硅本征层的外侧均设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极，所述N型晶体硅片的其中一面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有非晶硅掺杂层N层，另一面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有TMB掺杂层、B2H6掺杂层。本发明采用TMB气体进行掺杂，防止了掺杂原子B向非晶硅本征层扩散，提升开路电压；TMB气体禁带宽度大，光能够更有效地通过该掺杂层，升短路电流；接近TCO一侧采用B2H6气体进行掺杂，掺杂层的导电性能更好；提升HJT太阳能电池的光电转换效率。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏高效电池技术领域，尤其涉及一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构及其制备方法。

背景技术

随着光伏技术的快速发展，晶体硅太阳电池的转换效率逐年提高。在当前光伏工业界，单晶硅太阳电池的转换效率已达到20%以上，多晶硅太阳电池的转换效率已达18.5%以上。然而大规模生产的、转换效率达22.5%以上的硅基太阳电池仅美国SunPower公司的背接触太阳电池(Interdigitated Back Contact，IBC)和日本松下公司的带本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer，HJT)。和IBC太阳电池相比，HJT电池具有能耗少、工艺流程简单、温度系数小等诸多优点，这些也是HJT太阳能电池能从众多高效硅基太阳电池方案中脱颖而出的原因。

当前，我国正在大力推广分布式太阳能光伏发电，由于屋顶资源有限，而且分布式光伏发电需求高转换效率的太阳电池组件，正是由于HJT太阳电池具有高效、双面发电的优势，在分布式光伏电站中表现出广阔的应用前景。

现有HJT电池的结构是在N型单晶硅双面做一层非晶硅本征层和掺杂层。非晶硅本征层主要是钝化晶体硅表面缺陷，减少表面缺陷态，从而降低载流子复合；非晶硅掺杂层主要是与晶硅形成PN结和场效应钝化层。

参见图1，现有技术只采用B2H6气体掺杂完成非晶硅掺杂层P层，通过B2H6气体掺杂形成的非晶硅掺杂层P层热稳定性差，B原子容易扩散进入非晶硅本征层，影响本征层的钝化效果，导致太阳能电池的开路电压低，导致太阳能电池的转换效率低；通过B2H6气体掺杂形成的非晶硅掺杂层P层的禁带宽度低，会吸收更多的太阳光，光学损失增加，导致太阳能电池的短路电流低，导致太阳能电池的转换效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构及其制备方法，既可以防止B2H6掺杂时B原子向非晶硅本征层扩散带来的禁带宽度的降低，同时能满足非晶硅掺杂层P层的高的电导率。

本发明的目的是这样实现的：

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片，所述N型晶体硅片的正面和背面均设有非晶硅本征层，非晶硅本征层的外侧均设有TCO导电膜，所述TCO导电膜的外侧设有若干Ag电极，所述N型晶体硅片的其中一面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有非晶硅掺杂层N层，另一面的非晶硅本征层和TCO导电膜之间设有TMB掺杂层、B2H6掺杂层，TMB掺杂层设置在靠近非晶硅本征层的一侧，B2H6掺杂层设置在靠近TCO导电膜的一侧。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，所述TMB掺杂层的厚度为1~20nm，禁带宽度为1.6~1.9eV。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，所述B2H6掺杂层的厚度为1~20nm，禁带宽度为1.4~1.6eV。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：

第一步、选取基材N型单晶硅片进行制绒、清洗处理；

第二步、通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层；

第三步、选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；

第四步、使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层；

第五步、使用等离子体化学气相沉积制备P型非晶硅层，第一层采用TMB掺杂形成TMB掺杂层，第二层采用B2H6进行掺杂形成B2H6掺杂层；

第六步、使用反应离子沉积方法沉积TCO导电膜；

第七步、通过丝网印刷形成正背面Ag电极；

第八步、固化使得银栅线与TCO导电膜之间形成良好的欧姆接触；

第九步、进行测试电池的电性能。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，所述TMB掺杂层的厚度为1~20nm，禁带宽度为1.6~1.9eV；所述B2H6掺杂层的厚度为1~20nm，禁带宽度为1.4~1.6eV，所述P型非晶硅层总厚度为7~15nm。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，所述正背面的非晶硅本征层厚度为5~10nm。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，所述非晶硅掺杂层N层厚度为4~8nm。

一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，所述TCO导电膜厚度为70~110nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明对于HJT异质结太阳能电池结构，背光面非晶硅掺杂层P层采用双层叠层结构，靠近本征非晶硅层采用TMB气体进行掺杂，防止了掺杂原子B（硼）向非晶硅本征层扩散，从而保证本征非晶硅的钝化效果，提升开路电压Voc；接近本征非晶硅层采用TMB气体进行掺杂，禁带宽度大，光能够更有效地通过该掺杂层，从而增加晶体硅对光的吸收，提升短路电流Isc；接近TCO一侧采用B2H6气体进行掺杂，掺杂层的导电性能更好，太阳能电池的串联电阻Rs更低，从而使填充因子FF更高；最终提升HJT太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1为现有HJT异质结太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明HJT异质结太阳能电池的结构示意图。

其中：

N型晶体硅片1、非晶硅本征层2、非晶硅掺杂层N层3、非晶硅掺杂层P层4、TMB掺杂层5、B2H6掺杂层6、TCO导电膜7、Ag电极8。

具体实施方式

实施例1：

参见图2，本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；

所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；

所述背面的非晶硅本征层2外侧设有TMB掺杂层5，所述TMB掺杂层5的外侧设有B2H6掺杂层6，所述B2H6掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。

所述TMB掺杂层5的厚度为6nm，禁带宽度为1.75eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为4nm，禁带宽度为1.4eV。

本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：

（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；

（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；

（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；

（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；

（5）使用等离子体化学气相沉积制备P型非晶硅层，总厚度10 nm，第一层采用TMB掺杂形成TMB掺杂层5，第二层采用B2H6进行掺杂形成B2H6掺杂层6；所述TMB掺杂层5的厚度为6nm，禁带宽度为1.75eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为4nm，禁带宽度为1.4eV；

（6）使用反应离子沉积（RPD）方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；

（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；

（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；

（9）进行测试电池的电性能。

实施例2：

参见图2，本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；

所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；

所述背面的非晶硅本征层2外侧设有TMB掺杂层5，所述TMB掺杂层5的外侧设有B2H6掺杂层6，所述B2H6掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。

所述TMB掺杂层5的厚度为5nm，禁带宽度为1.7eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为5nm，禁带宽度为1.4eV。

本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：

（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；

（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；

（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；

（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；

（5）使用等离子体化学气相沉积制备P型非晶硅层，总厚度10 nm，第一层采用TMB掺杂形成TMB掺杂层5，第二层采用B2H6进行掺杂形成B2H6掺杂层6；所述TMB掺杂层5的厚度为5nm，禁带宽度为1.7eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为5nm，禁带宽度为1.4eV；

（6）使用反应离子沉积（RPD）方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；

（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；

（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；

（9）进行测试电池的电性能。

实施例3：

参见图2，本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构，它包括N型晶体硅片1，所述N型晶体硅片1的正面和背面均设有非晶硅本征层2；

所述正面的非晶硅本征层2的外侧设有非晶硅掺杂层N层3，所述正面的非晶硅掺杂层N层3的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8；

所述背面的非晶硅本征层2外侧设有TMB掺杂层5，所述TMB掺杂层5的外侧设有B2H6掺杂层6，所述B2H6掺杂层6的外侧设有TCO导电膜7，所述TCO导电膜7的外侧设有若干Ag电极8。

所述TMB掺杂层5的厚度为5nm，禁带宽度为1.7eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为3nm，禁带宽度为1.4eV。

本发明涉及的一种晶硅异质结太阳能电池的发射极结构的制备方法，包括以下几个步骤：

（1）对尺寸为156.75mm、厚度为180um的N型单晶硅片1进行制绒、清洗处理；

（2）通过PECVD制备正背面的双本征非晶硅层，正背面的非晶硅本征层2厚度为8nm；

（3）选取N型非晶硅膜为受光面掺杂层；

（4）使用等离子体增强化学气相沉积制备N型非晶硅层，即非晶硅掺杂层N层3，厚度为6nm；

（5）使用等离子体化学气相沉积制备P型非晶硅层，总厚度8nm，第一层采用TMB掺杂形成TMB掺杂层5，第二层采用B2H6进行掺杂形成B2H6掺杂层6；所述TMB掺杂层5的厚度为5nm，禁带宽度为1.7eV；所述B2H6掺杂层6的厚度为3nm，禁带宽度为1.4eV；

（6）使用反应离子沉积（RPD）方法沉积TCO导电膜7，厚度为100nm；

（7）通过丝网印刷形成正背面Ag电极8；

（8）固化使得银栅线与TCO导电膜7之间形成良好的欧姆接触；

（9）进行测试电池的电性能。

TMB掺杂与B2H6掺杂存在如下差异： TMB掺杂的热稳定性比B2H6掺杂更稳定； TMB掺杂的禁带宽度比B2H6掺杂的更宽； TMB掺杂的导电性能比B2H6掺杂的差。

将本发明的实施例数据与除了P型非晶硅层结构不同其他参数均相同的现有技术对比，本发明与现有技术的电性能对比参见下表，主要从开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF体现，可以得到本发明的太阳能电池电性能参数的提升，使太阳能电池的转换效率Eta有绝对0.15%的提升。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。