一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片

摘要

本发明公开了一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片，包括P型硅衬底，P型硅衬底正面实现磷的梯度扩散掺杂，并用隔离层I将各个梯度隔开，形成ININ-结构，P型硅衬底背面不作扩散直接沉积P型有机晶体BWB，或作弱磷扩散再沉积P型有机晶体BWB最后形成INP结构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双面太阳能电池，特别是一种P型硅加有机晶体 双面异质结太阳能电池片。

背景技术

能源危机下光伏产业发展迅速。光伏理论与技术的发展逐渐走向 成熟，进一步推广光伏应用的关键是提高电池光电转换效率、降低电 池成本。Si衬底上HIT(物理上讲即PIN结)电池在日本Sanyo公 司得到大力发展。它是晶体Si上生长非晶Si薄层的“异质结”(HIT 结)电池，其工艺温度实际是一种中温工艺，虽然转换效率略强，但 是寿命短，双面电池是适合于高日照下工作，工艺上适合规模化生产 的低价高效电池之一。但是真正的双面电池是德国2006年开发的双 PIN结、三电极(背电极，发射极，选择发射极)结构。日本改为双 电极结构(基极，集电极)，其实三电极结构更合理，发电效率更高。 因为晶体的形成都是高温下形成，掺杂的薄膜可以高温或者亚高温， 而中温的CVD品质上会影响整个电池片的寿命。日本Si衬底上所谓 “HIT结构”太阳能电池(hetero2junctionwith intrinsic thin2layer solar cells)并非传统的异质结，我们做的有机单晶与 硅单晶的双面电池才是真正的异质结。我们分别以P型Si、N型Si为 衬底，开发了1、2型双PIN结的双面电池。我们又以有机半导体晶 体加玻璃TCO与N型硅P型硅形成PINB、NIN⁺B双异质结即3、4型 双面电池。以下分别以1、2、3、4型四种双面电池对当前全球晶体 太阳能电池产业的发展与机理做出了创新。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳 能电池片。它是高温工艺加低温结晶成形，所以结构稳定，品质因素 高，但是成本相对较高，在原有的工艺设备上实现工艺创新，而且容 易，自动成形。相对德、日、美太阳能电池大国的电池片，虽然材料 成本高，但是工艺成本低，因此总成本要低。

本发明的技术方案：一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电 池片，其特征在于：P型硅衬底，P型硅衬底正面实现磷的梯度扩散 掺杂，并用隔离层I将各个梯度隔开，形成ININ-结构，P型硅衬底 背面弱磷扩散并沉积P型有机晶体BWB，最后形成INP结构。隔离层 I为二氧化硅。顶层的N^-型掺杂层上设有SiN减反射膜。

上述的P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片中，所述P 型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片，其最顶层的N^-型掺杂层 (加减上标分别表示重掺杂和轻掺杂)上再印刷前电极后覆盖有EVA 层，用激光刻槽、清洗，实现银选择电极引出线；其最底层的BWB 上再实现银烧结背电极，再覆以EVA。或直接用TCO(氧化物薄膜) 导电玻璃或导电薄膜作为透光又可支撑的背电极或直接耦合TCO导 电玻璃；正面的埋电极有两种，一是正对背电极的正上方位置制作埋 电极，二是在正上方做常规的输出电极，在其硅片边缘离边5毫米 (mm)处做埋电极，埋深是80-90微米(μm)。

前述的P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片中，所述前电 极、背电极和埋电极均为银电极，埋电极技术是一种连续战壕式的， 或是长方形段壕；埋电极的侧面与硅片上半部绝缘，要求其方阻为 10Ω。

前述的P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片中，所述磷扩 散的均匀度要求不大于±3％的误差。

前述的P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片中，所述BWB 的成晶方式为有机试剂低温物理溶解成晶或者固态靶溅射成晶。

与现有技术相比，本发明在P型硅衬底正反两面分别作业形成异 质结，其掺杂结构之间采用SiO₂隔离层，而且硼磷掺杂层间构成浓度 梯度。这种结构必须实现水平方向均匀化、垂直方向禁带梯度化，以 利于提高光伏效率；由于SiO₂的存在，减少了重复污染，也提高了 光伏效率，所以本发明给出了一个光伏效率函数：Δ F＝F₁dt+F₂dt-PmΔmdt。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对 本发明限制的依据。

实施例。一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池片，如图 1所示，P型硅衬底P(Si)，P型硅衬底两面均设有绒面6，P型硅衬 底正面实现磷的梯度扩散掺杂，并用隔离层I将各个梯度隔开，形成 ININ^-结构，P型硅衬底背面弱磷扩散并沉积P型有机晶体BWB8，最 后形成INP结构。标号5为SiN减反射膜。所述P型硅加有机晶体双 面异质结太阳能电池片，其最顶层的N^-型掺杂层上再印刷前电极3 后覆盖有EVA层7，用激光刻槽、清洗，实现银选择电极引出线；其 最底层的BWB上再实现银烧结背电极1，再覆以EVA。或直接用TCO (氧化物薄膜)导电玻璃或导电薄膜作为透光又可支撑的背电极或直 接耦合TCO导电玻璃9；正面的埋电极有两种，一是正对背电极的正 上方位置制作埋电极2，二是在正上方做常规的输出电极，在其硅片 边缘离边5毫米(mm)处做埋电极，埋深是80-90微米(μm)。所述 前电极、背电极和埋电极均为银电极，埋电极技术是一种连续战壕式 的，或是长方形段壕；埋电极的侧面4与硅片上半部绝缘，要求其方 阻为10Ω。所述磷扩散的均匀度要求不大于±3％的误差。所述BWB 的成晶方式为有机试剂低温物理溶解成晶或者溅射成晶。

在制备本发明的一种P型硅加有机晶体双面异质结太阳能电池 片时，在制作工艺方面还存在以下这些需要注意的地方。

本发明为双面采光电池片，去掉了BSF底层反光结构。即双面采 光的双重进光光伏效应器件；a)背面光电池，正面光电池。b)三电 极由烧结型+光腐蚀型工艺获取。形成背极、前极、埋电极(选择发 射极)。c)保持双刻蚀、清洗、制绒收边的原工艺。d)双面光减反射 薄膜及EVA光电子囚笼结构工艺可保留，并作成禁带梯度结构使双面 采光囚笼效应实现。e)导电玻璃TCO粘胶工艺技术、印刷电极工艺保 留。但是TCO镀层一面紧贴晶片表面，从而将支撑作用与导电作用合 二为一。

微纳米级沉积厚度Δμm(μ＝Micro meter)、其控制工艺与R_□(方阻)均匀度ΔR_□与扩散时间Δt有关。形成一个光伏效率 F1(Δμm、ΔR_□、Δt)的经验函数，我们称之经验扩散函数。关键是 这些参数的合理控制，直接提高电池片的质量和效率。

埋电极的微纳米刻蚀技术，刻深是属微米级，掺杂导电层厚度是 纳米级，它的导电率涉及埋深层位ΔL，掺杂材料视电阻率R，刻蚀 条数Δn与刻蚀电流ΔA、频率Δf F3(R、ΔL、Δn、ΔA、Δf) 可以建立一个临界埋深函数Fc＝f(ΔL、R、Δn、ΔA、Tflaser)。这 是第三个经验函数。

本发明形成了禁带台阶，它与扩散、烧结、PECVD、流延工艺步 骤、作业时间有关；并涉及衬底材料、掺杂层数及其数量、频率控制、 隔离带(I)的厚薄、制做过程融合函数，允许一定的幅度涨落，即 F＝F1dt+F2dt-PmΔmdt.Pm为金属污化损耗。F1+f2＞＞Pm，但是Pm不 能也不会为0。

利用高温扩散+亚高温烧结+中温PECVD，形成三明治叠层结构。 因为衬底厚度都在180μm左右。这种双层三明治厚度在微米级。掺 杂电子或空穴层在纳米级，这时其均匀度(J)是效率的关键因子，J 函数PV＝F1(J)+F2(J)，J是由温度及其老化时间，气氛杂质含量决定 的。我们的清污次数不能过高，它也会增加成本和产生嵌套污染(P)。 PV效率＝F1(J)-P(m).污化包括金属杂质，掺杂过量也是杂质。如三 氯氧磷、三溴化硼、氢氟酸、印刷稀释剂等。

三电极(背向埋)材料选择与埋电极的工艺(深度、工具、均 匀度、导电率、边缘绝缘技术，使其物理结构保持深槽侧面绝缘，更 重要的使三个电极有接触电势差。几何结构保持易操作，化学性质保 持均匀和化学稳定并达到持续长期耐老化的特点，发电寿命取决于极 化层的出现与厚度。

烧结与丝网印刷：双面、双扩、双晶工艺中最讲究材料纯度以及 浆料与稀释剂浓度，析出直接影响印刷电极均匀度，电极均匀度是双 面电池的“瓷器活”。如，Ag/Al Ag Cu/Ni Sn/Bi)都可用，但导电 率与成本要根据市场需求加以调整。

EVA的使用：双面电池取消了BSF反射层，因此它的透明性保持。 但是它易吸水导致老化损坏。因此在做组件时玻璃作为保护垫是必要 的。我们把玻璃保护支撑作用与电极导电作用合二为一。因此背面去 除了铝反射层。从而有机、加无机，做成双面电池降低了成本，使组 件更轻更薄也更便宜。

硼扩散工艺炉比磷扩散要求更高的温度，扩散时均匀度要求更 高，时间要求更短。因此不只控制炉温，还要控制层流速度、尾排速 度，管内温度、组分配比。因此其硼扩散PID控制尤其精微无怠。

银浆、铝浆、铜镍浆、锡铋浆，热熔流程，印刷烘干的方法不同， 它直接副作用是产生互相污染，影响寿命长短、影响开路电压与短路 电流。它还会因异质结结构而改变，因此建立一个优化函数F3＝f (MJ；TJ；ΔtJ；DPN)。(MJ：导电材料；TJ：热熔温度；ΔtJ：作 业时间；DPN：禁带宽度)。

本发明的太阳能电池的制备工艺流程如图2所示。