一种晶体硅太阳能电池透明导电组合体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池技术领域,特别涉及一种晶体硅太阳能电池透明导电组合体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来,晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用,转换效率不断提升,生产成本持续下降。目前,晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的80%以上,晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破20%,全球年新增装机容量约50GW且增速明显,与火力发电的度电成本不断缩小,在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。
[0003]晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用,必须进一步提高转换效率,同时降低生产成本。目前晶体硅电池的受光面电极采用银浆丝网印刷的方式形成近百条细栅和若干条主栅,此工序使用的物料成本昂贵,且银电极会造成电池片表面5%?7%的面积形成对光的遮挡,大大降低了电池片的转换效率。
[0004]如何在减少遮光面积与保持良好的导电性之间进行平衡,是近几年晶体硅电池技术研究的一个重点。由于浆料技术与印刷技术的进步,晶体硅电池的受光面电极细栅宽度不断减小,根据SEMI预测,到2020年细栅的宽度将减小至35微米以下,同时主栅采用多主栅及无主栅。在这个栅线细化技术过程中,电极的遮光面积有所下降,导电性有所提升,同时获得了效率的提升与成本的下降。但随着栅线宽度的不断减小,电极制备的工艺难度不断加大,进一步提高效率、降低生产成本的空间缩小。
[0005]透明导电膜同时具有良好的透光性与导电性,是太阳能电池电极的理想材料,有望彻底解决金属电极的光遮挡及成本问题。虽然透明导电膜在薄膜及异质结太阳能电池中的应用已非常成熟,但在市场主流的晶体硅太阳能电池中应用却不多见,其主要原因是与现有工艺的匹配性较差、接触电阻较高等。所以,尽快推动透明导电膜在主流晶体硅太阳能电池中的应用是未来研究的热点之一。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供了一种晶体硅太阳能电池透明导电组合体及其制备方法,该透明导电组合体采用与硅基体局部接触的透明导电膜作为太阳能电池的正面或背面透明电极,局部接触区域为重掺杂,以有利于透明导电膜与硅基体形成良好的欧姆接触。
[0007]为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0008]所述的透明导电组合体设置在体硅太阳能电池的正面和/或背面,包括:设置在钝化膜/减反射膜上的透明导电膜,及设置在透明导电膜上的金属电极,钝化膜/减反射膜设置在晶体硅片上;所述的晶体硅片的正面或背面设置有按照规则图案布置的局部重掺杂区,所述的局部重掺杂区与对应位置的透明导电膜直接接触,透明导电膜将按照规则图案布置的局部重掺杂区及透明导电膜上的金属电极连接成为晶体硅电池电极的透明导电组合体。
[0009]所述的透明导电膜为ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一种或多种叠层构成。
[0010]局部重掺杂区采用阵列图案排布,其图案为一维、二维几何图形或一维与二维几何图形的组合;一维几何图形选自:线段、虚线段、弧线或栅线状;二维几何图形选自:圆形、椭圆形、纺锤形、环形、多边形、多角形或扇形。
[0011]所述一维几何图形的线宽为30?lOOum,长度为0.05?1.5mm;同一行中相邻两个线形的间距为0.5?2mm,同一列中相邻两个线形的间距为0.5?2mm。
[0012]所述二维几何图形X、Y方向的长度均为30?200um,相邻两个图形中心距为0.8?2mm ο
[0013]所述透明导电膜上的金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极;金属电极的排布图案为一组平行线段或多组平行线段的组合,线段的宽度为20?2000um,数量为5?100根,线长为2?156mm,相邻线段之间的距离为0.5?50mm。
[0014]—种晶体硅太阳能电池透明导电组合体的制备方法,包括以下步骤:
[0015]I)将晶体硅片采用化学药液腐蚀、等离子刻蚀、纳米金属催化或激光刻蚀的方法进行表面织构化处理;
[0016]2)对晶体硅片进行掺杂处理以形成PN结;
[0017]3)在晶体硅片的正面或背面形成局部重掺杂区;形成局部重掺杂区的方法为:
[0018]a)按规则图形采用印刷、喷涂或3D打印的方法将掺杂剂涂敷在硅片正面或背面的减反射膜/钝化膜上,再采用激光对涂敷的掺杂剂进行脉冲加热,使杂质原子穿透减反射膜/钝化膜向硅基体扩散形成局部重掺杂区域;或者,
[0019]b)在经过热扩散的硅片表面按规则图形喷掩膜,再采用湿法刻蚀的方法进行清洗,在喷掩膜的区域形成局部重掺杂;
[0020]4)对于按b)方法形成的局部重掺杂,随后需制备减反射膜/钝化膜,再采用激光或化学腐蚀的方法去除局部重掺杂之上的减反射膜/钝化膜;
[0021 ] 5)在钝化膜/减反射膜表面采用溅射、气相沉积、3D打印、印刷、喷涂工艺制作透明导电膜,透明导电膜的厚度控制在50?500nm;再在透明导电膜上制作金属电极,金属电极的排布图案为一组平行线段或多组平行线段的组合,线段的宽度为20?2000um,数量为5?100根,线长为2?156mm,相邻线段之间的距离为0.5?50mm。透明导电膜在重掺杂区域处与硅基体直接接触,并将局部重掺杂区及金属电极连接成为导电组合体。
[0022]作为本发明的进一步改进,局部重掺杂区为N型或P型重掺,重掺杂的方阻为5?50Ω /□。
[0023]作为本发明的进一步改进,所述的晶体硅片为P型或者N型的单晶硅片、P型或者N型的多晶娃片。
[0024]作为本发明的进一步改进,所述的透明导电组合体形成于P型或N型硅基体的表面,或形成于P型或N型发射极表面。
[0025]作为本发明的进一步改进,减反射膜为氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化钛薄膜中的一种或多种叠层构成,厚度为50?10nm;钝化膜为氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化铝薄膜和非晶硅薄膜中的一种或多种叠层构成,厚度为5?50nmo
[0026]与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
[0027]本发明使制作太阳能电池电极为透明导电组合体,采用与硅基体局部接触的透明导电膜作为太阳能电池的正面或背面透明电极,局部接触区域为重掺杂,以有利于透明导电膜与硅基体形成良好的欧姆接触,并通过在透明导电膜制作用于导通电流及便于制作电池组金属电极。使电池片的受光面积增加了4%?7%,同时保持了电极良好的导电性,使晶体硅电池的转换效率显著提升。此外,金属浆料的使用量大幅减少,使得生产成本显著降低,且生产上易于实现、控制。避免了金属电极光遮挡造成的功率损失,很好的平衡了晶硅电极光遮挡与导电性之间的两难问题,使电池的转换效率提升、生产成本降低。
[0028]本发明的制备方法通过激光开模掺杂、二次扩散、离子注入、掩膜刻蚀、掺杂剂涂敷等方法在晶体硅片的正面或背面按特定的图形形成局部重掺杂,在局部重掺杂的硅片表面制作透明导电膜,再在透明导电膜的表面制作金属电极。透明导电膜与重掺杂区域直接接触,并将重掺杂区及金属电极连接成为一个可作为晶体硅电池电极的透明导电组合体。制备方法简单,可实现批量化、流程化。
【附图说明】
[0029]图1是基于正面透明导电膜局部接触电极的晶体硅电池剖面示意图;
[0030]图2是基于背面透明导电膜局部接触电极的晶体硅电池剖面示意图;
[0031]图3是点状局部重掺杂分布示意图;
[0032]图4是线段状局部重掺杂分布示意图;
[0033]其中,1、透明导电I旲,2、纯化I旲/减反射I旲,3、局部重惨杂区,4、晶体娃片,5、金属电极。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0035]如图1