异质结太阳能电池及光伏组件的制作方法

1.本发明涉及光伏制造领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池及光伏组件。


背景技术：

2.异质结太阳能电池是目前一种较为高效的晶硅太阳能电池，其结合了晶体硅电池和硅基薄膜电池的特征，具有制造流程短、工艺温度低、转换效率高和发电量多等优点。图1所示为现有技术所涉及异质结太阳能电池的结构示意图，其自上至下依次包括第一集电极51＇、第一透明导电膜层41＇、第一掺杂非晶层31＇、第一本征非晶层21＇、单晶硅衬底10＇、第二本征非晶层22＇、第二掺杂非晶层32＇、第二透明导电膜层42＇、第二集电极52＇。
3.现有技术所涉及异质结太阳能电池位于单晶硅衬底10＇两侧的非晶层通常为对称设计，即第一本征非晶层21＇与第二本征非晶层22＇厚度一致，第一掺杂非晶层31＇与第二掺杂非晶层32＇厚度一致。如此在太阳光穿透异质结太阳能电池受光面的第一掺杂非晶层31＇与第一本征非晶层21＇时具有较大的损失。另外，现有技术中所涉及的第一掺杂非晶层31＇通常为掺杂非晶硅，掺杂非晶硅虽然导电率高，与第一本征非晶层21＇之间接触良好，但透过率差，也会导致异质结太阳能电池的短路电流降低，严重限制异质结太阳能电池的效率。现有技术有通过调节第一掺杂非晶层31＇掺杂浓度的方式来调节光学带隙以期增大透光率，然此种方式效果不明显。
4.有鉴于此，有必要提供一种改进的技术方案以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种异质结太阳能电池，其具体设计方式如下。
6.一种异质结太阳能电池，包括：单晶硅衬底，依次层叠设置于所述单晶硅衬底受光面的第一本征非晶层、第一掺杂非晶层、第一透明导电膜层以及第一集电极，依次设置于所述单晶硅衬底背光面的第二本征非晶层、掺杂类型与所述第一掺杂非晶层掺杂类型相反的第二掺杂非晶层、第二透明导电膜层以及第二集电极；所述第一本征非晶层与所述第一掺杂非晶层厚度之和小于所述第二本征非晶层与所述第二掺杂非晶层厚度之和。
7.进一步，所述第一本征非晶层与所述第一掺杂非晶层厚度之和为6-21nm，所述第二本征非晶层与所述第二掺杂非晶层厚度之和为7-30nm。
8.进一步，所述第一本征非晶层的厚度小于或等于所述第二本征非晶层的厚度，所述第一掺杂非晶层的厚度小于或等于所述第二掺杂非晶层的厚度。
9.进一步，所述第一掺杂非晶层的厚度为3-15nm，所述第二掺杂非晶层的厚度为3-20nm。
10.进一步，所述第一掺杂非晶层中的氧含量大于或等于所述第二掺杂非晶层中的氧含量。
11.进一步，所述第一掺杂非晶层包括位于所述第一本征非晶层表面的第一掺杂非晶
硅膜以及位于所述第一掺杂非晶硅膜表面的掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜。
12.进一步，所述掺杂非晶氧化硅膜、所述掺杂非晶碳化硅膜或所述掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜的厚度为2-10nm。
13.进一步，所述第一掺杂非晶硅膜的载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
14.进一步，所述第一掺杂非晶层还包括位于所述掺杂非晶氧化硅膜、所述掺杂非晶碳化硅膜或所述掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜表面的第二掺杂非晶硅膜。
15.进一步，所述第一掺杂非晶硅膜的厚度为1-4nm，所述掺杂非晶氧化硅膜、所述掺杂非晶碳化硅膜或所述掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜的厚度为1-7nm，所述第二掺杂非晶硅膜的厚度为1-4nm。
16.进一步，所述第一掺杂非晶硅膜与所述第二掺杂非晶硅膜的载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
17.进一步，所述第二掺杂非晶层包括位于所述第二本征非晶层表面的第三掺杂非晶硅膜以及位于所述第三掺杂非晶硅膜表面且掺杂浓度大于所述第三掺杂非晶硅膜的第四掺杂非晶硅膜。
18.进一步，所述第三掺杂非晶硅膜的厚度为1-5nm，所述第四掺杂非晶硅膜的厚度为2-15nm。
19.进一步，所述第三掺杂非晶硅膜的载流子浓度为5e18～5e19/cm3，所述第四掺杂非晶硅膜的载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
20.进一步，所述第一透明导电膜层的厚度小于或等于所述第二透明导电膜层的厚度。
21.本发明还提供了一种光伏组件，其具有以上所述的异质结太阳能电池。
22.本发明的有益效果是：在本发明所提供的异质结太阳能电池结构中，由于第一本征非晶层与第一掺杂非晶层厚度之和小于第二本征非晶层与第二掺杂非晶层厚度之和，可以有效降低太阳光在经过第一本征非晶层与第一掺杂非晶层时的损耗，进而可提高异质结太阳能电池的短路电流，有利于光电转化效率的优化。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1所示为现有技术异质结太阳能电池的结构示意图；
25.图2所示为本发明异质结太阳能电池的第一种实施结构示意图；
26.图3所示为本发明异质结太阳能电池的第二种实施结构示意图；
27.图4所示为本发明异质结太阳能电池的第三种实施结构示意图；
28.图5所示为本发明异质结太阳能电池的第四种实施结构示意图。
29.图中，10为单晶硅衬底，21为第一本征非晶层，31为第一掺杂非晶层，311为第一掺杂非晶硅膜，312为掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧
化硅复合膜，313为第二掺杂非晶硅膜，41为第一透明导电膜层，51为第一集电极，22为第二本征非晶层，32为第二掺杂非晶层，321为第三掺杂非晶硅膜，322为第四掺杂非晶硅膜，42为第二透明导电膜层，52为第二集电极。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.参考图2所示，本发明所涉及的异质结太阳能电池包括：单晶硅衬底10，依次层叠设置于单晶硅衬底10受光面的第一本征非晶层21、第一掺杂非晶层31、第一透明导电膜层41以及第一集电极51，依次层叠设置于单晶硅衬底10背光面的第二本征非晶层22、第二掺杂非晶层32、第二透明导电膜层42以及第二集电极52。
32.在具体实施过程中，所涉及的单晶硅衬底10的受光面是异质结太阳能电池的直接接收太阳光照射的面，背光面是异质结太阳能电池的非直接接收太阳光照射的面，即与受光面相对的面。第一本征非晶层21与第二本征非晶层22均为本征非晶硅。第一掺杂非晶层31与第二掺杂非晶层32的掺杂类型相反，其中一个为n型掺杂，即采用磷掺杂；另一个为p型掺杂，即采用硼掺杂。
33.本发明中，第一本征非晶层21与第一掺杂非晶层31厚度之和小于第二本征非晶层22与第二掺杂非晶层32厚度之和。
34.对于异质结太阳能电池而言，其受光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响远大于背光面吸光效果对电池片的光电转化效率影响，由于第一本征非晶层21与第一掺杂非晶层31厚度之和小于第二本征非晶层22与第二掺杂非晶层32厚度之和，能有效降低受光面的太阳光在经过第一本征非晶层21与第一掺杂非晶层31时的损耗，可提高异质结太阳能电池的短路电流，使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率。
35.在本发明的一些具体实施例中，第一本征非晶层21与第一掺杂非晶层31厚度之和为6-21nm，第二本征非晶层22与第二掺杂非晶层32厚度之和为7-30nm。
36.作为进一步优选，第一本征非晶层21的厚度小于或等于第二本征非晶层22的厚度，第一掺杂非晶层31的厚度小于或等于第二掺杂非晶层32的厚度。
37.具体实施时，第一掺杂非晶层31的厚度为3-15nm，第二掺杂非晶层32的厚度为3-20nm。相应地，在图2所示实施例中，第一本征非晶层21的厚度为3-6nm，第二本征非晶层22的厚度为4-10nm。
38.本发明中，第一掺杂非晶层31中的氧含量大于或等于第二掺杂非晶层32中的氧含量。通常，第一掺杂非晶层31中的高含氧量会形成高透光率的非晶氧化硅，进而能够提高异质结太阳能电池受光面的受光效果。
39.作为本发明的进一步具体实施结构，参考图2所示，第一掺杂非晶层31包括位于第一本征非晶层21表面的第一掺杂非晶硅膜311以及位于第一掺杂非晶硅膜311表面的掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312。较为容易理解，掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜指的是由掺杂非晶氧化硅膜与掺杂非晶
碳化硅膜复合而成的膜层。
40.掺杂非晶氧化硅与掺杂非晶碳化硅相对掺杂非晶硅具有更为优异的透光率。现有技术中所涉及的第一掺杂非晶层31＇通常为单层掺杂非晶硅膜结构；本实施例中，第一掺杂非晶层31采用双层膜设计，其中，第一掺杂非晶硅膜311能够保证第一掺杂非晶层31与第一本征非晶层21之间具有较好的接触，而掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312相当于将具有高透光率的掺杂非晶氧化硅或掺杂非晶碳化硅替代现有技术的部分掺杂非晶硅，如此能够提高第一掺杂非晶层31的整体透光率。基于第一掺杂非晶硅膜311、掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312的配合，异质结太阳能电池具有更为优异的性能。
41.在图2所述实施例中，作为优选，第一掺杂非晶硅膜311通常小于掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312的厚度。如此在保证第一掺杂非晶层31与第一本征非晶层21之间具有较好的接触的同时，可以极大程度的使第一掺杂非晶层31具有较好的透光率。
42.具体实施过程中，掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312的厚度为2-10nm。相应的，第一掺杂非晶硅膜311的厚度为1-5nm。
43.为确保第一掺杂非晶层31与第一本征非晶层21之间具有较好的接触，第一掺杂非晶硅膜311为高掺杂膜，其载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
44.参考图3所示，本发明的另一些实施例中，第一掺杂非晶层31还包括位于掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312表面的第二掺杂非晶硅膜313。掺杂非晶硅通常具有较为优异的导电率，图3所示实施例中第二掺杂非晶硅膜313的设置可以使得第一掺杂非晶层31与第一透明导电膜层41之间具有较好的接触，相比图2所示实施例可以降低接触电阻，进而具有更高的填充因子。
45.图3所示实施例中，第二掺杂非晶硅膜313的厚度也通常小于掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312的厚度，进而使得第一掺杂非晶层31具有较好的透光率。在具体实施时，其所涉及的第一掺杂非晶硅膜311的厚度为1-4nm，掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312的厚度为1-7nm，第二掺杂非晶硅膜313的厚度为1-4nm。
46.为确保第一掺杂非晶层31与第一透明导电膜层41之间具有较好的接触，第二掺杂非晶硅膜313也为高掺杂膜，其载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
47.参考图4、图5所示，在本发明的又一些实施例中，第二掺杂非晶层32包括位于第二本征非晶层22表面的第三掺杂非晶硅膜321以及位于第三掺杂非晶硅膜321表面且掺杂浓度大于第三掺杂非晶硅膜321的第四掺杂非晶硅膜322。
48.优选地，第三掺杂非晶硅膜321的载流子浓度为5e18～5e19/cm3，第四掺杂非晶硅膜322的载流子浓度为5e19～5e21/cm3。
49.在图4、图5所示实施例中，第三掺杂非晶硅膜321由于具有相对较低的掺杂浓度，可以降低对第二本征非晶层22的影响，降低第二本征非晶层22的晶格畸变，可以有效保证异质结太阳能电池背光面的钝化效果；第四掺杂非晶硅膜322由于具有相对较高的掺杂浓度，可以提高第二掺杂非晶层32与第二透明导电膜之间的接触，降低两者之间的接触电阻，提高电池填充因子。
50.作为优选，第三掺杂非晶硅膜321的厚度通常小于第四掺杂非晶硅膜322。具体实施时，第三掺杂非晶硅膜321的厚度为1-5nm，第三掺杂非晶硅膜322的厚度为2-15nm。
51.进一步地，本发明中，第一透明导电膜层41的厚度小于或等于第二透明导电膜层42的厚度。对于异质结太阳能电池而言，由于第一透明导电膜层41厚度相对较小，可以有效降低受光面的太阳光在经过第一透明导电膜层41时的损耗，进而可使得异质结太阳能电池具有较好的光电转化效率。
52.为更好的理解本发明，本发明提供有图1、图2、图3、图4、图5所示五种不同实施结构的测试参数，在这些测试的异质结太阳能电池结构中，相同点在于：所涉及的单晶硅衬底、第一本征非晶层、第二本征非晶层、第一透明导电膜层、第二透明导电膜层、第一集电极以及第二集电极均采用相同工艺制成，即相应膜层具有相同的厚度及特性；不同点在于：第一掺杂非晶层31与第二掺杂非晶层32的设计结构，具体区别可结合附图所示及以上相关描述。
53.具体测试结果下表：
54.组别eff(％)voc(v)isc(a)ff(％)对比例(图1)22.92738.59.12083.20实施例1(图2)23.04738.69.17083.27实施例2(图3)23.07738.69.16083.47实施例3(图4)23.10740.09.17183.29实施例4(图5)23.12740.19.15983.48
55.对比可知，本发明所提供的异质结太阳能电池(即实施例1-实施例4)相对现有技术所提供的异质结太阳能电池(即对比例)而言，效益(eff)、开路电压voc、短路电流isc以及填充因子ff方面均有一定幅度的优化提升。
56.本发明还提供了一种光伏组件，其具有以上所涉及的异质结太阳能电池。
57.本发明以下还展示了异质结太阳能电池的一种具体制作方式。
58.s1、硅片处理：选用n型单晶硅片，利用稀释溶度为5％的hf溶液去除表面氧化层，采用koh或naoh或四甲基氢氧化氨(tmah)加醇的方法，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成较浅的金字塔结构，进而形成单晶硅衬底10。
59.s2、非晶硅薄膜制作：通过pecvd工艺在n型单晶硅衬底10的受光面依次形成第一本征非晶层21与第一掺杂非晶层31，在n型单晶硅衬底10的背光面依次形成第二本征非晶层22与第二掺杂非晶层32。
60.s3、透明导电膜制作：将完成非晶硅薄膜制作的单晶硅衬底10两表面分别采用pvd沉积、rpd沉积或磁控溅射沉积工艺制作第一透明导电膜41与第二透明导电膜42。
61.s4、集电极制作：用丝网印刷的方法在第一透明导电膜41与第二透明导电膜42上再分别印刷一层低温导电银浆，然后在150～300℃的低温下进行烧结形成良好的欧姆接触，进而形成第一集电极51以及第二集电极52。
62.具体在非晶硅薄膜制作步骤中：
63.在制作第一掺杂非晶膜311时，将sih4、h2和第一类型掺杂气体气体引入真空室。
64.在制作掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312时，若该膜层为掺杂非晶氧化硅膜，将sih4、h2、co2和第一类型掺杂气体气体引
入真空室；若该膜层为掺杂非晶碳化硅膜，将sih4、h2、ch4和第一类型掺杂气体气体引入真空室；若该膜层为掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜，则将sih4、h2、co2、ch4和第一类型掺杂气体气体同时引入真空室，或分开沉积至少一层掺杂非晶氧化硅与至少一层掺杂非晶碳化硅，进而形成复合膜。本发明中，掺杂非晶氧化硅膜、掺杂非晶碳化硅膜或掺杂非晶碳化硅/掺杂非晶氧化硅复合膜312能够增加异质结太阳能电池受光面膜层的光学带隙，增加透光，可提升电池的光学性能。
65.在需要制作第二掺杂非晶膜313时，将sih4、h2和第一类型掺杂气体引入真空室。
66.在制作第三掺杂非晶膜321与第四掺杂非晶膜322时，均将sih4、h2和第二类型掺杂气体气体引入真空室。不同点在于制作第三掺杂非晶膜321时第二类型掺杂气体的掺杂浓度小于制作第四掺杂非晶膜322时第二类型掺杂气体的掺杂浓度。
67.应该当理解，本发明中，第一类型掺杂气体气体指的是ph3(磷化氢)气体与b2h6(乙硼烷)气体中的一种，第二类型掺杂气体气体指的是ph3(磷化氢)气体与b2h6(乙硼烷)气体中的另一种。
68.可以理解，第一本征非晶层21、第一掺杂非晶层31、第二本征非晶层22及第二掺杂非晶层32分别在不同镀膜腔室内制作成型。此外，四层非晶层镀制过程中，在相应非晶层镀制前，所涉及镀膜腔室的温度及压强需要到达预定值，通常温度为180℃，压力控制在30-200pa。
69.为优化第一本征非晶层21、第二本征非晶层22对单晶硅衬底10的钝化效果，第一本征非晶层21、第二本征非晶层22的具体制作过程中，在通入经h2稀释的sih4时，可调节h2/sih4的稀释比，进而使得第一本征非晶层21、第二本征非晶层22具有多层不同特性的本征膜，通常h2/sih4的稀释比范围为5-250。
70.以上仅展示第一本征非晶层21、第二本征非晶层22全部由本征非晶硅构成的制备方式，可以理解，在本发明的另一些实施例中，第一本征非晶层21、第二本征非晶层22的本征膜也可以为本征非晶氧化硅或本征非晶碳化硅。具体在此不做进一步展开描述。
71.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
72.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。