一种TCO叠层异质结太阳能结构的制作方法

一种tco叠层异质结太阳能结构
技术领域
1.本实用新型涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种tco叠层异质结太阳能结构。


背景技术：

2.为了实现碳中和，迫切要求光伏等非核清洁能源快速发展，要求开发具有高效、低成本的太阳能电池，其中异质结太阳能电池因其具有高转换效率、低温度系数好以及简单的低温工艺而受到广泛关注。
3.现有的异质结太阳能电池制备过程包括：(1)制绒清洗；(2)非晶硅沉积；(3)tco沉积；(4)丝网印刷电级。因为异质结太阳能电池发射极的横向导电性比较差，仅通过金属电极从发射极收集电流是不够的，因此需要在非晶硅薄膜上再沉积一层tco，来收集电流。tco薄膜同时具有透明性和导电性。tco薄膜的电阻率与载流子浓度和迁移率成反比，通过减少载流子浓度，可以减少自由载流子的吸收，从而提高光透过率，但是减少载流子浓度会导致薄膜电阻率上升而影响tco薄膜导电性能。传统的 tco的光学性能和电学性能无法兼得。那么如何改善异质结tco膜层，以提高光电转换效率变得尤为重要。
4.因此，提供一种兼备光学性能和电学性能的tco薄膜是异质结太阳能领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型是为了解决上述现有技术中存在异质结太阳能中tco薄膜无法兼备光学性能和电学性能的问题而提出的，其目的是提供一种tco叠层异质结太阳能结构，一方面可以使tco薄膜仍然保持良好的导电性能，另一方面可以使tco薄膜具有高透光率，从而有利于异质结太阳能电池效率的提高。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供一种tco叠层异质结太阳能结构，其采用的技术方案如下：
7.一种tco叠层异质结太阳能结构，包括基底，所述基底正面依次设置正面本征非晶硅薄膜、正面掺杂非晶硅薄膜、正面第一层透明导电薄膜、正面第二层透明导电薄膜和正面金属电极；所述基底背面依次设置背面本征非晶硅薄膜、背面掺杂非晶硅薄膜、背面第一层透明导电薄膜、背面第二层透明导电薄膜和背面金属电极。
8.在上述技术方案中，所述正面本征非晶硅薄膜和背面本征非晶硅薄膜厚度相等。
9.在上述技术方案中，所述正面掺杂非晶硅薄膜的厚度大于背面掺杂非晶硅薄膜。
10.在上述技术方案中，所述正面第一层透明导电薄膜、正面第二层透明导电薄膜、背面第一层透明导电薄膜和背面第二层透明导电薄膜厚度相等。
11.在上述技术方案中，所述正面第一层透明导电薄膜的光透过率大于正面第二层透明导电薄膜的光透过率，所述正面第一层透明导电薄膜的电阻率小于正面第二层透明导电薄膜的电阻率。
12.在上述技术方案中，所述背面第一层透明导电薄膜的光透过率大于背面第二层透
明导电薄膜的光透过率，所述背面第一层透明导电薄膜的电阻率小于背面第二层透明导电薄膜的电阻率。
13.在上述技术方案中，所述正面本征非晶硅薄膜和背面本征非晶硅薄膜通过等离子体化学气相沉积生长于基底的表面；正面掺杂非晶硅薄膜和背面掺杂非晶硅薄膜通过等离子体化学气相沉积生长对应的正面本征非晶硅薄膜或背面本征非晶硅薄膜上。
14.在上述技术方案中，所述正面第一层透明导电薄膜通过磁控溅射沉积于正面掺杂非晶硅薄膜表面；所述正面第二层透明导电薄膜通过磁控溅射沉积于正面第一层透明导电薄膜表面；所述背面第一层透明导电薄膜通过磁控溅射沉积于正面掺杂非晶硅薄膜表面；所述背面第二层透明导电薄膜通过磁控溅射沉积于背面第一层透明导电薄膜表面。
15.在上述技术方案中，所述基底为n型晶体硅基底。
16.在上述技术方案中，所述正面掺杂非晶硅薄膜为n型非晶硅；所述背面掺杂非晶硅薄膜为p型非晶硅。
17.本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型提供了一种tco叠层异质结太阳能结构，通过双层透明导电薄膜的设置，极大程度上控制了hjt电池的结构，解决了光学性能和电学性能无法兼得，使tco薄膜仍然保持良好的导电性能的同时具有高透光率，从而进一步提高太阳能电池的转化效率降低成本。
附图说明
19.图1为本实用新型一实施例的一种tco叠层异质结太阳能结构的结构示意图。
20.其中：
21.1、正面金属电极
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2、正面第二层透明导电薄膜
22.3、正面第一层透明导电薄膜
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4、正面掺杂非晶硅薄膜
23.5、正面本征非晶硅薄膜
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6、基底
24.7、背面本征非晶硅薄膜
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8、背面掺杂非晶硅薄膜
25.9、背面第一层透明导电薄膜
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10、背面第二层透明导电薄膜
26.11、背面金属电极。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
28.如图1所示，本实用新型提供一种tco叠层异质结太阳能结构，包括基底6，所述基底6正面依次设置正面本征非晶硅薄膜5、正面掺杂非晶硅薄膜4、正面第一层透明导电薄膜3、正面第二层透明导电薄膜2和正面金属电极1；所述基底6背面依次设置背面本征非晶硅薄膜7、背面掺杂非晶硅薄膜8、背面第一层透明导电薄膜9、背面第二层透明导电薄膜10和背面金属电极11。
29.在本实施例中，所述基底6为n型晶体硅基底。
30.在本实施例中，所述正面本征非晶硅薄膜5和背面本征非晶硅薄膜7 厚度相等。所述正面掺杂非晶硅薄膜4的厚度大于背面掺杂非晶硅薄膜8。所述正面掺杂非晶硅薄膜4为n型非晶硅；所述背面掺杂非晶硅薄膜8为 p型非晶硅。所述正面本征非晶硅薄膜5和背面本
征非晶硅薄膜7通过等离子体化学气相沉积生长于基底6的表面；正面掺杂非晶硅薄膜4和背面掺杂非晶硅薄膜8通过等离子体化学气相沉积生长对应的正面本征非晶硅薄膜5或背面本征非晶硅薄膜7上。
31.在本实施例中，所述正面第一层透明导电薄膜3、正面第二层透明导电薄膜2、背面第一层透明导电薄膜9和背面第二层透明导电薄膜10厚度相等。
32.在本实施例中，所述正背面第一层透明导电薄膜和正背面第二层透明导电薄膜采用分步沉积的方式。所述正面第一层透明导电薄膜3的光透过率大于正面第二层透明导电薄膜2的光透过率；所述背面第一层透明导电薄膜9的光透过率大于背面第二层透明导电薄膜10的光透过率。正背面第一层透明导电薄膜具有较高的光透过率相对高的电阻率，以便刚好收集入射光，减少光损失。
33.所述正面第一层透明导电薄膜3的电阻率小于正面第二层透明导电薄膜2的电阻率。所述背面第一层透明导电薄膜9的电阻率小于背面第二层透明导电薄膜10的电阻率。正背面第二层透明导电薄膜具有较低的电阻率相对低的电阻率，以便形成更好的欧姆接触，同时，可以相应减少发射极细栅数量，增加受光面积，提高电池转换效率。
34.在本实施例中，所述正面第一层透明导电薄膜3和背面第一层透明导电薄膜9均通过磁控溅射沉积于正面掺杂非晶硅薄膜4表面，所述正面第二层透明导电薄膜2通过磁控溅射沉积于正面第一层透明导电薄膜3表面；所述背面第二层透明导电薄膜10通过磁控溅射沉积于背面第一层透明导电薄膜9表面。
35.依据tco薄膜的电阻率与载流子浓度和迁移率成反比的原理，通过减少载流子浓度，可以减少自由载流子的吸收，从而提高光透过率，但是，减少载流子浓度同时会导致薄膜电阻率上升而影响tco薄膜导电性能。其中，实际生产中氧流量、溅射气压、溅射速率等工艺条件对tco薄膜的光电性能造成影响。
36.结合上述原理，依据合适氧流量使得载流子浓度减少，因载流子吸收减弱，透射率就逐渐提高。因此，在本实施例中，所述正面第一层透明导电薄膜3和背面第一层透明导电薄膜9在磁控溅射沉积时通过调整氧流量为1.8cm3.min-1
～2.2cm3.min-1
之间，使得光透过率为85％以上。
37.同时，依据溅射气压相对较小时，气体稀薄，溅射出的原子动能很大，可以与基底的氧离子发生充分反应，提高结晶性；以及溅射速率较低时，靶材溅射到基底的数量较少可以与氧原子充分反应，从而薄膜透过率较大的相关原理。在本实施例中，所述正面第一层透明导电薄膜3和背面第一层透明导电薄膜9在磁控溅射沉积时通过调整溅射气压在0.3pa～0.5pa之间，且低溅射速率在3.4nm.min-1
～5.0nm.min-1
之间，使得第一层tco薄膜光透过率为85％以上的同时具有较好的结晶性。
38.依据相对低的通氧量使得迁移率达到最高，从而实现相对较低的电阻率的原料，本实施例中，所述正面第二层透明导电薄膜2和背面第二层透明导电薄膜10在磁控溅射沉积时通过调整氧流量为0.3cm3.min-1
～0.7 cm3.min-1
，使得第二层透明导电薄膜电阻率最小。
39.同时，依据溅射速率较高时，靶材溅射到基底的数量较多不能与氧原子充分反应，从而形成较多的氧空位，从而提高了载流子浓度从而薄膜电阻率较小的原理，本实施例中，所述正面第二层透明导电薄膜2和背面第二层透明导电薄膜10在磁控溅射沉积时通过调整
溅射气压为0.5pa～0.7pa 之间，且高溅射速率为5.0nm.min-1
～5.5nm.min-1
之间提高了载流子浓度，此气压下射向基底的金属原子与氧原子不充分反应，形成较多的氧空位，从而实现了载流子浓度的提高。
40.为了进一步验证本实用新型提高的tco叠层异质结太阳能结构对于太阳能电池效率的提高，将本实用新型结构与常规hjt电池进行电性能实验对比。
41.应用本实用新型tco叠层异质结太阳能结构的hjt电池的制备方法如下：
42.(
ⅰ
)对n型晶体硅基底进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
43.(
ⅱ
)通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm；背面掺杂非晶硅薄膜选用p 型非晶硅，厚度为15nm，正面掺杂非晶硅薄膜选用n型非晶硅，厚度为 20nm；
44.(
ⅲ
)通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面第一层透明导电薄膜的沉积参数控制为：氧流量(1.8cm3.min-1
～2.2cm3.min-1
)、溅射气压(0.3pa～0.5 pa)和低溅射速率(3.4nm.min-1
～5.0nm.min-1
)，厚度40nm～50nm；
45.(
ⅳ
)通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面第二层透明导电薄膜的沉积参数控制为：氧流量(0.3cm3.min-1
～0.7cm3.min-1
)、溅射气压(0.5pa～0.7 pa)和高溅射速率(5.0nm.min-1
～5.5nm.min-1
)，厚度40nm～50nm；
46.(
ⅴ
)通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
47.(
ⅵ
)固化温度200℃。
48.(
ⅶ
)进行测试电池的电性能。
49.常规hjt电池的制备方法如下：
50.(
ⅰ
)对n型晶体硅基底进行制绒处理，形成金字塔绒面，去除杂质离子及进行表面清洁；
51.(
ⅱ
)通过等离子体化学气相沉积制备正背面的双本征非晶硅层及掺杂非晶硅层，正背面本征非晶硅厚度为10nm；背面掺杂非晶硅薄膜选用p 型非晶硅，厚度为15nm，正面掺杂非晶硅薄膜选用n型非晶硅，厚度为 20nm；
52.(
ⅲ
)通过磁控溅射沉积ito薄膜，正背面ito薄膜厚度为100nm, 采用载板上支撑硅片形成掩膜设计，掩膜宽度1.5mm；
53.(
ⅳ
)通过丝网印刷形成正背面银金属电极，主栅宽度为1mm，主栅数目为5，正背面银副栅线宽度为40μm，线数为100；
54.(
ⅴ
)固化温度200℃。
55.(
ⅵ
)进行测试电池的电性能。
56.将上述两种方法制备的hjt电池进行性能测试，结果如下：
57.电性能eta(％)isc(ma.cm-2
)ff(％)voc常规hjt电池0000应用本技术电池0.12260.60
58.通过上述对比可以看出，应用本实用新型结构的hjt电池具有更优异的电性能。
59.以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领
域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。