一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法。該石墨烯硅太陽(yáng)電池，由上而下依次包括以下結(jié)構(gòu)：正面金屬電極、氮化硅薄膜、石墨烯薄膜、N型硅薄層、P型硅基體和背面金屬電極構(gòu)成。該太陽(yáng)電池可以大幅降低太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻，提高電池收集電流的能力，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。另外，因?yàn)槭┑膶?dǎo)電能力很強(qiáng)，可以降低銀漿的使用量，達(dá)到降低成本的作用。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于硅太陽(yáng)電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)燃煤發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染，以及核電的安全問(wèn)題等原因，近年來(lái)太陽(yáng)能光伏行業(yè)作為一種新型綠色能源越來(lái)越受到人們的重視，尤其是晶體硅電池，因?yàn)槠漭^高的光電轉(zhuǎn)換效率以及穩(wěn)定的性能，其市場(chǎng)份額占到90%左右。然而與常規(guī)發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池成本比較高，導(dǎo)致其不能大規(guī)模應(yīng)用。影響太陽(yáng)能發(fā)電的因素一個(gè)是制作成本高，另一個(gè)因素是轉(zhuǎn)換效率較低。
[0003]石墨烯的問(wèn)世受到越來(lái)越多的關(guān)注，很多獨(dú)特的性能正在被逐步發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到很多領(lǐng)域。其高透光性和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，使石墨烯成為太陽(yáng)能電池的材料提供了很好的基礎(chǔ)。
[0004]當(dāng)前常規(guī)晶硅太陽(yáng)能電池片的制造工藝一般有如下幾個(gè)步驟:化學(xué)清洗及表面織構(gòu)化處理、擴(kuò)散制結(jié)、邊緣刻蝕和去磷硅玻璃、沉積減反射膜、印刷電極、燒結(jié)。太陽(yáng)能電池片在將光能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程中，其內(nèi)部產(chǎn)生的光生載流子需要通過(guò)外部印刷的電極收集并引出，然后與外部電路連接，從而將電流輸送出來(lái)。
[0005]由于目前為了降低串聯(lián)電阻，提高電流收集能力，因此現(xiàn)有技術(shù)的柵線遮光率達(dá)到了 6 %以上，降低了太陽(yáng)能電池片的利用效率。除此之外，印刷電極時(shí)需要貴重金屬作為導(dǎo)電漿料，主柵線和副柵線覆蓋在硅片上的面積較大也必然使得導(dǎo)電漿料的使用增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述存在的缺陷而提供一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法。該太陽(yáng)電池可以大幅降低太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻，提高電池收集電流的能力，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。另外，因?yàn)槭┑膶?dǎo)電能力很強(qiáng)，可以降低銀漿的使用量，達(dá)到降低成本的作用。
[0007]本發(fā)明的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池及其制作方法技術(shù)方案為,一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，由上而下依次包括以下結(jié)構(gòu):正面金屬電極、氮化硅薄膜、石墨烯薄膜、N型硅薄層、P型娃基體和背面金屬電極構(gòu)成。
[0008]正面金屬電極穿透氮化娃薄膜和石墨烯薄膜與N型娃薄層接觸。
[0009]正面金屬電極為Ag電極。
[0010]氮化娃薄膜厚度為80_90nm。
[0011]石墨烯薄膜厚度為l-10nm。
[0012]N型硅薄層擴(kuò)散方阻為80-90歐姆，結(jié)深0.2-0.5 μ m。
[0013]一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法，包括以下步驟:
(I)將P型基體單晶或多晶硅片放在化學(xué)溶液中將表面腐蝕成絨面結(jié)構(gòu)；
(2 )通過(guò)將磷原子高溫?cái)U(kuò)散或者磷離子注入法完成正面磷摻雜，形成N型硅薄層； (3)通過(guò)化學(xué)溶液或等離子法對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕去邊并清洗；
(4)在N型硅薄層上制備生成石墨烯薄層；
(5)通過(guò)PECVD法鍍上氮化硅薄層；
(6)印刷正面與背面電極。
[0014]步驟(4)所述的石墨烯薄層通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、碳化硅表面外延法、氧化減薄法、粘膠帶法或硅表面生長(zhǎng)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015]步驟(4)所述的石墨烯薄層為一層以上石墨烯。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
1.石墨烯層上覆蓋氮化硅薄膜層可以實(shí)現(xiàn)減反射和鈍化效果，并保護(hù)石墨烯層不受污染與物理破壞；
2.石墨稀可以作為導(dǎo)電材料提聞電池電流，從而提聞轉(zhuǎn)換效率；
3.減少貴金屬銀電極的遮蓋面積，降低電池成本。
[0017]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1所示為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，1.正面金屬電極、2.氮化硅薄膜、3.石墨烯薄膜、4.N型硅薄層、5.P型硅基體、6.背面金屬電極。
[0019]【具體實(shí)施方式】:
為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實(shí)例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。
[0020]實(shí)施例1
如說(shuō)明書附圖圖1所示，本發(fā)明一種石墨烯硅太陽(yáng)電池由上而下依次包括以下結(jié)構(gòu):正面金屬電極1、氮化硅薄膜2、石墨烯薄膜3、N型硅薄層4、P型硅基體5和背面金屬電極6構(gòu)成。
[0021]所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法如下:
1)將P型多晶硅片浸入HF:HN03=2:1的混合液中進(jìn)行制絨處理，在P型硅基體5表面形成絨面；
2)把制絨后的硅片放入擴(kuò)散爐進(jìn)行磷擴(kuò)散形成N型硅薄層4，擴(kuò)散溫度890°C，擴(kuò)散方阻在80-90歐姆，結(jié)深約0.2-0.5 μ m ;
3)采用HF+HN03—定比例混合液對(duì)擴(kuò)散后硅片進(jìn)行刻邊處理，然后使用HF酸進(jìn)行清洗及去除氧化層；
4)使用化學(xué)氣相沉積法在N型硅薄層4上制作5nm石墨烯薄層3，然后再使用PECVD法鍍上氮化硅薄膜2，厚度大約80-90nm。
[0022]5)將鍍膜后的硅片背面印刷Ag電極及Al背場(chǎng)漿料并烘干，在η型摻雜的正面印刷Ag漿料，然后通過(guò)帶式燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為930-960°C，完成石墨烯電池的制作。
[0023]按照上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果:采用多晶硅片制作的電池效率提升0.1%，同時(shí)銀漿的消耗量降低8%。
[0024]實(shí)施例2
如說(shuō)明書附圖圖1所示，本發(fā)明一種石墨烯硅太陽(yáng)電池由上而下依次包括以下結(jié)構(gòu):正面金屬電極1、氮化硅薄膜2、石墨烯薄膜3、N型硅薄層4、P型硅基體5和背面金屬電極6構(gòu)成。
[0025]所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法如下:
1)將P型多晶硅片浸入HF:HN03=2:1的混合液中進(jìn)行制絨處理，在P型硅基體5表面形成絨面；
2)把制絨后的硅片放入擴(kuò)散爐進(jìn)行磷擴(kuò)散形成N型硅薄層4，擴(kuò)散溫度890°C，擴(kuò)散方阻在80-90歐姆，結(jié)深約0.2-0.5 μ m ;
3)采用HF+HN03—定比例混合液對(duì)擴(kuò)散后硅片進(jìn)行刻邊處理，然后使用HF酸進(jìn)行清洗及去除氧化層；
4)使用化學(xué)氣相沉積法在N型硅薄層4上制作Snm石墨烯薄層3，然后再使用PECVD法鍍上氮化硅薄膜2，厚度大約80-90nm。
[0026]5)將鍍膜后的硅片背面印刷Ag電極及Al背場(chǎng)漿料并烘干，在η型摻雜的正面印刷Ag漿料，然后通過(guò)帶式燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度為930-960°C，完成石墨烯電池的制作。
[0027]按照上述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果:采用多晶硅片制作的電池效率提升0.08%,同時(shí)銀漿的消耗量降低10%。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，由上而下依次包括以下結(jié)構(gòu):正面金屬電極、氮化硅薄膜、石墨烯薄膜、N型硅薄層、P型硅基體和背面金屬電極構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，正面金屬電極穿透氮化硅薄膜和石墨烯薄膜與N型硅薄層接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，正面金屬電極為Ag電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，氮化硅薄膜厚度為80_90nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，石墨烯薄膜厚度為1-1Onm0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池，其特征在于，N型硅薄層擴(kuò)散方阻為80-100 歐姆，結(jié)深 0.2-0.5 μ mo
7.如權(quán)利要求1所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: (I)將P型基體單晶或多晶硅片放在化學(xué)溶液中將表面腐蝕成絨面結(jié)構(gòu)； (2 )通過(guò)將磷原子高溫?cái)U(kuò)散或者磷離子注入法完成正面磷摻雜，形成N型硅薄層； (3)通過(guò)化學(xué)溶液或等離子法對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕去邊并清洗； (4)在N型硅薄層上制備生成石墨烯薄層； (5)通過(guò)PECVD法鍍上氮化硅薄層； (6)印刷正面與背面電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法，其特征在于，步驟(4)所述的石墨烯薄層通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、碳化娃表面外延法、氧化減薄法、粘膠帶法或娃表面生長(zhǎng)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨烯硅太陽(yáng)電池的制作方法，其特征在于，步驟(4)所述的石墨烯薄層為一層以上石墨烯。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK104134706SQ201410340422
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】李鋼 申請(qǐng)人:山東力諾太陽(yáng)能電力股份有限公司