硅基sis結(jié)構(gòu)旁路二極管和hit太陽電池的器件集成方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種太陽能電池器件的制備方法，特別是設及一種晶娃太陽能電池的 單元器件集成組件的制備方法，應用于高效晶娃太陽能電池的制備技術(shù)和半導體光電器件
技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] HU結(jié)構(gòu)高效晶娃太陽電池具有工藝相對簡單、制備成本低、使用壽命長等優(yōu)點， 已被大規(guī)模生產(chǎn)和應用。其中，世界上單晶娃異質(zhì)結(jié)太陽電池的轉(zhuǎn)化效率記錄，由松下的 mT+IBC結(jié)構(gòu)電池保持，為25. 6%。然而在光伏發(fā)電系統(tǒng)的總成本中，電池片單元只是運個 系統(tǒng)的發(fā)電機，除電池片外的外設占有相當大的比重。發(fā)電系統(tǒng)還包括分立電池片之間的 互聯(lián)、組件接線盒、漏電保護、逆變器、控制器、變壓器等分立裝置。其中，電池片之間的互聯(lián) 組件和漏電保護器，是保證光伏電站能夠提供穩(wěn)定高功率電能的必要措施。通常，單個電池 片可提供約0. 5V的峰值電壓，運個電壓是無法滿足日常用電的需要，因此將多個電池片串 聯(lián)和并聯(lián)起來，形成電池組件，組件的效率平均達到18%左右。在大型發(fā)電站，還需將多個 組件串聯(lián)或并聯(lián)起來，形成發(fā)電中屯、。若干個電池片的串并聯(lián)原理，要求每個電池片之間相 互匹配，才能正常工作。若其中一個電池片出現(xiàn)失配，那么整個發(fā)電中屯、都面臨擁痕的可 能，即所謂的熱斑效應。
[0003] 熱斑效應是指在一串聯(lián)支路中，某個太陽電池片被陰影遮蔽，因光生電流和電壓 相較其它電池片較低，被當作負載串聯(lián)在組件中，運樣此電池片處于反向偏壓下，會發(fā)熱而 被燒壞。熱斑效應普遍存在于光伏發(fā)電系統(tǒng)中。雖然太陽電池通常安裝在地域開闊、陽光 充足的地區(qū)，然而長期暴露在空氣中，難免有飛鳥、落葉、塵±等遮蔽物落于電池片表面形 成陰影，導致熱斑效應。尤其在我國西北地區(qū)，雖然地廣人稀、太陽能資源豐富，但風沙天氣 會提高電站的維護成本。據(jù)統(tǒng)計熱斑效應使太陽電池組件的實際使用壽命至少減少10%， 發(fā)電功率降低30%。為了防止太陽電池由于熱斑效應而遭到損壞，最好在太陽電池組件的 電極間并聯(lián)一個大功率的旁路二極管，來避免其它的電池片產(chǎn)生的能量被失配的電池片消 耗。然而多個電池片只并聯(lián)一個旁路二極管只能降低熱斑效應的風險，不能保護每個電池 片的安全。若每個電池片都并聯(lián)一個旁路二極管無疑會增加外設成本和空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一 種娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管和HIT太陽電池的器件集成方法，將旁路二極管集成在電池 片上，使娃基SIS(Semiconductor-insulator-semiconductor)結(jié)構(gòu)旁路二極管與高效 陽TGletero-junctionInsulatorthinfilm)太陽能電池的系統(tǒng)集成，不僅減少了娃基電 池熱斑效應的風險，保證每個電池的使用安全，而且降低電池組件的外設成本，并節(jié)約組件 空間，更適合于未來智能化的應用。
[0005] 為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案： 一種娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管和HIT太陽電池的器件集成方法，包括如下步驟： a. 采用n-型導電、晶向為（100)、電阻率為1.0~2.0Q.cm且厚度為130~180ym的 娃單晶片為襯底； b. 將在所述步驟a中選取的娃單晶片經(jīng)化學清洗及表面制絨后，利用陽CVD方法在娃 單晶片的雙面上沉積制備i-a-Si:H本征非晶娃薄膜，然后在娃單晶片正面之上的非晶娃 薄膜的正面上再沉積一層p+-a-Si:H的P+-型非晶娃薄膜，并在娃單晶片背面之下的非晶娃 薄膜的表面上再沉積一層n+-a-Si:H的n+-型非晶娃薄膜，形成厚度為8~20皿的非晶娃 薄膜復合絕緣層；優(yōu)先采用質(zhì)量濃度為0. 2~1. 5%的化OH溶液作為腐蝕溶液，對經(jīng)過化學清 洗后的娃單晶片表面進行制絨，在娃單晶片表面形成絨面結(jié)構(gòu)；進一步優(yōu)選在化OH溶液中 再加入質(zhì)量比為0. 2%的NazSiOs配制成腐蝕溶液，并在對娃單晶片表面進行第一次制絨時 使用； C.利用反應離子刻蝕對在所述步驟b中制備的非晶娃薄膜復合絕緣層進行圖案化處 理，將部分非晶娃薄膜復合絕緣層去除； d. 在所述步驟C中經(jīng)過圖案化處理后，利用射頻磁控瓣射方法，分別在娃單晶片正面 保留的P+-型非晶娃薄膜上和在娃單晶片背面上保留的n+-型非晶娃薄膜上分別沉積制備 厚度為80~100皿的ITO薄膜，作為透明半導體層，并形成形成HIT電池的主要器件結(jié)構(gòu)； e. 在所述步驟C中經(jīng)過圖案化處理后，部分娃單晶片表面裸露出來，化學溶液氧化法 或快速熱氧化法，在娃單晶片的雙面裸露部分的表面上生長厚度為1~5nm的SiOJi膜；在 利用化學溶液氧化法時，優(yōu)先將娃單晶片的雙面裸露部分浸入質(zhì)量濃度為2~5%的HN03溶 液中，生長SiOJl; f. 在所述步驟e中的娃單晶片背面裸露部分的表面上制備的SiOJi膜之上再沉積一 層厚度為80~100nm的AZO薄膜，形成SIS結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)部分； g. 利用質(zhì)量濃度為2~5%的HF溶液，去除在所述步驟e中制備的娃單晶片正面的SiOx 薄膜，使此處的娃單晶片表面的正面部分再次裸漏出來； h. 在所述步驟d中完成ITO薄膜制備后，再利用熱蒸發(fā)或掩膜方法，在娃單晶片兩 側(cè)的ITO薄膜上分別沉積制備Ag/Al雙金屬層結(jié)合電極或AgAl合金電極，完成口0 / p+-a-Si:H/i-a-Si:H/n-Si/i-a-Si:H/n+-a-Si:H/ 口0 的HIT太陽電池器件結(jié)構(gòu) 的制備；在所述步驟f中完成娃單晶片的背面的AZO薄膜制備后，再利用熱蒸發(fā)或掩膜方 法，在AZO薄膜上制備Ni/Al雙金屬層結(jié)合電極或NiAl合金電極；在經(jīng)所述步驟g處理使 娃單晶片的部分正面再次裸漏出來后，在娃單晶片的正面上制備Al電極，完成AZO/SWx/ n-Si結(jié)構(gòu)器件的制備，從而最終完成娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管和Hn太陽電池的雙功能器 件的集成。
[0006] 本發(fā)明娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管與mT太陽電池的系統(tǒng)集成方法的原理如下： 旁路二極管的作用是為了保護電池片不被熱斑效應燒壞，那么對于旁路二極管有兩個 關(guān)鍵點：①二極管開啟電壓??；②反向擊穿電壓高。旁路二極管與電池片并聯(lián)，但極性相 反。當兩端無偏壓或正向偏壓時，電池片正常工作而旁路二極管處于反向截止狀態(tài)，因此要 求二極管可W抵抗較高的反向偏壓；當兩端加反向偏壓時，大電流可通過旁路二極管使電 池片不受影響，因此二極管必須立即開啟。旁路二極管采用AZO/SiOyn-Si結(jié)構(gòu)，正好具備 運樣兩個條件。AZO/SiOx/n-Si器件在±1. 5V時，整流比為每/為=1670,正向開啟電壓約 0. 3V;且在-2.OV時，反向仍保持截止狀態(tài)；但是在光照下，反向會有光生電流。由于光照 下反向飽和電流不再降低，因此在設計旁路二極管集成實驗時，本發(fā)明將AZO/SiOyn-Si結(jié) 構(gòu)放在背面或者不被光照的區(qū)域，避免反向光生電流導致的旁路效果降低。HIT電池也是 Wn-型娃片作為基底，且轉(zhuǎn)換效率高，可作為旁路二極管集成器件的電池結(jié)構(gòu)。當SIS結(jié) 構(gòu)和HIT結(jié)構(gòu)集成在一起時，器件的電流-電壓響應方程為：
其中/為器件的總電流，心和/bp分別為太陽電池結(jié)構(gòu)器件和旁路二極管結(jié)構(gòu)器件的 電流，A為光生電流。io,W和i〇,bp分別為太陽電池結(jié)構(gòu)器件和旁路二極管結(jié)構(gòu)器件的反向 飽和暗電流，衫3玻爾茲曼常數(shù)，7?絕對溫度，A和A分別為太陽電池結(jié)構(gòu)器件和旁路二 極管結(jié)構(gòu)器件的理想因子。上式第一部分代表HIT結(jié)構(gòu)器件的/-咲系，第二部分代表旁 路二極管的/-咲系，第=部分為光生電流。在正向偏壓下，第二部分近似于0,總電流為光 照下HIT的輸出電流；而在反向偏壓下，第一部分近似于0,總電流為旁路二極管電流與光 生電流的和，從而達到保護太陽電池不被反向偏壓擊穿而燒壞的功能。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點： 1. 本發(fā)明采用AZO/SiOx/n-Si結(jié)構(gòu)器件作為旁路二極管與MT太陽電池進行雙功能 器件的集成，既可W保障電池不被熱斑效應損壞，又降低外設成本、節(jié)約組件空間； 2. 本發(fā)明的SIS結(jié)構(gòu)具備開啟電壓小、反向擊穿電壓高的優(yōu)點，可W保護HIT電池片 不被熱斑效應燒壞。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的SIS旁路二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的SIS旁路二極管在光照和暗條件下的電流-電壓 特性曲線對比圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的mT太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖4是在標準模擬太陽光下，本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的HIT太陽電池的電流-電 壓和功率輸出曲線對比圖。
[0012] 圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的娃基SIS旁路二極管與HIT太陽電池的器件集成 結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的娃基SIS旁路二極管與HIT太陽電池的器件集成 外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖7是本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管和HIT太陽電池的雙功 能器件的系統(tǒng)集成制備方案與流程圖。
[0015] 圖8是在標準模擬太陽光下，本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的集成器件系統(tǒng)的電流-電 壓輸出曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下： 在本實施例中，參見圖1~8, 一種娃基SIS結(jié)構(gòu)旁路二極管和HIT太陽電池的器件集 成方法，包括如下步驟： a. 采用n-型導電、晶向為（100)、電阻率為1.0~2.0Q*cm且厚度為130~180ym的 娃單晶片為襯底； b. 采用標準RCA清洗方法，對步驟a中選取的娃單晶片經(jīng)化學清洗，在清洗時，先在 75°C下將娃單晶片浸入NH4OH、&〇2和HzO的混合質(zhì)量比為1 :1 :5的混合溶液中進行超聲 波清洗10分鐘，再采用去離子水進行再次清洗，然后在75°C下再將娃單晶片浸入HC1、電〇2 和&0的混合質(zhì)量比為1:1:6的另一混合溶液中超聲波清洗10分鐘，完成對娃單晶片的 化學清洗過程；然后在85°C下將經(jīng)過清洗后的娃單晶片浸入化OH和&0的混合質(zhì)量比為 1. 4:100的化OH溶液中進行化學腐蝕40分鐘，由于化OH對娃單晶片腐蝕具有各向異性， 能制備金字塔形絨面結(jié)構(gòu)；對于第1次配液制絨，還需要在化OH和&0的質(zhì)量比為1. 4:100 的化OH溶液中再加入0.2% (質(zhì)量比）的NazSiOs配置混合溶液，來提高絨面制作效果，完成 制絨后，再用去離子水對娃單晶片的制絨面進行沖洗，完成對于（100)的n-型導電直拉娃 片進行絨面制備；將完成絨面制備的娃單晶片在HCl和&0的混合質(zhì)量比為1:6的稀鹽酸 中進行清洗，然后去離子水清洗，