一種晶體硅太陽能電池透明導電組合體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶體硅太陽能電池透明導電組合體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1954年第一塊太陽能電池在貝爾實驗室誕生以來，晶體硅太陽能電池得到了廣泛的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換效率不斷提升，生產(chǎn)成本持續(xù)下降。目前，晶體硅太陽能電池占太陽能電池全球市場總額的80%以上，晶體硅電池片的產(chǎn)線轉(zhuǎn)換效率目前已突破20%，全球年新增裝機容量約50GW且增速明顯，與火力發(fā)電的度電成本不斷縮小，在未來幾年有望與之持平。晶體硅太陽能電池作為一種清潔能源在改變能源結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境壓力等方面的重要作用日益凸顯。
[0003]晶體硅太陽能電池要想繼續(xù)保持競爭力、獲得更大的發(fā)展與應(yīng)用，必須進一步提高轉(zhuǎn)換效率，同時降低生產(chǎn)成本。目前晶體硅電池的受光面電極采用銀漿絲網(wǎng)印刷的方式形成近百條細柵和若干條主柵，此工序使用的物料成本昂貴，且銀電極會造成電池片表面5%?7%的面積形成對光的遮擋，大大降低了電池片的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]如何在減少遮光面積與保持良好的導電性之間進行平衡，是近幾年晶體硅電池技術(shù)研究的一個重點。由于漿料技術(shù)與印刷技術(shù)的進步，晶體硅電池的受光面電極細柵寬度不斷減小，根據(jù)SEMI預(yù)測，到2020年細柵的寬度將減小至35微米以下，同時主柵采用多主柵及無主柵。在這個柵線細化技術(shù)過程中，電極的遮光面積有所下降，導電性有所提升，同時獲得了效率的提升與成本的下降。但隨著柵線寬度的不斷減小，電極制備的工藝難度不斷加大，進一步提高效率、降低生產(chǎn)成本的空間縮小。
[0005]透明導電膜同時具有良好的透光性與導電性，是太陽能電池電極的理想材料，有望徹底解決金屬電極的光遮擋及成本問題。雖然透明導電膜在薄膜及異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用已非常成熟，但在市場主流的晶體硅太陽能電池中應(yīng)用卻不多見，其主要原因是與現(xiàn)有工藝的匹配性較差、接觸電阻較高等。所以，盡快推動透明導電膜在主流晶體硅太陽能電池中的應(yīng)用是未來研究的熱點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供了一種晶體硅太陽能電池透明導電組合體及其制備方法，該透明導電組合體采用與硅基體局部接觸的透明導電膜作為太陽能電池的正面或背面透明電極，局部接觸區(qū)域為重摻雜，以有利于透明導電膜與硅基體形成良好的歐姆接觸。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]所述的透明導電組合體設(shè)置在體硅太陽能電池的正面和/或背面，包括:設(shè)置在鈍化膜/減反射膜上的透明導電膜，及設(shè)置在透明導電膜上的金屬電極，鈍化膜/減反射膜設(shè)置在晶體硅片上；所述的晶體硅片的正面或背面設(shè)置有按照規(guī)則圖案布置的局部重摻雜區(qū)，所述的局部重摻雜區(qū)與對應(yīng)位置的透明導電膜直接接觸，透明導電膜將按照規(guī)則圖案布置的局部重摻雜區(qū)及透明導電膜上的金屬電極連接成為晶體硅電池電極的透明導電組合體。
[0009]所述的透明導電膜為ITO薄膜、AZO薄膜、GZO薄膜、FTO薄膜、IWO薄膜和石墨烯薄膜中的一種或多種疊層構(gòu)成。
[0010]局部重摻雜區(qū)采用陣列圖案排布，其圖案為一維、二維幾何圖形或一維與二維幾何圖形的組合;一維幾何圖形選自:線段、虛線段、弧線或柵線狀;二維幾何圖形選自:圓形、橢圓形、紡錘形、環(huán)形、多邊形、多角形或扇形。
[0011]所述一維幾何圖形的線寬為30?lOOum，長度為0.05?1.5mm;同一行中相鄰兩個線形的間距為0.5?2mm，同一列中相鄰兩個線形的間距為0.5?2mm。
[0012]所述二維幾何圖形X、Y方向的長度均為30?200um，相鄰兩個圖形中心距為0.8?2mm ο
[0013]所述透明導電膜上的金屬電極為銀電極、鋁電極、鎳電極、銅電極、合金電極或金屬復(fù)合電極;金屬電極的排布圖案為一組平行線段或多組平行線段的組合，線段的寬度為20?2000um，數(shù)量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm。
[0014]—種晶體硅太陽能電池透明導電組合體的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)將晶體硅片采用化學藥液腐蝕、等離子刻蝕、納米金屬催化或激光刻蝕的方法進行表面織構(gòu)化處理；
[0016]2)對晶體硅片進行摻雜處理以形成PN結(jié)；
[0017]3)在晶體硅片的正面或背面形成局部重摻雜區(qū)；形成局部重摻雜區(qū)的方法為:
[0018]a)按規(guī)則圖形采用印刷、噴涂或3D打印的方法將摻雜劑涂敷在硅片正面或背面的減反射膜/鈍化膜上，再采用激光對涂敷的摻雜劑進行脈沖加熱，使雜質(zhì)原子穿透減反射膜/鈍化膜向硅基體擴散形成局部重摻雜區(qū)域;或者，
[0019]b)在經(jīng)過熱擴散的硅片表面按規(guī)則圖形噴掩膜，再采用濕法刻蝕的方法進行清洗，在噴掩膜的區(qū)域形成局部重摻雜；
[0020]4)對于按b)方法形成的局部重摻雜，隨后需制備減反射膜/鈍化膜，再采用激光或化學腐蝕的方法去除局部重摻雜之上的減反射膜/鈍化膜；
[0021 ] 5)在鈍化膜/減反射膜表面采用濺射、氣相沉積、3D打印、印刷、噴涂工藝制作透明導電膜，透明導電膜的厚度控制在50?500nm;再在透明導電膜上制作金屬電極，金屬電極的排布圖案為一組平行線段或多組平行線段的組合，線段的寬度為20?2000um，數(shù)量為5?100根，線長為2?156mm，相鄰線段之間的距離為0.5?50mm。透明導電膜在重摻雜區(qū)域處與硅基體直接接觸，并將局部重摻雜區(qū)及金屬電極連接成為導電組合體。
[0022]作為本發(fā)明的進一步改進，局部重摻雜區(qū)為N型或P型重摻，重摻雜的方阻為5?50Ω /□。
[0023]作為本發(fā)明的進一步改進，所述的晶體硅片為P型或者N型的單晶硅片、P型或者N型的多晶娃片。
[0024]作為本發(fā)明的進一步改進，所述的透明導電組合體形成于P型或N型硅基體的表面，或形成于P型或N型發(fā)射極表面。
[0025]作為本發(fā)明的進一步改進，減反射膜為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化鈦薄膜中的一種或多種疊層構(gòu)成，厚度為50?10nm;鈍化膜為氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化鋁薄膜和非晶硅薄膜中的一種或多種疊層構(gòu)成，厚度為5?50nmo
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0027]本發(fā)明使制作太陽能電池電極為透明導電組合體，采用與硅基體局部接觸的透明導電膜作為太陽能電池的正面或背面透明電極，局部接觸區(qū)域為重摻雜，以有利于透明導電膜與硅基體形成良好的歐姆接觸，并通過在透明導電膜制作用于導通電流及便于制作電池組金屬電極。使電池片的受光面積增加了4%?7%，同時保持了電極良好的導電性，使晶體硅電池的轉(zhuǎn)換效率顯著提升。此外，金屬漿料的使用量大幅減少，使得生產(chǎn)成本顯著降低，且生產(chǎn)上易于實現(xiàn)、控制。避免了金屬電極光遮擋造成的功率損失，很好的平衡了晶硅電極光遮擋與導電性之間的兩難問題，使電池的轉(zhuǎn)換效率提升、生產(chǎn)成本降低。
[0028]本發(fā)明的制備方法通過激光開模摻雜、二次擴散、離子注入、掩膜刻蝕、摻雜劑涂敷等方法在晶體硅片的正面或背面按特定的圖形形成局部重摻雜，在局部重摻雜的硅片表面制作透明導電膜，再在透明導電膜的表面制作金屬電極。透明導電膜與重摻雜區(qū)域直接接觸，并將重摻雜區(qū)及金屬電極連接成為一個可作為晶體硅電池電極的透明導電組合體。制備方法簡單，可實現(xiàn)批量化、流程化。
【附圖說明】
[0029]圖1是基于正面透明導電膜局部接觸電極的晶體硅電池剖面示意圖；
[0030]圖2是基于背面透明導電膜局部接觸電極的晶體硅電池剖面示意圖；
[0031]圖3是點狀局部重摻雜分布示意圖；
[0032]圖4是線段狀局部重摻雜分布示意圖；
[0033]其中，1、透明導電I旲，2、純化I旲/減反射I旲，3、局部重慘雜區(qū)，4、晶體娃片，5、金屬電極。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0035]如圖1