專利名稱：帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅(下文簡(jiǎn)稱為al0)薄膜的晶體硅太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的傳統(tǒng)晶體硅電池包括以下結(jié)構(gòu)電池襯底、金字塔型絨面結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、SIN 鈍化層、正負(fù)電極。傳統(tǒng)晶體硅電池工藝基本步驟是這樣的1、硅片檢測(cè)后首先是表面制絨，一般采用NaOH(氫氧化鈉)溶液腐蝕電池片形成金字塔型絨面結(jié)構(gòu)，以增加電池的光吸收，此即所謂的濕法制絨技術(shù)；然后磷擴(kuò)散形成PN 結(jié)；(plasma enhanced chemical vapor deposition^ 化學(xué)氣相沉積)工藝生長SIN鈍化電池表面，該層SIN起到減反射膜的作用；3、最后再絲網(wǎng)印刷正負(fù)電極。通過絲印技術(shù)得到的柵線收集光生電流，但是柵線的存在又會(huì)遮擋部分電池的受光面積(約8% )，改進(jìn)的辦法是取折中，在串聯(lián)電阻盡量小的情況下，采用最少數(shù)量的柵線。目前常見的是45條細(xì)柵，2條主柵，寬度各廠家不完全相同。盡管如此，柵線阻擋電池的受光面積的缺點(diǎn)還是不能完全克服。在現(xiàn)有的薄膜非晶硅和微晶硅太陽能電池工藝中，陷光結(jié)構(gòu)多是依靠在玻璃襯底上制備絨面結(jié)構(gòu)的TCO (透明導(dǎo)電氧化物，transparent conductive oxide簡(jiǎn)稱TC0)材料來實(shí)現(xiàn)的，例如Sn02:F或&ι0:Α1或等，這類TCO薄膜的禁帶寬度較大(約:3ev) — 般厚度在6000A左右，透過率高(大于90% )，方塊電阻在5歐姆左右，對(duì)于&ι0:Α1薄膜的陷光結(jié)構(gòu)的制備，德國Julich太陽能研究所已經(jīng)有相關(guān)的報(bào)道，制備方法簡(jiǎn)單，就是利用弱酸腐蝕高電導(dǎo)率的&ι0:Α1薄膜得到類似月球坑的絨面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然不是金字塔型絨面結(jié)構(gòu)，卻可以產(chǎn)生與金字塔狀的絨面TCO相同的光散射效果。但是迄今為止，在晶體硅太陽能電池上還未見這種類似月球坑的絨面結(jié)構(gòu)。如能將薄膜非晶硅和微晶硅太陽能電池工藝中的月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)移植到晶體硅太陽能電池上，應(yīng)該能夠帶來技術(shù)上和市場(chǎng)上的廣闊前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池及其制造方法，能夠增大太陽能電池的受光面積，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，從而得到一種廉價(jià)，高效的太陽能電池。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池的制作方法，至少包括以下步驟在電池襯底表面擴(kuò)散PN結(jié)；在所述PN結(jié)表面生長本征氧化鋅高阻層；在所述本征氧化鋅高阻層上制備一層低阻氧化鋅薄膜；用稀酸溶液腐蝕所述低阻氧化鋅薄膜表面，形成具有月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)的低阻氧化鋅絨面薄膜；印刷引線電極和背場(chǎng)；燒結(jié)形成電池片。其中所述電池襯底為無絨P型襯底；所述PN結(jié)結(jié)深為250 300nm。其中所述本征氧化鋅高阻層通過PECVD方法生長在所述PN結(jié)表面，厚度為lOnm。其中所述低阻氧化鋅薄膜通過磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法生長于所述本征氧化鋅高阻層表面，所述低阻氧化鋅薄膜厚度為600 1500nm、方塊電阻為5歐姆，可見光區(qū)平均透過率在90%以上。其中所述稀酸溶液是稀鹽酸，稀醋酸，或稀氫氟酸中的一種。其中所述稀酸溶液是體積百分比為0. 的稀鹽酸，對(duì)所述低阻氧化鋅薄膜腐蝕20-50秒，形成月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)的絨度為10% -70%。其中所述引線電極和背場(chǎng)用絲網(wǎng)印刷的方法分別印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面以及所述電池背面。本發(fā)明還提出了一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池，包括電池襯底、以及生長于所述襯底上的PN結(jié)；還包括本征氧化鋅高阻層，生長于所述PN結(jié)表面；低阻氧化鋅絨面薄膜，生長于所述本征氧化鋅高阻層表面，帶有月球坑狀絨面陷光結(jié)構(gòu)；引線電極、以及背場(chǎng)。其中所述本征氧化鋅高阻層是通過PECVD的方法沉積于所述PN結(jié)表面，厚度為 IOnm0其中所述低阻氧化鋅絨面薄膜厚度為600 1500nm，其上的所述月球坑狀絨面陷光結(jié)構(gòu)的絨度為10 % -70 %，方塊電阻為5歐姆，其可見光區(qū)平均透過率在90 %以上。其中所述引線電極印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面；所述背場(chǎng)印刷于所述電池背面。其中所述引線電極為4個(gè)，分別印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面邊緣的4個(gè)點(diǎn)，所述引線電極的材質(zhì)為銀。本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明的電池采用透明導(dǎo)電膜同時(shí)可擔(dān)任正電極，完全克服了傳統(tǒng)電池柵線不透明阻擋受光面積的缺點(diǎn)，增大太陽能電池的受光面積。2、在制絨方面以稀鹽酸濕法腐蝕ZnO替代NaOH腐蝕硅的傳統(tǒng)制絨工藝，新的濕法腐蝕ZnO僅需30秒左右，藥液的消耗也明顯減少，從而降低了成本提高了生產(chǎn)效率。3、同時(shí)還用復(fù)合ZnO薄膜替代了傳統(tǒng)的SIN鈍化層，簡(jiǎn)化了電池的生產(chǎn)工藝，大大降低了成本。


圖1所示為本發(fā)明的帶有絨面導(dǎo)電ZnO薄膜的晶體硅太陽能電池的制備工藝流程圖；圖2所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的P型電池襯底示意圖；圖3所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的熱擴(kuò)散后形成PN結(jié)的示意圖；圖4所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的用PECVD和磁控濺射生長的透明電極示意圖， 401為高阻層，402為低阻層；
圖5所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的用稀HCL腐蝕后制備的絨面電極示意圖；圖6所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的絲網(wǎng)印刷電極后的示意圖，其中601為引線點(diǎn)， 602為AL背場(chǎng)；圖7所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的電池正面焊點(diǎn)位置俯視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖并以具體實(shí)施方式
為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本發(fā)明不限于所列出的具體實(shí)施方式
，只要符合本發(fā)明的精神，都應(yīng)該包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的帶絨面導(dǎo)電ZnO薄膜的晶體硅太陽能電池，主要原理是在PN結(jié)的上方設(shè)置了一層由高阻和低阻SiO相結(jié)合的復(fù)合透明薄膜，其中里面是一層ZnO高阻層，最外面一層是絨面導(dǎo)電ZnO薄膜。首先是利用復(fù)合ZnO薄膜取代了傳統(tǒng)的晶體硅電池中絲網(wǎng)印刷的柵線，因低阻ZnO是導(dǎo)電的透明ZnO薄膜，所以不再需要傳統(tǒng)電池中的柵線收集光生電流， 從而增大了電池的受光面積，提高了電流收集效率；其次本發(fā)明在外層的導(dǎo)電ZnO薄膜上制備月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)，取代了傳統(tǒng)電池直接在硅片上制作金字塔型絨面結(jié)構(gòu)；同時(shí)因本發(fā)明的復(fù)合ZnO薄膜還具有減反膜和鈍化層的作用，這樣就不需要額外的SIN鈍化層，從而簡(jiǎn)化了電池的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝。如圖1所示為本發(fā)明的帶有絨面導(dǎo)電ZnO薄膜的晶體硅太陽能電池的制備工藝流程圖，本發(fā)明的方法包括以下步驟步驟101 單面擴(kuò)散形成PN結(jié)，在無絨P型電池襯底表面擴(kuò)散PN結(jié)。激光刻邊，步驟102 在電池襯底表面通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法淀積薄層本征ZnO作為高阻層，該ZnO高阻層還起到鈍化電池表面的作用。步驟103 在高阻層上用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法制備一層低阻ZnO薄膜。步驟104 用稀HCL腐蝕低阻ZnO表面形成月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)。步驟105 用絲網(wǎng)印刷的辦法印刷正面引線電極和Al背場(chǎng)。步驟106 燒結(jié)形成電池片。圖2 6是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的制作過程中的電池結(jié)構(gòu)示意圖，分別對(duì)應(yīng)圖1中的各步驟如圖2所示為P型電池襯底示意圖，對(duì)應(yīng)步驟101，本發(fā)明選用常規(guī)晶硅襯底，在晶體硅電池片上采用P0CL3(三氯氧磷)擴(kuò)散的方法形成PN結(jié)構(gòu)，結(jié)深控制在250 300nm 左右。在一個(gè)具體實(shí)施例中，采用無絨P型電池襯底201，P型電池襯底201為商用無絨125 單晶硅或者156多晶硅，在一個(gè)具體實(shí)施例中，單晶硅電阻率為0. 5-3 Ω · cm ；在另一個(gè)具體實(shí)施例中，多晶硅電阻率為0. 5-6 Ω · cm。如圖3所示為熱擴(kuò)散后形成PN結(jié)的示意圖，仍然對(duì)應(yīng)步驟101，在電池襯底201 表面擴(kuò)散PN結(jié)301。在一個(gè)具體實(shí)施例中，將電池襯底201放入擴(kuò)散爐中擴(kuò)散，擴(kuò)散溫度 800 950°C，擴(kuò)散源采用P0CL3液態(tài)源，得到的PN結(jié)結(jié)深在0. 25 0. 35um左右，方塊電阻40 50歐姆左右，出爐后用HF漂凈電池片表面由于擴(kuò)散形成的磷硅玻璃。如圖4所示為用PECVD和磁控濺射生長的透明電極示意圖，對(duì)應(yīng)步驟102和103， 先用PECVD的方法在電池片PN結(jié)301的表面沉積一層IOnm左右本征ZnO高阻層401，高阻層401的作用是取代了傳統(tǒng)的晶體硅電池中鈍化層的作用，用來鈍化電池表面，改善高摻雜的ZnO與高摻雜硅表面的由于摻雜造成的大量界面態(tài)。然后利用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法在高阻層401上再生長一層低阻ZnO薄膜——即高電導(dǎo)的ZnO透明導(dǎo)電薄膜402。ZnO透明導(dǎo)電薄膜402與高阻層401相結(jié)合形成的復(fù)合ZnO薄膜，取代了傳統(tǒng)晶體硅電池中絲網(wǎng)印刷柵線的作用，由于低阻ZnO薄膜是透明導(dǎo)電薄膜，所以不再需要傳統(tǒng)電池中的柵線收集光生電流，從而增大了電池的受光面積和電流收集效率。在一個(gè)具體實(shí)施例中，ZnO透明導(dǎo)電薄膜402是一層600 1500nm、且方塊電阻為5歐姆左右的低阻ZnO薄膜層402，通過優(yōu)化濺射工藝，可以將該ZnO薄膜層402 的可見光區(qū)平均透過率控制在90%以上。如圖5所示為用稀HCL腐蝕后制備的絨面電極示意圖，對(duì)應(yīng)步驟104，選取的藥液可以是稀鹽酸，稀醋酸，也可以是稀氫氟酸等弱酸，對(duì)低阻ZnO薄膜層402進(jìn)行腐蝕，得到類似月球坑的絨面陷光結(jié)構(gòu)的SiO薄膜501，薄膜501使得光照在硅片表面經(jīng)過多次反射和折射，增加了對(duì)光的吸收。薄膜501的絨度可以通過調(diào)整酸液的濃度和腐蝕時(shí)間來控制。在一個(gè)具體實(shí)施例中，采用體積百分比為0. 的稀HCL對(duì)低阻ZnO薄膜層402腐蝕 20-50秒，得到的薄膜501的絨度為10% -70%。本步驟中采用了稀HCL腐蝕&ι0，取代了傳統(tǒng)的NaOH腐蝕硅的制絨工藝，傳統(tǒng)工藝為NaOH與IPA混合液，其中NaOH濃度約為5%，溫度80度，腐蝕時(shí)間15分鐘，而本發(fā)明一般僅需30秒左右，所以藥液的消耗明顯減少，從而降低了成本提高了生產(chǎn)效率。如圖6所示為絲網(wǎng)印刷電極后的示意圖，對(duì)應(yīng)步驟105，在電池受光面的薄膜501 表面印刷引線電極。在一個(gè)具體實(shí)施例中，電池受光面的薄膜501表面的邊緣的4個(gè)點(diǎn)印刷引線電極，其中601為引線點(diǎn)，引線點(diǎn)的材料與傳統(tǒng)柵線材料相同，為銀漿，每個(gè)引線電極長度約為2 5mm，寬度約2mm，請(qǐng)同時(shí)參見圖7所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的電池正面焊點(diǎn)位置俯視圖。以及在電池背面印刷Al背場(chǎng)602。Al背場(chǎng)602與傳統(tǒng)電池相同，材料為銀鋁漿。最后經(jīng)過合金工藝就得到完整的電池片(圖中未示)，因該步驟屬于本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，故不再贅述。綜上，本發(fā)明的帶有絨面導(dǎo)電ZnO薄膜的晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)主要包括電池襯底、PN結(jié)、ZnO高阻層(同時(shí)起到鈍化層的作用)、帶有月球坑狀絨面陷光結(jié)構(gòu)的低阻 ZnO絨面薄膜、正負(fù)電極。因本發(fā)明采用了 ZnO高阻層401與ZnO薄膜501相結(jié)合的ZnO復(fù)合薄膜，在用作電池的鈍化層的同時(shí)還作為電極使用，所以本發(fā)明的電池不需要傳統(tǒng)電池中的鈍化層、也不需要收集光生電流的柵線，只需要印刷引線點(diǎn)601即可，從而完全避免了柵線擋光的缺陷， 增大了電池的受光面積，簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)和制備工藝。另外，在制絨工藝方面，本發(fā)明采用了稀HCL腐蝕&ι0，取代了傳統(tǒng)的NaOH腐蝕硅的制絨工藝，腐蝕時(shí)間短藥液消耗明顯減少，降低了成本提高了生產(chǎn)效率。以上所述結(jié)構(gòu)及制備工藝，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池的制作方法，至少包括以下步驟在電池襯底表面擴(kuò)散PN結(jié)；在所述PN結(jié)表面生長本征氧化鋅高阻層；在所述本征氧化鋅高阻層上制備一層低阻氧化鋅薄膜；用稀酸溶液腐蝕所述低阻氧化鋅薄膜表面，形成具有月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)的低阻氧化鋅絨面薄膜；印刷引線電極和背場(chǎng)；燒結(jié)形成電池片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述電池襯底為無絨P型襯底；所述PN結(jié)結(jié)深為250 300nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述本征氧化鋅高阻層通過PECVD方法生長在所述PN結(jié)表面，厚度為10nm。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是所述低阻氧化鋅薄膜通過磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法生長于所述本征氧化鋅高阻層表面，所述低阻氧化鋅薄膜厚度為600 1500nm、方塊電阻為5歐姆，可見光區(qū)平均透過率在90%以上。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征是所述稀酸溶液是稀鹽酸，稀醋酸，或稀氫氟酸中的一種。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述稀酸溶液是體積百分比為 0. 的稀鹽酸，對(duì)所述低阻氧化鋅薄膜腐蝕20-50秒，形成月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)的絨度為10% -70%。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征是所述引線電極和背場(chǎng)用絲網(wǎng)印刷的方法分別印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面以及所述電池背面。
8.一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池，采用如權(quán)利要求1 7所述方法制造，所述晶體硅太陽能電池包括電池襯底、以及生長于所述襯底上的PN結(jié)，其特征是所述晶體硅太陽能電池還包括本征氧化鋅高阻層，生長于所述PN結(jié)表面；低阻氧化鋅絨面薄膜，生長于所述本征氧化鋅高阻層表面，帶有月球坑狀絨面陷光結(jié)構(gòu)；引線電極、以及背場(chǎng)。
9.如權(quán)利要求8所述的晶體硅太陽能電池，其特征是所述本征氧化鋅高阻層是通過 PECVD的方法沉積于所述PN結(jié)表面，厚度為lOnm。
10.如權(quán)利要求8或9所述的晶體硅太陽能電池，其特征是所述低阻氧化鋅絨面薄膜厚度為600 1500nm，其上的所述月球坑狀絨面陷光結(jié)構(gòu)的絨度為10%-70%，方塊電阻為 5歐姆，其可見光區(qū)平均透過率在90%以上。
11.如權(quán)利要求8、9或10所述的晶體硅太陽能電池，其特征是所述引線電極印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面；所述背場(chǎng)印刷于所述電池背面。
12.如權(quán)利要求8、9、10或11所述的晶體硅太陽能電池，其特征是所述引線電極為4 個(gè)，分別印刷于所述低阻氧化鋅絨面薄膜表面邊緣的4個(gè)引線點(diǎn)，所述引線點(diǎn)的材質(zhì)為銀。
全文摘要
一種帶絨面導(dǎo)電氧化鋅薄膜的晶體硅太陽能電池及其制造方法，制造方法包括在電池襯底表面擴(kuò)散PN結(jié)；在所述PN結(jié)表面生長本征氧化鋅高阻層；在所述本征氧化鋅高阻層上制備一層低阻氧化鋅薄膜；用稀酸溶液腐蝕所述低阻氧化鋅薄膜表面，形成月球坑狀的絨面陷光結(jié)構(gòu)；印刷焊點(diǎn)和背場(chǎng)；燒結(jié)形成電池片。由于透明導(dǎo)電膜同時(shí)可擔(dān)任正電極，完全克服了傳統(tǒng)電池柵線不透明阻擋受光面積的缺點(diǎn)，增大太陽能電池的受光面積。同時(shí)透明導(dǎo)電膜替代了傳統(tǒng)鈍化層，簡(jiǎn)化了工藝，另外在制絨方面以稀鹽酸濕法腐蝕氧化鋅，僅需30秒左右，藥液的消耗也明顯減少，從而降低了成本提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C30B33/10GK102569434SQ201010607488
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉金彪, 李俊峰, 歐文, 熊文娟 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所