一种柔性高效晶体硅太阳电池及其制造方法

日期:2019-06-12 21:38:02

一种柔性高效晶体硅太阳电池及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性高效晶体硅太阳电池及其制造方法,先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面结构,制作保护层将正面结构保护好,用化学刻蚀方法从背面将衬底减薄至呈现柔性,去除保护层,再制作背面结构及完善正面结构;衬底为晶体硅;完整的正面结构为陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极;保护层在化学刻蚀体系中具有优良的耐腐蚀性,稳定性,完整性;化学刻蚀方法从背面将衬底减薄至一定厚度,表现出优良的柔性;背面结构为背面场/钝化层/背面电极。本发明实现了用晶体硅作为柔性电池的吸收基区,具有优良的光电性能,是获得高效柔性电池的基础。
【专利说明】一种柔性高效晶体硅太阳电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳电池及其制造方法,特别是关于一种柔性高效晶体硅太阳电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]基于非晶体硅的柔性太阳电池,由于材料质量及其自身光电性质的制约,电池的转换效率偏低。
[0003]基于晶体硅的柔性太阳电池,由于其技术路线是先使用外延生长等方法制备柔性晶体硅衬底,再在其上完成电池的制造。导致技术路线难度高,工艺冗长复杂。再加上在很薄的柔性晶体硅衬底上,制作电池结构的技术工艺和常规非柔性晶体硅电池的不兼容,致使制造成本很高。

【发明内容】

[0004]针对上述问题:本发明目的是,采用常规非柔性晶体硅电池的技术工艺,完成部分关键电池结构,然后利用易于低成本大规模化的化学刻蚀方法,仅从背面将晶体硅衬底减薄至呈现柔性,再使用常规技术完善电池结构;晶体硅衬底工艺保证了电池具有较高的转换效率。
[0005]为了实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
[0006]一种柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其步骤包括:1)采用厚度80?500um,电阻率0.1?1000 Ω.Cm的晶体硅片作为衬底;2)先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面太阳电池结构,完整的正面结构为陷光化处理层/发射区/钝化减反层/正面电极;3)在正面制作IOOnm?IOOum的保护层,保护层为SiNx、AlOx、SiOx、PDMS、PMMA等的单层或叠层;4)在氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氟酸+硝酸(HF+HN03)、氢氟酸+硝酸+醋酸(HF+HN03+CH3C00H)或乙二胺邻苯二酌.(Ethylene DiaminePyrocatechol)化学刻蚀体系中进行腐蚀,将晶体硅衬底从背面减薄至5?50um ;5)去除正面的保护层;6)制作背面结构,背面结构为电极或背面场/钝化层/背面电极,背面结构也包括不需要作任何处理的结构(根据晶硅的不同种类的电池而定);7)根据情形,即制作刻蚀保护层前已制作的正面结构,或再进一步完善正面结构。
[0007]采用厚度>80um,尤其是180±40um厚度的晶体硅片作为衬底;所述晶体硅衬底可以是P型或η型单晶硅片,也可以是P型或η型多晶硅片。事实上180um (微米)左右的晶硅是现有晶硅电池的最常用的厚度。
[0008]制作保护层将一定的正面结构保护好;所述正面的保护层可以是SiNx、AlOx、SiOx等,也可以是PDMS、PMMA等,可以是其中一种的单层,也可以是其中多种的叠层。
[0009]用化学刻蚀方法从背面将衬底减薄到5?50um,呈现非常优良的柔性;所述的化学刻蚀体系可以是氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)等碱性体系,也可以是氢氟酸+硝酸(HF+HN03)、氢氟酸+硝酸+醋酸(HF+HN03+CH3C00H)等酸性体系,还可以是乙二胺邻苯二酌.(Ethylene DiaminePyrocatechoI)等体系。
[0010]制作刻蚀保护层前先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面结构,即正面结构的部分或全部,例如制作至陷光化/发射区,或制作至陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极,或制作至陷光化/发射区/正面电极,甚至衬底先不制作正面结构。
[0011]衬底减薄至呈现柔性后,再制作背面结构,根据情形(或)再进一步完善正面结构,背面结构为背面场/钝化层/背面电极;背面结构的背面场的制作技术涵盖合金化、热扩散、异质结等;钝化层涵盖SiNx、AlOx、SiOx、a-Si等的单层或叠层;背面电极涵盖金属、TCO 等。
[0012]完整的正面结构为陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极;正面结构的陷光化是指将衬底表面进行粗糙陷光处理;发射区的制作技术涵盖热扩散、离子注入、异质结等;钝化减反层涵盖SiNx、AlOx、SiOx、a-S1、MgO等的单层或叠层;正面电极涵盖金属、TCO等。
[0013]本发明的有益效果:本发明实现了用晶体硅作为柔性电池的吸收基区,具有优良的光电性能,是获得高效柔性电池的基础;本发明关键制作方法兼容了常规非柔性晶体硅电池的技术工艺;本发明主要通过使用化学刻蚀方法减薄硅电池(也包括其它材料的柔性电池)制备成柔性电池,易于低成本大规模产业化。本发明最终获得的柔性晶体硅太阳电池的转换效率与常规非柔性单晶硅或多晶硅太阳电池的相当,远高于一般的柔性薄膜电池,因此具有更加广泛的应用。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明提供的一种柔性高效晶体硅太阳电池的结构示意图。
[0015]图2是本发明提供的一种柔性高效晶体硅太阳电池的制造流程图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图1和图2,对本发明进一步详细说明。结构如图所示:发射区1、钝化减反层2、正面电极3、陷光化4、柔性晶体硅衬底5、背面场/背面钝化层6背面电极7
[0017]一种柔性高效晶体硅太阳电池,其特征在于:先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面结构,制作保护层将正面结构保护好,用化学刻蚀方法从背面将衬底减薄至呈现柔性,去除保护层,再制作背面结构及完善正面结构;衬底为晶体硅;完整的正面结构为陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极;保护层在化学刻蚀体系中具有优良的耐腐蚀性,稳定性,完整性;化学刻蚀方法从背面将衬底减薄至一定厚度(例如5?50um),表现出优良的柔性;背面结构为背面场/钝化层/背面电极。
[0018]实施例1,背面全金属电池结构:
[0019]I)采用厚度200±20um,电阻率为I?3Ω.cm的p型单晶硅片作为衬底。
[0020]2)使用常规非柔性晶体硅电池的技术工艺,对衬底制绒陷光化,热扩散形成η型发射区,等离子体干刻去除边缘η型层,去PSG,正面PECVD淀积SiNx钝化减反层,正面丝网印刷银电极,烘烤烧结正面银电极。
[0021]3)正面旋涂?50um的PMMA作为保护层,并烘培固化。
[0022]4)使用HF+HN03+CH3C00H溶液,从背面将衬底减薄至?35um,衬底呈现非常优良的柔性。
[0023]5)去除正面的PMMA保护层。
[0024]6)背面热蒸镀?2um的金属铝层,快速较低温度热退火,形成合金化背面场及背面电极。
[0025]实施例2,钝化正面和背面的电池(PERC)的结构:
[0026]I)采用厚度200±20um,电阻率?50 Ω.cm的η型单晶硅片作为衬底。
[0027]2)使用常规非柔性晶体硅电池的技术工艺,对衬底制绒陷光化,热扩散形成P型发射区,漂浮法酸刻蚀去除背面及边缘P型层,去BSG。
[0028]3)正面PECVD淀积?400nm的SiNx作为保护层。
[0029]4)使用NaOH溶液,从背面将衬底减薄至?35um,衬底呈现非常优良的柔性。
[0030]5)去除正面的SiNx保护层。
[0031]6)背面ALD淀积?80nm的A1203,作为背面钝化层。
[0032]7)在正面电子束蒸镀具有栅线版形的银电极,形成正面电极,然后在正面ALD淀积?80nm的A1203,作为正面钝化减反层。
[0033]8)在背面电子束蒸镀?300nm的金属银层。
[0034]9)较低温度热退火,激活A1203的钝化性能。
[0035]10)在背面激光打点烧结,形成银和硅点阵接触的背面电极。
[0036]实施例3,异质结(HIT)晶体硅电池结构:
[0037]I)采用厚度120±10um,电阻率为I?3Ω.cm的p型单晶硅片作为衬底。
[0038]2)使用NaOH溶液,从双面将衬底减薄至?35um,衬底呈现非常优良的柔性。
[0039]3)背面PECVD淀积?20nm的重掺杂p型a_S1:H,形成背面钝化层及背面场。
[0040]4)在背面热蒸镀?1.5um的金属铝层,作为背面电极。
[0041]5)正面PECVD先淀积?5nm的本征a_S1:H,再淀积?IOnm的η型a_S1:Η,形成正面钝化层及异质结。
[0042]6)在正面磁控溅射淀积?70nm的TC0,并在其上电子束蒸镀具有栅线版形的银电极,形成正面电极。
[0043]7)在较低温度下热退火。
[0044]以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是步骤包括:1)采用厚度80?500um,电阻率0.1?1000 Ω.cm的晶体硅片作为衬底;2)先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面太阳电池结构,完整的正面结构为陷光化处理层/发射区/钝化减反层/正面电极;3)在正面制作IOOnm?IOOum的保护层,保护层为SiNx、AlOx、SiOx、PDMS、PMMA等的单层或叠层;4)在氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氟酸+硝酸(HF+HN03)、氢氟酸+硝酸+醋酸(HF+HN03+CH3C00H)或乙二胺邻苯二酌.(Ethylene DiaminePyrocatechol)化学刻蚀体系中进行腐蚀,将晶体硅衬底从背面减薄至5?50um ;5)去除正面的保护层;6)制作背面结构,背面结构为电极或背面场/钝化层/背面电极。
2.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是采用厚度180±40um晶体硅片作为衬底;所述晶体硅片衬底是P型或η型单晶硅片,或是P型或η型多晶娃片。
3.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是制作保护层将正面结构保护好;所述正面的保护层材料是SiNx、A10x或SiOx,也包括PDMS、PMMA,是上述一种材料的单层、或是上述多种材料的叠层。
4.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是用化学刻蚀方法从背面将衬底减薄到5?50um ;所述的化学刻蚀材料是氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)碱性体系,或是氢氟酸+硝酸(HF+HN03)、氢氟酸+硝酸+醋酸(HF+HN03+CH3C00H)酸性体系,或是乙二胺邻苯二酹(Ethylene DiaminePyrocatechol)体系。
5.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是制作刻蚀保护层前先在晶体硅衬底上制作至适宜的正面结构,即正面结构的部分或全部,包括制作至陷光化/发射区、或制作至陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极、或制作至陷光化/发射区/正面电极。
6.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是衬底减薄至呈现柔性后,再制作背面结构,背面结构为背面电极或背面场/钝化层/背面电极;背面结构的背面场的制作技术涵盖合金化、热扩散、异质结;钝化层涵盖SiNx、A10x、Si0x、a-Si的单层或叠层;背面电极涵盖金属、TC0。
7.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是完整的正面结构为陷光化/发射区/钝化减反层/正面电极;正面结构的陷光化是指将衬底表面进行粗糙陷光处理;发射区的制作技术涵盖热扩散、离子注入、异质结;钝化减反层涵盖SiNx、AlOx、SiOx、a-S1、MgO的单层或叠层;正面电极涵盖金属、TC0。
8.根据权利要求1所述的柔性高效晶体硅太阳电池的制造方法,其特征是衬底减薄至呈现柔性后,再进一步完善正面结构。
【文档编号】H01L31/18GK103943724SQ201410155446
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】余林蔚, 李成栋 申请人:南京大学


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