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一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法

阅读：1090发布：2020-09-01

IPRDB可以提供一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法，步骤包括：1)采用PECVD、等离子体增强物理气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积一层厚度小于100纳米的N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜；2)按硅质量百分比30％－90％的比例，混合高纯P型或N型硅粉、EVA、PET或PI塑料单体得到复合原料；3)采用印刷吹膜或者流延等塑料成膜工艺在N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜上形成一层厚度适当的P型硅/塑料复合薄膜或N型硅/塑料复合薄膜；4)最后采用真空蒸发、溅射工艺制作铝背电极或银背电极，形成多晶硅/非晶硅异质结薄膜太阳能电池。本发明避免了大颗粒多晶硅薄膜难于直接沉积的难点，成本低廉，工艺简单，且光电转换效率高，具有广泛的产业化价值。，下面是一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法，其特征是：(1)、在以透明导电玻璃作衬底上沉积一层N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜，衬底温度为150～400℃，非晶硅薄膜厚度为50～100纳米；(2)、以纯度大于6N、导电类型为P型或N型的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备P型颗粒硅或N型颗粒硅，颗粒硅的平均颗粒度为5～50微米，接着：(3.1)按硅质量百分比为30～90％的比例将P型颗粒硅或N型颗粒硅加入在EVA、PET或PI塑料单体溶液中得到复合材料，将复合材料在 N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜上形成一层厚度为5～50微米的P型颗粒硅/塑料复合膜层或N型颗粒硅/塑料复合膜层；或(3.2)采用流延技术在N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜上沉积一层EVA、PET或PI塑料膜，膜厚为50微米，采用粉末喷涂的工艺将一层P型颗粒硅或N型颗粒硅沉积在温度为300℃的EVA、PET或PI/非晶硅层上，接着施加一定的压力，使得几乎所有的P型颗粒硅或N型颗粒硅嵌入EVA、PET或 PI塑料并和N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜形成接触，(4)、最后在该复合薄膜层上，沉积一层铝背电极或银背电极，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种硅基异质结薄膜太阳能电池的制备方法，属于新能源、半导体光电子学等技术领域。

背景技术

在所有太阳能电池种类中，硅基太阳能电池技术最为成熟，已经获得广泛的应用。这类太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的光电转换效率为24.7％，大规模生产时的光电效率为16％-17％。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18％，工业规模生产的转换效率为10％。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
薄膜太阳能电池还有一个重要优点是适合作与建筑结合的光伏发电组件(BIPV)：双层玻璃封装刚性的薄膜太阳能电池组件，可以根据需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墙，而不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。一方面它具有漂亮的外观，能够发电；另一方面，用于薄膜太阳能电池的透明导电薄膜(TCO)又能很好地阻挡外部红外射线的进入和内部热能的散失，双层玻璃中间的PVB或EVA，能够有效隔断能量的传导，起到LOW-E玻璃的功能。由于城市用地的稀缺性，大规模占用耕地建设地面太阳能光伏发电站几乎不可能，但是，城市大量的既有和待开发的建筑外立面和屋顶面积，是城市利用光伏发电最好的平台：它们避免了现有玻璃幕墙的光污染问题，又能代替建材，同时发电又节能，将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。
薄膜硅太阳能电池一般采用化学气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积非晶硅、多晶硅薄膜，并结合掺杂技术完成PIN结或者PN结制作。当前遇到的主要难题是：1)非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率低，想进一步显著提高已经非常困难，同时还存在老化，稳定性差等缺点； 2)采用常规技术在玻璃衬底上，沉积多晶硅薄膜沉积非常困难，目前还没有实现真正意义上的多晶硅薄膜太阳能电池产业化。结合叠层结构，采用微晶硅薄膜技术虽然可以提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率，但是大面积微晶硅的快速沉积也很困难。由两种禁带宽度不同的半导体材料相接触而形成的接触过渡区称异质结。按照两种材料的导电类型不同，异质结可分为同型异质结(P-p结或N-n结)和异型异质结 (P-n或p-N)，多层异质结称为异质结构。通常形成异质结的条件是：两种半导体有相似的晶体结构、相近的原子间距和热膨胀系数。利用界面合金、外延生长、真空淀积等技术，都可以制造异质结。异质结常具有两种半导体各自的PN结都不能达到的优良的光电特性，使它适宜于制作超高速开关器件、太阳能电池以及半导体激光器等。
提高转换效率和降低生产成本是太阳能电池制作中考虑的两个主要因素。目前，单晶硅太阳能电池在地面应用中占据主导地位，而且转换效率也最高，但其昂贵的生产成本也制约着它大规模的应用。因此，人们一直在寻找单晶硅太阳能电池的替代品，其中开发的非晶硅太阳能电池由于其固有的光致衰退效应导致电池性能不稳定；多晶硅太阳能电池尽管性能稳定，转换效率也较高，但其生产成本仍然很高。本发明提出一种非晶硅/多晶硅复合异质结太阳能电池，它不仅具有较高的转换效率，而且成本也可以大幅度降低，具有广泛的产业化应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低，制作方法简单的硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法，(1)、在以透明导电玻璃作衬底上沉积一层N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜，衬底温度为150～400℃，非晶硅薄膜厚度为50～ 100纳米；(2)、以纯度大于6N、导电类型为P型或N型的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备P型颗粒硅或N型颗粒硅，颗粒硅的平均颗粒度为5～50微米，接着：(3.1)按硅质量百分比为30～90％的比例将P 型颗粒硅或N型颗粒硅加入在EVA、PET或PI塑料单体溶液中得到复合材料，将复合材料在N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜上形成一层厚度为5～50微米的P型颗粒硅/塑料复合膜层或N型颗粒硅/塑料复合膜层；或(3.2)采用流延技术在N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜上沉积一层 EVA、PET或PI塑料膜，膜厚为50微米，采用粉末喷涂的工艺将一层P 型颗粒硅或N型颗粒硅沉积在温度为300℃的EVA、PET或PI/非晶硅层上，接着施加一定的压力，使得几乎所有的P型颗粒硅或N型颗粒硅嵌入EVA、PET或PI塑料并和N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜形成接触， (4)、最后在该复合薄膜层上，沉积一层铝背电极或银背电极，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
采用上述技术方案的硅基异质结薄膜太阳能电池的制作方法，该方法引入异质结概念，采用导电类型互补的非晶硅/多晶硅构成PN结结构。另外，多晶硅薄膜不是真空下高温直接沉积的，而是采用塑料加工工艺获得的多晶硅颗粒和绝缘塑料的复合薄膜。和常规非晶硅薄膜工艺相同的步骤为采用常规PECVD技术在透明导电玻璃衬底上沉积一层N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜，厚度控制在50-100纳米范围内，一般衬底温度为150℃-400℃左右。以高纯(>5N)P型多晶硅或N型非晶硅薄膜，采用球磨结合气流粉碎技术制备P型多晶硅粉末或N型非晶硅薄膜。硅粉的平均颗粒度为5-50微米。接着按照一定的硅质量百分比，混合高纯多晶硅和绝缘塑料单体溶液，绝缘塑料主要是常见的EVA、PET、PI 等。采用混合硅粉和液态塑料单体溶液手段，接着采用印刷、聚合工艺在N型非晶硅/透明导电玻璃上沉积一层复合薄膜。也可以采用一定温度下热熔硅粉/塑料复合体，并通过吹膜、流延等工艺获得多晶硅复合薄膜，最后通过贴膜工艺在N型非晶硅/透明导电玻璃上沉积一层复合薄膜。最后采用常见的磁控溅射或者印刷、烧结工艺完成铝背电极制作。与传统的薄膜电池工艺相比，本发明的优势有：
1、低温工艺：在透明导电玻璃上，150℃-400℃沉积N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜，采用印刷工艺，甚至室温下就可以获得晶粒大于 10微米的N型非晶硅薄膜或P型非晶硅薄膜，整个加工工艺最高温度也不高于400℃。
2、成本低廉：多晶硅原料直接粉碎后做成复合硅浆料，再经过常规、印刷喷塑等工艺获得多晶硅颗粒膜，能耗低，而且硅颗粒方便回收利用。
3、光电转换效率高：电池结构为多晶硅、非晶硅异质结结构，而且充分利用了非晶硅和多晶硅光学带隙差异，增加了太阳光的利用率。
终上所述，本发明在太阳能电池结构上采用了先进的多晶硅/非晶硅异质结结构，在工艺上采用了高纯多晶硅颗粒和塑料混合、并利用了廉价的塑料成膜工艺，光电转换效率高，并且成本低，制作方法简单。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参见图1，在透明导电玻璃4上设有N型非晶硅薄膜3，在N型非晶硅薄膜3上设有P型颗粒硅/EVA复合膜层2，在P型颗粒硅/EVA复合膜层2上设有铝背电极1。
清洗透明导电玻璃4，采用常规PECVD技术在透明导电玻璃4上沉积一层N型非晶硅薄膜3，衬底温度为100℃，非晶硅薄膜3厚度为50 纳米；以纯度大于6N、导电类型为P型、电阻率为0.5Ω.cm的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备P型颗粒硅，颗粒硅的平均颗粒度为5 微米，接着按硅质量百分比为30％的比例，在没有聚合的EVA塑料的单体溶液中加入P型颗粒硅，混合均匀后聚合得到复合材料，采用喷涂将得到的复合材料沉积在N型非晶硅薄膜上形成一层厚度为10微米的P 型颗粒硅/EVA复合膜层2；最后在该复合薄膜层上，采用磁控溅射工艺沉积一层厚度为500纳米的铝背电极1，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
实施例2：
清洗透明导电玻璃，采用等离子体增强物理气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积一层N型非晶硅薄膜，衬底温度为250℃，非晶硅薄膜厚度为100纳米；以纯度超过5N、导电类型为P型、电阻率为0.5Ω.cm 的多晶硅为原料，采用球磨粉碎结合酸洗技术制备P型颗粒硅，颗粒硅的平均颗粒度为30微米；采用流延技术在N型非晶硅薄膜上沉积一层 PET塑料膜，膜厚为50微米；采用粉末喷涂的工艺将一层P型颗粒硅沉积在温度为300℃的PET/非晶硅层上，接着施加一定的压力，使得几乎所有的P型颗粒硅嵌入PET塑料并和N型非晶硅薄膜形成接触，没有嵌入的P型颗粒硅清除掉；最后在该复合薄膜层上，采用磁控溅射工艺沉积一层厚度为500nm的铝背电极，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。
实施例3：
清洗透明导电玻璃，采用常规PECVD技术在透明导电玻璃上沉积一层P型非晶硅薄膜，衬底温度为400℃，P型非晶硅薄膜厚度为100纳米，以纯度超过6N、导电类型为N型、电阻率为0.5Ω.cm的多晶硅为原料，采用气流粉碎技术制备N型颗粒硅，颗粒硅的平均颗粒度为5微米，接着按硅质量百分比为90％的比例，混合N型颗粒硅和PI塑料的单体溶液，得到N型层的复合液态浆料；采用印刷工艺结合热聚合工艺将 N型层的复合液态浆料沉积在P型非晶硅薄膜上形成一层厚度为5微米的N型颗粒硅复合膜层；最后在该复合薄膜层上，采用磁控溅射工艺制作一层厚度为500纳米的银背电极，完成该复合薄膜太阳能电池基本制作。

标题	发布/更新时间	阅读量
异质结太阳能电池-专利编号CN106057916B	2020-05-13	256
异质结太阳能电池-专利编号CN110797428A	2020-05-11	242
异质结太阳能电池-专利编号CN104638048B	2020-05-12	494
一种异质结太阳能电池-专利编号CN106505109B	2020-05-11	793
异质结太阳能电池-专利编号CN106057916A	2020-05-12	1094
硅异质结太阳能电池-专利编号CN105324855B	2020-05-13	840
一种异质结太阳能电池-专利编号CN106505109A	2020-05-12	880
硅异质结太阳能电池-专利编号CN105324855A	2020-05-13	578
异质结太阳能电池-专利编号CN104638048A	2020-05-11	243
异质结太阳能电池-专利编号CN208655672U	2020-05-14	326

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