一种高效N型HIBC太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种高效n型hibc太阳能电池。

背景技术：

高效晶体硅太阳能电池包括：hit(hetero-junctionwithintrinsicthinlayer，非晶硅/晶硅异质结)电池、ibc(interdigitatedbackcontact，全背电极接触晶硅)电池等。其中，hit太阳能电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，其结构对称，低温工艺，光照稳定性好，双面发电，温度特性好，hit电池的开路电压比常规电池要高许多，从而能够获得高的光电转换效率。ibc电池正面没有电极，电极和pn结都设计在背面，由于ibc电池完全消除了正面电极的遮光损失，因此实现了入射光子数的最大化，增加电池的短路电流密度，转换效率高。

hibc(hetero-junctionbackcontactcell，异质结背接触耦合电池)是将hit技术运用于ibc结构的电池，是hit和ibc两种高效硅基太阳电池设计理念的结合。hibc与hit电池相比最大的特点是hibc电池的正面没有栅线和电极，极大降低了栅线和电极对太阳光的遮挡而造成的光损失，确保了hibc具有高的短路电流和高的填充因子，已成为晶硅电池的发展新方向，在此基础上，如何优化电池结构，以进一步提高hibc电池的光电转化效率，研究高效、高质量的n型hibc结构太阳电池已成当下重中之重。

技术实现要素：

鉴于上述，本实用新型提供一种高效n型hibc太阳能电池，以提升hibc结构太阳电池的光电转化效率及质量。

本实用新型提出的具体技术方案为：一种高效n型hibc太阳能电池，包括：

n型硅衬底，所述n型硅衬底的厚度为160～190μm，掺杂浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁶cm^-3；

由内而外依次叠层于所述n型硅衬底正面上的第一本征非晶硅层、n型非晶硅层及减反层；其中，所述第一本征非晶硅层的厚度为1～15nm；所述n型非晶硅层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10²¹cm^-3；

由内而外依次叠层于所述n型硅衬底背面上的第二本征非晶硅层、掺杂非晶硅层及接触层，所述掺杂层包括交替间隔设置的p型非晶硅区和n型非晶硅区；其中，所述第二本征非晶硅层的厚度为1～15nm；所述掺杂非晶硅层的厚度为0.1～0.4μm，所述p型非晶硅区的宽度为300～1000μm，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10²¹cm^-3；所述n型非晶硅区的宽度为80～220μm，掺杂浓度为5×10¹⁸～1×10²¹cm^-3，相邻的所述p型非晶硅区和所述n型非晶硅区之间的间隙宽度为10～50μm。

优选地，所述n型硅衬底的厚度为160μm，掺杂浓度为3×10¹⁵；

所述第一本征非晶硅层的厚度为3nm；所述n型非晶硅层的厚度为5nm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3；

所述第二本征非晶硅层的厚度为3nm，所述掺杂非晶硅层的厚度为0.2μm，所述p型非晶硅区的宽度为800μm，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；所述n型非晶硅区的宽度为100μm，掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3，相邻的所述p型非晶硅区和所述n型非晶硅区之间的间隙宽度为10μm。

优选地，还包括设于所述n型硅衬底与所述第一本征非晶硅层之间的第一轻掺杂n⁺层。

优选地，所述第一轻掺杂n⁺层的掺杂浓度介于1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3之间，扩散深度为0.2～1μm。

优选地，还包括沉积于所述n型硅衬底背面的第二轻掺杂n⁺层，所述第二轻掺杂n⁺层包括多个间隔设置的多个局部掺杂n⁺区，每一所述局部掺杂n⁺区与一所述n型非晶硅区及与所述n型非晶硅区相邻的两间隙正对。

优选地，所述第二轻掺杂n⁺层的掺杂浓度介于1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3之间，扩散深度为0.2～1μm。

优选地，还包括设于所述n型硅衬底与所述第二本征非晶硅层之间的氢化非晶氧化硅层。

优选地，所述氢化非晶氧化硅层的厚度为1～10nm。

优选地，所述接触层由透明导电膜层和金属电极层叠层组成。

与现有技术相比，本实用新型的高效n型hibc太阳能电池，通过对n型hibc太阳能电池的结构进行优化，使其光电转化率可达24％之上，极大的提升了太阳能电池的光电转化效率及质量。

附图说明

图1本实用新型示例性的高效n型hibc太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1所示，本实用新型示例性的提供一种高效n型hibc太阳能电池，所述高效n型hibc太阳能电池包括：n型硅衬底1、由内而外依次叠层于所述n型硅衬底1正面上的第一本征非晶硅层2、n型非晶硅层3、减反层4、及由内而外依次叠层于所述n型硅衬底1背面上的第二本征非晶硅层5、掺杂非晶硅层6、接触层7。如图1中所示，自下而上分别为：接触层7、掺杂非晶硅层6、第二本征非晶硅层5、n型硅衬底1、第一本征非晶硅层2、n型非晶硅层3、减反层4。其中，掺杂非晶硅层6包括交替且间隔设置的p型非晶硅区61a和n型非晶硅区61b，其中，相邻的p型非晶硅区61a和n型非晶硅区61b之间的间隙为61c。

具体的，当n型硅衬底1厚度较厚时，电池产生的光生载流子增加，短路电流密度增大，而随衬底厚度的增加，会增加载流子复合，使得电池开路电压下降。因此，为了保证电池效率最大化，n型硅衬底1的厚度为160～190μm，掺杂浓度为1×10¹⁵～5×10¹⁶cm^-3。优选的，n型硅衬底1的厚度为160μm，掺杂浓度为3×10¹⁵cm^-3，这是因为电池效率随衬底掺杂浓度的增加先上升再下降，当厚度为160μm，掺杂浓度为3×1016cm^-3时，电池效率最高，且该厚度下的n型硅衬底1也符合当前薄片化、降低成本、提高效率的发展趋势。

具体的，第一本征非晶硅层2的厚度为1～15nm，n型非晶硅层3的厚度为5～20nm，n型非晶硅层3的掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10²¹cm^-3。优选的，第一本征非晶硅层2的厚度为3nm，n型非晶硅层3的厚度为5nm，n型非晶硅层3的掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3。

具体的，第二本征非晶硅层5的厚度为1～15nm，掺杂非晶硅层6的厚度为0.1～0.4μm，p型非晶硅区61a的宽度为300～1000μm，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10²¹cm^-3；n型非晶硅区61b的宽度为80～220μm，掺杂浓度为5×10¹⁸～1×10²¹cm^-3，相邻的p型非晶硅区61a和n型非晶硅区61b之间的间隙宽度为10～50μm。优选的，第二本征非晶硅层5的厚度为3nm，掺杂非晶硅层6的厚度为0.2μm，p型非晶硅区61a的宽度为800μm，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；n型非晶硅区61b的宽度为100μm，掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3，相邻的p型非晶硅区61a和n型非晶硅区61b之间的间隙宽度为10μm。

基于上述所获取的高效n型hibc太阳能电池的性能如下：jsc(短路电流)＝38.95ma/cm²，voc(开路电压)＝7,41.7mv，ff(填充因子)＝84.7，eff(转换效率)＝24.53％。由该可知，本实用新型的高效n型hibc太阳能电池的光电转化效率达到24％以上。

其中，n型非晶硅层实现了场钝化，缺点是正面光生载流子产生率高，而非晶硅层吸收光产生的光生载流子寿命非常短，难以形成有效的光生电流，从而降低了短路电流密度，造成短波效应下降和光学损失增多，因此，为了减少因非晶硅层的光吸收而引起的电池短路电流密度下降，设计、制造hibc电池时须优化、控制电池正面n型非晶硅和本征非晶硅层的厚度。

为此，本实用新型的高效n型hibc太阳能电池在前述结构基础上，在n型硅衬底1与第一本征非晶硅层2之间设有第一轻掺杂n+层8。示例性的，第一轻掺杂n+层8的掺杂浓度介于1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3之间，扩散深度为0.2～1μm。通过在n型硅衬底1与第一本征非晶硅层2之间设置第一轻掺杂n+层8，所述第一轻掺杂n+层8可实现部分场钝化功能，可减薄正面上的n型非晶硅层3的厚度，减少n型非晶硅层3的光吸收、光损耗。同时第一轻掺杂n+层8还可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的短路电流、填充因子，有效的进一步提高了电池的光电转化效率。

进一步，还在所述n型硅衬底1背面沉积有第二轻掺杂n+层9，所述第二轻掺杂n+层9包括多个间隔设置的多个局部掺杂n+区91，每一所述局部掺杂n+区91与一所述n型非晶硅区61b及与所述n型非晶硅区61b相邻的两间隙61c正对。也就是说，一局部掺杂n+区91的宽度e3等于一n型非晶硅区61b的宽度e1及与所述n型非晶硅区61b相邻的两侧的间隙61c的宽度e2之和，即e3＝e1+2e2。

示例性的，所述第二轻掺杂n+层9的掺杂浓度介于1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3之间，扩散深度为0.2～1μm。本实施例中第二轻掺杂n+层9的设置，一方面加强了背面n型非晶硅的场钝化效果，降低了光生载流子的复合率，提高了电池的开路电压；另一方面提供了光生载流子的横向低阻导电通道，降低了串联电阻损耗，提高了电池的填充因子，从而提高了电池的光电转换效率。

另外，由于本征非晶硅层的引入使得hibc电池的串联电阻增加，填充因子下降；采用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积本征非晶硅层时会产生外延硅，从而损害本征非晶硅层与硅衬底的界面性能，使得钝化能力下降，使得该hibc电池的光电转换效率下降。为此，在所述n型硅衬底1与所述第二本征非晶硅层5之间设置氢化非晶氧化硅层10。示例性的，所述氢化非晶氧化硅层10的厚度为1～10nm。通过在所述hibc电池的n型硅衬底1与第二本征非晶硅层5之间设置一层氢化非晶氧化硅层10，提高了所述hibc电池的界面钝化效果，遏制了由于引入本征非晶硅层造成的所述hibc电池的串联电阻增大以及填充因子降低，进一步提高了所述hibc电池的光电转换效率。

由于钝化层以及载流子传输层是非晶硅薄膜，这就导致导电性非常差，为了将发出的电导出，优选的，所述接触层7由透明导电膜层71和金属电极层72叠层组成。而为了增加光的透射，减少反射和吸收，这一层透明导电薄膜层71应同时具有高透光性和减反射特性。目前，采用氧化铟锡做透明导电膜层的材质的技术较为成熟，且氧化铟锡的电阻率较低，但是，氧化铟锡透明导电膜层71制程温度要求200℃，而过高的制程温度会在制程中损害非晶硅薄膜层进一步损伤pn结的性能，影响非晶硅薄膜对衬底层的钝化效果，从而影响电池性能。

为此，所述透明导电膜层71为叠层设置的多层膜结构，且并自所述掺杂非晶硅层6起按晶粒尺寸从小到大的顺序排列，靠近所述掺杂非晶硅层6的膜层为由200℃以下的加工温度加工成整体膜结构，远离所述掺杂非晶硅层6的膜层由200℃以上的加工温度加工成整体膜结构。示例性的，所述透明导电膜层71包括叠层设置的第一膜层71a和第二膜层71b，所述第一膜层71a靠近所述掺杂非晶硅层6，所述第二膜层71b设于所述第一膜层71a上，远离所述掺杂非晶硅层6，所述第一膜层由200℃以下的加工温度加工出，所述第二膜层71b由200℃以上的加工温度加工出。

通过以递增的加工温度加工出多层透光导电层，这样在加工紧贴掺杂非晶硅层6的透光导电层时可以使用较低的温度，而在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，这样的工艺不会伤害到pn结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果，由此得到了低的载流子复合速率和更好的pn结性能，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高异质结电池片的转化效率。同时，由于在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，透光导电层的一部分是由较高的温度加工出的，因而能够保证透光导电层整体的其他性能。

本实用新型的高效n型hibc太阳能电池，通过对n型hibc太阳能电池的结构进行优化，使其光电转化率可达24％之上，极大的提升了太阳能电池的光电转化效率及质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。