异质结电池的制备方法及异质结电池与流程

1.本发明涉及异质结电池技术领域，具体涉及一种异质结电池的制备方法及异质结电池。


背景技术：

2.异质结电池是一种高效太阳能电池，其结构包括以硅片为代表的半导体衬底，半导体衬底通过制绒清洗工艺处理后形成表面为金字塔绒面，然后在金字塔绒面上生长本征非晶硅半导体层、掺杂非晶硅半导体层，并继续依次形成透明导电层和金属电极。
3.异质结电池生产过程中，制绒清洗工艺非常耗费化学药液，而且形成的金字塔也大小不一，均匀性较差，需要较厚的非晶硅半导体层才能铺满金字塔绒面的表面，较厚的非晶硅半导体层的钝化效率较差，使得异质结电池的开路电压较低，影响电池效率提升。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有异质结电池的开路电压较低的问题，从而提供一种异质结电池的制备方法及异质结电池。
5.本发明提供一种异质结电池的制备方法，包括：形成半导体衬底层，所述半导体衬底层的正面和/或背面为抛光面；在所述半导体衬底层的抛光面一侧形成透明导电膜；对所述透明导电膜进行刻蚀，以在所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面形成减反射结构。
6.可选的，所述半导体衬底层的一侧表面为第一抛光面，和/或，所述半导体衬底层的另一侧表面为第二抛光面；在所述半导体衬底层的抛光面一侧形成透明导电膜的步骤包括：在所述第一抛光面的一侧形成第一透明导电膜；和/或，在所述第二抛光面的一侧形成第二透明导电膜；对所述透明导电膜进行刻蚀，以在所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面形成减反射结构的步骤包括：对所述第一透明导电膜进行刻蚀，以在所述第一透明导电膜背离所述第一抛光面的一侧表面形成第一减反射结构；和/或，对所述第二透明导电膜进行刻蚀，以在所述第二透明导电膜背离所述第二抛光面的一侧表面形成第二减反射结构。
7.可选的，对所述透明导电膜进行刻蚀的工艺包括激光刻蚀工艺。
8.可选的，所述激光刻蚀工艺使用的激光的波长为400nm-500nm，能量为1w-5w，刻蚀时间为3s-5s。
9.可选的，所述激光刻蚀工艺使用的激光在所述透明导电膜上形成的光斑的直径为1nm-10nm。
10.可选的，所述减反射结构的形状包括凹坑。
11.可选的，还包括：对所述透明导电膜进行刻蚀之前，在部分所述透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧表面形成栅线电极；对所述透明导电膜进行刻蚀的步骤为：刻蚀所述透明导电膜的与所述栅线电极非接触的部分区域的表面。
12.可选的，还包括：在形成所述透明导电膜之前，在所述半导体衬底层的所述第一抛光面一侧形成第一掺杂半导体层；和/或，在形成所述透明导电膜之前，在所述半导体衬底层的所述第二抛光面一侧形成第二掺杂半导体层。
13.可选的，还包括：在形成所述第一掺杂半导体层之前，在所述半导体衬底层的所述第一抛光面一侧形成第一本征钝化层；和/或，在形成所述第二掺杂半导体层之前，在所述半导体衬底层的所述第二抛光面一侧形成第二本征钝化层。
14.可选的，所述第一本征钝化层的厚度为2nm-6nm；所述第二本征钝化层的厚度为4nm-8nm。
15.可选的，形成所述半导体衬底层的步骤包括：提供初始半导体衬底层；对所述初始半导体层的表面进行抛光处理，使所述初始半导体衬底层形成所述半导体衬底层。
16.可选的，所述半导体衬底层的厚度为130μm-160μm。
17.本发明还提供一种异质结电池，包括：半导体衬底层，所述半导体衬底层的正面和/或背面为抛光面；位于所述半导体衬底层的抛光面一侧的透明导电膜，所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面具有减反射结构。
18.可选的，所述半导体衬底层的一侧表面为第一抛光面，和/或，所述半导体衬底层的另一侧表面为第二抛光面；所述透明导电膜包括：位于所述第一抛光面一侧的第一透明导电膜，所述第一透明导电膜背离所述第一抛光面的一侧表面具有第一减反射结构；和/或，位于所述第二抛光面一侧的第二透明导电膜，所述第二透明导电膜背离所述第二抛光面的一侧表面具有第二减反射结构。
19.可选的，所述减反射结构的形状包括凹坑。
20.可选的，所述减反射结构的宽度为80μm-150μm，所述减反射结构的深度为20nm-50nm；相邻所述减反射结构之间的间距为0μm-1μm。
21.可选的，所述第一透明导电膜的厚度为70nm-130nm，所述第二透明导电膜的厚度为90nm-150nm。
22.可选的，还包括：位于部分所述透明导电膜背离所述半导体衬底层一侧表面的栅线电极；所述减反射结构位于所述透明导电膜不与所述栅线电极接触的区域的表面。
23.可选的，还包括：位于所述第一透明导电膜和所述半导体衬底层之间的第一掺杂半导体层；和/或，位于所述第二透明导电膜和所述半导体衬底层之间的第二掺杂半导体层。
24.可选的，还包括：位于所述第一掺杂半导体层和所述半导体衬底层之间的第一本征钝化层；和/或，位于所述第二掺杂半导体层和所述半导体衬底层之间的第二本征钝化层。
25.可选的，所述第一本征钝化层的厚度为2nm-6nm；所述第二本征钝化层的厚度为4nm-8nm。
26.可选的，所述半导体衬底层的厚度为130μm-160μm。
27.本发明的技术方案具有以下有益效果：
28.1.本发明提供的异质结电池的制备方法，由于半导体衬底层的表面为抛光面，减反射结构是在生长透明导电膜之后形成的，附着表面比较平整，即使生长较薄的透明导电膜均匀性也较好，透明导电膜对电流的引出比较均匀，能够提高透明导电膜对电流的收集
能力；由于无须对半导体衬底层进行制绒清洗制绒处理，半导体衬底层相比现有技术的硅片能保持较厚的厚度，较厚的半导体衬底层能够产生更多的电子和空穴对，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
29.2.进一步，对所述透明导电膜进行刻蚀的工艺包括激光刻蚀工艺，避免使用制绒清洗工艺消耗过多的化学药液，节约成本；而且，激光刻蚀工艺控制精度高，能够按照需求形成大小、间距和数量一定的减反射结构，减反射结构的精度较高，各个减反射结构之间的均匀性较好，能够提高异质结电池的减反射效果，使得异质结电池对太阳光的吸收较好，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
30.3.本发明提供的异质结电池，半导体衬底层的表面为抛光面，附着表面比较平整，即使较薄的透明导电膜均匀性也较好，透明导电膜对电流的引出比较均匀，能够提高透明导电膜对电流的收集能力，使异质结电池能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
31.4.进一步，由于半导体衬底层的表面为抛光面，附着表面比较平整，不需要使用较厚的第一本征钝化层和第二本征钝化层填平半导体衬底层的表面，因此，第一本征钝化层和第二本征钝化层的厚度可以较薄，较薄的钝化层的钝化效率较好，能提高异质结电池的开路电压。
32.5.进一步，由于半导体衬底层的表面不设常规的金字塔结构，半导体衬底层的厚度不会因此有损耗，较厚的半导体衬底层能够产生更多的电子和空穴对，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明一实施例提供的异质结电池的制备方法的流程示意图；
35.图2为本发明一实施例提供的异质结电池不包括栅线电极的结构示意图；
36.图3为本发明一实施例提供的减反射结构仅位于异质结电池的正面的结构示意图；
37.图4为本发明一实施例提供的减反射结构仅位于异质结电池的背面的结构示意图；
38.图5为本发明一实施例提供的减反射结构位于异质结电池的正面和背面的结构示意图。
39.附图标记说明：
40.1-半导体衬底层；1a-第一抛光面；1b-第二抛光面；2-第一透明导电膜；2a-第一减反射结构；3-第二透明导电膜；3a-第二减反射结构；4-第一栅线电极；5-第二栅线电极；6-第一掺杂半导体层；7-第二掺杂半导体层；8-第一本征钝化层；9-第二本征钝化层。
具体实施方式
41.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，也可以是电学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
45.本实施例提供一种异质结电池的制备方法，请参考图1，包括：
46.s1:形成半导体衬底层，所述半导体衬底层的正面和/或背面为抛光面。
47.形成所述半导体衬底层的步骤包括：提供初始半导体衬底层；对所述初始半导体层的表面进行抛光处理，使所述初始半导体衬底层形成所述半导体衬底层。
48.所述半导体衬底层的厚度为130μm-160μm，例如，130μm、140μm、150μm或者160μm。由于半导体衬底层的表面不再进行常规技术的制绒清洗，不设常规的金字塔结构，半导体衬底层相比现有技术的硅片的厚度较厚，较厚的半导体衬底层能够产生更多的电子和空穴对，能够产生较大的电流，利于提高异质结电池的开路电压。
49.所述半导体衬底层的一侧表面为第一抛光面，和/或，所述半导体衬底层的另一侧表面为第二抛光面。根据异质结电池的客户应用场景，可以仅在半导体衬底层的任一侧(即电池正面或背面任一面)形成抛光层，也可以在半导体衬底层的两侧(即电池正面和背面)都形成抛光层。在本实施例中，以在半导体衬底层的一侧表面为第一抛光面和所述半导体衬底层的另一侧表面为第二抛光面作为示例。
50.s2:异质结电池的制备方法还包括：形成半导体衬底层之后，形成透明导电膜之前，形成第一本征钝化层、第一掺杂半导体层、第二本征钝化层和第二掺杂半导体层。
51.具体地，在所述半导体衬底层的所述第一抛光面一侧形成第一本征钝化层；和/或，在所述半导体衬底层的所述第二抛光面一侧形成第二本征钝化层。在本实施例中，在所述半导体衬底层的所述第一抛光面一侧形成第一本征钝化层；以及，在形成所述第二掺杂半导体层之前，在所述半导体衬底层的所述第二抛光面一侧形成第二本征钝化层。之后，在第一本征钝化层背向半导体衬底层的一侧表面形成第一掺杂半导体层，在第二本征钝化层背向半导体衬底层的一侧表面形成第二掺杂半导体层。具体的形成顺序，可以根据工艺设定进行，可以在一侧依次完成本征钝化层和掺杂半导体层之后，再在另一侧依次完成本征钝化层和掺杂半导体层；也可以是，先完成一侧的本征钝化层，接着完成另一侧的本征钝化
层；进而完成另一侧的掺杂半导体层，最后完成一侧的掺杂半导体层，这里不做限定。
52.所述第一本征钝化层的厚度为2nm-6nm；所述第二本征钝化层的厚度为4nm-8nm。由于半导体衬底层的表面为抛光面，附着表面比较平整，不需要使用较厚的第一本征钝化层和第二本征钝化层即可填平半导体衬底层的表面，因此，第一本征钝化层和第二本征钝化层的厚度可以较薄，较薄的钝化层的钝化效率较好，能提高异质结电池的开路电压。
53.第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中，其中一层为n型掺杂层、另一层为p型掺杂层，半导体衬底层优选为n型硅片，从而与两侧的掺杂层形成n+-n-p的结构，利于载流子的产生和传输。
54.s3:在所述半导体衬底层的抛光面一侧形成透明导电膜。
55.在半导体衬底层的两侧分别形成本征钝化层和掺杂半导体层之后，在所述半导体衬底层的抛光面一侧形成透明导电膜的步骤包括：在所述第一抛光面的一侧形成第一透明导电膜；和/或，在所述第二抛光面的一侧形成第二透明导电膜。在本实施例中，在所述第一掺杂半导体层背向所述第一抛光面的一侧形成第一透明导电膜和在所述第二掺杂半导体层背向所述第二抛光面的一侧形成第二透明导电膜。
56.形成透明导电膜之后，在部分所述透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧表面形成栅线电极。具体地，在部分所述第一透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧表面形成第一栅线电极，在部分所述第二透明导电膜背离所述半导体衬底层的一侧表面形成第二栅线电极。
57.s4:对所述透明导电膜进行刻蚀，以在所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面形成减反射结构。
58.对所述透明导电膜进行刻蚀的步骤为：刻蚀所述透明导电膜的与所述栅线电极非接触的部分区域的表面。
59.具体地，刻蚀所述第一透明导电膜的与所述第一栅线电极非接触的部分区域的表面；和/或，刻蚀所述第二透明导电膜的与所述第二栅线电极非接触的部分区域的表面；在本实施例中，刻蚀所述第一透明导电膜的与所述第一栅线电极非接触的部分区域的表面和刻蚀所述第二透明导电膜的与所述第二栅线电极非接触的部分区域的表面。
60.所述第一栅线电极的高度为10nm-15nm，例如，10nm、11nm、12nm、13nm、14nm或者15nm，宽度为40nm-60nm，例如，40nm、50nm或者60nm；所述第二栅线电极的高度为8nm-12nm，例如，8nm、9nm、10nm、11nm或者12nm，宽度为50nm-70nm，例如，50nm、60nm或者70nm。由于是在刻蚀透明导电膜之前形成第一栅线电极和第二栅线电极的，透明导电膜的表面比较平整，使得第一栅线电极和第二栅线电极能在平整的表面上很容易形成，可以具有较大的高宽比，能增加异质结电池的有效面积，使异质结电池能够吸收更多的太阳光，能够产生较大的电流，提高了异质结电池的开路电压。
61.对所述透明导电膜进行刻蚀，以在所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面形成减反射结构的步骤包括：对所述第一透明导电膜进行刻蚀，以在所述第一透明导电膜背离所述第一抛光面的一侧表面形成第一减反射结构；和/或，对所述第二透明导电膜进行刻蚀，以在所述第二透明导电膜背离所述第二抛光面的一侧表面形成第二减反射结构。在本实施例中，对所述第一透明导电膜进行刻蚀，以在所述第一透明导电膜背离所述第一抛光面的一侧表面形成第一减反射结构和对所述第二透明导电膜进行刻蚀，以在所述第二透明
导电膜背离所述第二抛光面的一侧表面形成第二减反射结构。
62.对所述透明导电膜进行刻蚀的工艺包括激光刻蚀工艺，避免使用制绒清洗工艺消耗过多的化学药液，从而节约成本；而且激光刻蚀工艺控制精度高，能够按照需求形成大小、间距和数量一定的减反射结构，减反射结构的精度较高，各个减反射结构之间的均匀性较好，能够提高异质结电池的减反射效果，使得异质结电池对太阳光的吸收较好，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
63.所述激光刻蚀工艺使用的激光的波长为400nm-500nm，例如，400nm、450nm或者500nm，能量为1w-5w，例如，1w、2w、3w、4w或者5w，刻蚀时间为3s-5s，例如，3s、4s或者5s。
64.所述激光刻蚀工艺使用的激光在所述透明导电膜上形成的光斑的直径为1nm-10nm，例如，1nm、3nm、5nm、7nm、9nm或者10nm。
65.所述减反射结构的形状包括凹坑，本实施例中的凹坑结构可以提高太阳电池的减反射效果、提高入射光的吸收。而且，由于凹坑是通过激光刻蚀工艺形成的，激光刻蚀工艺控制精度高，与通过常规的制绒清洗工艺处理形成的金字塔绒面相比，凹坑的形貌较好，均匀性较好，分布均匀，有利于提高异质结太阳能电池的性能。
66.本实施例提供的异质结电池的制备方法，由于半导体衬底层的表面为抛光面，减反射结构是在生长透明导电膜之后形成的，附着表面比较平整，即使生长较薄的透明导电膜均匀性也较好，透明导电膜对电流的引出比较均匀，能够提高透明导电膜对电流的收集能力；由于无须对半导体衬底层进行制绒清洗制绒处理，半导体衬底层相比现有技术的硅片能保持较厚的厚度，较厚的半导体衬底层能够产生更多的电子和空穴对，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
67.相应的，本发明还提供一种异质结电池，仍然以双面抛光面作为示例，请参考图2，包括：
68.半导体衬底层1，所述半导体衬底层1的正面和背面为抛光面；
69.位于所述半导体衬底层1的抛光面一侧的透明导电膜，所述透明导电膜背离所述抛光面的一侧表面具有减反射结构。
70.所述半导体衬底层1的厚度为130μm-160μm，例如，130μm、140μm、150μm或者160μm。由于半导体衬底层1的表面没有减反射结构，半导体衬底层1的厚度较厚，较厚的半导体衬底层1能够产生更多的电子和空穴对，使异质结电池能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
71.所述半导体衬底层1的一侧表面为第一抛光面1a，所述半导体衬底层1的另一侧表面为第二抛光面1b。
72.异质结电池还包括：位于第一抛光面1a表面的第一本征钝化层8、位于第一本征钝化层8背向半导体衬底层1一侧表面的第一掺杂半导体层6、位于第二抛光面1b表面的第二本征钝化层9和位于第二本征钝化层9背向半导体衬底层1一侧表面的第二掺杂半导体层7。
73.第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的其中一层为n型掺杂、另一层为p型掺杂，半导体衬底层优选为n型，从而形成n+-n-p的结构，利于载流子的传输。
74.所述第一本征钝化层8的厚度为2nm-6nm；所述第二本征钝化层9的厚度为4nm-8nm。由于半导体衬底层1的表面为抛光面，半导体衬底层1的表面比较平整，不需要使用较厚的第一本征钝化层8和第二本征钝化层9填平半导体衬底层1的表面，因此，第一本征钝化
层8和第二本征钝化层9的厚度较薄，较薄的钝化层的钝化效率较好，能提高异质结电池的开路电压。
75.所述透明导电膜包括：位于所述第一掺杂半导体层6背向半导体衬底层1一侧表面的第一透明导电膜2，所述第一透明导电膜2背离所述第一抛光面1a的一侧表面具有第一减反射结构2a；位于所述第二掺杂半导体层7背向半导体衬底层1一侧表面的第二透明导电膜3，所述第二透明导电膜3背离所述第二抛光面1b的一侧表面具有第二减反射结构3a。
76.所述减反射结构的形状包括凹坑。本实施例中的凹坑结构可以提高太阳电池的减反射效果、提高入射光的吸收。而且，由于凹坑是通过激光刻蚀工艺形成的，激光刻蚀工艺控制精度高，与通过常规的制绒清洗工艺处理形成的金字塔绒面相比，凹坑的形貌较好，均匀性较好，分布均匀，有利于提高异质结太阳能电池的性能。
77.所述减反射结构的宽度为80μm-150μm，例如，80μm、100μm、120μm、140μm或者150μm，所述减反射结构的深度为20nm-50nm，例如，20nm、30nm、40nm或者50nm；相邻所述减反射结构之间的间距为0μm-1μm，例如，0μm或者1μm。优选的，相邻所述减反射结构之间的间距为0μm，也就是相邻减反射结构之间没有间距。
78.所述第一透明导电膜2的厚度为70nm-130nm，例如，70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm或者130nm，所述第二透明导电膜3的厚度为90nm-150nm，例如，90nm、110nm、130nm或者150nm。
79.请参考图5，异质结电池还包括：位于部分所述第一透明导电膜2背离所述半导体衬底层1一侧表面的第一栅线电极4、以及位于部分所述第二透明导电膜3背离所述半导体衬底层1一侧表面的第二栅线电极5。
80.所述第一栅线电极4的高度为10nm-15nm，宽度为40nm-60nm；所述第二栅线电极5的高度为8nm-12nm，宽度为50nm-70nm。由于第一栅线电极4和第二栅线电极5是在平整的表面上形成的，可以具有较大的高宽比，既降低电阻又减小遮光面积，能增加异质结电池接收光的有效面积，从而能够吸收更多的太阳光，能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
81.本实施例提供的异质结电池，半导体衬底层1的表面为抛光面，半导体衬底层1的表面比较平整，即使较薄的透明导电膜均匀性也较好，透明导电膜对电流的引出比较均匀，能够提高透明导电膜对电流的收集能力，从而能够产生较大的电流，提高异质结电池的开路电压。
82.发明人对本实施例提供的异质结电池进行了测试，从测试结果得知，本实施例提供的异质结电池相较于现有技术的异质结电池，转换效率(eta)提升了0.81％，开路电压(uoc)提升了0.54％，短路电流(isc)提升了0.65％，填充因子(ff)提升了0.45％。
83.在另一实施例中，请参考图3，半导体衬底层1的正面为抛光面，半导体衬底层1的背面为常规的金字塔绒面，第二透明导电膜3的表面不设置减反射结构，减反射结构仅设置于第一透明导电膜2的表面。在这种情形下，由于半导体衬底层1的厚度也比现有技术硅片的厚度较厚，也能在一定程度上提高异质结电池的开路电压，利于电池效率提升。
84.在又一实施例中，请参考图4，半导体衬底层1的背面为抛光面，半导体衬底层1的正面为常规的金字塔绒面，第一透明导电膜2的表面不设置减反射结构，减反射结构仅设置于第二透明导电膜3的表面。在这种情形下，由于半导体衬底层1的厚度也比现有技术硅片
的厚度较厚，同样能在一定程度上提高异质结电池的开路电压，利于电池效率提升。
85.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。