專利名稱：一種單晶薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶硅和太陽能電池，特別是一種高光電轉(zhuǎn)化效率，成本低，制做工藝簡 單的單晶薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題催促著我們不得不找出一條替代現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu) 的新型綠色能源，而太陽能正好成為我們不二的選擇，而我們目前面臨的問題是如何把 太陽能轉(zhuǎn)換成我們所需要的能源，從面出現(xiàn)了各種各樣的太陽能電池有晶體硅，非晶硅， CIGS，HIT等等，然而發(fā)電成本太高使得太陽能發(fā)電無法與火電平價(jià)上網(wǎng)，離不開政策的支 持，太陽能發(fā)電成本居高不下的原因大致可以歸納為轉(zhuǎn)化效率低，原料成本高，工藝制做復(fù) 雜難以產(chǎn)業(yè)化等。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單晶薄 膜太陽能電池及其制備方法。技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種單晶薄膜太陽能電池，包括襯底，所述襯底上設(shè)有一 層Mo導(dǎo)電膜構(gòu)成背電極，Mo導(dǎo)電膜上為N型單晶薄膜層，N型單晶硅薄膜層上擴(kuò)散P型單 晶硅層形成PN結(jié)，所述P型單晶硅層上為TCO薄膜層構(gòu)成的前電極。本發(fā)明還公開了一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，包括以下步驟步驟一，在襯底上鍍上一層導(dǎo)電膜；步驟二，在所述導(dǎo)電膜內(nèi)刻劃導(dǎo)電極；步驟三，在導(dǎo)電膜上濺射N型單晶硅層；步驟四，在N型單晶硅層上擴(kuò)散出一層P型單晶硅層形成PN結(jié)；步驟五，在N型單晶硅層和P型單晶硅層內(nèi)刻劃第二導(dǎo)電極；步驟六，在N型單晶硅層上設(shè)置前電極(TC0薄膜層)；步驟七，在前電極內(nèi)刻劃第三導(dǎo)電極，使第一導(dǎo)電極、第二導(dǎo)電極以及第三導(dǎo)電極 導(dǎo)通，最終獲得所述單晶薄膜太陽能電池。本發(fā)明步驟一中，所述導(dǎo)電膜為Mo導(dǎo)電膜，厚度為0.6 lum。本發(fā)明步驟二、步驟四和步驟七中采用波長為532nm的激光刻劃導(dǎo)電極。本發(fā)明步驟三中，耙材為單晶耙，采用磁控濺射低溫鍍膜，基底溫度在100 200°C，使用PVD濺射形式鍍上一層單晶硅，所用耙材為單晶硅耗，并且其表面具有絨面結(jié) 構(gòu)，很大強(qiáng)度的延長了光的吸收路程，相當(dāng)于晶硅電池的制絨面的作用。本發(fā)明步驟四中，采用低溫激光擴(kuò)散方式在N型單晶硅層上擴(kuò)散出一層的P型單 晶硅層，溫度為350°C 450°C，擴(kuò)散的結(jié)深為30 lOOnm，做為窗口層。本發(fā)明步驟六中，所述前電極為TCO薄膜層構(gòu)成?？傮w而言，本發(fā)明所用到的技術(shù)有晶硅電池工藝，薄膜電池工藝，激光擴(kuò)散新型技術(shù)，首先在一個(gè)合理的襯低上采用PVD鍍一層金屬導(dǎo)電層，此層既做為背電極用也做為反射層用，同時(shí)與晶硅和襯低具有比較好的粘附性，接著采用PVD濺射單晶靶材形成一薄層 單晶硅薄膜，需要控制好濺射條件，接著采用擴(kuò)散工藝，400°C 500°C左右，擴(kuò)散時(shí)間為30 分鐘 60分鐘，形成PN結(jié)，構(gòu)成主要光電轉(zhuǎn)換單元，最后采用現(xiàn)在比較成熟的工藝鍍上電 極，過程中需有三道激光刻劃導(dǎo)電極以實(shí)現(xiàn)單元薄膜電池的串聯(lián)。有益效果本發(fā)明由于采用晶硅結(jié)構(gòu)具有比較規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)所以比現(xiàn)有的薄膜 太陽能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率，采用薄膜的形式可以極大的降低原料硅的使用，同 時(shí)采用激光擴(kuò)散及劃線一些普通的工藝完全可以采用現(xiàn)在的技術(shù)稍加改進(jìn)既可實(shí)現(xiàn)，采用 激光擴(kuò)散工藝可以實(shí)現(xiàn)超淺結(jié)擴(kuò)散為進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率留有空間，既具有晶體硅的 晶格結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和少缺陷的結(jié)構(gòu)，又具有薄膜的用料少，成本降，用途廣泛的的特性，同 時(shí)制程簡單具有很強(qiáng)的市場潛力。本發(fā)明針對傳統(tǒng)薄膜太陽能電池或晶體硅太陽能電池要 么轉(zhuǎn)化效率低、要么成本太高、要么工藝復(fù)雜的缺陷。采用了新型結(jié)構(gòu)、新型材料、新型工藝 方法，極大提高太陽能電池對太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。這種電池?fù)?jù)不完全估計(jì)其發(fā)電成本 大概在0.2元/度電左右。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1至圖7為本發(fā)明各個(gè)工藝步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖7所示，本發(fā)明公開了一種單晶薄膜太陽能電池，包括襯底，在襯底上設(shè)有帶 第一導(dǎo)電極的Mo導(dǎo)電膜構(gòu)成背電極，Mo導(dǎo)電膜上為N型單晶硅層，N型單晶硅層上為P型 單晶硅層形成PN結(jié)，所述N型單晶硅層和P型單晶硅層內(nèi)設(shè)有第二導(dǎo)電極，P型單晶硅層 上設(shè)有帶第三導(dǎo)電極的TCO薄膜層構(gòu)成前電極，所述第一導(dǎo)電極、第二導(dǎo)電極以及第三導(dǎo) 電極導(dǎo)通。如圖1至圖7所示，本發(fā)明還公開了一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，包括以 下步驟步驟一，在襯底上鍍上一層導(dǎo)電膜；步驟二，在所述導(dǎo)電膜內(nèi)刻劃導(dǎo)電極；步驟三， 在導(dǎo)電膜上濺射N型單晶硅層；步驟四，在N型單晶硅層上擴(kuò)散出一層P型單晶硅層形成 PN結(jié)；步驟五，在N型單晶硅層和P型單晶硅層內(nèi)刻劃第二導(dǎo)電極；步驟六，在N型單晶硅 層上設(shè)置前電極；步驟七，在前電極內(nèi)刻劃第三導(dǎo)電極，使第一導(dǎo)電極、第二導(dǎo)電極以及第 三導(dǎo)電極導(dǎo)通，最終獲得所述單晶薄膜太陽能電池。實(shí)施例更具體地說，如圖7所示，本發(fā)明公開了一種新型高效單晶薄膜太陽能電池及其 制備工藝，包括襯低，此處所用襯底可以是玻璃，柔性襯低或不銹鋼等襯底等，在其上可以 采用不同的方式如印刷或PVD或PECVD的方式鍍上一層導(dǎo)電膜形成背電極。如圖1所示，此導(dǎo)電膜要求有三，其一是良好的導(dǎo)電性，其二是良好的上下層附著 力，其三是具有反射光的功能，比如Mo導(dǎo)電膜，其厚度大概在0. 6 Ium之間的其他厚度， 具體條件看采用鍍膜的方式所決定，本實(shí)施例厚度設(shè)定為0. Sum。
圖2所示為第一次激光刻劃導(dǎo)電極之后的效果圖，此處可采用波長為532nm的激光，功率看具體的厚度決定，本實(shí)施例設(shè)定功率為120W。圖3為PVD濺射N型單晶硅層后的效果圖，所用的耙材為單晶耙，采用磁控濺射低 溫鍍膜形式，基底溫度在100 200°C左右。圖4為采用低溫?cái)U(kuò)散方式后在N層單晶硅上擴(kuò)散出一層結(jié)深在30 IOOnm之間 的P型單晶硅層，與N型單晶硅層形成PN結(jié)，構(gòu)成該電池的主要吸光部份，也是主要的光電 轉(zhuǎn)化單元，其溫度大概在400°C 500°C左右，擴(kuò)散時(shí)間為30分鐘 60分鐘，擴(kuò)散的結(jié)深在 30 IOOnm左右，此厚度可以通過改變硼烷氣體濃度和激光的功率及波長而控制，使得決 大部份光子在本發(fā)明所需要的區(qū)域得到吸收從而轉(zhuǎn)換電流因子。另外由于其是單晶結(jié)構(gòu)， 比較少的缺陷和可以允許比較深濃度的擴(kuò)散，可以控制的結(jié)深，控制摻雜深度以及比較少 的晶格缺陷使得該電池?fù)碛衅渌姵厮鶡o法比擬的轉(zhuǎn)化效率，理論效率其可以達(dá)到45%。 該步驟中的技術(shù)可以采用本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。圖5是第二次激光刻劃導(dǎo)電極，目的是讓前電極通過與背電極相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)整板 由若干個(gè)單體電池內(nèi)部串聯(lián)而成。圖6和圖7是最后的兩道工序，前電極TCO薄膜層的制做和第三次激光刻劃導(dǎo)電 極，前電極的制作可以采用濺射的形式，其前電極的材料采用的是透明導(dǎo)電薄膜，良好的透 光率和導(dǎo)電性是該電池比較高的轉(zhuǎn)化效率的必要條件。圖7為最終所述的單晶薄膜太陽能電池。本發(fā)明采用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新的材料和創(chuàng)新的工藝制做的新型高效太陽能電池， 該電池的特點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)化效率高，成本低，應(yīng)用廣，市場潛力大，可研空間廣。本發(fā)明所述的 單結(jié)結(jié)構(gòu)，可以改成雙結(jié)或多結(jié)結(jié)構(gòu)，或是晶體與薄膜雙結(jié)或多結(jié)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所公開的新型高效單晶薄膜太陽能電池也是一種薄膜其應(yīng)用領(lǐng)域很廣，只 要是薄膜電池能用到的地方，該電池都可以用，其最直接的應(yīng)用是太陽能電池廠其制做流 程為以玻璃襯底為例，玻璃襯底、PVD鍍背電極導(dǎo)電層、第一次激光刻劃、PVD鍍N型單晶硅 層、激光擴(kuò)散P型硅層、第二次激光刻劃、PVD淺射TCO薄膜層、第三次激光刻劃、封裝測試、 成品薄膜太陽能電極(可依據(jù)襯底不同做成柔性電性采用roll to roll形式生產(chǎn)電池) 其中有處多處制造可以采用別的形式如激光擴(kuò)散形式可以采用別的擴(kuò)散形式這個(gè)要根據(jù) 襯底等等條件來決定，激光刻劃的話也可以采用機(jī)械的形式等等，這個(gè)可以根據(jù)廠線的情 況具體采用哪種方式，鍍單晶硅層除了采用PVD濺射方式外也可以采用PECVD同樣也要根 據(jù)具體的要求及材料來定。本發(fā)明提供了一種一種單晶薄膜太陽能電池及其制備方法的，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方 案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn) 和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以 實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種單晶薄膜太陽能電池，包括襯底，其特征在于，所述襯底上設(shè)有一層Mo導(dǎo)電膜構(gòu)成背電極，Mo導(dǎo)電膜上為N型單晶薄膜層，N型單晶硅薄膜層上擴(kuò)散P型單晶硅層形成PN結(jié)，所述P型單晶硅層上為TCO薄膜層構(gòu)成的前電極。
2.—種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，在襯底上鍍上一層導(dǎo)電膜形成背電極；步驟二，在所述導(dǎo)電膜內(nèi)刻劃導(dǎo)電極；步驟三，在導(dǎo)電膜上濺射N型單晶硅薄膜層；步驟四，在N型單晶硅層上擴(kuò)散一層P型單晶硅層形成PN結(jié)；步驟五，在N型單晶硅層和P型單晶硅層內(nèi)刻劃第二導(dǎo)電極；步驟六，在N型單晶硅層上設(shè)置前電極；步驟七，在前電極內(nèi)刻劃第三導(dǎo)電極，使第一導(dǎo)電極、第二導(dǎo)電極以及第三導(dǎo)電極導(dǎo) 通，最終獲得所述單晶薄膜太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟一 中，所述導(dǎo)電膜為Mo導(dǎo)電膜，厚度為0. 6 lum。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟二、 步驟四和步驟七中采用波長為532nm的激光刻劃導(dǎo)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟三 中，耙材為單晶耙，采用磁控濺射低溫鍍膜，基底溫度在100 200°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟四 中，采用低溫激光擴(kuò)散方式在N型單晶硅層上擴(kuò)散出一層的P型單晶硅層，溫度為350°C 450°C，擴(kuò)散的結(jié)深為30 lOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單晶薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟六 中，所述前電極為TCO薄膜層構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型高效薄膜太陽能電池包括襯底，襯底上設(shè)有一層Mo導(dǎo)電膜為背電極，導(dǎo)電膜上為N型單晶薄膜層，N型單晶硅薄膜層上擴(kuò)散P型單晶硅層形成PN結(jié)，所述P型單晶硅層濺射TCO為前電極。本發(fā)明還公開了其制備工藝，在襯底上鍍上一層導(dǎo)電反射金屬膜，接著長一層N型的單晶膜，經(jīng)激光擴(kuò)散在N型單晶硅層上擴(kuò)散出一層超薄的P層硅，再加一層TCO層，在這過層中需加三次激光劃線，使電池形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明由于采用單晶結(jié)構(gòu)吸收太陽能，比較少的晶格缺陷可以很大程度上提高薄膜光電轉(zhuǎn)化效率，其二由于采用的是薄膜形式原材料耗費(fèi)較少可以極大程度地降低成本，其三工藝簡單可重復(fù)性強(qiáng)襯底的可選擇性多使其用途廣泛，可產(chǎn)業(yè)化性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101820008SQ200910263048
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者張宏勇, 鄒福松 申請人:江蘇華創(chuàng)光電科技有限公司