CN202549860U - 一种异质结太阳电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种异质结太阳电池。该电池包括以N型单晶硅材料制成的衬底，所述衬底正面侧依次沉积本征层、P型非晶硅薄膜层、透明导电氧化物薄膜层和正面金属电极；所述衬底背面侧依次沉积本征层、N型非晶硅薄膜层，透明导电氧化物薄膜层和背面金属电极；所述的本征层是本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层，厚度为3～20nm。本实用新型通过在硅片的正面和背面***本征层材料，使得光电转换效率得到提高。

Description

一种异质结太阳电池

技术领域

本实用新型涉及太阳电池器件技术领域，特别是涉及一种以非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜为本征层材料的异质结太阳电池。

背景技术

随着经济的发展，能源的需求越来越大，而作为传统能源的石油、煤炭等资源是有限的，因此必须大力发展可再生能源以替代传统能源。可再生能源的种类很多，有风能、生物质能、太阳能等。其中，太阳能被认为是最有发展前途的一种可再生能源，一方面是因为太阳无所不在，太阳照到的地方就有太阳能，另一方面太阳能是取之不尽用之不竭的。将太阳光转换成电能的太阳电池制造方法在近几年发展非常迅速，产生了各种各样的电池。而硅作为地球上储量丰富的元素，仍然是制作太阳电池的首选材料，硅太阳电池的研究和利用是实现可再生能源的主要途径之一。一直以来，硅太阳电池研究的主要任务是降低成本和提高光电转换效率。降低成本的主要途径是电池薄片化和薄膜化，以减少硅的使用，降低材料消耗，以及降低电池制造过程中的能源消耗。围绕提高效率的研究正在深入进行，提高效率的方法多种多样。其中带有本征层的HIT(Heterojunction with Intrinsic Thinfilm)异质结太阳电池，是在单晶硅衬底和掺杂的非晶硅发射极之间***一层本征层非晶硅来钝化异质结的界面，提高开路电压和填充因子，从而提高电池的效率。异质结太阳电池的转换效率较高，实验室的最高效率达到了23％以上，而且成本适中，被认为是一种有发展前途的太阳电池。因此亟需一种光电转换效率较高的异质结太阳电池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种以非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜为本征层材料的异质结太阳电池，使得光电转换效率得到提高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种异质结太阳电池，包括以N型单晶硅材料制成的衬底，所述衬底正面侧依次沉积本征层、P型非晶硅薄膜层、透明导电氧化物薄膜层和正面金属电极；所述衬底背面侧依次沉积本征层、N型非晶硅薄膜层，透明导电氧化物薄膜层和背面金属电极；所述的本征层是本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层，厚度为3～20nm。

所述本征层通过等离子增强化学气相沉积的方法生长在所述衬底正面和背面。

所述的本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层的光学带隙能在1.7～2.4eV的范围内调节。

所述透明导电氧化物薄膜层为掺锡氧化铟薄膜层或掺钨氧化铟薄膜层。

所述正面金属电极和背面金属电极均为银电极。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型的优点在于通过在硅片的正面和背面***本征层材料，即***非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜层，一方面可以保证异质结太阳电池的优点，另一方面由于非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜优良的表面钝化性能，能提高电池的开路电压，以及在蓝光区域很低的光吸收从而使入射到硅片的光增加，光生载流子增多，增加短路电流，从而提高光电转换效率。另外由于较低的蓝光吸收，可以增加非晶硅氧本征钝化层的厚度(相比非晶硅钝化层)，从而使薄膜更易生长沉积均匀，进一步提高钝化质量。通过使用非晶硅或非晶硅氧薄膜作本征层，能够实现超过现有太阳电池的光电转换效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型涉及一种异质结太阳电池，包括以N型单晶硅材料制成的衬底，所述衬底正面侧依次沉积本征层、P型非晶硅薄膜层、透明导电氧化物薄膜层和正面金属电极；所述衬底背面侧依次沉积本征层、N型非晶硅薄膜层，透明导电氧化物薄膜层和背面金属电极；所述的本征层是本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层，厚度为3～20nm。

本实用新型具有双面对称结构，以N型单晶硅为衬底，在正面生长一层本征氢化非晶硅薄膜，然后在上面再生长一层P型氢化非晶硅薄膜，之上再生长一层透明导电ITO薄膜，最上面是集电极；在N型单晶硅的背面也先生长一层非晶硅薄膜，之后生长一层N型非晶硅薄膜，在N型非晶硅薄膜上再生长ITO薄膜和集电极。为了获得更高的光电转换效率，有必要对各层材料进行变化，以改善电池的光电性能。非晶硅薄膜a-Si:H由于固有的强蓝光吸收，因此必须是非常薄(3～20nm)的本征非晶硅薄膜层才能发挥作用。非晶硅氧薄膜被证明具有非常优良的表面钝化质量，因此可以用来代替氢化非晶硅薄膜作为本征层，应用到异质结太阳电池结构中，从而提高异质结太阳电池的性能。

本实用新型提出的异质结太阳电池，其结构如图1所示，从上到下依次为是Ag金属栅线正电极1，透明导电氧化物薄膜2，P型非晶硅薄膜(P-a-Si:H)3，本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜(i-a-SiOx:H)4，N型单晶硅片5，本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜(i-a-SiOx:H)4，N型非晶硅薄膜(N-a-Si:H)6，透明导电氧化物薄膜2，Ag金属栅线背电极7。所述的N型单晶硅衬底电阻率在0.5～3Ω.cm，厚度为150～200μm；所述的本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜的厚度为3～20nm；所述的P型非晶硅薄膜为用B₂H₆作为掺杂剂的a-Si:H，厚度为5～20nm；所述的N型非晶硅薄膜为用PH₃作为掺杂剂的N型a-Si:H，厚度为5～20nm；所述的透明导电氧化物薄膜为掺锡氧化铟薄膜(ITO)或掺钨氧化铟薄膜(IWO)，其厚度为80～120nm；所述的Ag栅线的厚度为5～10μm，栅线宽度为30～150μm，间距为2～3mm。

实施例1：

当使用本征非晶硅薄膜作为本征层时，其制备工艺如下：

1.硅片：选用N型硅片，电阻率在0.5～3Ω.cm，厚度为150～200μm；

2.清洗制绒：利用稀释溶度为5％的HF溶液去除表面氧化层，采用KOH或NaOH或四甲基氢氧化氨(TMAH)加醇的方法，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成较浅的金字塔结构。碱液的温度为80～90℃，浓度为1～2％，腐蚀时间为5～20min。要求清洗后硅片表面无斑点、划痕、水迹，硅片表面干净程度要求很高；

3.沉积本征非晶硅薄膜：在真空室的本底真空达到～5×10^-4Pa后，在硅片衬底温度150～300℃条件下，以H₂和SiH₄为反应气体，沉积气压为60～300Pa，利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)在硅片正面和背面各生长一层本征非晶硅薄膜，厚度为3～20nm；PECVD使用的射频可以在13.56～110MHz范围变化；

4.沉积掺杂非晶硅薄膜：在真空室的本底真空达到～5×10^-4Pa后，在硅片衬底温度60～300℃条件下，以H₂、SiH₄、B₂H₆为反应气体，沉积气压为60～300Pa，在正面的非晶硅薄膜上，用PECVD方法再生长一层掺杂的P型非晶硅薄膜，厚度为5～20nm；以H₂、SiH₄、PH₃为反应气体，其它工艺条件相同的情况下，在背面的非晶硅薄膜上沉积一层掺杂的N型非晶硅薄膜，厚度为5～20nm；

5.沉积透明导电氧化物薄膜：在正、背面的非晶硅薄膜层上，用反应等离子沉积(RPD)或磁控溅射的方法在正面沉积一层ITO薄膜，在背面沉积一层IWO薄膜，层膜的厚度均为80～120nm，透过率为80～90％，方块电阻为50～100Ω；

6.印刷电极：用丝网印刷的方法在正、背面的透明导电氧化物薄膜上再分别印刷一层低温导电银浆，然后在150～300℃的低温下进行烧结形成良好的欧姆接触；Ag栅线的厚度为5～10μm，栅线宽度为30～150μm，间距为2～3mm；

7.激光清边：用激光刻蚀的方法将电池正、背面的边缘刻蚀、清边。

根据实验测得，经过上述步骤得到的太阳电池的光电转换效率大约为20％，高出现有太阳电池的光电转换效率1.5-2.0％。

实施例2：

当使用本征非晶硅氧薄膜作为本征层时，其制备工艺如下：

1.硅片：选用N型硅片，电阻率在0.5～3Ω.cm，厚度为150～200μm；

2.清洗制绒：利用稀释溶度为5％的HF溶液去除表面氧化层，采用KOH或NaOH或四甲基氢氧化氨(TMAH)加醇的方法，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成较浅的金字塔结构。碱液的温度为80～90℃，浓度为1～2％，腐蚀时间为5～20min。要求清洗后硅片表面无斑点、划痕、水迹，硅片表面干净程度要求很高；

3.沉积本征非晶硅氧薄膜：在真空室的本底真空达到～5×10^-4Pa后，在硅片衬底温度150～300℃条件下，以H₂和SiH₄为反应气体，CO₂作为氧的引入剂，Xo＝(CO₂)/(CO₂+SiH₄)在0～50％之间变化，沉积气压为60～300Pa，利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)在硅片正面和背面各生长一层本征非晶硅氧薄膜，厚度为3～20nm；PECVD使用的射频可以在13.56～110MHz范围变化；

4.沉积掺杂非晶硅薄膜：在真空室的本底真空达到～5×10^-4Pa后，在硅片衬底温度60～300℃条件下，以H₂、SiH₄、B₂H₆为反应气体，沉积气压为60～300Pa，在正面的非晶硅薄膜上，用PECVD方法再生长一层掺杂的P型非晶硅薄膜，厚度为5～20nm；以H₂、SiH₄、PH₃为反应气体，其它工艺条件相同的情况下，在背面的非晶硅薄膜上沉积一层掺杂的N型非晶硅薄膜，厚度为5～20nm；

5.沉积透明导电氧化物薄膜：在正、背面的非晶硅薄膜层上，用反应等离子沉积(RPD)或磁控溅射的方法各沉积一层透明导电ITO薄膜，该层膜的厚度为80～120nm，透过率为～90％，方块电阻为50～100Ω；

6.印刷电极：用丝网印刷的方法在正、背面的ITO薄膜上再分别印刷一层低温导电银浆，然后在150～300℃的低温下进行烧结形成良好的欧姆接触；Ag栅线的厚度为5～10μm，栅线宽度为30～150μm，间距为2～3mm；

7.激光清边：用激光刻蚀的方法将电池正、背面的边缘刻蚀、清边。

根据实验测得，经过上述步骤得到的太阳电池的光电转换效率大约为19.8％，高出现有太阳电池的光电转换效率1.5-1.8％。

不难发现，本实用新型通过在硅片的正面和背面***本征层材料，即***非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜层，一方面可以保证异质结太阳电池的优点，另一方面由于非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜优良的表面钝化性能，能提高电池的开路电压，以及在蓝光区域很低的光吸收从而使入射到硅片的光增加，光生载流子增多，增加短路电流，从而提高光电转换效率。另外由于较低的蓝光吸收，可以增加非晶硅氧本征钝化层的厚度(相比非晶硅钝化层)，从而使薄膜更易生长沉积均匀，进一步提高钝化质量。通过使用非晶硅或非晶硅氧薄膜作本征层，能够实现超过现有太阳电池的光电转换效率。

Claims (5)

1.一种异质结太阳电池，其特征在于，包括以N型单晶硅材料制成的衬底(5)，所述衬底(5)正面侧依次沉积本征层(4)、P型非晶硅薄膜层(3)、透明导电氧化物薄膜层(2)和正面金属电极(1)；所述衬底(5)背面侧依次沉积本征层(4)、N型非晶硅薄膜层(6)，透明导电氧化物薄膜层(2)和背面金属电极(7)；所述的本征层(4)是本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层，厚度为3～20nm。

2.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于，所述本征层(4)通过等离子增强化学气相沉积的方法生长在所述衬底(5)正面和背面。

3.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于，所述的本征非晶硅薄膜层或本征非晶硅氧薄膜层的光学带隙能在1.7～2.4eV的范围内调节。

4.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于，所述透明导电氧化物薄膜层(2)为掺锡氧化铟薄膜层或掺钨氧化铟薄膜层。

5.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于，所述正面金属电极(1)和背面金属电极(7)均为银电极。

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