一种HIT太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin‑layer)太阳能电池及其制备方法，该电池的组成包括N型单晶硅衬底(N‑c‑Si)、本征氢化非晶硅层(a‑Si：H)、低氢气稀释比(RH)的P型微晶硅层、高RH的P型微晶硅层、ITO(indium tin oxide)透明导电薄膜、正面栅线电极、DBRs(Distributed Bragg reflectors)、背电极。DBRs是由三层重掺杂N型非晶硅薄膜和氮化硅薄膜构成。本发明专利技术优化了HIT太阳能电池窗口层和背反射层的结构，能够大大提升电池对近红外光的吸收，降低串联电阻，提升开路电压和短路电流，进而提升太阳能电池效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子制造
，也属于新能源领域，更具体地，涉及一种带DBRs(DistributedBraggreflectors，分布式布拉格反射器)的HIT(HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer，带有本征薄层的异质结)太阳电池及其制备方法。
技术介绍
能源是人类社会经济发展的动力，是社会发展之本。本世纪人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环境保护的严峻形势下人类如何进行可持续发展已成为全球热点问题。人类一切活动均离不开能源，社会发展依赖能源。常规能源如煤、石油和天然气匮乏不足，可支撑全球发展时间不多，更重要的是化石能源的开发利用带来了如土地资源被毁、环境污染和温室效应等问题，对人类生活环境造成不可恢复的损伤。太阳能清洁污染、取之不尽用之不竭，既可免费使用，又无需运输，符合未来新能源的发展要求。目前，占主流的太阳能电池仍是晶体硅太阳能电池。虽然晶体硅太阳能电池的转换效率目前已达到25％左右，但是成本还是太贵，原因是晶体硅太阳能电池需要经过高温扩散工艺形成PN结，还需要许多复杂工艺来获得高转换效率。为了降低成本，同时保持高转换效率，采用非晶硅/单晶硅异质结是很好的选择。HIT太阳能电池采用非晶硅薄膜/单晶硅衬底异质结结构，综合了单晶硅和非晶硅太阳能电池的优点，是充分发挥各自长处的最佳设计。HIT太阳能电池一般通过PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积)系统制备。其P型窗口层在低氢气稀释比(RH)下制备，其光透过率和电导率都比较低；而在高RH下制备，高能氢等离子会对本征非晶硅层造成损伤，使得界面复合增加。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提高HIT太阳能电池效率，旨在解决P型窗口层性能不佳的问题。本专利技术提供了一种HIT太阳能电池，包括：N型单晶硅衬底、本征氢化非晶硅层、第一P型微晶硅层、第二P型微晶硅层、第一ITO透明导电薄膜、正面栅线电极、第二ITO透明导电薄膜和背电极；在N型单晶硅衬底的一面依次附着有本征氢化非晶硅层、第一P型微晶硅层、第二P型微晶硅层和第一ITO透明导电薄膜，在N型单晶硅衬底的另一面附着有第二ITO透明导电薄膜，在第二ITO透明导电薄膜上设置有背电极；正面栅线电极设置在第一ITO透明导电薄膜上；所述第二P型微晶硅层的氢气稀释比RH大于所述第一P型微晶硅层的氢气稀释比RH。更进一步地，HIT太阳能电池还包括设置在第二ITO透明导电薄膜上的DBRs，所述DBRs包括：依次附着在第二ITO透明导电薄膜上的第一N型非晶硅薄膜、第一氮化硅薄膜，第二N型非晶硅薄膜、第二氮化硅薄膜，第三N型非晶硅薄膜和第三氮化硅薄膜。更进一步地，第一P型微晶硅层的厚度为4nm～10nm；第二P型微晶硅层的厚度为15nm～40nm。更进一步地，在所述DBRs中，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度da-Si＝λ/4na-si，第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的厚度其中λ为波长，na‐Si为N+非晶硅层的折射率，为氮化硅层的折射率。更进一步地，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度为57nm～78nm，第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的厚度为99nm～136nm。本专利技术还提供了一种HIT太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：(1)清洗硅片并制备绒面，得到洁净并具有绒面的单晶硅片A；(2)采用H等离子钝化A的上表面、并用PECVD在A的上表面制备本征非晶硅层，得到带有本征非晶硅薄膜的硅片B；(3)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，并在B的上表面制备低RH的P型微晶硅层，得到的硅片C；(4)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在C的上表面制备高RH的P型微晶硅层，得到的硅片D；(5)在D的上表面和下表面分别制备ITO透明导电薄膜后获得硅片E；(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉积厚度为57nm～78nm重掺杂的N型非晶硅和厚度为99nm～136nm氮化硅；并重复两次后获得带DBRs的硅片F；(7)在F的上表面制备铝栅电极后获得H；(8)用掩模板遮住H的下表面制备了DBRs的区域，在H的下表面制备金属铝背电极，获得带DBRs的HIT太阳能电池。更进一步地，在步骤(3)中，BH3/SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.7％～1.5％，时间30s～60s，功率80W～120W，温度150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。更进一步地，在步骤(4)中，BH3/SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.3％～0.5％，时间150s～300s，功率80W～120W，温度150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。本专利技术通过优化P型窗口层既能减小对本征层的损伤，又能减少P型窗口层对光的吸收和提高导电性。并在电池的背表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对800nm～1100nm波段范围的光的吸收，进而能有更高的量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池的转换效率有明显的提升。从而HIT太阳能电池光电转换效率更加接近传统晶体硅太阳能电池。附图说明图1是本专利技术的带DBRs的HIT太阳电池结构示意图。其中，1为第一ITO透明导电薄膜，2为高RH的P型微晶硅层，3为低RH的P型微晶硅层，4为本征氢化非晶硅层，5为N型单晶硅衬底，6为背电极，7为重掺杂N型非晶硅薄膜，8为氮化硅薄膜，9为正面Al栅线电极，10为第二ITO透明导电薄膜。图2带DBRs的HIT太阳电池工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的目的是针对当前HIT太阳能电池对近红外光的吸收不足，设计了一种DBRs背反射结构；以及对HIT太阳能电池窗口层进行优化，来降低界面缺陷，减小窗口层对光的吸收，并提高导电率，可以有效的提高电池的转换效率。HIT太阳能电池对800nm～1100nm波段范围内的太阳光吸收系数较低。在电池的背表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对这个波段范围的光的吸收，进而能有更高的量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池的转换效率有明显的提升。由N+-a-Si/Si3N4薄膜构成的DBRs结构，其中da-Si＝λ/4na-si,da-Si为N+非晶硅层的厚度，λ为波长，na‐Si为N+非晶硅层的折射率(约为3.5)，为氮化硅层的厚度，为氮化硅层的折射率(约为2.02)。该结构对800nm～1100nm的光的反射率达到70％～90％，使得N型晶硅衬底能够更好的吸收该波段范围内的光，从而其电池光电转换效率更加接近传统晶体硅太阳能电池。HIT太阳能电池中N型单晶体硅衬底作为吸收层，因此要减少P型窗口层对光的吸收。P型窗口层的晶化率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HIT太阳能电池，其特征在于，包括：N型单晶硅衬底(5)、本征氢化非晶硅层(4)、第一P型微晶硅层(3)、第二P型微晶硅层(2)、第一ITO透明导电薄膜(1)、正面栅线电极(9)、第二ITO透明导电薄膜(10)和背电极(6)；在N型单晶硅衬底(5)的一面依次附着有本征氢化非晶硅层(4)、第一P型微晶硅层(3)、第二P型微晶硅层(2)和第一ITO透明导电薄膜(1)，在N型单晶硅衬底(5)的另一面附着有第二ITO透明导电薄膜(10)，在第二ITO透明导电薄膜(10)上设置有背电极(6)；正面栅线电极(9)设置在第一ITO透明导电薄膜(1)上；所述第二P型微晶硅层的氢气稀释比RH大于所述第一P型微晶硅层的氢气稀释比RH。

【技术特征摘要】
1.一种HIT太阳能电池，其特征在于，包括：N型单晶硅衬底(5)、本征氢化非晶硅层(4)、第一P型微晶硅层(3)、第二P型微晶硅层(2)、第一ITO透明导电薄膜(1)、正面栅线电极(9)、第二ITO透明导电薄膜(10)和背电极(6)；在N型单晶硅衬底(5)的一面依次附着有本征氢化非晶硅层(4)、第一P型微晶硅层(3)、第二P型微晶硅层(2)和第一ITO透明导电薄膜(1)，在N型单晶硅衬底(5)的另一面附着有第二ITO透明导电薄膜(10)，在第二ITO透明导电薄膜(10)上设置有背电极(6)；正面栅线电极(9)设置在第一ITO透明导电薄膜(1)上；所述第二P型微晶硅层的氢气稀释比RH大于所述第一P型微晶硅层的氢气稀释比RH。2.如权利要求1所述的HIT太阳能电池，其特征在于，所述HIT太阳能电池还包括设置在第二ITO透明导电薄膜(10)上的DBRs，所述DBRs包括：依次附着在第二ITO透明导电薄膜(10)上的第一N型非晶硅薄膜、第一氮化硅薄膜，第二N型非晶硅薄膜、第二氮化硅薄膜，第三N型非晶硅薄膜和第三氮化硅薄膜。3.如权利要求1或2所述的HIT太阳能电池，其特征在于，第一P型微晶硅层的厚度为4nm～10nm；第二P型微晶硅层的厚度为15nm～40nm。4.如权利要求2所述的HIT太阳能电池，其特征在于，在所述DBRs中，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度da-Si＝λ/4na-si，第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的厚度其中λ为波长，na‐Si为N+非晶硅层的折射率，为氮化硅层的折射率。5.如权利要求2所述的HIT太阳能电池，其特征在于，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度为57nm～78nm，第一氮化硅薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥斌，郭富城，徐素娥，李寒剑，丁佳，王文照，王硕，付永胜，胡一说，周广通，吴少雄，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42