一种新型无掺杂的单晶硅异质结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新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，太阳能电池具有以下结构：Ag/ITO/MoO3/SiO2/c‑Si/TiO2/Al；制备时：先硅片清洗，然后依次沉积SiO2钝化层、沉积MoO3、沉积背面TiO2、沉积背面铝背极、溅射ITO，最后制作栅线电极。本发明专利技术在MoO3/c‑Si界面层插入SiO2，在c‑Si/Al之间插入TiO2，此结构器件的开路电压、短路电流和转换效率较参考电池有一定提高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在最简单的晶体硅异质结太阳能电池中，利用晶体硅(c-Si)两侧的n型和p型的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜实现电子和空穴的收集，为了减少载流子的复合，在c-Si和掺杂的a-Si:H薄膜之间各插入一层高质量的本征氢化非晶硅(i-a-Si:H)钝化层。在这个结构中，前端发射极材料需要较高的禁带宽度以保证太阳光透过，但a-Si:H相对狭窄的带宽(1.6～1.8ev)和掺杂层的高缺陷密度，使得寄生光吸收发生在紫外和可见光谱范围内，一定程度上影响器件性能。为了解决a-Si:H的窄带隙问题，Ⅲ-Ⅴ族过渡金属氧化物(如氧化钼、氧化钨、氧化钒等)可用于硅基电池的阳极材料，它们对空穴能有效地选择性抽取。氧化钼(MoO3由于具有的宽带隙(～3.3eV)、良好的载流子选择性、高的功函数(～6.8eV)等特性，常作为有机和无机薄膜太阳能电池的空穴收集层。利用无掺杂的MoO3替代p型a-Si:H来收集和传导空穴，可以得到一种结构为Ag/ITO/MoO3/c-Si/Al的硅基异质结太阳能电池，但这种结构电池的开路电压比较低。氧化钛薄膜(TiO2)由于其良好的热稳定性和化学稳定性，宽禁带、无毒、成本低和制备方便的优异性能，已经成为一种备受瞩目的功能材料。本专利技术利用TiO2作为电子传输层应用于MoO3硅基异质结太阳能电池的阴极材料，可有效提高器件的短路电流。对于异质结电池，界面钝化是非常重要的研究课题，这对提高器件的开路电压至关重要。而i-a-Si:H常作为钝化层应用于硅基异质结中，制备i-a-Si:H需要使用危险气体—硅烷，工艺复杂并且成本较高。因此，选择一种低风险易制备并进一步降低制造成本的钝化层材料非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池，本专利技术的另一目的是提供该种电池的制备方法。为实现第一个专利技术目的，所采用的技术方案是这样的：一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池，其特征在于：具有以下结构：Ag/ITO/MoO3/SiO2/c-Si/TiO2/Al。为实现第二个专利技术目的，所采用的技术方案是这样的：一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A)硅片清洗；B)沉积SiO2钝化层：硅片清洗后，立刻置于蒸发镀膜机内蒸镀SiO2，主要步骤如下：b1)当真空度达到1×10-4Pa，调节电源电流，使得SiO2蒸发速率为待速率稳定后打开基片挡板，开始蒸镀；b2)当厚度达到2nm时，立即关闭基片挡板，电流调零；在不破真空条件下，蒸镀MoO3；C)沉积MoO3：调节电源电流，方法同上，以的速率蒸镀10nmMoO3；D)沉积背面TiO2：当真空度达到1×10-4Pa，与上述相同操作，以的速率蒸镀3nmTiO2；E)沉积背面铝背极：蒸镀3nmTiO2后，在不破真空条件下以的速率在硅片背面蒸镀500nmAl；F)溅射ITO：用磁控溅射沉积80nmITO，主要步骤为：f1)当腔室本底真空到1×10-3Pa，加热硅片使其温度为250℃，设定Ar与O2流量分别为20sccm、0.6sccm；f2)调节气压为1.0Pa，直流溅射电流为0.1A，预溅射3min后，开始溅射，溅射时间为8min，沉积的ITO厚度为80nm；G)制作栅线电极：利用栅线掩膜版，以的速率蒸镀100nmAg，形成银栅线电极。现有技术中参考电池的结构为Ag/ITO/MoO3/c-Si/Al，在n型硅片前表面蒸镀MoO3薄层、溅射ITO，再在两面蒸镀金属电极。此结构的太阳能电池开路电压和短路电流较低，本专利技术在MoO3/c-Si界面层插入SiO2，在c-Si/Al之间插入TiO2，此结构器件的开路电压、短路电流和转换效率较参考电池有一定提高。具体实施方式实施例1.实验材料(1)n型硅片(CZ非抛光，190μm，0.8-5Ω.cm)(2)二氧化硅(纯度＞99.9％)(3)三氧化钼(纯度99.99％)(4)二氧化钛(纯度＞99.9％)2.太阳能电池制备步骤A.硅片清洗：将4×4cm2单晶硅片进行标准的RCA法清洗，每一步之间均用去离子水超声清洗2min，具体步骤如下：1)丙酮超声清洗10min；2)无水乙醇超声清洗10min；3)配制浓度为25％的NaOH溶液，80℃水浴加热20min；4)以(29％)NH4OH:(30％)H2O2:去离子水＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；5)以(37％)HCl:(30％)H2O2:去离子水＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；6)浸泡于1％HF溶液中180s；7)氮气吹干。B.沉积SiO2钝化层：硅片清洗后，立刻置于蒸发镀膜机内蒸镀SiO2，主要步骤如下：b1)当真空度达到1×10-4Pa，调节电源电流，使得SiO2蒸发速率为待速率稳定后打开基片挡板，开始蒸镀；b2)当厚度达到2nm时，立即关闭基片挡板，电流调零；在不破真空条件下，蒸镀MoO3；C.沉积MoO3：调节电源电流，方法同上，以的速率蒸镀10nmMoO3；D.沉积背面TiO2：当真空度达到1×10-4Pa，与上述相同操作，以的速率蒸镀3nmTiO2；E.沉积背面铝背极：蒸镀3nmTiO2后，在不破真空条件下以的速率在硅片背面蒸镀500nmAl；F.溅射ITO：用磁控溅射沉积80nmITO，主要步骤为：f1)当腔室本底真空到1×10-3Pa，加热硅片使其温度为250℃，设定Ar与O2流量分别为20sccm、0.6sccm；f2)调节气压为1.0Pa，直流溅射电流为0.1A，预溅射3min后，开始溅射，溅射时间为8min，沉积的ITO厚度为80nm；G.制作栅线电极：利用栅线掩膜版，以的速率蒸镀100nmAg，形成银栅线电极。至此，一个含有SiO2钝化层和TiO2电子传输层的MoO3硅异质结太阳能电池制作完成。结果与分析利用太阳能电池效率测试仪测得两种不同结构的电池电学参数如下：由实验结果知，插入SiO2和TiO2层电池的短路电流有提高，这是因为TiO2作为电子传输层材料，可增强阴极对电子的收集而阻止空穴向流向阴极，使得短路电流变大。虽然本实验目前未能明显提高短路电流，但类似于TiO2等可作为电子传输层的材料也可适用于硅基太阳能电池中，相对于传统的硅基电池结构，这是一个很好的尝试。插入SiO2和TiO2层电池的开路电压有较大提高，这是因为MoO3/c-Si异质结界面存在大量的界面态，这些界面态是有效载流子复合中心，由不同结构的悬挂键缺陷引起，使晶体硅表面的少数载流子寿命大大降低。通过在硅表面生长一层致密的SiO2钝化层，可以饱和硅片表面的悬挂键，降低少数载流子在硅表面的复合，从而提高开路电压，提升器件性能。虽然目前加入SiO2、TiO2后电池性能依然很低，但这个工作对进一步提高太阳能电池的开路电压和整体性能具有指导借鉴意义。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池，其特征在于：具有以下结构：Ag/ITO/MoO3/SiO2/c‑Si/TiO2/Al。

【技术特征摘要】
1.一种新型无掺杂的单晶硅异质结太阳能电池，其特征在于：具有以下结构：Ag/ITO/MoO3/SiO2/c-Si/TiO2/Al。2.一种权利要求1所述太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A)硅片清洗；B)沉积SiO2钝化层：硅片清洗后，立刻置于蒸发镀膜机内蒸镀SiO2，主要步骤如下：b1)当真空度达到1×10-4Pa，调节电源电流，使得SiO2蒸发速率为待速率稳定后打开基片挡板，开始蒸镀；b2)当厚度达到2nm时，立即关闭基片挡板，电流调零；在不破真空条件下，蒸镀MoO3；C)沉积MoO3：调节电源电流，方法同上，以的速率蒸镀10nmMoO3；D)沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仕华，王佳，芮哲，池丹，陆肖励，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33