一种晶体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晶体硅异质结太阳能电池及其制备方法，电池结构为：Ag/ITO/ZnTe/i‑a‑Si/n‑c‑Si/i‑a‑Si/CdSe/Ag；制备时，对单晶硅片进行表面清洗以去除其表面污染杂质；在硅片前后表面生长一层本征非晶硅；在硅片正面的非晶硅薄膜上面，生长ZnTe薄膜和ITO导电薄膜；在硅片背面的非晶硅薄膜上面，生长CdSe薄膜；生长前后Ag电极。本发明专利技术提出利用碲化锌(ZnTe)和硒化镉(CdSe)分别替代传统非晶硅/晶体硅结构中的p型非晶硅(p‑a‑Si)和n型非晶硅(n‑a‑Si)，ZnTe/a‑Si/c‑Si/a‑Si/CdSe结构的异质结太阳能电池的效率期望得到较大的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体硅异质结太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种晶体硅异质结太阳能电池，以及其制备方法，属于太阳能电池

技术介绍
日本松下公司研发的基于非晶硅(a-Si)薄膜钝化晶体硅(c-Si)表面的设计是一种典型的晶硅体异质结太阳能电池结构，电池的吸收层采用n型直拉单晶硅片，首先在单晶硅正面生长厚度为10nm左右的本征非晶硅层作为表面钝化层，再生长10nm左右的p型非晶硅层，二者共同构成正面空穴传输层，然后在单晶硅背面依次生长10nm左右本征非晶硅和n型非晶硅层，形成背面的电子传输层，目前这种结构电池的光电转换效率已经达到了26.3％。为了进一步提高晶体硅异质结电池的效率，仅仅通过改进和优化非晶硅薄膜以及与晶体硅接触界面的质量，人们发现电池的效率很难有较大幅度的提升。因此，人们应该另辟蹊径，抛弃经典的利用非晶硅钝化晶体硅表面的异质结电池设计思路，找到一种替代非晶硅薄膜的钝化材料，获得更理想的晶硅体异质结电池的结构。新型晶体硅异质结电池结构的设计有两个关键因素需要考虑，其一，替代非晶硅薄膜的钝化材料对硅晶体硅应该具有良好钝化效果，最大限度地减少界面态缺陷。其二，这种替代的钝化材料在晶体硅正反两个界面要存在少数载流子的反射势垒，在异质结界面的晶体硅表面附近形成高浓度的少数载流子反型层。由于晶体硅和表面钝化材料之间存在能带弯曲和导带(或价带)偏移，在晶体硅内部产生的光生载流子(电子或空穴)从晶体硅的表面被反射回来，然后朝另一个表面运动，最终被相应的外部电极收集。对于某一固定异质结界面而言，界面的导带偏移越大，少数载流子(电子)从界面势垒反射几率越大，但是如果此时界面的价带偏移也随之增加，那么增加的势垒也会阻止多数载流子(空穴)从这个界面通过。所以，对同一个界面异质结势垒而言，要么是导带偏移大、价带偏移少，要么是价带偏移大、导带偏移少，这样少数载流子反射几率大，多数载流子通过的概率也大，这样可以大幅增加光生载流子被电极两端收集的概率，从而增加电池的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种晶体硅异质结太阳能电池，以及其制备方法。为实现第一个专利技术目的，所采用的技术方案是这样的：一种晶体硅异质结太阳能电池，其特征在于具有如下的电池结构：Ag/ITO/ZnTe/i-a-Si/n-c-Si/i-a-Si/CdSe/Ag，其中Ag为金属银，ITO为掺锡的氧化铟透明导电薄膜，ZnTe为p型半导体，i-a-Si为本征非晶硅，n-c-Si为n型单晶硅衬底，CdSe为n型半导体。为实现第二个专利技术目的，所采用的技术方案是这样的：一种晶体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：1)对单晶硅片进行表面清洗以去除其表面污染杂质；2)在硅片前后表面生长一层厚度为10～20nm的本征非晶硅；3)在硅片正面的非晶硅薄膜上面，生长厚度为10～20nm的ZnTe薄膜，然后再生长厚度为80nm的ITO导电薄膜；4)在硅片背面的非晶硅薄膜上面，生长厚度为10～20nm的CdSe薄膜；5)生长前后Ag电极。本专利技术提出利用碲化锌(ZnTe)和硒化镉(CdSe)分别替代传统非晶硅/晶体硅结构中的p型非晶硅(p-a-Si)和n型非晶硅(n-a-Si)，由于ZnTe是一种p型半导体，禁带宽度为2.26eV，电子亲和能为3.53eV，而硒化锌n型半导体，禁带宽度为1.75eV，电子亲和能为4.56eV，因此增加p型非晶硅的导带偏移大，减少n型非晶硅的价带偏移少。与传统非晶硅/晶体硅异质结电池相比，ZnTe/a-Si/c-Si/a-Si/CdSe结构的异质结太阳能电池的效率期望得到较大的提升。根据理论计算，这种新型电池的效率可以超过30％。附图说明以下结合附图和本专利技术的实施方式来作进一步详细说明图1为本专利技术的电池结构示意图。图中标记为：单晶硅衬底1、本征非晶硅层2、ZnTe薄膜3、CdSe薄膜4、ITO薄膜5、Ag电极6。具体实施方式本实施例所述的太阳能电池，电池结构由上到下依次为：Ag电极6、ITO薄膜5、ZnTe薄膜3、本征非晶硅层2、n型单晶硅衬底1、本征非晶硅层2、CdSe薄膜4、Ag电极6，其中Ag为金属银，ITO为掺锡的氧化铟透明导电薄膜，ZnTe为p型半导体，CdSe为n型半导体。太阳能电池的制备方法包括以下步骤：(1)硅片的清洗单晶硅衬底1为n型双面抛光的直拉单晶硅片，厚度为180～300μm，电阻率为0.1～2Ω·cm，少子寿命大于200μs。首先依次用丙酮去除硅片表面的有机物、H2SiO4和H2O2混合溶液(3:1)进一步去除表面有机物、1％的氢氟酸溶液去除表面氧化层。然后，采用RCA标准清洗方法(目前普遍使用的湿式化学清洗法，1965年美国新泽西州普林斯顿RCA实验室提出)对硅片进行表面清洗，清除表面污染杂质。接下来，用1％的氢氟酸溶液去除表面氧化层，H2SiO4和H2O2混合溶液(3:1)除有机物，形成表面氧化保护层。(2)在硅片前后表面生长本征非晶硅层2利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积本征非晶硅薄膜时，等离子体中产生的大量氢原子具有优良的钝化效果。经过清洗后的硅片，在放入真空腔之前，采用1％的氢氟酸溶液去除表面氧化层。PECVD的射频为13.56MHz，沉积腔体的本底真空优于6×10-4Pa，射频功率密度为0.1～0.3W/cm2，以电子级硅烷和氢气为生长源，硅烷与氢气的流量比为1:8～12，工作气压为20～60Pa，生长温度为150～200℃，在硅片前表面生长的本征非晶硅薄膜厚度为10～20nm。(3)在硅片正面生长ZnTe薄膜3利用真空热蒸发法，在硅片正面的本征非晶硅表面生长ZnTe薄膜。把纯度大于99.999％的锌和碲进行研磨和粉化，按1:1的摩尔比进行混合，然后在进行充分研磨后，放入真空腔的蒸发源(钨舟)内。热蒸发腔体的真空度优于1×10-4Pa，硅片的反面用掩膜板盖住，并用锡箔包裹。衬底温度为室温，打开蒸发电源，通过调节加热电流和蒸镀时间控制薄膜生长厚度，薄膜的生长厚度由石英晶体振荡器来监控，ZnTe薄膜3厚度为10～20nm。(4)在硅片反面生长CdSe薄膜4与步骤(3)一样，采用真空热蒸法，在硅片反面的本征非晶硅表面生长CdSe薄膜。蒸发原材料为纯度大于99.999％的CdSe粉末，放入真空腔的蒸发源(钨舟)内。CdSe薄膜4厚度为10～20nm。(5)ZnTe薄膜3之上生长ITO薄膜5溅射靶材为ITO(纯度99.999％)，溅射腔体的本底真空度优于8×10-4Pa，工作气体为氩气(99.999％)，工作气压为0.5～2Pa，溅射功率为30～70W，衬底温度为150℃。为了获得高电导率的ITO薄膜，在溅射腔通入高纯氧气(99.999％)，氩气与氧气的流量比为40～80:1。经过预溅射后，去除靶材表面的污染，然后打开挡板，开始溅射ITO薄膜，薄膜的生长厚度由石英晶体振荡器来监控，ITO薄膜5厚度由为80nm。(6)Ag电极6制备利用掩膜板在ITO薄膜上面溅射一层指叉状的银前面电极，在CdSe薄膜上面溅射一层银背电极，前面和背面Ag电极6厚度都是500nm。(7)电池性能测试在标准测试条件(AM1.5，100mW/cm2，25℃)下，Ag/ITO/ZnTe/i-a-Si/n-c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体硅异质结太阳能电池，其特征在于：具有如下的电池结构：Ag/ITO/ZnTe/i‑a‑Si/n‑c‑Si/i‑a‑Si/CdSe/Ag，其中Ag为金属银，ITO为掺锡的氧化铟透明导电薄膜，ZnTe为p型半导体，i‑a‑Si为本征非晶硅，n‑c‑Si为n型单晶硅衬底，CdSe为n型半导体。

【技术特征摘要】
1.一种晶体硅异质结太阳能电池，其特征在于：具有如下的电池结构：Ag/ITO/ZnTe/i-a-Si/n-c-Si/i-a-Si/CdSe/Ag，其中Ag为金属银，ITO为掺锡的氧化铟透明导电薄膜，ZnTe为p型半导体，i-a-Si为本征非晶硅，n-c-Si为n型单晶硅衬底，CdSe为n型半导体。2.一种权利要求书所述太阳能电池的制备方法，...

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