钝化接触太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供的一种钝化接触太阳能电池，包括依次层叠的基底层、钝化隧穿层以及载流子选择层，其中，所述载流子选择层包括高功函数金属层或低功函数金属层，所述高功函数金属层的金属功函数大于等于5eV，所述低功函数金属层的金属功函数小于等于4eV。上述载流子选择钝化接触太阳能电池，叠层金属层由金属材料制备，结构简单；其中的载流子选择层金属材料调控功函数方式简单，制备高功函数层或低功函数层工艺简单，无需如制备磷掺杂、氮掺杂或硼掺杂的硅合金时需要的高温长时间处理过程，降低了工艺复杂度，扩宽了工艺窗口，有利于避免了制备硅合金所需的高温处理工艺以及由高温处理工艺引起的副作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶硅太阳能电池，特别是涉及一种钝化接触太阳能电池。
技术介绍
载流子选择钝化接触太阳能电池是近年来逐步兴起的新型异质结晶硅太阳能电池。此类太阳能电池具有一个与传统p-n结太阳能电池不同的载流子(电子或空穴)选择结构，该类太阳能电池结构通常包括三部分：晶硅、钝化隧穿层以及载流子选择层，该类太阳能电池结构同时具有钝化表面和有效收集载流子的优点。传统的，钝化接触天阳能电池采用掺杂的非晶硅或掺杂的多晶硅与基底硅层形成p-n异质结，并在掺杂的非晶硅或掺杂的多晶硅与基底硅层插入一层钝化隧穿层，该类电池的典型特征是仍然采用传统的掺杂硅作为发射极来收集电子或空穴，这种电池的典型特征是：仍然采用传统的掺杂硅作为发射极来收集电子或空穴，在电池内形成的是p-n异质结。电子选择钝化接触太阳能电池结构是异质结晶硅电池的重要结构，通常包括三部分：晶硅、钝化隧穿层以及电子选择层。现有的电子选择层为n型重掺磷硅层。空穴选择钝化接触天阳能电池结构也是异质结晶硅电池的重要结构，同样包括三部分：晶硅、钝化隧穿层以及空穴选择层。现有的空穴选择层为p型重掺硼或p型重掺铝硅层。如上所述，现有载流子选择钝化接触异质结太阳能电池结构通常采用两种硅掺杂材料作为载流子选择层材料，其面临的主要问题如下：如果采用n型重掺磷硅层作为电子选择层，其缺点在于通常需要首先沉积一层磷掺杂的非晶硅，之后还要通过长时间高温(>800℃/～60min)处理使其形成多晶硅。该方法的缺点是工艺相对复杂，需要采用高温过程；对掺杂层的杂质浓度需要准确调控，增加了工艺难度；需要采用真空沉积设备，费用昂贵维护成本高。同理，如果采用p型重掺硼或铝硅层作为空穴选择层，其缺点在于通常需要首先沉积一层硼掺杂或铝掺杂的非晶硅，之后还要通过长时间高温(>800℃/～60min)处理使其形成多晶硅。该方法的缺点是工艺相对复杂，需要采用高温过程；对掺杂层的杂质浓度需要准确调控，增加了工艺难度；需要采用真空沉积设备，费用昂贵维护成本高。专利文献(US20120285517A1)公开了一种具有高功函数和低功函数金属接触的肖特基势垒太阳能电池结构，其中，采用高功函数金属以及低功函数金属作为载流子收集层，以硅基底层为光学吸收层，形成肖特基太阳能电池结构，该肖特基太阳能电池结构中的载流子选择层的金属与硅基底层直接接触，形成肖特基结，由于能带差别以及表面缺陷，在该金属与硅直接接触界面存在界面势垒，会产生极高的复合速率，严重限制了电池性能的提升；同时，关于硅/金属接触的肖特基电池结构设计。其存在一个根本性问题不能解决：界面态。这也是教科书中一再提起的概念。由于金属与硅直接接触，界面处存在非常高密度的界面态，会导致费米能级的钉扎效应。因此，实际界面势垒几乎不会随金属功函数的变化而变化，是个大致不变的固定值。另外，该专利并未公开采用何种高功函数或低功函数金属作为载流子收集层，无法根据该专利公开的内容进行具体实施。界面态(有时也称表面态)是界面缺陷的统称。对于硅半导体器件而言，硅与其他物质接触的界面，就存在界面态，这些界面态通常会在硅的带隙中形成缺陷能级。例如硅-氧化硅，硅-氮化硅，硅-非晶硅，硅-金属……等等界面，都可以形成界面态，都可以在硅禁带中引入缺陷态能级。《半导体物理学》(国防工业出版社，刘恩科等)详细介绍了界面态对硅禁带的影响。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有载流子选择钝化接触太阳能电池制备工艺复杂以及制造成本高昂的问题，提供一种载流子选择钝化接触太阳能电池。本专利技术提供的一种钝化接触太阳能电池，包括依次层叠的基底层、钝化隧穿层以及载流子选择层，其中，所述载流子选择层包括高功函数金属层和/或低功函数金属层，所述高功函数金属层的金属的功函数大于等于5eV，所述低功函数金属层的金属的功函数小于等于4eV。在其中的一个实施例中，所述太阳能电池还包括金属电极层，所述金属电极层层叠在所述载流子选择层远离所述钝化隧穿层的一侧，所述金属电极层的金属的电阻率低于1e-3Ω.cm。在其中的一个实施例中，所述金属电极层由包括Cu、Ni、Al、Ag中的一种或几种金属制备而成，所述金属电极层的厚度为200-5000nm。在其中的一个实施例中，所述太阳能电池还包括金属保护层，所述金属保护层层叠在所述金属电极层远离所述载流子选择层的一侧。在其中的一个实施例中，所述金属保护层由包括Ag、Al、Sn、SnOx中的一种或几种材料制备而成，所述金属保护层的厚度为10-500nm。在其中的一个实施例中，所述高功函数金属层由包括Ni、Ir、Pt、Se中的一种或几种金属制备而成。在其中的一个实施例中，所述低功函数金属层由包括Ca、Mg、Ba、Ga、Li、Ce、Tb、Gd、Y、Nd、Lu、Th、Sc、La、U、Mg、Hf中的一种或几种金属制备而成。在其中的一个实施例中，所述载流子选择层的厚度为5-50nm。在其中的一个实施例中，所述钝化隧穿层包括非晶硅层、氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、碳化硅层中的任意一层或几种层叠而成。在其中的一个实施例中，所述载流子选择层包括高功函数金属层和低功函数金属层，所述高功函数金属层以及低功函数金属层交织设置在钝化隧穿层远离所述基底层的一侧。上述钝化接触太阳能电池，载流子选择层包括由高功函数金属或低功函数金属制备的载流子选择层，结构简单；其中的载流子选择层金属材料调控功函数方式简单，制备高功函数层或低功函数层工艺简单，无需如制备磷掺杂、氮掺杂或硼掺杂的硅合金时需要的高温长时间处理过程，降低了工艺复杂度，扩宽了工艺创空，有利于避免了制备硅合金所需的高温处理工艺以及由高温处理工艺引起的副作用。上述钝化接触太阳能电池，在硅基底层与低/高功函数金属层之间引入中间层，该层起钝化作用，可以极大地降低界面态，有效克服传统的硅-金属界面的费米钉扎效应；另外，该中间层厚度足够低，可以使载流子能有效通过；最终形成复合率低、电阻率低的高效载流子传输层。上述钝化接触太阳能电池，高功函数金属层以及低功函数金属层与钝化隧穿层层叠，有效提升载流子收集效率，保持了钝化隧穿层对基底层的钝化效果，可以在适当增加钝化隧穿层的前提下，保持较低的接触电阻，提高太阳能电池的转换效率。上述载流子选择钝化接触太阳能电池，在载流子选择层与基底层之间设有钝化隧穿层，钝化隧穿层对硅基底层能够起到优良的钝化效果，同时避免载流子选择层与基底层直接接触的结构，避免了载流子选择层的金属与硅基底层直接接触界面的高复合速率，提高了太阳能电池性的性能。上述载流子选择钝化接触太阳能电池，叠层金属层可兼做为太阳能电池的电极，结构简单，制备工艺简单，降低了太阳能电池的制备难度以及成本。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A为本专利技术一种可实施的太阳能电池剖面视图；图1B为本专利技术另一种可实施的太阳能电池剖面视图；图2A为本专利技术另一种可实施的太阳能电池剖面视图；图2B为本专利技术另一种可实施的太阳能电池剖面视图；图3A为本专利技术另一种可实施的太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钝化接触太阳能电池，包括依次层叠的基底层、钝化隧穿层以及载流子选择层，其特征在于，所述载流子选择层包括高功函数金属层和/或低功函数金属层，所述高功函数金属层的金属功函数大于等于5eV，所述低功函数金属层的金属功函数小于等于4eV。

【技术特征摘要】
1.一种钝化接触太阳能电池，包括依次层叠的基底层、钝化隧穿层以及载流子选择层，其特征在于，所述载流子选择层包括高功函数金属层和/或低功函数金属层，所述高功函数金属层的金属功函数大于等于5eV，所述低功函数金属层的金属功函数小于等于4eV。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括金属电极层，所述金属电极层层叠在所述载流子选择层远离所述钝化隧穿层的一侧，所述金属电极层的金属的电阻率低于1e-3Ω.cm。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属电极层由包括Cu、Ni、Al、Ag中的一种或几种金属制备而成，所述金属电极层的厚度为200nm-5000nm。4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池还包括金属保护层，所述金属保护层层叠在所述金属电极层远离所述载流子选择层的一侧。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属保护层由包括Ag、Al、Sn、SnO...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，曾俞衡，高平奇，童慧，王丹，廖明墩，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33