太阳能电池背面上的导电聚合物/Si界面制造技术

本发明专利技术涉及包含p‑型硅或n‑型硅基底(2)的太阳能电池(1)，其中基底(2)包含：‑正面(2a)，其表面至少部分地被至少一个钝化层(3)覆盖，和‑背面(2b)，其中：‑基底(2)的背面(2b)至少部分地被具有足以容许空穴输送通过它的厚度的钝化层(4)覆盖，且‑基底(2)的背面2b)上的钝化层(4)至少部分地被导电聚合物层(5)覆盖。本发明专利技术还涉及制备太阳能电池的方法，可通过该方法得到的太阳能电池，和太阳能模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及太阳能电池，太阳能电池的制备方法，可通过该方法得到的太阳能电池，和太阳能模块。专利技术背景太阳能电池是使用光生伏打(photovoltaic)效应将光能转化成电的装置。太阳能是有有吸引力的绿色能源，因为它是可持续的且仅产生非污染的副产物。因此，目前投入了大量研究以开发具有增强的效率，同时持续降低材料和生产成本的太阳能电池。当光击中太阳能电池时，一部分入射光被表面反射，且其余透射到太阳能电池中。透射的光子被太阳能电池吸收，所述太阳能电池通常由通常适当掺杂的半导体材料如硅制成。吸收的光子能量激发半导体材料的电子，产生电子-空穴对。这些电子-空穴对然后被p-n结隔开并被太阳能电池表面上的导电电极收集。太阳能电池非常通常地基于硅，所述硅通常为Si片的形式。此处，p-n结通常如下制备：提供n-型掺杂Si基底并将p-型掺杂层应用于一面上，或者提供p-型掺杂Si基底并将n-型掺杂层应用于一面上，在两种情况下都得到所谓的p-n结(p-njunction)。n-型和p-型太阳能电池都是可能的且已在工业上使用。为实现太阳能电池中的高效率，需要使太阳能电池中的复合(recombination)损失最小化。此处，必须区别(i)结晶硅片中的复合，(ii)可用介电层如SiO2、SiNx或Al2O3钝化的太阳能电池的非金属化表面上的复合，和(iii)太阳能电池的金属-半导体结上的复合。Si太阳能电池的金属化表面上的高复合在总复合损失中越来越占据优势，因为将非金属化面积用介电层如SiO2、SiNx或Al2O3钝化在太阳能电池的生产中越来越多被采用。为达到技术上可行的太阳能电池效率极限(约25％)，必要的是有效地降低太阳能电池的金属/半导体界面上的复合，同时避免接触电阻未提高至不可接受的程度。在过去几年中，无定形硅(a-Si)的异质结证明是降低金属/半导体界面上的复合的有效方式。a-Si层的沉积通常通过等离子体增强化学气相沉积(“等离子体增强化学气相沉积”，PECVD)使用硅烷、氢气和乙硼烷以沉积p-型层[a-Si(p)]或者使用膦以沉积n-型层[a-Si(n)]而进行。为借助a-Si/c-Si异质结技术实现所需生产量，借助PECVD沉积相对薄的a-Si层，产生不足的横向传导率。为降低层电阻，将透明导电层如氧化铟锡(ITO)层沉积于a-Si层上。鉴于a-Si/c-Si异质结的高效率潜势，该太阳能电池技术被许多专家认为是具有23％以上的效率的下一代工业太阳能电池的现实选择。然而，必须看到该路线的缺点，即由于必须沉积ITO层以降低薄层电阻，材料成本相当高，且太阳能电池中稀有金属如铟的使用通常是有问题的，尤其是长期使用。此外，气体如膦或乙硼烷用于掺杂a-Si层，且这些气体是已知令人担忧的，因为是极其危险的有毒气体。降低太阳能电池的金属/半导体界面上的复合的另一路线是Si/有机异质结的使用。包含n-型结晶硅基础物和有机聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)空穴传导发射体层的有机-硅混杂太阳能电池提供将结晶硅太阳能电池的高能量转化效率与有机太阳能电池的可能低制造成本组合的独特可能性。Schmidt等人，(“Organic-siliconheterojunctionsolarcells：Open-circuitvoltagepotentialandstability”；Appl.Phys.Lett.103，183901(2013))已经借助在硅片上无接触载体寿命测量表征了结晶硅(c-Si)/(PEDOT:PSS)结的电子性能并制造了其中(c-Si)/(PEDOT:PSS)结位于结构化正面上的太阳能电池。然而，Schmidt等人公开的路线(即PEDOT:PSS施涂于硅太阳能电池的正面上)的特征是几个缺点。首先，太阳能电池正面上的PEDOT:PSS层的特征是强寄生吸收，这限制了该电池类型的短路电流。此外，PEDOT:PSS层的折射率不是最佳的，使得PEDOT:PSS层不能用作良好的抗反射层(与例如基于SiNx的抗反射层相比)。另外，PEDOT:PSS层的接触电阻是相当高的，且Schmidt等人公开的太阳能电池在湿空气中以及对UV辐射的稳定性是不足的。专利技术概述本专利技术一般性地基于这样的目的：克服与太阳能电池有关的已有技术中遭遇的问题中的至少一个。更具体而言，本专利技术进一步基于提供具有高效率的太阳能电池的目的，在该电池中由金属/半导体界面上的复合导致的损失北降低并且可以以简单的方式生产。与制备用于该目的的现有技术中已知的太阳能电池相比，本专利技术太阳能电池的特征应当是在储存在湿大气中时的改进稳定性和/或对UV辐射的改进稳定性。本专利技术的另一目的是提供制备特征是上述性能的太阳能电池，特别是n-型硅太阳能电池的方法，其中可避免使用危险的有毒气体并且借助所述方法可以以简单且经济的方式生产太阳能电池。对实现上述目的中的至少一个的贡献由本专利技术的形成类别的权利要求的主题做出。另一贡献由代表本专利技术具体实施方案的从属权利要求的主题做出。专利技术详述对实现上述目的中的至少一个的贡献由包含p-型硅或n-型硅基底的太阳能电池做出，其中基底包含：-正面，其表面至少部分地被至少一个钝化层覆盖，和-背面，其中：-基底的背面至少部分地被具有足以容许空穴输送通过它的厚度的钝化层覆盖，且-基底背面上的钝化层至少部分地被导电聚合物层覆盖。本专利技术太阳能电池的特征是这一事实：导电聚合物层，例如聚噻吩层、聚吡咯层或聚苯胺层作为空穴传输层沉积于太阳能电池背面(即太阳能电池的不暴露于太阳的那面)上。由于导电聚合物层位于太阳能电池的背面上，不再存在相关寄生吸收，且非最佳抗反射性能也是不相关的。另外，导电聚合物层与沉积在整个表面上的金属层组合充当穿过太阳能电池的红外光的良好镜子。因此，它以许多方式贡献光电流的提高。另外，导电聚合物层现在可以完全金属化，这导致导电聚合物层与金属层之间明显降低的接触电阻。与其中导电聚合物层施涂于硅片正面的表面上(如同Schmidt等人公开的太阳能电池)且仅小面积(<10％)的导电聚合物层用金属网格金属化的太阳能电池相比，硅片背面上具有导电聚合物层的本专利技术太阳能电池中的总接触电阻降低一个量级。本专利技术太阳能电池结构的另一显著优点是它提高的稳定性。位于太阳能电池背面上的导电聚合物/c-Si异质结不暴露于UV光子，因为这些光子被吸收到硅片中，产生提高的太阳能电池UV稳定性。此外，由于导电聚合物层完全被金属化层覆盖，其同时也充当“封装”，导电聚合物层不与环境空气直接接触。这又导致提高的稳定性，因为避免了导电聚合物层对湿气的吸收。此外，已观察到，为得到高能量转化效率，必要的先决条件是硅基底与空穴传输导电聚合物层之间的界面良好地钝化，即，使界面上的电子-空穴复合最小化。在本专利技术中，这通过在硅基底与导电聚合物层之间实现超薄钝化层而实现。本专利技术太阳能电池包含p-型硅或n-型硅基底。掺杂Si基底是本领域技术人员熟知的。掺杂Si基底可以以本领域技术人员已知且认为适用于本专利技术上下文中的任何方式制备。本专利技术Si基底的优选来源基于无定形硅(a-Si)、单晶硅(c-Si)、多晶硅(mc-Si)、高品位冶金硅(umg-Si)、薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含p‑型硅或n‑型硅基底(2)的太阳能电池(1)，其中基底(2)包含：‑正面(2a)，其表面至少部分地被至少一个钝化层(3)覆盖，和‑背面(2b)，其中：‑基底(2)的背面(2b)至少部分地被具有足以容许空穴输送通过它的厚度的钝化层(4)覆盖，且‑基底(2)的背面(2b)上的钝化层(4)至少部分地被导电聚合物层(5)覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.19 EP 14001007.51.包含p-型硅或n-型硅基底(2)的太阳能电池(1)，其中基底(2)包含：-正面(2a)，其表面至少部分地被至少一个钝化层(3)覆盖，和-背面(2b)，其中：-基底(2)的背面(2b)至少部分地被具有足以容许空穴输送通过它的厚度的钝化层(4)覆盖，且-基底(2)的背面(2b)上的钝化层(4)至少部分地被导电聚合物层(5)覆盖。2.根据权利要求1的太阳能电池，其中基底背面上的钝化层(4)包含SiOx且具有小于5nm的厚度。3.根据权利要求1或2的太阳能电池(1)，其中导电聚合物层(5)包含聚噻吩。4.根据前述权利要求中任一项的太阳能电池(1)，其中基底(2)基于n-型单晶硅(c-Si)。5.根据前述权利要求中任一项的太阳能电池(1)，其中所述至少一个钝化层(3)选自氮化硅层(SiNx)、氧化硅层(SiOx)、碳化硅层(SiC)、氧化钛层(TiOx)、氧化铝层(AlOx)、无定形硅(a-Si)层、或者包含本征未掺杂无定形硅层(a-Si(i))和Sin-掺杂无定形硅层(a-Si(n))的层堆叠或者这些层中至少两种的组合。6.根据前述权利要求中任一项的太阳能电池(1)，其中基底(2)的正面(2a)上的表面具有如下结构：其具有多个最高峰和多个最低谷。7.根据前述权利要求中任一项的太阳能电池(1)，其中太阳能电池(1)包含与基底(2)的正面(2a)导电接触的第一含金属层(7)和与基底(2)的背面(2b)上的导电聚合物层(5)导电接触的第二含金属层(6)。8.根据权利要求7的太阳能电池(1)，其中正面(2a)和所述至少一个钝化层(3)下面的基底(2)包含n-掺杂前表面场(n+-FSF)(2’)。9.根据权利要求7的太阳能电池(1)，其中钝化层(3)为n-掺杂无定形硅(a-Si(n))层或者包含本征未掺杂无定形硅层(a-Si(i))和Sin-掺杂无定形硅层(a-Si(n))的层堆叠，且其中钝化层(3)被透明导电涂层覆盖。10.根据权利要求7-9中任一项的太阳能电池(1)，其中与基底(2)的正面(2a)导电接触的第一含金属层(7)以金属网格的形式或者以包含至少一个金属汇流条和金属指线的图案的形式施涂。11.根据权利要求1-6中任一项的太阳能电池，其中太阳能电池(1)包含与基底(2)的背面(2b)导电接触的第一含金属层(7)和与基底(2)的背面(2b)上的导电聚合物层(5)导电接触的第二含金属层(6)。12.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施密特，D·齐尔克，
申请(专利权)人：太阳能研究所股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE