一种非晶碳薄膜/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非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，该方法包括以下步骤：清洗P型单晶硅片；以氢气稀释的硅烷为反应气体，P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜；再以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，在非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜；再在非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜；进一步在掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；然后在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；最后将获得的电池置于充满氩气的石英炉中进行热处理，最终电池制备完成。由该方法所制备的电池工艺简单且与当前硅异质结太阳能电池工艺相兼容，电池开路电压高、成本低，光电转换效率高。

A amorphous carbon thin film / monocrystalline silicon heterojunction solar cell and its preparation method

The invention discloses an amorphous carbon film / silicon heterojunction solar cell and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: cleaning P type silicon wafer; using hydrogen diluted silane as reaction gas, P type single crystal silicon is deposited on the surface of a layer of amorphous silicon thin film; with high purity methane and high purity nitrogen as the reaction gases, the amorphous silicon film is deposited on the surface of a layer of nitrogen doped amorphous carbon film; and then prepared a layer of aluminum doped Zinc Oxide transparent conductive films made on the surface of amorphous carbon films; further in aluminum doped Zinc Oxide transparent conductive thin film deposited silver electrode surface were obtained; then cell surface preparation containing silver aluminum composite electrode at P type single crystal silicon under the aluminum back surface field, heat treatment of quartz furnace; finally will be the battery in an argon filled, prepared to complete the final cell. The battery fabricated by this method is simple and compatible with the current silicon heterojunction solar cell technology. The battery has high open circuit voltage, low cost and high photoelectric conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池制备
，具体涉及一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法。技术背景太阳能电池发电具有清洁性、永久性和灵活性等特点，在新能源利用和发展方面占据重要地位。随着太阳能电池技术的进步，太阳能光伏发电很可能成为未来主要电力来源之一。目前，世界各国都在加大太阳能电池的研究与开发，随着太阳能电池技术的进步与光伏产业的发展，当前已出现多种结构形式的太阳能电池，但单晶硅和多晶硅太阳能电池在今后一段时间内在全球太阳能电池中仍然处于主体地位。然而，单晶硅和多晶硅太阳能电池存在成本高、光电转换效率低等缺点，这些因素致使其应用受限。因此，基于硅半导体太阳能电池技术开发一种低成本高效率硅基太阳能电池具有较好的经济价值。本专利技术利用体硅半导体太阳能电池现有技术的成熟性和薄膜太阳能电池成本低的优点，开发一种开路电压高、成本低，光电转换效率高的一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，该电池利用现有体硅半导体太阳能电池现有技术的成熟性和薄膜太阳能电池成本低的优点，以掺氮非晶碳薄膜作为电池N型层，以本证非晶硅薄膜作为电池I层，以P型单晶硅作为基底，构筑NIP结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池。本专利技术提供的NIP结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）清洗P型单晶硅片；（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率100～200W，射频频率13.56MHz，基片温度100～180℃，腔体压强100～250Pa，通入被氢气稀释体积比为15%的SiH4气体流量10～20sccm，镀膜厚度5-12nm；（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率280～350W，射频频率13.56MHz，基片温度100～180℃，腔体压强100～150Pa，通入纯度为99.995%的CH4气体流量50～80sccm，通入纯度为99.999%的N2气体流量3～7sccm，镀膜厚度20-35nm；（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为100～190nm，溅射靶材为Al2O3掺杂的ZnO陶瓷靶，其中Al的质量百分比为7％～9％，Al2O3和ZnO的纯度均为99.99％，通入Ar的流量10～15sccm，温度为100～180℃，功率为220～350W；（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；（6）采用丝网印刷技术在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。步骤（5）、（6）、（7）为参考文献步骤，参考文献为专利技术专利：基于异质结结构的硅量子点太阳能电池及其制备方法（申请号201110199377.0），步骤(5)(6)与参考文献类似，步骤（7）的差别为热处理气氛不一样，参考文献为氮气，本专利技术为氩气。本专利技术提供的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池与体硅半导体太阳能电池相比具有成本低、开路电压高、太阳光谱响应范围宽以及制备工艺简单等优点。本专利技术所提供的这种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池有望逐步产业化并降低当前体硅太阳能电池成本。此外，采用本专利技术所提供的这种碳硅异质结太阳能电池有利于充分利用太阳光谱中部分短波长光，从而提高体硅太阳能电池光电转换效率。附图说明图1为NIP结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池截面结构示意图。具体实施方式为进一步阐述本专利技术所提供的一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，以下实施案例用以说明本专利技术，但不用于限制本专利技术。实施例1：（1）清洗P型单晶硅片；（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率100W，射频频率13.56MHz，基片温度150℃，腔体压强110Pa，通入被氢气稀释体积比为15%的SiH4气体流量10sccm，镀膜厚度约5纳米；（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率320W，射频频率13.56MHz，基片温度150℃，腔体压强120Pa，通入纯度为99.995%的CH4气体流量50sccm，通入纯度为99.999%的N2气体流量3sccm，镀膜厚度约25纳米；（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为100nm，溅射靶材为Al2O3掺杂的ZnO陶瓷靶，其中Al的质量百分比为7%，Al2O3和ZnO的纯度均为99.99%，通入Ar的流量10sccm，温度为150℃，功率为220W；（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；（6）采用丝网印刷技术在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。实施例2（1）清洗P型单晶硅片；（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率150W，射频频率13.56MHz，基片温度100℃，腔体压强100Pa，通入被氢气稀释体积比为15%的SiH4气体流量15sccm，镀膜厚度约10纳米；（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率280W，射频频率13.56MHz，基片温度100℃，腔体压强150Pa，通入纯度为99.995%的CH4气体流量60sccm，通入纯度为99.999%的N2气体流量4sccm，镀膜厚度约20纳米；（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为130nm，溅射靶材为Al2O3掺杂的ZnO陶瓷靶，其中Al的质量百分比为8％，Al2O3和ZnO的纯度均为99.99％，通入Ar的流量12sccm，温度为100℃，功率为260W；（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；（6）采用丝网印刷技术在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。实施例3：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（1）清洗P型单晶硅片；（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜；（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜；（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜；（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；（6）采用丝网印刷技术在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。

【技术特征摘要】
1.一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（1）清洗P型单晶硅片；（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在P型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜；（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜；（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜；（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；（6）采用丝网印刷技术在P型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。2.权利要求1所述的一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，其特征在于，步骤（2）中，非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率100～200W，射频频率13.56MHz，基片温度100～180℃，腔体压...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼华，谭新玉，肖婷，向鹏，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42