一种晶体硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池领域，具体公开了一种晶体硅太阳能电池及其制备方法，该方法包括：(1)在晶体硅衬底正面形成晶体硅发射结、然后依次沉积含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；(2)在晶体硅衬底反面形成晶体硅背场、然后依次沉积含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。本发明专利技术提供的方法有效提高了晶体硅太阳能电池的光生电流和开路电压且制备工艺简单易行。

【技术实现步骤摘要】
一种晶体硅太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种晶体硅太阳能电池和一种晶体硅太阳能电池的制备方法。
技术介绍
随着光伏产业的迅猛发展，晶体硅太阳能电池在当前大规模产业化应用上占据了绝对主导地位，约占应用市场总体的90％以上份额，其余则是非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)等薄膜电池。然而，晶体硅太阳能电池在产业化应用上的转换效率虽然在过去十多年取得了很大的进步和提高，但总体来说，其转化效率离当前所能达到的25％左右的实验室转换效率还有很大差距，更是无法突破Shockle和Queisser曾于1961年通过理论计算得出的单一带隙太阳电池31％的最大热力学极限效率。为此，研究人员通过理论研究和科学实验努力寻找解决晶体硅太阳能电池转换效率较低的问题，经过近几十年的研究和摸索发现量子点在太阳电池中的应用有助于提高其转换效率，存在着广阔的发展空间和应用前景。量子点太阳电池，被称为第三代太阳能光伏电池，也是目前光伏电池研发领域最新、最前沿的太阳电池之一。量子点太阳能电池一般是将量子点镶嵌在太阳能电池片的半导体薄膜中，利用量子点的光电特性能够大幅提高光伏电池的光电转换效率。CN202384349U公开了一种硅基异质结太阳能电池，其公开的太阳能电池的结构为：所述N型衬底的正面设有量子点结构层(21)，量子点结构层上设有绒面结构层(31)，绒面结构层上设有本征非晶硅层(41)，本征非晶硅层上设有P型非晶硅层(5)，P型非晶硅层上设有透明导电薄膜层(61)，透明导电薄膜层上设有金属正电极(7)；所述N型衬底的背面设有量子点结构层(22)，量子点结构层上设有绒面结构层(32)，绒面结构层上设有本征非晶硅层(42)，本征非晶硅层上设有N型非晶硅层(8)，N型非晶硅层上设有透明导电薄膜层(62)，透明导电薄膜层上设有金属背电极(9)。其公开的量子点结构相对比较单一，不能有效吸收各个波段不同能量的光子，而且由于存在非晶硅薄膜作为异质结和背场，难免会存在光致衰减效应的影响。同时非晶硅由于硅原子的不定形无序排列存在大量的缺陷，不利于电子的有效传输，从而严重影响电池的光电转换性能。因此，亟需开发一种新的晶体硅太阳能电池，以提高晶体硅太阳能电池的光电转换性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术提供的晶体硅太阳能电池光电转换性能较低的缺陷，提供一种光电转换性能好的晶体硅太阳能电池，并且提供一种光电转换性能好的晶体硅太阳能电池的制备方法。基于上述目的，本专利技术提供了一种晶体硅太阳能电池，其中，该太阳能电池正面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅发射结、含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；该太阳能电池反面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅背场、含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。本专利技术提供了一种晶体硅太阳能电池的制备方法，其中，该方法包括：(1)在晶体硅衬底正面形成晶体硅发射结、然后依次沉积含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；(2)在晶体硅衬底反面形成晶体硅背场、然后依次沉积含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。本专利技术还提供了上述方法制得的晶体硅太阳能电池。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，在晶体硅太阳能电池的两面分别设计多层含第一硅量子点的硅化物层和含第二硅量子点的硅化物层，有利于提高晶体硅太阳能电池的光电转换性能，特别是，由晶体硅衬底至表面，含第一硅量子点的硅化物层和含第二硅量子点的硅化物层的层厚度逐渐减小，即设计多层第一和第二带隙渐变的量子点薄膜，可以吸收不同波段不同能量的光子从而争强电池的光生电流，在进一步优选情况下，含第一硅量子点的硅化物层和含第二硅量子点的硅化物层中硼或磷的掺杂浓度由晶体硅衬底至表面依次增大可以进一步提高电池的开路电压，且提高晶体硅太阳能电池的光电转换性能。本专利技术提供的晶体硅太阳能电池能有效提高光生电流和开路电压且制备工艺简单易行，适合大规模工业化生产。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例1制得的正反面为绒面的N型晶体硅衬底的示意图；图2是实施例1在N型晶体硅衬底正面形成P型晶体硅发射结的示意图；图3是实施例1在N型晶体硅衬底反面进行磷掺杂经后续退火形成的N型晶体硅背场的示意图；图4是实施例1在P型晶体硅发射结上沉积掺硼的富硅Si3N4层的示意图；图5是实施例1在掺硼的富硅硅化物层上沉积Si3N4层的示意图；图6是实施例1在P型晶体硅发射结上沉积掺硼的富硅Si3N4层与Si3N4层形成的交替结构的示意图；图7是实施例1在N型晶体硅背场上沉积掺磷的富硅Si3N4层与Si3N4层形成的交替结构的示意图；图8是实施例1经过退火形成P型硅量子点和N型硅量子点的示意图；图9是实施例1在正反面的交替结构上沉积ITO透明导电薄膜的示意图；图10是实施例1正反两面的ITO透明导电薄膜上沉积Cu/Sn复合电极的示意图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。所述晶体硅太阳能电池及其制备方法中，各物质层的层厚度可以通过高分辨率扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和二次离子质谱仪(SIMS)测定，在本专利技术中，如无特殊说明，各物质层的层厚度通过透射电子显微镜(TEM)测定。在本专利技术中，如无特殊说明，所述高纯硅的纯度在99.9999％(6N)以上。本专利技术提供了一种晶体硅太阳能电池，该太阳能电池正面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅发射结、含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；该太阳能电池反面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅背场、含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。在本专利技术中，所述晶体硅衬底可以为N型晶体硅衬底，也可以为P型晶体硅衬底，为了进一步提高晶体硅太阳能电池的光电转换性能，优选所述晶体硅衬底为N型晶体硅衬底。在本专利技术中，优选所述晶体硅衬底的厚度为180-220μm，电阻率为0.1-5Ω·cm。采用上述优选实施方式，能够更进一步提高太阳能电池的光生电流和开路电压。根据本专利技术的一种优选实施方式，设定含第一硅量子点的硅化物层为B，硅化物层为A，其中，A与透明导电薄膜邻接，所述含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个B，进一步优选含有2-20个B，或者B与透明导电薄膜邻接，所述含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个B，进一步优选含有2-20个B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池正面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅发射结、含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；该太阳能电池反面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅背场、含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。

【技术特征摘要】
1.一种晶体硅太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池正面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅发射结、含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；该太阳能电池反面由晶体硅衬底至表面依次包括：晶体硅背场、含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述晶体硅衬底为N型晶体硅衬底或者P型晶体硅衬底，优选地，所述晶体硅衬底为N型晶体硅衬底。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，设定含第一硅量子点的硅化物层为B，硅化物层为A，其中，A与透明导电薄膜邻接，所述含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个B，或者B与透明导电薄膜邻接，所述含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个B；设定含第二硅量子点的硅化物层为C，硅化物层为A，其中，A与透明导电薄膜邻接，所述含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个C，或者C与透明导电薄膜邻接，所述含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构含有至少两个C。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，与所述晶体硅发射结邻接的是含第一硅量子点的硅化物层，与所述晶体硅背场邻接的是含第二硅量子点的硅化物层。5.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，由晶体硅衬底至表面，B的层厚度逐渐减小，C的层厚度逐渐减小；优选地，A的层厚度逐渐减小。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述晶体硅发射结为P型晶体硅发射结；所述第一硅量子点为P型硅量子点；优选地，所述P型晶体硅发射结的厚度为50-500nm，优选为100-200nm，优选所述P型晶体硅发射结的掺杂材料为硼，所述硼掺杂浓度为1017-1020cm-3；优选地，含P型硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构中，最厚的含P型硅量子点的硅化物层的层厚度为8-10nm，最薄的含P型硅量子点的硅化物层的层厚度为1-3nm；优选地，P型硅量子点的直径由内层至外层依次减小，P型硅量子点的最大直径为6-8nm，P型硅量子点的最小直径为1-2nm；优选地，所述P型硅量子点的硼掺杂浓度由内层至外层依次增大，优选P型硅量子点的最大硼掺杂浓度为0.35-0.45at％，P型硅量子点的最小硼掺杂浓度为0.1-0.2at％。7.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述晶体硅背场为N型晶体硅背场；所述第二硅量子点为N型硅量子点；优选地，所述N型晶体硅背场的厚度为50-200nm，优选为100-150nm，优选所述N型晶体硅背场的掺杂材料为磷，所述磷掺杂浓度为1016-1020cm-3；优选地，含N型硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构中，最厚的含N型硅量子点的硅化物层的层厚度为8-10nm，最薄的含N型硅量子点的硅化物层的层厚度为1-3nm；优选地，N型硅量子点的直径由内层至外层依次减小，N型硅量子点的最大直径为6-8nm，N型硅量子点的最小直径为1-2nm；优选地，所述N型硅量子点的磷掺杂浓度由内层至外层依次增大，优选N型硅量子点的最大磷掺杂浓度为0.4-0.5at％，N型硅量子点的最小磷掺杂浓度为0.1-0.2at％。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的太阳能电池，其中，所述含第一硅量子点的硅化物层、所述硅化物层以及所述含第二硅量子点的硅化物层中，硅化物各自选自氮化硅、氧化硅和碳化硅中的至少一种。9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述透明导电薄膜选自掺铝氧化锌、掺钛氧化锌、掺氟氧化铟和掺锡氧化铟透明导电薄膜中的至少一种，优选为掺锡氧化铟透明导电薄膜；所述金属正电极选自Ag、Al、Ni、Cu、Sn和Cu/Sn复合电极中的至少一种，优选为Cu/Sn复合电极；所述金属背电极选自Ag、Al、Ni、Cu、Sn和Cu/Sn复合电极中的至少一种，优选为Cu/Sn复合电极。10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，该太阳能电池的晶体硅衬底的正反面均为绒面，优选正反面各自的所述绒面呈凹凸结构，优选地，正反面各自的所述凹凸结构的最高点与最低点的垂直平均高度为3-8μm。11.一种晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)在晶体硅衬底正面形成晶体硅发射结、然后依次沉积含第一硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属正电极；(2)在晶体硅衬底反面形成晶体硅背场、然后依次沉积含第二硅量子点的硅化物层与硅化物层形成的交替结构、透明导电薄膜以及金属背电极。12.根据权利要求11所述的太阳能电池的制备方法，其中，所述晶体硅衬底为N型晶体硅衬底或者P型晶体硅衬底，优选地，所述晶体硅衬底为N型晶体硅衬底；优选地，所述晶体硅发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐华毕，孙翔，姜占锋，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44