一种异质结太阳能电池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种异质结太阳能电池及其制备方法与应用，包括依次层叠的TCO‑I膜层、TCO‑II膜层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型衬底、第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、TCO‑III膜层、TCO‑IV膜层；其中，所述TCO‑II膜层的功函数高于TCO‑I膜层的功函数且TCO‑IV膜层的功函数高于TCO‑III膜层的功函数。本发明专利技术结构的异质结太阳能电池能够有效改善异质结太阳能电池接触电阻，解决了传统异质结电池中不同类型的界面之间的接触电阻高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种异质结太阳能电池及其制备方法与应用
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法与应用。
技术介绍
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种由特定材料的光电性质制成半导体薄片。其工作原理为：黑体(如太阳)辐射出不同波长的电磁波(如红外线、紫外线、可见光等等)，当这些电磁波照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染，因此，具有广阔的应用前景。按照制作材料，可将太阳能电池分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、铜铟镓锡(CIGS)薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中，硅基半导体电池中的异质结电池(HeterojunctionwithIntrinsicThinlayer，HIT)，由于具有高效转换和双面发电等优点，越来越受关注，成为未来最有可能大规模应用的技术之一。HIT是一种在P型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与N型衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜的电池结构。标准晶体硅太阳能电池是一种同质结电池，即PN结是在同一种半导体材料上形成的。然而人们发现采用不同半导体材料制成PN结的异质结电池，可显著提升电池的转换效率。现有技术中的异质结HIT太阳能电池的典型结构如图1所示，以n型单晶硅片为N型衬底1，在经过清洗制绒的n型c-Si正面依次沉积第一本征非晶硅层21(i-a-Si:H薄膜)、N型非晶硅层22(n-a-Si:H薄膜)，从而形成p-n异质结。在硅片背面依次第二本征非晶硅层31(i-a-Si:H薄膜)、P型非晶硅层32(p-a-Si:H薄膜)形成背表面场。在掺杂a-Si:H薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物薄膜(TransparentConductiveOxide，TCO)，最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极。为更好地实现电流的收集和导出，通常在电池N型非晶硅及P型非晶硅上沉积一层厚度约为100nm左右的TCO薄膜。目前，应用最广泛的TCO材料为铟锡氧化物(IndiumtinOxide，ITO)，其中，ITO材料常用的成分为90:10(即In2O3:SnO2成分比按质量百分比计为90％:10％)。TCO存在与非晶硅层及金属银电极的接触界面，由于不同膜层之间功函数不匹配或功函数匹配不佳，会导致接触电阻过大的问题。为改善这一问题，部分研究表明可通过选取功函数不一样的TCO材料来匹配异质结电池结构中的不同类型的非晶硅膜层及金属银电极优化膜层结构，达到降低接触电阻，从而得到异质结电池的短路电流与填充因子的优化，进而提高异质结电池的转化效率。目前，HIT异质结太阳能电池的转换效率已与其理论转换效率较为接近，因此，每将转换效率提升0.01％都是一种显著的进步。然而，转换效率每提升0.01％对于太阳能电池的工业应用而言，仍可产生巨大的经济价值，因此，为进一步提升转换效率，研究人员仍在不断改进其结构。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种异质结太阳能电池，该电池结构能够有效改善异质结太阳能电池接触电阻。本专利技术还提出一种上述电池的制备方法。本专利技术还提出一种上述电池的应用。根据本专利技术的第一方面实施方式的异质结太阳能电池，包括依次层叠的TCO-I膜层、TCO-II膜层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型衬底、第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、TCO-III膜层、TCO-IV膜层；其中，所述TCO-II膜层的功函数高于TCO-I膜层的功函数且TCO-IV膜层的功函数高于TCO-III膜层的功函数。根据本专利技术的一些实施方式，所述TCO-I膜层和TCO-III膜层的制备材料选自铟锡氧化物(ITO)；其中，所述ITO中锡氧化物的质量百分含量为10％。根据本专利技术的一些实施方式，所述TCO-I膜层和TCO-III膜层厚度分别为5～30nm；优选为5～20nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述TCO-II膜层和TCO-IV膜层的制备材料的功函数不低于4.7eV。根据本专利技术的一些实施方式，所述TCO-II膜层和TCO-IV膜层的制备材料分别独立地选自铟锌氧化物材料(IZO)、铟锆氧化物材料(IZrO)、ITO(99:1～97:3)材料中的至少一种；其中，所述ITO(99:1～97:3)材料为氧化锡的质量百分含量为1％～3％。根据本专利技术的一些实施方式，所述TCO-II膜层和TCO-IV膜层的厚度为70～130nm，优选为80～95nm。根据本专利技术的一些实施方式，所述异质结太阳能电池还包括分别设置于TCO-I膜层和TCO-IV膜层表面的金属电极。根据本专利技术实施方式的异质结太阳能电池，至少具有如下有益效果：本专利技术结构的异质结太阳能电池能够有效改善异质结太阳能电池接触电阻，解决了传统异质结电池中不同类型的界面之间的接触电阻高的问题。本专利技术方案通过选取功函数不同的TCO材料匹配异质结电池结构中不同类型的非晶硅膜层及金属电极以优化膜层结构，从而达到降低接触电阻，进而整体上提高异质结电池的转换效率。具体地，在N极，依次通过设置高、低功函数膜层，降低了N极的TCO膜与N极及TCO膜与金属电极的接触电阻，促进了N极电子向金属电极方向有效迁移问题；在P极，通过依次设置低、高功函数膜层，降低了在P极的TCO膜层与P极及TCO膜层与金属电极的接触电阻，促进了P极空穴向金属电极方向的有效迁移问题。根据本专利技术第二方面实施方式的制备方法，包括以下步骤：S1、取制绒后的N型衬底经等离子体增强化学的气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)在一侧由里向外依次形成第一本征非晶硅层和N型非晶硅层，另一侧由里向外依次形成第二本征非晶硅层和P型非晶硅层；S2、在N型非晶硅层表面依次形成TCO-I膜层和TCO-II膜层，在P型非晶硅层表面依次形成TCO-III膜层和TCO-IV膜层。根据本专利技术实施方式的制备方法，至少具有如下有益效果：本专利技术方案的制备方法操作简便，适宜于大规模工业化应用。根据本专利技术第三方面实施方式的应用，一种发电系统，所述发电系统包括上述的异质结太阳能电池。根据本专利技术实施方式的应用，至少具有如下有益效果：本专利技术实施方式的太阳能电池能源转换效率高，具有良好的应用前景。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为现有技术中太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例中太阳能电池的结构示意图。附图标记说明：1、N型衬底；21、第一本征非晶硅层；22、N型非晶硅层；23、TCO-II膜层；24、TCO-I膜层；31、第二本征非晶硅层；32、P型非晶硅层；33、TCO-III膜层；34、TCO-IV膜层；4、金属电极。...

【技术保护点】
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于：包括依次层叠的TCO-I膜层、TCO-II膜层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型衬底、第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、TCO-III膜层、TCO-IV膜层；/n其中，所述TCO-II膜层的功函数高于TCO-I膜层的功函数且TCO-IV膜层的功函数高于TCO-III膜层的功函数。/n

【技术特征摘要】
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于：包括依次层叠的TCO-I膜层、TCO-II膜层、N型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型衬底、第二本征非晶硅层、P型非晶硅层、TCO-III膜层、TCO-IV膜层；
其中，所述TCO-II膜层的功函数高于TCO-I膜层的功函数且TCO-IV膜层的功函数高于TCO-III膜层的功函数。


2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述TCO-I膜层和TCO-III膜层的制备材料选自ITO；其中，所述ITO中锡氧化物的质量百分含量为10％。


3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述TCO-I膜层和TCO-III膜层厚度分别为5～30nm，优选为5～20nm。


4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述TCO-II膜层和TCO-IV膜层的制备材料的功函数不低于4.7eV。


5.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于：所述TCO-II膜层和TCO-IV膜层的制备材料分别独立地选自IZO、IZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明飞，刘永成，江长久，陈明高，徐胜利，王志杰，郭梓旋，莫国仁，李跃辉，
申请(专利权)人：长沙壹纳光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43