一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其包括异质结主体结构和背反射结构，异质结主体结构包括作为吸收层的n型晶体硅衬底，其具有对称结构的窗口层和背场层；背场TCO薄膜连接在n型晶体硅衬底的背场层，背反射结构包括第一介电薄膜和第一金属薄膜，第一介电薄膜沉积在背场TCO薄膜上，第一金属薄膜沉积在第一介电薄膜上。本发明专利技术还涉及一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池的制备方法。根据本发明专利技术的高效背反射晶体硅异质结太阳电池可以提升异质结主体结构的短路电流密度和提高转换效率，使得高效背反射晶体硅异质结太阳电池对长波段的光谱响应明显增加，减少自然光的吸收损失，从而获得更高的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳电池，更具体地涉及一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池及其制备方法。
技术介绍
能源是一个国家赖以生存和发展的动力。在化石能源日益枯竭和环境问题凸显的时代，新型可替代能源的发展将为国民经济持续发展提供有力的保障。太阳能可以稳定而持续的输出，在清洁能源中更具竞争力。目前，各种构型的晶体硅(c-Si)组件占据市场份额的90％以上，从发电量和节约成本两方面考虑，高效组件在光伏系统安装中占有绝对优势。获得高效率晶体硅太阳电池是获得高效组件的基础，高效晶体硅太阳电池的开发可以获得更高效率的组件。晶体硅异质结(SHJ)太阳电池凭借着低温制备工艺(低于200℃)、高开路电压、温度系数低、光照稳定性好等优点从众多晶体硅太阳电池中脱颖而出，成为高效晶体硅太阳电池的开发热点。尽管SHJ电池利用非晶硅薄膜出色的钝化作用获得了极高的开路电压，但晶体硅在900-1200nm的吸收系数低，现有的SHJ电池存在大量的光逃逸损失，限制了SHJ电池短路电流密度的提升，同时也制约了转换效率的提升。
技术实现思路
为了解决现有技术中的太阳光照射SHJ电池仅有一小部分光被电池吸收的问题，本专利技术提供一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池及其制备方法。根据本专利技术的高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其包括异质结主体结构和背反射结构，其中，异质结主体结构包括作为吸收层的n型晶体硅衬底，其具有对称结构的窗口层(即第一表面)和背场层(即第二表面)；背场TCO薄膜(即背场透明导电氧化物薄膜)连接在n型晶体硅衬底的背场层，背反射结构包括第一介电薄膜和第一金属薄膜，第一介电薄膜沉积在背场TCO薄膜上，第一金属薄膜沉积在第一介电薄膜上。通过背反射结构，根据本专利技术的高效背反射晶体硅异质结太阳电池可以提升异质结主体结构的短路电流密度和提高转换效率，使得高效背反射晶体硅异质结太阳电池对长波段的光谱响应明显增加，减少自然光的吸收损失，即减少入射光的逃逸损失，从而获得更高的转换效率。具体地，第一介电薄膜和第一金属薄膜能够将光反射回作为吸收层的n型晶体硅衬底，有效提高高效背反射晶体硅异质结太阳电池的长波段光谱响应。优选地，第一介电薄膜的折射率小于背场TCO薄膜的折射率，且在高效背反射晶体硅异质结太阳电池存在光谱响应的300nm-1200nm波段吸收系数k为0。优选地，异质结主体结构还包括：窗口本征非晶硅薄膜沉积在n型晶体硅衬底的窗口层上，n型掺杂非晶硅薄膜、窗口TCO薄膜(即窗口透明导电氧化物薄膜)和窗口金属栅极依次沉积在窗口本征非晶硅薄膜上，背场本征非晶硅薄膜沉积在n型晶体硅衬底的背场层上，p型掺杂非晶硅薄膜、背场TCO薄膜和背场金属栅极依次沉积在背场本征非晶硅薄膜上优选地，TCO薄膜(即窗口TCO薄膜和背场TCO薄膜)分别为包含铟基或氧化锌基的TCO薄膜。在优选的实施例中，TCO薄膜的材料为铟锡氧(ITO)、铟钨氧(IWO)、或铟镓氧(IGO)等。优选地，背反射结构还包括第二介电薄膜和第二金属薄膜，第二介电薄膜沉积在背场金属栅极上，第二金属薄膜沉积在第二介电薄膜上。优选地，第二介电薄膜的折射率小于背场TCO薄膜的折射率，且在高效背反射晶体硅异质结太阳电池存在光谱响应的300nm-1200nm波段吸收系数k为0。应该理解，这里的第二介电薄膜与第一介电薄膜由于在一个步骤中同时形成而选择为相同的材料，但是这仅作为示例而非限制。在一个优选的实施例中，背场TCO薄膜的折射率是2.0，介电薄膜(第一介电薄膜和第二介电薄膜)的折射率小于2.0。在优选的实施例中，介电薄膜的材料为氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝、或氟化镁。优选地，介电薄膜(第一介电薄膜和第二介电薄膜)的厚度为1-300nm。应该理解，介电薄膜的作用是阻隔背场TCO薄膜和第一金属薄膜直接接触，理论上仅需1nm的介电薄膜就能有效避免直接接触，上限设置300nm是为了避免介电薄膜太厚影响背场金属栅极处的导电性，只要有效阻隔背场TCO薄膜和第一金属薄膜的直接接触，第一金属薄膜对长波段光的反射特性就能被充分发挥，提升太阳电池对长波段光的吸收。显然，介电薄膜的厚度远小于背场金属栅极的厚度(主栅厚度为10-50μm，细栅厚度为约1μm)，不会影响金属栅极的载流子收集。优选地，第一金属薄膜和/或第二金属薄膜的厚度为200nm-1000nm。实际上，金属薄膜(即第一金属薄膜和第二金属薄膜)是导电性良好的材料，兼具高效反射和高效收集载流子的能力。优选地，金属薄膜的厚度为300nm-400nm。应该理解，金属薄膜具有非常出色的导电性，在用于背反射结构时需要兼顾出色的反射特性，当金属薄膜厚度大于200nm时，金属薄膜在900nm-1200nm波段可以达到90％以上的反射率，且随着厚度的增加，反射率会逐渐接近100％，实施例中400nm的金属银薄膜在900nm-1200nm波段平均反射率达到98％，上限设置1000nm即1μm，这是由于背场金属栅极中细栅的厚度约1μm，理论上金属薄膜的厚度可以无上限，考虑到资源浪费所以加了1μm的上限。在优选的实施例中，金属薄膜为金、银、铝、或铜。本专利技术提供一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1，提供异质结主体结构，该异质结主体结构包括作为吸收层的n型晶体硅衬底，其具有对称结构的窗口层和背场层，背场TCO薄膜连接在n型晶体硅衬底的背场层；S2，在背场TCO薄膜上沉积第一介电薄膜；S3，在第一介电薄膜上沉积第一金属薄膜。优选地，在步骤S1中，在n型晶体硅衬底的窗口层上沉积窗口本征非晶硅薄膜，在窗口本征非晶硅薄膜上依次沉积n型掺杂非晶硅薄膜、窗口TCO薄膜和窗口金属栅极，在n型晶体硅衬底的背场层上沉积背场本征非晶硅薄膜，在背场本征非晶硅薄膜上依次沉积p型掺杂非晶硅薄膜、背场TCO薄膜和背场金属栅极。优选地，步骤S1中的n型晶体硅衬底是经过制绒清洗得到的表面洁净的晶体硅衬底。在优选的实施例中，利用NaOH、KOH碱溶液对n型晶体硅各向异性腐蚀进行表面制绒后，再利用RCA湿化学清洗法进行清洗得到表面洁净的n型晶体硅衬底。优选地，在步骤S1中，采用等离子体化学气相沉积(PECVD)的方法，在窗口层上沉积窗口本征非晶硅薄膜，在窗口本征非晶硅薄膜上沉积n型掺杂非晶硅薄膜，在背场层上沉积背场本征非晶硅薄膜，在背场本征非晶硅薄膜上沉积p型掺杂非晶硅薄膜。优选地，在步骤S1中，采用反应等离子体沉积(RPD)的方法，在n型掺杂非晶硅薄膜上沉积窗口TCO薄膜，在p型掺杂非晶硅薄膜上沉积背场TCO薄膜。优选地，在步骤S1中，采用丝网印刷的方法，在窗口TCO薄膜上制备窗口金属栅极，在背场TCO薄膜上制备背场金属栅极。优选地，在步骤S2中，在背场金属栅极上沉积第二介电薄膜，在步骤S3中，在第二介电薄膜上沉积第二金属薄膜。优选地，在步骤S2中，采用离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、真空蒸发镀膜、电子束蒸发和/或原子层沉积的方法，在背场TCO薄膜上沉积第一介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，该高效背反射晶体硅异质结太阳电池包括异质结主体结构和背反射结构，其中，异质结主体结构包括作为吸收层的n型晶体硅衬底，其具有对称结构的窗口层和背场层；背场TCO薄膜连接在n型晶体硅衬底的背场层，背反射结构包括第一介电薄膜和第一金属薄膜，第一介电薄膜沉积在背场TCO薄膜上，第一金属薄膜沉积在第一介电薄膜上。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，该高效背反射晶体硅异质结太阳电池包括异质结主体结构和背反射结构，其中，异质结主体结构包括作为吸收层的n型晶体硅衬底，其具有对称结构的窗口层和背场层；背场TCO薄膜连接在n型晶体硅衬底的背场层，背反射结构包括第一介电薄膜和第一金属薄膜，第一介电薄膜沉积在背场TCO薄膜上，第一金属薄膜沉积在第一介电薄膜上。


2.根据权利要求1所述的高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，第一介电薄膜的折射率小于背场TCO薄膜的折射率，且在高效背反射晶体硅异质结太阳电池存在光谱响应的300nm-1200nm波段吸收系数k为0。


3.根据权利要求1所述的高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，异质结主体结构还包括：窗口本征非晶硅薄膜沉积在n型晶体硅衬底的窗口层上，n型掺杂非晶硅薄膜、窗口TCO薄膜和窗口金属栅极依次沉积在窗口本征非晶硅薄膜上，背场本征非晶硅薄膜沉积在n型晶体硅衬底的背场层上，p型掺杂非晶硅薄膜、背场TCO薄膜和背场金属栅极依次沉积在背场本征非晶硅薄膜上。


4.根据权利要求3所述的高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，背反射结构还包括第二介电薄膜和第二金属薄膜，第二介电薄膜沉积在背场金属栅极上，第二金属薄膜沉积在第二介电薄膜上。


5.根据权利要求4所述的高效背反射晶体硅异质结太阳电池，其特征在于，第一金属薄膜和/或第二金属薄膜的厚度为200nm-1000nm。

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽平，姚宇波，刘正新，刘文柱，石建华，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31