一种晶硅异质结太阳能电池制造技术

一种晶硅异质结太阳能电池，属于太阳能光伏技术领域。在硅片的正面也通过沉积上本征氢化非晶硅钝化膜来钝化悬挂键，但是为了减少掺杂氢化非晶硅和TCO的吸收损失，在上本征氢化非晶硅钝化膜正面的掺杂氢化非晶硅只覆盖了小部分面积来作为电子的选择性传输通道。减少n型掺杂氢化非晶硅的覆盖面积是基于太阳电池的衬底也为n型掺杂，电子为多数载流子，其在衬底中有良好的传输能力。虽然减少了前表面场的覆盖面积会使电子的扩散距离变大，但良好的传输能力可避免引起传输损失。同样地，正面的透明导电氧化物薄膜也仅沉积在n型掺杂氢化非晶硅上部，透明导电氧化物薄膜上部有金属电极来形成紧密欧姆接触。形成紧密欧姆接触。

【技术实现步骤摘要】
一种晶硅异质结太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能光伏
，尤其涉及一种基于晶硅衬底的异质结太阳能电池。

技术介绍

[0002]基于高可靠性、高发电效率、低成本等优势，晶硅太阳能电池一直占据光伏产品市场90％以上份额。其中，晶硅非晶硅异质结太阳能电池(SHJ)因其对称的结构、高开路电压、低的工艺温度、优良的温度特性和光照稳定性且可以双面发电等优势，已逐步成为晶硅电池主流技术之一，受到产业界和学术界的高度关注。
[0003]评价太阳能电池性能的参数有开路电压、短路电流和填充因子。SHJ电池是在硅片的前后表面沉积较薄的本征氢化非晶硅薄膜作为钝化层，然后在前后本征层上分别沉积掺杂的p型非晶硅层和n型非晶硅层，形成异质结电池结构(p
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a
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Si:H\i
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a
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Si:H\n
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c
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Si\i
‑
a
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Si:H\n
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Si:H\p
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c
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Si\i
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a
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Si:H\n
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Si:H)，光生电子和空穴通过上下表面的透明导电氧化物薄膜输运至金属电极。现有技术中，非晶硅主要有本征非晶硅和掺杂非晶硅，本征非晶硅对c
‑
Si界面的悬挂键的钝化效果至关重要，优质的钝化层可减少界面复合，从而提高少子寿命和开路电压,称为“化学钝化”，是高效电池的关键。掺杂非晶硅层的作用为通过p型掺杂非晶硅功函数大、n型掺杂非晶硅功函数小的特点，使能带弯曲，分别作为空穴选择传输层和电子选择传输层，进一步抑制了载流子的复合损失，也被称作“场效应钝化”。然而，尽管标准的前背接触的SHJ太阳能电池有高的光电转换效率，25.11％，但是受SHJ电池的结构的制约，SHJ电池的短路电流参数低于钝化发射极背面定域扩散电池(PERL)，主要原因为受光面掺杂非晶硅层的带隙约为1.7eV,会吸收一部分太阳光，而且由于要保证良好的导电性，掺有杂质原子，导致缺陷密度较多，对太阳光吸收较多。另外，与金属电极接触的透明导电氧化物薄膜(TCO)载流子密度高，引起“自由载流子吸收”现象。前表面a
‑
Si和TCO这两个因素导致的光损失称为“寄生吸收”现象，导致SHJ电池短路电流较低，从而限制了SHJ电池充分发挥其高开压的优势。针对这个问题，目前的解决方案为采用更宽带隙的化合物材料或间接带隙半导体材料，比如氧化钼、氧化钨、碳化硅、氧化硅、多晶硅等。这些材料的稳定性不高，太阳电池的效率没有大的突破，没办法从根本上解决SHJ电池的寄生吸收问题。发射极和背表面场均位于电池背面的背接触异质结太阳能电池(IBC
‑
SHJ)虽然能解决寄生吸收问题，但是复杂的工艺造成高的生产成本，短时间内难以普及。
[0004]为了充分利用硅基异质结太阳能电池的优点并解决上述问题，本专利技术提供一种新型结构的晶硅异质结太阳能电池及制备方法，能够解决寄生吸收问题，采用此结构可获得高的短路电流密度。

技术实现思路

[0005]为了减少晶硅异质结太阳能电池的寄生吸收问题，实现晶硅异质结太阳能电池效
率的最大化，本专利技术提出了减少透明导电薄膜和掺杂非晶硅层覆盖面积的光管理策略。
[0006]一种晶硅异质结太阳能电池，其特征在于，基本单元为：单晶硅(1)的背面即下表面依次向下为下本征氢化非晶硅钝化层(2)、掺杂氢化非晶硅发射层(3)覆盖整个单晶硅(1)下表面；单晶硅(1)的正面即上表面为上本征氢化非晶硅钝化层(4)覆盖单晶硅(1)的整个上表面，在上本征氢化非晶硅钝化层(4)上表面中间一部分为掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)，在上本征氢化非晶硅钝化层(4)上表面除了掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的其他部分为防反射层(6)；在掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的上表面为上透明导电氧化物薄膜(7)，上透明导电氧化物薄膜(7)的上表面设有上金属电极(10)；掺杂氢化非晶硅发射层(3)的下表面为下透明导电氧化物薄膜(8)，下透明导电氧化物薄膜(8)的下表面设有下金属电极(9)；
[0007]单晶硅(1)为n型或p型掺杂，掺杂氢化非晶硅发射层(3)对应的为p型掺杂或n型掺杂，单晶硅(1)、下本征氢化非晶硅钝化层(2)和掺杂氢化非晶硅发射层(3)形成p
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n结，作为空穴选择传输层；掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的掺杂与单晶硅(1)的掺杂一致，对应的为n型或p型掺杂。
[0008]本专利技术晶硅异质结太阳能电池有多个基本单元串联或/和并联而成，将对应的下金属电极(9)和上金属电极(10)串联或/和并联。
[0009]以n型衬底(相当于图1的(1))的晶硅非晶硅异质结太阳能电池为例，硅片的背面被下本征氢化非晶硅钝化膜(相当于图1的(2))和p型掺杂的非晶硅膜(相当于图1的(3))覆盖以此来形成p
‑
n结，作为空穴选择传输层。在硅片的正面也通过沉积上本征氢化非晶硅钝化膜(相当于图1的(4))来钝化悬挂键，但是为了减少掺杂氢化非晶硅和TCO的吸收损失，在上本征氢化非晶硅钝化膜(相当于图1的(4))正面的n型掺杂氢化非晶硅(相当于图1的(5))只覆盖了小部分面积来作为电子的选择性传输通道。减少n型掺杂氢化非晶硅(相当于图1的(5))的覆盖面积是基于太阳电池的衬底也为n型掺杂，电子为多数载流子，其在衬底中有良好的传输能力。虽然减少了前表面场的覆盖面积会使电子的扩散距离变大，但良好的传输能力可避免引起传输损失。同样地，正面的透明导电氧化物薄膜也仅沉积在n型掺杂氢化非晶硅上部，透明导电氧化物薄膜上部有金属电极来形成紧密欧姆接触。为了最大化利用太阳光，在没有覆盖n型掺杂氢化非晶硅的太阳能电池的上表面，沉积有防反射膜。
[0010]用来做太阳能电池的衬底的硅片为柴可拉斯基法(简称柴氏法、提拉法或Cz Si)或区熔法(FZ)生产的单晶硅片，掺杂极性可以为n型或者p型，厚度小于250微米；
[0011]硅片需要经过抛光和清洁，然后进行制绒工艺(也叫表面织构)来形成绒面，再进行清洗和去除表面的氧化层，获得无污染、适合后续薄膜沉积工艺的、化学稳定的硅片；
[0012]下本征氢化非晶硅钝化层(2)和上本征氢化非晶硅钝化层(4)，厚度均小于等于10纳米，采用化学气相沉积工艺沉积；
[0013]掺杂氢化非晶硅发射层(3)和掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)，厚度均小于等于100纳米，采用化学气相沉积工艺沉积；
[0014]上透明导电氧化物薄膜(7)和下透明导电氧化物薄膜(8)均选自为氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)，厚度小于等于100纳米，采用磁控溅射法沉积；
[0015]下金属电极(9)和上金属电极(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶硅异质结太阳能电池，其特征在于，基本单元为：单晶硅(1)的背面即下表面依次向下为下本征氢化非晶硅钝化层(2)、掺杂氢化非晶硅发射层(3)覆盖整个单晶硅(1)下表面；单晶硅(1)的正面即上表面为上本征氢化非晶硅钝化层(4)覆盖单晶硅(1)的整个上表面，在上本征氢化非晶硅钝化层(4)上表面中间一部分为掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)，在上本征氢化非晶硅钝化层(4)上表面除了掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的其他部分为防反射层(6)；在掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的上表面为上透明导电氧化物薄膜(7)，上透明导电氧化物薄膜(7)的上表面设有上金属电极(10)；掺杂氢化非晶硅发射层(3)的下表面为下透明导电氧化物薄膜(8)，下透明导电氧化物薄膜(8)的下表面设有下金属电极(9)；单晶硅(1)为n型或p型掺杂，掺杂氢化非晶硅发射层(3)对应的为p型掺杂或n型掺杂，单晶硅(1)、下本征氢化非晶硅钝化层(2)和掺杂氢化非晶硅发射层(3)形成p
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n结，作为空穴选择传输层；掺杂氢化非晶硅前表面场层(5)的掺杂与单晶硅(1)的掺杂一致，对应的为n型或p型掺杂。2.按照权利要求1所述的一种晶硅异质结太阳能电池，其特征在于，晶硅异质结太阳能电池由多个基本单元串联或/和并联而成，将对应的下金属电极(9)和上金属电极(10)串联或/和并联。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：严辉，张永哲，宋雪梅，郑子龙，陈小青，孙召清，张鑫，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：