一种背部含有氧化硅-氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种背部含有氧化硅

【技术实现步骤摘要】
一种背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种先进光伏材料在新型光伏器件中研究及其应用，尤其是涉及一种具有SiO
x
/TiN
y
结构异质结的光伏器件及其制备方法，0<x<2，y<1，应用于高效晶硅太阳能电池的制备技术、载流子传输性能和晶硅钝化接触复合材料科学


技术介绍

[0002]自从1954年贝尔实验室制造出第一个有价值的晶体硅基太阳能电池以来，越来越多的研究人员试图提高不同类型太阳能电池的功率转换效率，PCE:power conversion efficiency。研究发现第三代太阳能电池具有突破Shockley
‑
Queisser极限的潜力。目前，两端钝化接触异质结结构的非对称光伏器件作为一种先进的工艺，是目前研究和制造的主流方向。其中，一种由铟锡氧化物薄膜/含铟非晶态氧化硅/n型硅的ITO/a
‑
SiO
x
(In)/n
‑
Si多结材料组成的新型的半导体准绝缘体半导体(SQIS：semiconductor
‑
quasi
‑
insulator
‑
semiconductor)非对称异质结太阳电池，因其制造工艺简单、成本低而引起了人们的极大兴趣。
[0003]然而在目前的实验中，这类新型的SQIS器件的开路电压却很难超过0.6V。根据赝填充因子计算公式(pFF)，在假设理想因子不变的情况下，SQIS器件的低V
oc
是限制PCE的主要因素。分析影响该器件开路电压的最重要的2个因素是内建电势和钝化接触。内建电势是由来源于材料的的功函数差，如ITO/n
‑
Si，材料的固有属性决定了开路电压。钝化性能可以影响少数载流子的复合概率，以AL
‑
BSF为例，由于金属会导致硅带隙处具有高密度的电子态，金属和硅的直接接触，将会在金属
‑
硅界面处导致光产生电子和空穴的复合损耗，导致高效晶硅(c
‑
Si)太阳能电池的复合损失大于50％。虽然退火后减缓了Shockley
‑
Read
‑
Hall(SRH)复合和降低了接触电阻。然而重掺杂却引发了光电能量损失，尤其是俄歇复合、带隙变窄和自由载流子的吸收，这都将限制了器件的性能。
[0004]所以提高器件的开路电压，需要从这多方面入手，需要提高内建电势，解决钝化接触。因此，需要寻找一种功函数低、钝化接触效果好、工艺简单、制备成本低的背部钝化接触材料用于SQIS器件是提高开路电压的关键，成为急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术以现有的SQIS器件结构为基础，提出了一种背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法，背部钝化结构的叠层钝化介质层，叠层钝化介质层由超薄SiO
x
薄膜和TiN
y
薄膜构成，单晶硅太阳能电池背部依次覆盖SiO
x
薄膜和TiN
y
薄膜。本专利技术通过背部钝化接触结构可以减少太阳能电池背部的表面复合速率，延长晶硅电池的少子寿命，增加太阳能电池的开路电压，进而达到提高光电转换效率的目的。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，包括n型Si衬
底；n型Si衬底的正面依次向外设置有超薄a
‑
SiO
x
(In)层、ITO薄膜、正面银电极、正面铝电极，其中0<x<2；在n型Si衬底的背部设置有背部钝化结构，所述背面钝化结构为叠层钝化介质层，所述叠层钝化介质层由内向外依次为超薄SiO
x
薄膜和TiN
y
薄膜，其中y<1，所述背部钝化结构的TiN
y
薄膜外面为Al背电极。
[0008]优选地，所述超薄a
‑
SiO
x
(In)层、超薄SiO
x
薄膜和TiN
y
薄膜为均匀致密的薄膜材料。
[0009]优选地，所述背面钝化结构属于背部表面钝化结构。
[0010]优选地，背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池具有ITO/a
‑
SiO
x
(In)/n
‑
Si/SiO
x
/TiN
y
结构。具有SiO
x
/TiN
y
结构异质结。
[0011]优选地，超薄a
‑
SiO
x
(In)层或超薄SiO
x
薄膜的厚度不大于2.0nm。
[0012]优选地，ITO薄膜厚度80nm，TiN
y
薄膜厚度不低于300nm，正面银电极或正面铝电极厚度不大于500nm，Al背电极厚度不大于500nm。
[0013]一种本专利技术背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：将硅片衬底使用RCA工艺进行清洗，氮气吹干，得到预处理后的n型Si衬底；
[0015]步骤2：将n型Si衬底放在温度为120℃、质量百分比浓度不低于68％的HF溶液中，在至少10分钟后，在n型Si衬底两侧表面上生成厚度为1.2
‑
1.5nm的超薄SiO
x
薄膜；
[0016]步骤3：取出结合超薄SiO
x
薄膜的n型硅片衬底，使用质量百分比浓度不低于5％的HF溶液去除n型Si衬底一面的SiO
x
薄膜，使n型Si衬底的正面去除SiO
x
薄膜，保留n型Si衬底的背面的超薄SiO
x
薄膜；
[0017]步骤4：将去除SiO
x
薄膜的n型Si衬底放入射频磁控溅射真空腔室中的样品架上，使n型Si衬底正面暴露在射频磁控溅射真空腔室中，将真空腔室的本底真空度保持在不高于3
×
10
‑4Pa；
[0018]步骤5：向射频磁控溅射真空腔室中通入Ar气，保持Ar气的气体流量为40sccm，在起辉后将压强调整到工作气压不高于0.5Pa，在室温下制备厚度80nm的ITO薄膜，在制备ITO薄膜过程中，在ITO薄膜和n型Si衬底正面之间形成厚度不大于2.0nm的超薄a
‑
SiO
x
(In)层，作为中间连接层，形成ITO/a
‑
SiO
x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：包括n型Si衬底(5)；n型Si衬底(5)的正面依次向外设置有超薄a
‑
SiO
x
(In)层(4)、ITO薄膜(3)、正面银电极(2)、正面铝电极(1)，其中0<x<2；在n型Si衬底(5)的背部设置有背部钝化结构，所述背面钝化结构为叠层钝化介质层，所述叠层钝化介质层由内向外依次为超薄SiO
x
薄膜(6)和TiN
y
薄膜(7)，其中y<1，所述背部钝化结构的TiN
y
薄膜(7)外面为Al背电极(8)。2.根据权利要求1所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：所述超薄a
‑
SiO
x
(In)层(4)、超薄SiO
x
薄膜(6)和TiN
y
薄膜(7)为均匀致密的薄膜材料。3.根据权利要求1所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：所述背面钝化结构属于背部表面钝化结构。4.根据权利要求1所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：具有ITO/a
‑
SiO
x
(In)/n
‑
Si/SiO
x
/TiN
y
结构。5.根据权利要求1所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：超薄a
‑
SiO
x
(In)层(4)或超薄SiO
x
薄膜(6)的厚度不大于2.0nm。6.根据权利要求1所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池，其特征在于：ITO薄膜(3)厚度80nm，TiN
y
薄膜(7)厚度不低于300nm，正面银电极(2)或正面铝电极(1)厚度不大于500nm，Al背电极(8)厚度不大于500nm。7.一种权利要求1
‑
6中任意一项所述背部含有氧化硅
‑
氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将硅片衬底使用RCA工艺进行清洗，氮气吹干，得到预处理后的n型Si衬底(5)；步骤2：将n型Si衬底(5)放在温度为120℃、质量百分比浓度不低于68％的HF溶液中，在至少10分钟后，在n型Si衬底(5)两侧表面上生成厚度为1.2
‑
1.5nm的超薄SiO
x
薄膜(6)；步骤3：取出结合超薄SiO
x
薄膜(6)的n型硅片衬底(5)，使用质量百分比浓度不低于5％的HF溶液去除n型Si衬底(5)一面的SiO
x
薄膜，使n型Si衬底(5)的正面去除SiO
x
薄膜，保留n型Si衬底(5)的背面的超薄SiO
x
薄膜(6)；步骤4：将去除SiO
x
薄膜的n型Si衬底(5)放入射频磁控溅射真空腔室中的样品架上，使n型Si衬底(5)正面暴露在射频磁控溅射真空腔室中，将真空腔室的本底真空度保持在不高于3
×
10
‑4Pa；步骤5：向射频磁控溅射真空腔室中通入Ar气，保持Ar气的气体流量为40sccm，在起辉后将压强调整到工作气压不高于0.5Pa，在室温下制备厚度约80nm的ITO薄膜(3)，在制备ITO薄膜(3)过程中，在ITO薄膜(3)和n型Si衬底(5)正面之间形成厚度不大于2.0nm的超薄a
‑
SiO
x
(In)层(4)，作为中间连接层，形成ITO/a
‑
SiO
x
(In)/n
‑
Si/SiO
x
的复合结构器件；步骤6：将ITO/a
‑
SiO
x
(In)/n
‑
Si/SiO
x
的复合结构器件放入直流磁控溅射真空腔室中样品架上，使n型Si衬底(5)背面结合的超薄SiO
x
薄膜(6)暴露在直流磁控溅射真空腔室中，将本底真空度保持在...

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠权，兰自轩，王艺琳，吴康敬，赵磊，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：