一种晶硅异质结太阳电池结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种高效晶硅异质结太阳电池及其制备方法。本发明专利技术提供的晶硅异质结太阳电池通过减小载流子选择性接触层在电池迎光面上的面积占比，使更多太阳光进入到晶硅衬底中，从而提升电池短路电流密度。同时，所述的制备方法不影响电池表面的钝化效果，可确保电池保持高开路电压和高填充因子，也不显著增加电池制备过程的复杂性，便捷易实施。便捷易实施。便捷易实施。

【技术实现步骤摘要】
一种晶硅异质结太阳电池结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，尤其涉及一种晶硅异质结太阳电池结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]众所周知，进一步提升晶硅太阳电池的转换效率是促进光伏发电成本下降的关键。基于异质结的钝化载流子选择性接触被认为是提升晶硅太阳电池转换效率的重要途径。通常采用P型掺杂或功函数比较高的载流子选择性接触层取出晶硅衬底中的空穴，采用N型掺杂或功函数比较低的载流子选择性接触层取出晶硅衬底中的电子。晶硅衬底中含有的空穴和电子，数量较多的一个称为多子，数量较少的一个称为少子。取出晶硅衬底中的多子的载流子选择性接触层构成太阳电池的高低结表面场，取出晶硅衬底中的少子的载流子选择性接触层构成太阳电池的发射极。为了提高载流子选择性接触层和晶硅衬底之间的异质结界面质量，一般在两者之间还要插入界面钝化层来消除异质结界面上的缺陷。
[0003]为了制作简便，晶硅太阳电池一般采用双面电极结构，即前述的发射极和表面场分别制作在太阳电池的迎光面和背光面上。高性能的载流子选择性接触层和界面钝化层结合可使晶硅衬底获得优异的钝化效果，从而使太阳电池获得高开路电压。但是，由于这些载流子选择性接触层一般存在较大的光学自吸收效应，当将其制作在太阳电池的迎光面上时，就会引起电池较大的光学损失从而导致电池短路电流密度下降。在晶硅同质结太阳电池的迎光面上，为减少掺杂引起的自吸收损耗和复合增加，一种常用的做法是采用选择性发射极结构，即SE(Selective Emitter)结构，通过减少无金属电极区域的掺杂浓度来提高电池的光响应能力。但是这种结构很难制作在晶硅异质结太阳电池上，即使制作出来也难以达到明显改善电池性能的效果。因为如果减小载流子选择性接触层的掺杂浓度，就必须通过增大其厚度来避免其横向电阻变大，但由于这些载流子选择性接触层一般都不是完美的晶体结构，内部含有很多缺陷，厚度越大，缺陷引起的复合越大，电池效率就越低。所以，针对如何提高采用双面电极的晶硅异质结太阳电池的短路电流密度，现有技术仍然缺乏切实可行的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种晶硅异质结太阳电池结构及其制备方法，所述结构容易制作且有潜力提升双面电极晶硅异质结太阳电池的短路电流密度。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种晶硅异质结太阳电池结构，包括晶硅衬底1；
[0007]所述晶硅衬底1的背光面依次层叠设置有第一界面钝化层2、取出晶硅衬底1中的少子的发射极层3和透明导电电极层4；所述透明导电电极层4的表面设置有栅线状第一金属电极M1；所述栅线状第一金属电极M1包括由内层到外层依次层叠设置的第一金属种子层M1a、第一金属层M1b和第一金属保护层M1c；未设置有栅线状第一金属电极M1的透明导电电
极层4的表面设置有第一光学介质层5；
[0008]所述晶硅衬底1的迎光面设置有第二界面钝化层6；所述第二界面钝化层6的表面栅线状选区设置有取出晶硅衬底1中的多子的表面场层7，所述表面场层7的表面设置有栅线状第二金属电极M2；所述栅线状第二金属电极M2包括由内层到外层依次层叠设置的第二金属种子层M2a、第二金属层M2b和第二金属保护层M2c；未设置有表面场层7的第二界面钝化层6的表面设置有第二光学介质层8。
[0009]优选的，所述表面场层7和第二金属电极之间设置有导电介质层9。
[0010]优选的，所述晶硅衬底1为P型掺杂或N型掺杂的；所述晶硅衬底1的电阻率为0.4～4Ω
·
cm。
[0011]优选的，所述第一界面钝化层2和第二界面钝化层6独立的为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种。
[0012]优选的，所述晶硅衬底1为P型掺杂的，所述发射极层3具有≤4.2eV的功函数，所述表面场层7具有≥5.0eV的功函数；
[0013]所述发射极层3是N型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；
[0014]或所述发射极层3优选是无主动掺杂的，为氧化物层、氟化物层和硫化层中的一种或几种；
[0015]所述表面场层7优选是P
+
型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；
[0016]或所述表面场层7优选是无主动掺杂的，为氧化物层、氮化物层、碳化层和碳氮化物层中的一种或几种。
[0017]优选的，所述晶硅衬底1为N型掺杂的，所述发射极层3具有≥5.0eV的功函数，所述表面场层7具有≤4.2eV的功函数；
[0018]所述发射极层3是P型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；
[0019]或所述发射极层3是无主动掺杂的，为氧化物层、氮化物层、碳化物层和碳氮化物层中的一种或几种；
[0020]所述表面场层7是N
+
型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；
[0021]或所述表面场层7优选是无主动掺杂的，为氧化物层、氟化物层和硫化物层中的一种或几种。
[0022]优选的，所述透明导电电极层4为氧化铟基透明导电氧化物层、氧化锌基透明导电氧化物、导电化合物层、导电聚合物层、透明金属纳米线层和透明导电石墨烯层中的一种或几种。
[0023]优选的，所述导电介质层9为导电氧化物层、导电硼化物层、导电氮化物层、导电碳化物层和导电碳氮化物层中的一种或几种。。
[0024]本专利技术还提供一种晶硅异质结太阳电池结构的制备方法，包括以下步骤：
[0025]在晶硅衬底1的背光面依次层叠制备第一界面钝化层2、发射极层3、透明导电电极层4、第一光学介质层5、非晶硅第一牺牲层S1和氧化硅第二牺牲层S2；
[0026]在晶硅衬底1的迎光面依次层叠制备第二界面钝化层6、第二光学介质层8、非晶硅第三牺牲层S3和氧化硅第四牺牲层S4；
[0027]在所述氧化硅第二牺牲层S2的表面制备图形化的第一掩膜R1，在所述氧化硅第四牺牲层S4的表面制备图形化的第二掩膜R2；所述图形化的第一掩膜R1和图形化的第二掩膜R2的图形化结构均为栅线状图形化结构；
[0028]采用第一酸性溶液刻蚀裸露的氧化硅第二牺牲层S2和氧化硅第四牺牲层S4，裸露出栅线状的非晶硅第一牺牲层S1和非晶硅第三牺牲层S3；
[0029]采用第一碱性溶液刻蚀裸露的非晶硅第一牺牲层S1和非晶硅第三牺牲层S3，裸露出栅线状的第一光学介质层5和第二光学介质层8，同时去除图形化的第一掩膜R1和图形化的第二掩膜R2；
[0030]采用第二酸性溶液刻蚀裸露的第一光学介质层5和第二光学介质层8，裸露出透明导电电极层4和第二界面钝化层6，同时去除氧化硅第二牺牲层S2和氧化硅第四牺牲层S4；
[0031]在裸露的透明导电电极层4和剩余的非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，包括晶硅衬底(1)；所述晶硅衬底(1)的背光面依次层叠设置有第一界面钝化层(2)、取出晶硅衬底(1)中的少子的发射极层(3)和透明导电电极层(4)；所述透明导电电极层(4)的表面设置有栅线状第一金属电极(M1)；所述栅线状第一金属电极(M1)包括由内层到外层依次层叠设置的第一金属种子层(M1a)、第一金属层(M1b)和第一金属保护层(M1c)；未设置有栅线状第一金属电极(M1)的透明导电电极层(4)的表面设置有第一光学介质层(5)；所述晶硅衬底(1)的迎光面设置有第二界面钝化层(6)；所述第二界面钝化层(6)的表面栅线状选区设置有取出晶硅衬底(1)中的多子的表面场层(7)，所述表面场层(7)的表面设置有栅线状第二金属电极(M2)；所述栅线状第二金属电极(M2)包括由内层到外层依次层叠设置的第二金属种子层(M2a)、第二金属层(M2b)和第二金属保护层(M2c)；未设置有表面场层(7)的第二界面钝化层(6)的表面设置有第二光学介质层(8)。2.如权利要求1所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述表面场层(7)和第二金属电极(M2)之间设置有导电介质层(9)。3.如权利要求1或2所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述晶硅衬底(1)为P型掺杂或N型掺杂的；所述晶硅衬底(1)的电阻率为0.4～4Ω
·
cm。4.如权利要求1或2所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述第一界面钝化层(2)和第二界面钝化层(6)独立的为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种。5.如权利要求1或2所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述晶硅衬底(1)为P型掺杂的，所述发射极层(3)具有≤4.2eV的功函数，所述表面场层(7)具有≥5.0eV的功函数；所述发射极层(3)是N型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；或所述发射极层(3)是无主动掺杂的，为氧化物层、氟化物层和硫化层中的一种或几种；所述表面场层(7)是P
+
型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；或所述表面场层(7)是无主动掺杂的，为氧化物层、氮化物层、碳化层和碳氮化物层中的一种或几种。6.如权利要求1或2所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述晶硅衬底(1)为N型掺杂的，所述发射极层(3)具有≥5.0eV的功函数，所述表面场层(7)具有≤4.2eV的功函数；所述发射极层(3)是P型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；或所述发射极层(3)是无主动掺杂的，为氧化物层、氮化物层、碳化物层和碳氮化物层中的一种或几种；所述表面场层(7)是N
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型掺杂的，为硅薄膜层、硅氧薄膜层和包含其他IVA族元素的硅合金薄膜层中的一种或几种；或所述表面场层(7)是无主动掺杂的，为氧化物层、氟化物层和硫化物层中的一种或几
种。7.如权利要求1或2所述的晶硅异质结太阳电池结构，其特征在于，所述透明导电电极层(4)为氧化铟基透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，王文静，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：