一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池制造技术

本发明专利技术涉及一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，结合了晶体硅与薄膜材料的特点，形成一种非晶硅碳／非晶硅／微晶硅／晶体硅太阳电池结构，有利于减弱非晶硅薄膜的光致衰减效应，提高太阳电池的稳定性；在不同种类或结构的半导体材料界面形成双异质结，充分利用二维电子气效应，有效提高了载流子产额；所形成的高低异质结电场有利于非平衡少数载流子的迁移，减少复合效应；利用不同带隙半导体材料组成的窗口效应，实现了材料对不同频率波段光的选择吸收，增加了入射光的总体有效利用，以提高太阳能电池的光电转换效率，推进光伏发电事业的发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳电池光伏发电
，特别是涉及一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池。
技术介绍
太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。现今光伏发 电领域发展较快的太阳电池产业主要有晶体硅太阳电池与薄膜太阳电池。晶体硅太阳电池 的发展已有较为成熟的技术工艺，但由于原材料价格、生产工艺复杂、能耗高、污染等因素 使得该类型的电池生产成本较高，并且从提高光电转换效率的角度来说，尚须进一步改进 技术。薄膜太阳电池原材料来源广泛、生产成本低、质量轻、可柔性，因而具有广阔的市场 前景。与晶体硅太阳电池相比，非晶硅薄膜太阳电池的优点体现在原材料成本低，所用硅 材料少，厚度为微米级，只有晶体硅电池厚度的1/100 ;可采用玻璃、不锈钢和塑料等廉价 衬底材料，生长薄膜的主要原材料SiH4和H2，来源丰富，无毒，材料与器件同步完成，采用 低温制造工艺，因此耗能比晶体硅电池低得多，便于大面积连续化生产；外形美观，使用可 靠，特别适合建筑一体化(BIPV);硅薄膜电池产品尺寸可达1.4 5.7平方米，容易做成透 明的，因此更容易与建筑结合在一起使用；硅基薄膜电池的高温性能好(非晶硅的电池效 率温度系数较低，约为-0. 1% /K，因此环境温度升高所引起的电池效率降低不明显。而晶 体硅太阳电池的温度系数为-0. 4% /K，随着组件的野外温度升高，电池效率会出现较大降 低)；弱光性能好，在弱光下也能发电。非晶硅薄膜材料在可见光频率范围内，对可见光的 吸收系数比晶体硅要大一个量级，并且非晶硅太阳电池的制造温度较低(200 300°C )、易 于实现大面积生产，因而其在薄膜太阳电池的研发领域中占据首要地位。目前，非晶硅太 阳电池的制作主要包括电子回旋共振，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，直流辉光放电 (GD)，射频辉光放电，溅射和热丝化学气相沉积(HW-CVD)等方法。非晶硅太阳电池制作的 基本原理，是将含有硅的烷气(主要是SiH4)采用化学方式沉积到非硅基板(如玻璃、不锈 钢等材料)上，通过使用SiH4等离子体分解法，掺入乙硼烷B2H6和磷化氢PH3等气体而实 现掺杂工艺，形成P型和n型导电类型的薄膜材料。 不同类型的异质结太阳电池在实验室研发已有多年历史，从晶体硅表面织构、缓 冲层材料沉积、导电薄膜的沉积制备与优化到太阳电池器件的制造和工艺优化等方面都进 行了广泛深入的研究。工业生产上比较成功的案例是日本三洋的HIT电池(非晶硅/晶体 硅结构)，电池转换效率能达到20%以上。但这种结构的太阳电池面临的问题是缓冲层的 生长技术、导电薄膜的工艺优化、低温条件下金属-硅的合金化以及电极优化，由于非晶硅 缓冲层对晶体硅绒面和工艺条件非常敏感，因此其制作是产业化的极大挑战。此外，电池的 吸收层采用非晶硅薄膜，将导致光劣化效应。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，结合了晶体硅太阳电池与硅基薄膜太阳电池的特点，可以充分有效的利用太阳光谱的短波光， 提高电池的短波部分光谱相应，为光生载流子的产生、分离、输运和收集创造条件。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种带隙可调控的硅基异质结 太阳电池，包括n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层， 所述的n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层依序自上 而下叠层结合；所述的n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层掺杂浓 度依次控制为n++、 n+与n ;所述的晶体硅材料层为p型硅基底层或进行了 n型掺杂扩散处 理的p型硅基底；所述的n型非晶硅碳薄膜层与所述的n型非晶硅薄膜层之间形成一个异 质结结构，所述的n型非晶硅薄膜层与所述的n型微晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构； 所述的n型非晶硅碳薄膜层制有钝化膜和/或透明导电薄膜；所述的钝化膜和/或透明导电薄膜上有受光面接触电极；所述的晶体硅材料层的下表面有背表面场；所述的背表面场下有背电极。 所述的带隙可调控的硅基异质结太阳电池的分层导电类型还可以采用整体对应 的方式以反型的方式实现，即采用P型非晶硅碳薄膜层、P型非晶硅薄膜层和P型微晶硅薄 膜层，其掺杂浓度可依次控制为P++、P+与P，采用的晶体硅材料层为n型硅基底层或进行了 P型掺杂扩散处理的n型硅基底。 所述的带隙可调控的硅基异质结太阳电池的非晶硅碳薄膜层、非晶硅薄膜层和微 晶硅薄膜层的禁带宽度依次递减，形成窗口效应；所述的非晶硅碳薄膜层、非晶硅薄膜层、 微晶硅薄膜层和晶体硅材料层的厚度为纳米量级并可调节。 所述的带隙可调控的硅基异质结太阳电池的晶体硅材料层的迎入射光的一面进行表面织构处理，包括各向异性或各向同性腐蚀工艺，形成凹陷循环结构。 所述的钝化膜由氮化硅或二氧化硅制成；所述的透明导电薄膜由IT0或Zn0制成；所述的电极采用高电导率金属材料制成。 所述的高电导率金属材料为Ag。 有益效果 由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果由于有非晶硅薄膜材料，决定了电池在弱光条件下输出特性较好，意味着同样光辐照强 度下，相同额定功率的光伏电池，异质结太阳电池的输出功率会高于晶体硅电池。由于采用 宽带隙的硅基薄膜材料，温度升高对输出电压和输出功率的影响较小，使得异质结电池的 温度效应弱，衰减率是晶体硅电池的一半左右，在环境温度较高的情况下异质结电池输出 特性优越于晶体硅太阳电池。本专利技术的太阳电池结构为非晶硅碳_非晶硅_微晶硅_晶体 硅异质结，硅基薄膜的禁带宽度可以调控，从而有效吸收太阳光，提高光生载流子的产额， 降低电池的工作温度，在技术上发挥了常规太阳电池与薄膜太阳电池的优点。附图说明 图1是本专利技术的异质结太阳电池结构示意图； 图2是本专利技术的异质结太阳电池的能带结构示意图。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 本专利技术的实施方式涉及一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，如图l所示，包 括n型非晶硅碳薄膜层2、n型非晶硅薄膜层3、n型微晶硅薄膜层4、晶体硅材料层5，所述 的n型非晶硅碳薄膜层2、 n型非晶硅薄膜层3、 n型微晶硅薄膜层4、晶体硅材料层5依序 自上而下叠层结合；为形成有效的高低结电场效应，所述的n型非晶硅碳薄膜层2、 n型非 晶硅薄膜层3、n型微晶硅薄膜层4掺杂浓度依次控制为n++、n+与n ;所述的晶体硅材料层5 为P型硅基底或进行了 n型掺杂扩散处理的p型硅基底；所述的n型非晶硅碳薄膜层2与 所述的n型非晶硅薄膜层3之间形成一个异质结结构，所述的n型非晶硅薄膜层3与所述 的n型微晶硅薄膜层4之间形成一个异质结结构。 为了实现这一结构，首先在晶体硅材料上先沉积一层微晶硅薄膜，主要是考虑到 非晶硅材料缺陷是密度较大，少子寿命较低的缺陷，而微晶硅的少子寿命相对较高且具有 较高的稳定性，有利于太阳电池光电转换效率的提高。此外，微晶硅薄膜层也可作为非晶硅 与晶体硅之间界面的一种缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，包括ｎ型非晶硅碳薄膜层、ｎ型非晶硅薄膜层、ｎ型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层，其特征在于，所述的ｎ型非晶硅碳薄膜层、ｎ型非晶硅薄膜层、ｎ型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层依序自上而下叠层结合；所述的ｎ型非晶硅碳薄膜层、ｎ型非晶硅薄膜层、ｎ型微晶硅薄膜层掺杂浓度依次控制为ｎ↑［＋＋］、ｎ↑［＋］与ｎ；所述的晶体硅材料层为ｐ型硅基底或进行了ｎ型掺杂扩散处理的ｐ型硅基底；所述的ｎ型非晶硅碳薄膜层与所述的ｎ型非晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构，所述的ｎ型非晶硅薄膜层与所述的ｎ型微晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构；所述的ｎ型非晶硅碳薄膜层上制有一层包括钝化膜和／或透明导电薄膜的上叠层；所述的上叠层上有受光面接触电极；所述的晶体硅材料层的下表面有背表面场；所述的背表面场下有背电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪开禄，彭德香，沈文忠，司新文，张剑，孟凡英，彭铮，何宇亮，高华，李正平，李长岭，刘洪，
申请(专利权)人：上海超日太阳能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]