一种硅基异质结太阳电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种硅基异质结太阳电池，结合了晶体硅与薄膜材料的特点，包括自上而下叠层结合的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，ｎ型非晶硅碳薄膜层与ｎ型非晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构，ｎ型非晶硅薄膜层与ｎ型微晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构，从而形成一种非晶硅碳／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；利用不同带隙半导体材料组成的窗口效应，实现了异质结电池结构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。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳电池光伏发电
，特别是涉及一种硅基异质结太阳电 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(1)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 ； (2)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；(3)外形 美观，使用可靠，特别适合建筑一体化(BIPV) ； (4)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；(5)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)；(6)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重 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ρ型和η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。因此，提出规模生产的高效异质结太阳电池就显得尤为重要和紧 迫。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种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 的短波光谱响应，为光生载流子的产生、分离、输运和收集创造条件。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种硅基异质结太阳电池，包括η型非晶硅碳薄膜层、η型非晶硅薄膜层、η型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层，所述 的η型非晶硅碳薄膜层、η型非晶硅薄膜层、η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η型非晶硅碳薄膜层、η型非晶硅薄膜层、η型微晶硅薄膜层掺杂浓度 依次控制为η++、η+与η ；所述的晶体硅材料层为P型硅基底层或进行了 η型掺杂扩散处理 的ρ型硅基底层；所述的η型非晶硅碳薄膜层与所述的η型非晶硅薄膜层之间形成一个异 质结结构，所述的η型非晶硅薄膜层与所述的η型微晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构； 所述的η型非晶硅碳薄膜层上有接触受光面电极；所述的晶体硅材料层的下表面有背表面 场；所述的晶体硅材料层下有背光面电极。所述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ρ++、ρ+与P，采用的晶体硅材料层为η型硅基底层或进行了 P型掺杂扩散处理的 η型硅基底层。所述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、非晶硅薄膜层和微晶硅薄膜层 的厚度为纳米量级并可调节。所述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。所述的硅基异质结太阳电池的非晶硅碳薄膜层上表面还可以附加有一层包括钝 化膜和/或透明导电薄膜的上叠层；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ITO或ZnO制成。所述的硅基异质结太阳电池的电极采用高电导率金属材料Ag制成。有益效果由于采用了上述的技术方案，本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，在技术上发挥了晶体硅太阳电池与薄膜太阳电池的优点。附图说明图1是本技术的异质结太阳电池结构示意图；图2是本技术的异质结太阳电池的能带结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本 技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容 之后，本领域技术人员可以对本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。本技术的实施方式涉及一种硅基异质结太阳电池，如图1所示，包括η型非品 硅碳薄膜层1、η型非晶硅薄膜层2、η型微晶硅薄膜层3、晶体硅材料层4，所述的η型非晶 硅碳薄膜层1、η型非晶硅薄膜层2、η型微晶硅薄膜层3、晶体硅材料层4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η型非晶硅碳薄膜层1、η型非晶硅薄膜层 2、η型微晶硅薄膜层3掺杂浓度依次控制为η++、η+与η ；所述的晶体硅材料层4为ρ型硅基 底层或进行了 η型掺杂扩散处理的ρ型硅基底层；所述的η型非晶硅碳薄膜层1与所述的 η型非晶硅薄膜层2之间形成一个异质结结构，所述的η型非晶硅薄膜层2与所述的η型微 晶硅薄膜层3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沉积一层微晶硅薄膜，主要是考虑到非 晶硅材料密度较大，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过渡层。一般而言，非晶硅薄膜和微晶硅薄膜分别具有对太阳光谱的 短波响应和长波响应高的特点。在微晶硅薄膜层的基础上再沉积非晶硅薄膜层，增加了光 吸收范围，以提高电池的光电转换效率。硅碳属于IV族化合物半导体，由于具有宽带隙和 高硬度，被认为是最适合在高温和高压下工作的电子器件材料。非晶硅碳薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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型硅基底层或进行了ｎ型掺杂扩散处理的ｐ型硅基底层；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有接触受光面电极；所述的晶体硅材料层下有背光面电极。

【技术特征摘要】

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