一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构及其制备方法
。

技术介绍

[0002]晶体硅太阳能电池以其高效
、
稳定
、
无毒
、
成本低等特点，长期以来主导着光伏市场
。
近年来，研究人员将背接触结构
(IBC)
和异质结结构
(SHJ)
结合起来，制备出异质结背接触
(IBC
‑
SHJ)
硅基太阳能电池，这种电池有效结合了异质结电池和背接触式电池的优点，既具备高开路电压，又具有高短路电流密度
。
目前，所制备出的
IBC
‑
SHJ
硅基太阳能电池转换效率已经达到
26.63
％
。
[0003]然而，
IBC
‑
SHJ
硅基太阳能电池也存在一些不足之处：其制备工艺非常复杂，通常需要多次光刻和刻蚀来实现，而且所需设备价格昂贵，严重阻碍了此类电池的大规模工业化生产
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有
IBC
‑
SHJ
硅基太阳能电池的不足，本专利技术提出了一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池，采用载流子选择性材料取代了
IBC
‑
SHJ
硅基太阳能电池中的掺杂非晶硅层，在无需掺杂的情况下即可实现空穴和电子的选择性传输，结合埋栅式电极结构，有望实现此类电池的低成本
、
大规模生产
。
[0005]本专利技术提出的埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池的结构为：以
N
型单晶硅片作为衬底，在所述
N
型单晶硅衬底的后表面依次叠设栅状电子传输层和栅状阴极电极，所形成的栅状叠层埋设于单晶硅衬底和空穴传输层之间，形成埋栅式结构，空穴传输层外设置有阳极电极，所述
N
型单晶硅衬底的前表面具备减反结构，在减反结构上依次叠设钝化层和减反层
。
[0006]本专利技术的进一步改进在于：所述电子传输层的材料为无机金属氧化物
ZnO、LiAc、TiO
x
、MgO
x
等其中的一种，所述空穴传输层的材料为
PEDOT
：
PSS、P3HT、Spiro
‑
OMETAD、Cu2O
等其中的一种
。
[0007]本专利技术的进一步改进在于：所述减反结构为金字塔式绒面结构
、
倒金字塔式绒面结构
、
纳米线阵列结构
、
抛物锥阵列结构
、
蜂窝状结构等其中的一种
。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：所述阴极电极为金属
Al
，所述阳极电极为金属
Ag、Ni
等其中的一种，所述钝化层的材料为氧化铝
、
氧化硅等其中的一种，所述减反层的材料为氮化硅
、
氧化硅
、
氟化镁等其中的一种
。
[0009]另一方面，本专利技术提供了一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
[0010]1)
对
N
型单晶硅衬底的前表面进行制绒，制备出减反结构
。
[0011]2)
对制绒后的硅片进行超声清洗，并放入
HF
溶液中浸泡去除表面的氧化硅
。
[0012]3)
采用旋涂法在
N
型单晶硅衬底的后表面制备电子传输层，并进行退火处理；
[0013]4)
利用硬掩模对电子传输层进行等离子体刻蚀，使其形成栅状分布，并使用另一硬掩模将金属电极蒸镀到栅状电子传输层上，形成阴极；
[0014]5)
采用旋涂法在形成的栅状叠层
(
电子传输层和阴极电极叠层
)
上覆盖空穴传输层，并将金属电极蒸镀到空穴传输层上，形成阳极；
[0015]6)
在
N
型单晶硅衬底的前表面依次沉积钝化层和减反层
。
[0016]本专利技术能产生的有益效果包括：
[0017]本专利技术提出的埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池，采用载流子选择性材料取代传统
IBC
‑
SHJ
硅基太阳能电池中的掺杂非晶硅层，降低了电池的制造成本，并减小了掺杂所带来的界面缺陷；埋栅式结构的设计可以有效避免背部正负电极间易发生的短路问题，并简化电池制备工艺；背接触式结构有效消除了寄生吸收和电极遮蔽所带来的光学损失，而电池前表面的减反结构则可以有效减少光的反射，从而提高电池的短路电流密度
。
[0018]本专利技术提出的埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池制备方法，采用旋涂法结合退火处理的方式来制备电子和空穴传输层，极大地降低了太阳能电池的制造成本；采用硬掩模和等离子体刻蚀法对电子传输层进行图案化处理，随后利用硬掩模将阴极电极蒸镀到图案化的电子传输层上，大大简化了电池的制备工艺，有利于此类太阳能电池的大规模工业化生产
。
附图说明
[0019]图1为本专利技术埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构的示意图；
具体实施方式
[0020]下面将结合附图，通过具体实施例来进一步详细地描述本专利技术的内容
。
[0021]实施例1[0022]说明书附图1中的数字标记分别为：1‑
减反层；2‑
钝化层；3‑
减反结构；4‑
N
型单晶硅衬底；5‑
无机电子传输层；6‑
阴极电极；7‑
有机空穴传输层；8‑
阳极电极
[0023]本专利技术实施例提供了一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构：采用
N
型单晶硅片4作为衬底，在所述
N
型单晶硅衬底4的后表面依次叠设栅状电子传输层5和栅状阴极电极6，所形成的栅状叠层
(5
和
6)
埋设于单晶硅衬底4和空穴传输层7之间，空穴传输层外设置有阳极电极8，所述
N
型单晶硅衬底4的前表面具备减反结构3，在减反结构3上依次叠设钝化层2和减反层
1。
[0024]在本专利技术实施例中，所述减反结构3采用金字塔式绒面结构，所述减反层1的材料为氮化硅，所述钝化层2的材料为氧化铝
。
[0025]在本专利技术实施例中，所述电子传输层5的材料为无机金属氧化物
ZnO
，所述阴极电极6的材料为金属
Al
，所述空穴传输层7的材料为有机高分子聚合物
PEDOT
：
PSS...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构，其特征在于：以
N
型单晶硅片作为衬底，在所述
N
型单晶硅衬底的后表面依次叠设栅状电子传输层和栅状阴极电极，所形成的栅状叠层埋设于单晶硅衬底和空穴传输层之间，形成埋栅式结构，空穴传输层外设置有阳极电极，电子传输层和空穴传输层均采用载流子选择性材料，所述
N
型单晶硅衬底的前表面具备减反结构，在减反结构上依次叠设钝化层和减反层
。2.
根据权利1要求所述的一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构，其特征在于：所述电子传输层的材料为
ZnO、LiAc、TiO
x
、MgO
x
等其中的一种
。3.
根据权利1要求所述的一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构，其特征在于：所述空穴传输层的材料为
PEDOT
：
PSS、P3HT、Spiro
‑
OMETAD、Cu2O
等其中的一种
。4.
根据权利1要求所述的一种埋栅式背接触非掺杂硅基太阳能电池结构，其特征在于：所述减反结构为金字塔式绒面结构
、
倒金字塔式绒面结构
、
纳米线阵列结构
、
抛物锥阵列结构
、
蜂窝状结构等其中的一种
。5.

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小伟，高步峥，李绍荣，李若禺，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：