一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用技术

本发明专利技术实施例涉及一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，本发明专利技术的新型晶硅异质结太阳能电池结构利用磁控溅射沉积碳化硅材料，可以实现光生载流子的高效抽取和输运，降低串联电阻，并且碳化硅材料的折射率在空气与非晶硅之间，又可以作为导电减反层替代透明导电氧化物降低入射光反射率，同时减少大面积金属栅线的使用；本发明专利技术提供的基于非绒面平面结构

【技术实现步骤摘要】
一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光伏发电
，尤其涉及一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]晶硅异质结太阳能电池具有能量转换效率高
、
低温制造工艺简单
、
温度系数低和双面发电等一系列优势，被誉为下一代的光伏技术
。
虽然异质结（
HJT
）电池效率已经超过
26%
，成本也在逐渐下降，但是其发电成本还是高于传统技术的发电成本
。
因此，为了推动光伏发电平价上网，亟需开发新的关键材料
、
结构和工艺技术，进一步提升
HJT
光电转换效率和降低生产成本
。
[0003]前表面光的反射导致的光学损失被认为是影响异质结（
HJT
）太阳能电池效率提高的一个重要因素
。
在现有技术中，通过表面织构化形成的绒面结构结合减反膜是降低光反射率的主要技术
。
在晶硅异质结太阳能电池的实际制作中，绒面结构特性对薄膜沉积和电极接触特性都有影响，导致后续电池制备工艺实施受限，同时，研究表明绒面结构很容易造成电池片的微裂纹；而且，制绒过程中腐蚀液具备一定的使用寿命，换液次数对生产效率及工艺稳定性来说也是一种考验
。
另外，利用氢化非晶硅
/
微晶硅薄膜作为掺杂层，其电导性差
、
缺陷较多，会在短波段产生寄生吸收，且掺杂微晶硅生长缓慢，工艺难度更大
、
设备要求高，亟需其他材料来替代； ITO
薄膜中存在长波长处的自由载流子吸收以及蓝光
/
短波光谱范围内的寄生吸收，都限制了电池光电转换效率的进一步提升
。
[0004]当前，在晶硅异质结太阳能电池的成本构成中，银浆
、TCO
靶材占据了
HJT
电池非硅成本的
70%
，因此降低
/
消除银浆和
TCO
靶材用量为未来降低成本路径的落脚点
。
产线上正在通过采用银包铜
、
铜电镀
、0BB、
低铟化
/
无铟化靶材等技术降低成本，但是银包铜浆料中银含量有限，
0BB、
低铟化技术只能在一定程度上减小银浆和铟用量，电镀铜工艺难以产业化，且有污染
。
[0005]而碳化硅材料具有以下优势：（1）较宽的禁带宽度，达到
3.4eV
，只有波长为
400nm
以下的短波入射光才能被
SiC
吸收，而光伏电池难以利用波长为
400nm
以下的入射光；（2）据报道，在生长过程中掺入施主元素如氮
、
磷等，或者受主元素如铝
、
硼
、
镓等，可改变
SiC
的导电性
。
已经证实，通过在
SiC
中掺杂
N
原子施主来取代
C
原子位置，实现了掺杂浓度从1×
10
14
cm
‑3到3×
10
20
cm
‑3范围内的变化，其电阻率已能达到2×
10
‑3Ω
∙
cm
；已实现
P
型碳化硅掺杂浓度高于1×
10
19
cm
‑3，电阻率低于2×
10
‑2Ω
∙
cm
；（3）
SiC
更高的电导率使其能够更好的抵抗
PID
效应，能够解决抗
PID
与电池效率直接的矛盾；（4）可以采用磁控溅射技术进行制备，生长速率快且工艺过程相对简单，无需使用特气，更适于量产；（5）
SiC
折射率在可见光波长下为
2.6
左右，介于空气和硅之间，可以减弱从空气到硅之间折射率的突变
。
通过
OPAL2
软件仿真计算，在平面硅片上，采用碳化硅叠层减反结构制成的电池片的平均反射率可以与当前制绒加
ITO
工艺持平甚至更小
。
因此，
SiC
是制备晶硅异质结太阳能电池功能层和减反膜的理想材料
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，在提升光电转换效率的同时大幅度降低生产成本
。
[0007]本专利技术提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，采用的
N
型单晶硅片，为非绒面平面结构的
N
型单晶硅片，利用多晶碳化硅和
/
或微晶碳化硅作为
HJT
电池功能层以及采用碳化硅叠层减反膜，不仅改善功能层薄膜质量和导电能力，进一步提升光的利用率以及光电转换效率，同时消除透明导电氧化物使用以及大大节省银浆的用量，大幅度降低了晶硅异质结电池的生产成本，助力太阳能电池平价上网
。
[0008]此外，本专利技术提供采用非绒面平面结构
N
型单晶硅片的晶硅异质结太阳能电池结构，通过碳化硅靶材的使用，利用碳化硅叠层减反膜替代制绒工艺实现电池片表面入射光反射率的降低，大大简化了产业化工艺流程和降低后续沉积工艺难度；同时采用碳化硅薄膜替代当前
HJT
电池中非晶
/
微晶结构的功能层，减小电池串联电阻和寄生吸收，进一步提升光电转换效率，改善了载流子横向输运，省去透明导电氧化物靶材的使用和大幅度减少金属浆料的用量，实现了高效率
、
高产能和低成本的异质结电池技术，将极大地推动异质结及叠层技术的产业化进程
。
[0009]为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构从下至上依次包括：第一介质减反层
、
第一金属电极
、
第一导电减反层
、
第一掺杂层
、
第一本征钝化层
、N
型单晶硅片
、
第二本征钝化层
、
第二掺杂层
、
第二导电减反层
、
第二金属电极
、
第二介质减反层；所述
N
型单晶硅片的表面为非绒面平面结构；所述第一介质减反层
、
第二介质减反层
、
第一导电减反层和所述第二导电减反层中至少有一层包含微晶碳化硅和
/
或多晶碳化硅；所述微晶碳化硅和所述多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为
SiC
x
，其中，0＜...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构从下至上依次包括：第一介质减反层
、
第一金属电极
、
第一导电减反层
、
第一掺杂层
、
第一本征钝化层
、N
型单晶硅片
、
第二本征钝化层
、
第二掺杂层
、
第二导电减反层
、
第二金属电极
、
第二介质减反层；所述
N
型单晶硅片的表面为非绒面平面结构；所述第一介质减反层
、
所述第二介质减反层
、
所述第一导电减反层和所述第二导电减反层中至少有一层包含微晶碳化硅和
/
或多晶碳化硅；所述微晶碳化硅和所述多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为
SiC
x
，其中，0＜
x≤1
；所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为单层时，对于可见光波段折射率为
1.2
‑
2.8
；所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为双层时，与所述第一导电减反层或所述第二导电减反层相接触的一侧为外侧介质减反层，另一侧为内侧介质减反层，所述外侧介质减反层对于可见光波段折射率为
1.1
‑
2.2
，所述内侧介质减反层对于可见光波段折射率为
1.6
‑
2.8
，所述第一导电减反层和所述第二导电减反层对于可见光波段折射率为
1.7
‑
3.7
；所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的
SiC
x
材料的掺杂浓度为1×
10
18
‑3×
10
20
cm
‑3。2.
根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构在工作时，太阳光透过第一介质减反层和
/
或所述第二介质减反层照射到所述
N
型单晶硅片上产生光生载流子，进一步通过所述第一掺杂层和
/
或所述第二掺杂层对载流子的选择性输运使电子和空穴分别流向所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的两面，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的正面与背面通过所述第一导电减反层和所述第二导电减反层收集电流，再经过所述第一金属电极和所述第二金属电极引出电流
。3.
根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金属电极包括：
Ni、Au、Pt、Cr、Ti、Al、Ag、Cu、W、In
中的一种或多种金属单质或金属合金；所述第一金属电极和所述第二金属电极为点状
、
条状或栅线电极
。4.
根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述第一介质减反层
、
所述第一导电减反层
、
所述第一掺杂层
、
所述第一本征钝化层
、
所述第二本征钝化层
、
所述第二掺杂层
、
所述第二导电减反层
、
第二介质减反层均为复合膜层；所述第一介质减反层和所述第二介质减反层的材料还包括：非晶硅氧
、
微晶硅氧
、
多晶硅氧
、
非晶硅氮
、
微晶硅氮
、
多晶硅氮
、
氧化硅
、
氮化硅
、
微晶碳化硅
、
多晶碳化硅
、
二氧化钛
、
氧化锌
、
硫化锌
、
氧化镍
、
氧化钒
、
氧化钼
、
三氧化钨
、
氟化镁
、
氟化锂中的一种或多种；所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的材料还包括：氧化铟锡
、
氧化锡
、
氢化氧化铟
、
掺钨的氧化铟
、
掺镓掺锌氧化铟
、
掺锌氧化铟
、
掺铝氧化锌
、
掺镓氧化锌
、
掺铟氧化锌
、
掺钛氧化铟中的一种或多种；所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的材料还包括：多晶碳化硅
、
微晶碳化硅
、
非晶碳化硅
、
非晶硅
、
微晶硅
、
纳米晶硅
、
非晶硅氧
、
微晶硅氧中的一种或多种；所述第一掺杂层为
P
型掺杂层时，所述第二掺杂层为
N
型掺杂层；所述第一掺杂层为
N
型掺杂层时，所述第二掺杂层为
P
型掺杂层；
所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料包括：二氧化硅
、
非晶硅
、
非晶碳化硅
、
多晶碳化硅
、
微晶碳化硅
、
微晶硅
、
纳米晶硅
、
非晶硅氧
、
微晶硅氧中的一种或多种
。5.
根据权利要求4所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述微晶碳化硅
、
多晶碳化硅和非晶碳化硅中的碳化硅的组成均为
SiC
x
，其中，0＜
x≤1
；所述第一掺杂层和第二掺杂层的
SiC
x
材料的掺杂浓度为1×
10
17
‑3×
10
20
cm
‑3；所述非晶硅氧和所述微晶硅氧中的硅氧的组成均为
SiO
y
，其中，0＜
y≤1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弘，贾海强，杜春花，雷宇，于夕然，韩久放，张宇超，李云，王文新，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：