【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳电池领域，特别涉及一种空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池及其制备方法。
技术介绍
1、太阳电池是卫星、空间站、货运飞船等的能源系统的组成部分，是长时间滞空获取能源的唯一来源，因此，太阳电池的性能对的发射和滞空飞行至关重要，包括光电转换效率、质量比功率、空间环境耐受性等。与地面光伏不同，太阳电池和组建在空间环境要遭受更为苛刻的紫外辐照和高低温度冲击、电子和高能粒子辐照、原子氧刻蚀等，因此，空间用太阳电池结构和组件封装与地面有很大的差异。
2、1954年，美国贝尔实验室专利技术了单晶硅太阳电池，1958年首次用于人造卫星，但是，单晶硅太阳电池转换效率低，空间环境下的光电转换效率只有20%以下，而且空间粒子辐照衰减大。为了提高空间耐受性，通常使用镀膜石英玻璃盖片防护原子氧的刻蚀以及高能电子和质子轰击损伤，但是，玻璃盖片成本高，而且增加系统重量。随着高效率ⅲ-ⅴ族化合物太阳电池的出现，光电转换效率不断提高，用太阳电池逐步被ⅲ-ⅴ族化合物太阳电池取代，目前，三结ⅲ-ⅴ族化合物太阳电池的光电转换效率达到30%以上，是卫星和空间站的主力产品，但是，ⅲ-ⅴ族化合物太阳电池成本极高，提高了卫星等的成本。
3、随着信息技术的发展，空间宽带通讯技术变得越来越重要，美国太空探索技术公司的星链（starlinks）显示了极高的应用价值。空间宽带通信由大量的低轨卫星组成，因此，对太阳电池的低成本化提出了新的需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是
2、本专利技术提供了一种空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池，
3、以ga掺杂p型单晶硅片作为衬底；
4、在所述ga掺杂p型单晶硅片的前表面依次设置i型本征氢化非晶硅钝化层和n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层；
5、在所述ga掺杂p型单晶硅片的背表面依次设置i型本征氢化非晶硅钝化层和p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层；
6、在所述n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层和所述p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层的外表面设置透明导电金属氧化物薄膜；
7、在所述透明导电金属氧化物薄膜的外表面设置金属电极；
8、在所述透明导电金属氧化物薄膜和所述金属电极上覆盖薄膜防护层。
9、所述ga掺杂p型单晶硅片的规格参数如下：厚度在60至110微米之间，电阻率在7至20ωcm之间，氧杂质浓度在6x1017cm-3以下，碳杂质浓度在5x1016cm-3以下，位错密度在100atom/cm2以下。
10、所述i型本征氢化非晶硅钝化层的厚度为3-10纳米。
11、所述n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层的厚度为10-40纳米，含有siox纳米晶结构。
12、所述p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层的厚度为20-50纳米，含有纳米晶硅结构。
13、所述透明导电金属氧化物薄膜选自氧化铟锡、氧化铟或者氧化锡薄膜，厚度为40-90纳米。
14、所述薄膜防护层选自氟化镁、氧化硅或者氮氧化硅薄膜，光学折射率为1.4-1.8，厚度为5-50纳米。
15、本专利技术的空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池具有双面发电的特征，前表面和背表面可以同时吸收太阳光产生功率输出，在相同光照和环境条件下，背表面的光电转换效率是前表面的80%以上，在空间环境下，背表面可以提供前表面输出功率3%以上的输出功率增益。
16、本专利技术还提供了一种空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
17、（1）采用ga掺杂p型单晶硅片作为衬底；
18、（2）把单晶硅片进行表面抛光和清洗，除去切片损伤层和表面污染；
19、（3）把抛光和清洗的单晶硅片放入扩散炉内，进行磷扩散吸杂处理；
20、（4）对扩散吸杂的硅片进行清洗和制绒，首先除去表面氧化层和扩散层，利用碱溶液各向异性腐蚀方法制作金字塔结构，然后进行清洗，形成具有金字塔结构的清洁表面；
21、（5）把制绒的单晶硅片导入cvd进行非晶硅薄膜沉积，首先制作背表面i型本征氢化非晶硅钝化层，然后制作前表面i型本征氢化非晶硅钝化层和n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层，最后制作背表面p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层；
22、（6）把硅片导入薄膜沉积设备，连续沉积前表面和背表面的透明导电金属氧化物薄膜；
23、（7）利用丝网印刷或者打印设备分别在背表面和前表面制作金属电极，并进行加热干燥处理；
24、（8）利用真空镀膜或者化学气相沉积设备在背表面和前表面沉积薄膜防护层；
25、（9）把硅片导入热处理设备进行加热固化处理，处理温度在160-220℃，热处理氛围为大气；
26、（10）利用光注入设备对电池片进行光注入处理，完成电池制备；
27、（11）对电池片测试分选，然后进行组件制作。
28、有益效果
29、（1）本专利技术采用硅异质结（hjt）结构，对单晶硅衬底、表面功能薄膜材料进行设计，外表面增加低光学折射率的薄膜防护层，使该专利技术的hjt太阳电池具有很好的空间环境耐受性；并且，采用硅异质结太阳电池的通用设备，使太阳电池的材料和工艺成本大幅度下降；
30、（2）本专利技术采用高纯度ga掺杂、低位错密度的p型单晶硅片作为衬底，由于ga的原子半径和质量大，与b掺杂相比，使单晶硅衬底抗电子和高能质子辐照的能力大幅度提高，同时，通过降低氧和碳杂质的浓度，提高太阳电池耐紫外辐照能力；
31、（3）本专利技术中p型单晶硅片的前表面和背表面的钝化层采用非晶结构，前表面和背表面的电荷收集层采用非晶硅混合纳米晶结构，与常规硅异质结太阳电池相比，有效提高太阳电池的耐紫外和高能粒子辐照能力；
32、（4）本专利技术采用多晶结构的透明导电金属氧化物薄膜，并且在表面覆盖非晶结构的氟化镁或者氧化硅、氮氧化硅薄膜防护层，既可增加在地面储存和安装时的耐湿热可靠性，同时还可提高太阳电池在空间环境的耐紫外和高能粒子辐照能力。
33、（5）本专利技术的特殊构造硅异质结太阳电池，在空间环境的耐紫外辐照、耐原子氧刻蚀、耐电子和质子轰击能力方面都有大幅度的提高，可以满足不同轨道高度空间飞行器的应用需求，而且在地面保存和实验的耐温度循环和湿热稳定性方面也有充分的保证，可以为各种空间飞行器提供低成本太阳电池。
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1.一种空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池，其特征在于：其结构如下：
2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述i型本征氢化非晶硅钝化层的厚度为3-10纳米。
3.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层的厚度为10-40纳米，含有SiOx纳米晶结构。
4.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层的厚度为20-50纳米，含有纳米晶硅结构。
5.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述透明导电金属氧化物薄膜选自氧化铟锡、氧化铟或者氧化锡薄膜，厚度为40-90纳米。
6.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述薄膜防护层选自氟化镁、氧化硅或者氮氧化硅薄膜，光学折射率为1.4-1.8，厚度为5-50纳米。
7.一种如权利要求1-6任一所述的空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种空间用低成本高环境耐受性硅异质结太阳电池，其特征在于：其结构如下：
2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述i型本征氢化非晶硅钝化层的厚度为3-10纳米。
3.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述n型掺杂氢化纳晶硅薄膜电子收集层的厚度为10-40纳米，含有siox纳米晶结构。
4.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池，其特征在于：所述p型掺杂氢化纳晶硅薄膜空穴收集层的厚度为20-...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘正新，孟凡英，刘文柱，张丽平，赵文婕，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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