【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，还涉及上述硅异质结太阳能电池的制备方法。
技术介绍
1、由于能源需求的不断增长和对环境友好能源的迫切需求，太阳能作为一种可再生能源备受关注。然而，传统的晶硅太阳能电池受限于能量转换效率、成本和不可弯曲性，限制了其应用领域。
2、为了提高太阳能电池的效率和降低成本，研究者开始关注晶硅异质结太阳能电池的潜力。此类太阳能电池采用了晶体硅(c-si)作为基底材料，并通过在其表面或界面引入非晶硅，形成异质结，从而改善电池的光吸收和载流子分离效率。
3、现有c-si太阳能电池占太阳能电池市场95％以上，其晶圆厚度通常为150～180μm，该厚度下使其在一些极端使用环境(如卫星、航天器和无人机)中无法适用，因此对太阳能电池的减重和灵活性提出了更高的要求。目前将c-si晶片厚度降低到比典型c-si太阳能电池薄得多，并将“薄膜太阳能电池”的优点融入c-si太阳能电池中是一个热点方向。然而，薄c-si太阳能电池(55～130μm)的功率转换效率几十年来一直维持在23.27～24.70％的范围内。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术目的旨在提供一种可弯曲(厚度低于130μm)同时还具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池；本专利技术另一目的提供上述硅异质结太阳能电池的制备方法。
2、技术方案：本专利技术所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，包括硅基底层；在硅基底层正面依次沉积有氢化
3、其中，硅基底层正面和背面的透明导电氧化物层上丝印的金属电极均为栅线形式；或者硅基底层正面透明导电氧化物层上丝印的金属电极为栅线形式，硅基底层背面透明导电氧化物层上的金属电极为整个面全覆盖金属电极。
4、其中，硅基底层为n型单晶硅，表面采用制绒结构，硅基底层的厚度小于130μm。
5、其中，氢化非晶硅氧层的厚度小于0.5nm，其中氧原子含量为8～12at.％，氢含量为22～30at.％；氢化非晶硅层的厚度为4～5nm，其中氢含量为18～25at.％。
6、其中，n型氢化纳米晶硅氧层的厚度为12～18nm，晶体的体积分数为40～46％；p型氢化纳米晶硅层的厚度为20～25nm，晶体体积分数为60～66％。
7、其中，透明导电氧化物层为铈掺杂氧化铟，厚度为70nm；金属电极为银电极，对于双面电池，正背面均采用栅线形式，宽度为16～18μm。对于单面电池，正面采用栅线形式，电池背面采用金属电极全覆盖，即背面刷满银浆。
8、上述硅异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
9、(1)对硅基底层进行减薄、制绒处理；
10、(2)在硅基底层上连续等离子体增强化学气相沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层，形成钝化层；本专利技术通过采用超薄的氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层复合，一方面能够有效降低钝化层对电池电导率带来的不利影响，一方面通过工艺控制能够有效保护钝化层的完整和平整，从而使其具有良好的钝化效果；
11、(3)利用co2和h2混合气体在钝化层上进行等离子体预处理，实现在钝化层浅表面的纳米晶播种；采用混合气体进行等离子体预处理，一方面能够使纳米晶播种在钝化层表面，且后续的掺杂接触层能够垂直生长，提高电池的电导率；另一方面能够抑制种子层的反向外延，保证钝化层的完整性，避免破坏钝化效果；
12、(4)在高氢硅烷的气流比下，在钝化层的纳米晶种上垂直生长掺磷的n型纳米晶硅氧层，晶体的体积分数为40～46％(即特定比例的非晶硅转化为纳米晶硅)；进一步提高氢硅烷的气流比，在背面钝化层的纳米晶种上垂直生长掺硼的p型纳米晶硅层，晶体的体积分数为60～66％；
13、(5)沉积铈掺杂氧化铟作为透明导电氧化物层，再在透明导电氧化物层上采用无接触激光转移印刷金属电极。
14、其中，步骤(2)中，在硅基底层上连续沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层过程中，通过气体电阻传感器实时监测工作腔体内的气体电阻，在样品台表面设置密度为18～19个/cm2的二极管(作为电压传感器，反馈电池表面等离子体的轰击强度)用于检测电池表面的轰击电压。电阻传感器将采集到的气体电阻值和二极管检测到的电池表面各点的电压值传输给系统的智能终端；智能终端通过控制不同种类气体进气阀门的开度来进行气体的切换以及气体流速的调节，使电池表面轰击电压的波动值小于初始电池表面电压值的±0.5％。即使在气体切换或气体流速调节过程中，也能够维持工作腔体内气体电阻恒定，从而实现钝化层表面的低损伤，避免破坏钝化效果。
15、其中，连续沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层的具体工艺过程为：在190℃下，以硅烷(sih4)和co2作为原料气在硅基底层两侧(正面和背面)生长出2～3个原子层厚度且能够抗外延生长的超薄(<0.5nm)氢化非晶硅氧层；co2:sih4的气流量比为0.1～0.2:1；当从氢化非晶硅氧层过渡至氢化非晶硅层沉积时，co2切换为h2进气，调节h2:sih4的气流量比为18～20:1，从而使等离子体波动电压<±0.5％，在氢化非晶硅氧亚单层上进行另一个无外延氢化非晶硅层的沉积；本专利技术能够实现在硅基底层上连续沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层，即能够实现第一钝化层到第二钝化层的自然界面过渡，并且整个钝化过程保护了精细的非晶层受等离子体的损伤，尤其是超薄氢化非晶硅氧层的损伤，从而有效提高了其防外延生长的能力；本专利技术方法得到的钝化层表面完整，如图3所示，而大幅提高本专利技术电池的光电转换效率。
16、其中，步骤(4)中，在h2:sih4:ph3气流比为720～780:5:0.1，co2:sih4气流比为0.5±0.2下，在钝化层(氢化非晶硅层)纳米晶种上垂直生长掺磷的n型纳米晶硅氧层；断开co2的进气，进一步提高氢硅烷的气流比至h2:sih4:b2h6的气流比为2500～2900:5:0.1，在背面钝化层的纳米晶种上垂直生长掺硼的p型纳米晶硅层。
17、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著的优点：本专利技术能够制得55～130μm厚度下光电转换效率均高于26％的硅异质结太阳能电池，分别在57、74、84、106、125μm厚度上获得了26.06％、26.19％、26.50％、26.56％和26.79％的光电转换效率；其中，57μm厚度电池的开路电压达到了761mv，是目前c-si太阳能电池中最高值；57μm厚度电池的功率重量比达到1.9w·g-1，是c-si太阳能电池的最高水平；同时，电池减薄也带来了柔性的显著提高，使电池曲率半径可达到19.6mm(57μm)，这为无人机、航天器和其他需要极高重量和灵活性的应用开辟了新的可能性。
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1.一种可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：包括硅基底层(1)；在硅基底层(1)正面依次沉积有氢化非晶硅氧层(2)、氢化非晶硅层(3)、n型氢化纳米晶硅氧层(4)和透明导电氧化物层(6)；在硅基底层(1)背面依次沉积有氢化非晶硅氧层(2)、氢化非晶硅层(3)、p型氢化纳米晶硅层(5)和透明导电氧化物层(6)；在透明导电氧化物层(6)上印刷有金属电极(7)。
2.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：硅基底层(1)正面和背面的透明导电氧化物层(6)上同时采用无接触激光转移印刷的金属电极(7)均为栅线形式；或者硅基底层(1)正面透明导电氧化物层(6)上采用无接触激光转移印刷的金属电极(7)为栅线形式，硅基底层(1)背面透明导电氧化物层(6)上为整个面全覆盖金属电极。
3.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：硅基底层(1)为n型单晶硅，表面采用制绒结构，硅基底层(1)的厚度小于130μm。
4.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的
5.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：n型氢化纳米晶硅氧层(4)的厚度为12～18nm，晶体的体积分数为40～46％；p型氢化纳米晶硅层(5)的厚度为20～25nm，晶体体积分数为60～66％。
6.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：透明导电氧化物层(6)为铈掺杂氧化铟；金属电极(7)为银电极，采用栅线形式的银电极的宽度为16～18μm。
7.权利要求1所述的硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在硅基底层上连续沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层过程中，通过气体电阻传感器实时监测工作腔体内的气体电阻，并在样品台表面设置密度为18～19个/cm2的二极管用于检测电池表面的等离子体轰击电压；电阻传感器将采集到的气体电阻值和二极管检测到的电池表面各点的电压值传输给系统的智能终端；智能终端通过控制不同种类气体进气阀门的开度来进行气体的切换以及气体流速的调节，使电池表面轰击电压的波动值小于初始电池表面电压值的±0.5％。
9.根据权利要求8所述的硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，连续沉积氢化非晶硅氧层和氢化非晶硅层的具体工艺过程为：在190～200℃下，先以硅烷和CO2作为原料气在硅基底层两侧生长出2～3个原子层厚度且能够抗外延生长的氢化非晶硅氧层；CO2:SiH4的气流量比为0.1～0.2:1；当从氢化非晶硅氧层过渡至氢化非晶硅层沉积时，CO2切换为H2进气，调节H2:SiH4的气流量比为18～20:1，从而使电池表面的等离子体电压波动<±0.5％，在氢化非晶硅氧层上进行另一个无外延氢化非晶硅层的沉积。
10.根据权利要求7所述的硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，在H2:SiH4:PH3气流比为720～780:5:0.1，CO2:SiH4气流比为0.5±0.2下，在电池正面的钝化层纳米晶种上垂直生长掺磷的n型纳米晶硅氧层；进一步提高氢硅烷的气流比至H2:SiH4:B2H6的气流比为2500～2900:5:0.1，在电池背面的钝化层纳米晶种上垂直生长掺硼的p型纳米晶硅层。
...【技术特征摘要】
1.一种可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：包括硅基底层(1)；在硅基底层(1)正面依次沉积有氢化非晶硅氧层(2)、氢化非晶硅层(3)、n型氢化纳米晶硅氧层(4)和透明导电氧化物层(6)；在硅基底层(1)背面依次沉积有氢化非晶硅氧层(2)、氢化非晶硅层(3)、p型氢化纳米晶硅层(5)和透明导电氧化物层(6)；在透明导电氧化物层(6)上印刷有金属电极(7)。
2.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：硅基底层(1)正面和背面的透明导电氧化物层(6)上同时采用无接触激光转移印刷的金属电极(7)均为栅线形式；或者硅基底层(1)正面透明导电氧化物层(6)上采用无接触激光转移印刷的金属电极(7)为栅线形式，硅基底层(1)背面透明导电氧化物层(6)上为整个面全覆盖金属电极。
3.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：硅基底层(1)为n型单晶硅，表面采用制绒结构，硅基底层(1)的厚度小于130μm。
4.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：氢化非晶硅氧层(2)的厚度小于0.5nm，其中氧原子含量为8～12at.％，氢含量为22～30at.％；氢化非晶硅层(3)的厚度为4～5nm，其中氢含量为18～25at.％。
5.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：n型氢化纳米晶硅氧层(4)的厚度为12～18nm，晶体的体积分数为40～46％；p型氢化纳米晶硅层(5)的厚度为20～25nm，晶体体积分数为60～66％。
6.根据权利要求1所述的可弯曲且具有高光电转换效率的硅异质结太阳能电池，其特征在于：透明导电氧化物层(6)为铈掺杂氧化铟；金属电...
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