一种异质结太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种异质结太阳电池及其制备方法，属于太阳能电池器件技术领域。该异质结太阳电池的特点在于：在透明导电膜和第一型非晶硅之间还具有一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚10~50nm；在准单晶硅层和金属膜之间还具有一层透明导电膜，该层膜厚为100~300nm。其制备过程为：利用p（或n）型单晶硅片制备双层多孔硅，H2退火后再先后生长p（或n）型晶体硅层和本征晶体硅层；然后依次对样品表面进行H2处理、制备本征非晶硅层、n（或p）型非晶硅层、n（或p）型非晶碳化硅层，器件制备完后实施层转移。本发明专利技术可在获得高质量硅薄膜的同时使硅片得到重复使用；窗口层的导电性和透过率更高；在低温下实现良好的电极接触。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池器件
，涉及一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池是一种半导体器件，其能够将太阳光的光能转换成电能。由于其工作时无需水、油、气或燃料，只要有光就能发电，堪称当代清洁、无污染的可再生能源，备受人们的青睐。太阳能电池主要以半导体材料为基础制作，其工作原理是光电材料吸收光能后发生光电子转换反应而产生电流。太阳电池经过半个多世纪的发展，转换效率提高了 5倍， 生产成本也较过去降低了 2个数量级。但是作为大规模地面应用，当前太阳电池的价格仍是过高，原材料的缺乏也正在制约太阳电池的发展。层转移技术对于提高太阳电池效率具有重要意义，是一种具有很大潜力的薄膜太阳电池新技术，该技术可减少硅片的消耗，从而降低光伏行业的生产成本，最终实现光伏发电大规模应用。I. Gordon利用离子注入层转移技术制备了异质结太阳电池，其转换效率为 7.5%。但由于离子注入法成本太高，设备昂贵，不利于生产成本的降低。在现有的层转移技术制备的异质结太阳电池中，背电极通常为金属层，该金属层需要经过高温(>500°C )烧结后才能与硅形成良好的欧姆接触，同时非晶硅作为窗口层时其导电性和透光性还远远不够。
技术实现思路
专利技术目的提供一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，本方法中的层转移技术可以在获得高质量硅薄膜的同时使硅衬底片得到重复使用，从而减少硅片的消耗，降低生产成本；本方法中复合背电极的使用可以在低温下实现良好的电极接触；为了使窗口层对太阳光的吸收尽量减少，透过率尽量增加，本方法采用了非晶碳化硅材料作为电池的窗口层材料，这有利于宽谱带吸收及增加内建电场，减少界面复合，从而提高太阳能电池的量子效率和转换效率，最终实现光伏发电大规模应用。一种异质结太阳电池，依次由普通玻璃、环氧树脂、透明导电膜、第一型非晶硅、本征非晶硅、本征晶体硅、第二型晶体硅、准单晶硅层和金属膜构成，其特征在于在透明导电膜和第一型非晶硅之间还具有一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚l(T50nm ；在准单晶硅层和金属膜之间还具有一层透明导电膜，该层膜厚为10(T300nm;其中，当第一型非晶硅为 η型非晶硅时，第二型晶体硅为ρ型晶体硅；第一型非晶硅为ρ型非晶硅时，第二型晶体硅为η型晶体硅。异质结太阳电池的制备方法，其特征在于包括以下过程步骤1、对清洗好的第一型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下先通小电流3 15mA，持续l(Tl00s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流5(T400mA，持续l(T60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为209Γ40%的氢氟酸和99. 59Γ99. 99%的无水乙醇，其体积比为1 :0. 5^1 2 ；在η型单晶硅片的阳极氧化工艺中，需要光照射硅片从而获得足够的空穴参与，先通小电流;Tl5mA，持续l(Tl00s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流 5(T400mA，持续l(T60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20% 40%的氢氟酸和99. 5% 99. 99%的无水乙醇，其体积比为1 :0. 5 1 2 ；步骤2、将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下气压控制在 IX IO3 IX IO5Pa,退火温度为100(Γ 200 ，退火时间控制在15 45min ； 步骤3、生长高掺杂第一型晶体硅层，膜厚为广3μπι; 步骤4、生长本征晶体硅层，膜厚控制在1(Γ70 μ m ； 步骤5、处理样品表面，减少界面缺陷； 步骤6、生长本征非晶硅层，膜厚为5 10nm; 步骤7、生长高掺杂第二型非晶硅层，膜厚为l(T50nm ； 步骤8、生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，膜厚为l(T50nm ；步骤9、利用物理气相沉积法在非晶硅层上沉积一层厚度为10(T300nm的透明导电膜； 步骤10、在透明导电膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用物理气相沉积法在其上沉积一层厚度为50(Tl000nm金属膜，去掉掩模板后透明导电膜上就留下了栅线状的金属膜， 即为上电极；步骤11、用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面； 步骤12、待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；步骤13、将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；步骤14、利用物理气相沉积法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为10(T300nm 的透明导电膜和一层厚度10(T300nm的金属膜组成的双层膜作为下电极。上述步骤3具体采用低压化学气相沉积法生长第一型晶体硅层，当第一型晶体硅层为P型晶体硅层时其生长工艺中流量比SiH4=B2H6=I :0.0广1 :0. 2，气压控制在 5(Γ300Ι^，生长温度为100(Tl20(rC ；当第一型晶体硅层为η型晶体硅层时其生长工艺中流量比 SiH4 =PH3=I 0. ΟΓ :0. 2，气压控制在 5(T300Pa，生长温度为 1000 1200°C。上述步骤4具体采用低压化学气相沉积法生长本征晶体硅层，使用纯硅烷生长， 气压控制在50100 ，生长温度为100(Tl2(KrC，膜厚控制在l(T70um。上述步骤5具体采用热丝化学气相沉积法处理样品表面，具体工艺如下是使用H2作为处理气体，热丝温度控制在180(T2000°C，气压为l(T30Pa，衬底温度控制在 15(T300°C，处理时间为20 60s。上述步骤6具体采用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺为H2稀释比控制在60% 70%，热丝温度控制在170(T1900 °C，气压为在广5Pa，衬底温度控制在 15(T300°C，膜厚为 5 IOnm。上述步骤7具体采用热丝化学气相沉积法生长第二型非晶硅层，当第二型非晶硅层为η型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4=PH3=I 0. 05^1 :0. 2，H2稀释比控制在60% 70%，热丝温度控制在170(Γ1900 ，气压为广5Pa，衬底温度控制在15(T300°C，膜厚为 l(T50nm ；当第二型非晶硅层为ρ型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4 =B2H6=I :0. 05 1 0. 2，H2稀释比控制在60% 70%，热丝温度控制在170(Tl90(rC，气压为广5Pa，衬底温度控制在 15(T300°C，膜厚为 l(T50nm。上述步骤8具体采用热丝化学气相沉积法生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，当第二型非晶碳化硅层为η型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4 =C2H2 =PH3=I :0. 5^1 0. 05、. 2，H2稀释比控制在60% 70%，热丝温度控制在170(Tl90(rC，气压为广5Pa，衬底温度控制在15(T300°C，膜厚为l(T50nm ；当第二型非晶碳化硅层为ρ型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4 =C2H2 =B2H6=I 0. 5 1 0. 05 0. 2，H2稀释比控制在60% 70%，热丝温度控制在170(Tl900°C，气压为广5Pa，衬底温度控制在15(T300°C，膜厚为10 50歷。上述步骤14之后还有步骤15，该步骤是用于对剥离后剩下本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种异质结太阳电池，依次由普通玻璃、环氧树脂、透明导电膜、第一型非晶硅、本征非晶硅、本征晶体硅、第二型晶体硅、准单晶硅层和金属膜构成，其特征在于：在透明导电膜和第一型非晶硅之间加入了一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚１０～５０ｎｍ；在准单晶硅层和金属膜之间加入了一层透明导电膜，该层膜厚为１００～３００ｎｍ；其中，当第一型非晶硅为ｎ型非晶硅时，第二型晶体硅为ｐ型晶体硅；第一型非晶硅为ｐ型非晶硅时，第二型晶体硅为ｎ型晶体硅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鸿烈，岳之浩，张磊，吴天如，刘斌，吕红杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84