專利名稱：一種異質(zhì)結(jié)太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽電池器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種以非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜為本征層材料的異質(zhì)結(jié)太陽電池。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源的需求越來越大，而作為傳統(tǒng)能源的石油、煤炭等資源是有限的，因此必須大力發(fā)展可再生能源以替代傳統(tǒng)能源?？稍偕茉吹姆N類很多，有風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽能等。其中，太陽能被認為是最有發(fā)展前途的一種可再生能源，一方面是因為太陽無所不在，太陽照到的地方就有太陽能，另一方面太陽能是取之不盡用之不竭的。將太 陽光轉(zhuǎn)換成電能的太陽電池制造方法在近幾年發(fā)展非常迅速，產(chǎn)生了各種各樣的電池。而硅作為地球上儲量豐富的元素，仍然是制作太陽電池的首選材料，硅太陽電池的研究和利用是實現(xiàn)可再生能源的主要途徑之一。一直以來，硅太陽電池研究的主要任務(wù)是降低成本和提高光電轉(zhuǎn)換效率。降低成本的主要途徑是電池薄片化和薄膜化，以減少硅的使用，降低材料消耗，以及降低電池制造過程中的能源消耗。圍繞提高效率的研究正在深入進行，提高效率的方法多種多樣。其中帶有本征層的HIT (Hetero junction with Intrinsic Thinfilm)異質(zhì)結(jié)太陽電池，是在單晶硅襯底和摻雜的非晶硅發(fā)射極之間插入一層本征層非晶硅來鈍化異質(zhì)結(jié)的界面，提高開路電壓和填充因子，從而提高電池的效率。異質(zhì)結(jié)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率較高，實驗室的最高效率達到了 23%以上，而且成本適中，被認為是一種有發(fā)展前途的太陽電池。因此亟需一種光電轉(zhuǎn)換效率較高的異質(zhì)結(jié)太陽電池。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種以非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜為本征層材料的異質(zhì)結(jié)太陽電池，使得光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括以N型單晶硅材料制成的襯底，所述襯底正面?zhèn)纫来纬练e本征層、P型非晶硅薄膜層、透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和正面金屬電極；所述襯底背面?zhèn)纫来纬练e本征層、N型非晶硅薄膜層，透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和背面金屬電極；所述的本征層是本征非晶硅薄膜層或本征非晶硅氧薄膜層，厚度為3 20nm。所述本征層通過等離子增強化學(xué)氣相沉積的方法生長在所述襯底正面和背面。所述的本征非晶硅薄膜層或本征非晶硅氧薄膜層的光學(xué)帶隙能在I. 7 2. 4eV的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。所述透明導(dǎo)電氧化物薄膜層為摻錫氧化銦薄膜層或摻鎢氧化銦薄膜層。所述正面金屬電極和背面金屬電極均為銀電極。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本實用新型的優(yōu)點在于通過在硅片的正面和背面插入本征層材料，即插入非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜層，一方面可以保證異質(zhì)結(jié)太陽電池的優(yōu)點，另一方面由于非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜優(yōu)良的表面鈍化性能，能提高電池的開路電壓，以及在藍光區(qū)域很低的光吸收從而使入射到硅片的光增加，光生載流子增多，增加短路電流，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。另外由于較低的藍光吸收，可以增加非晶硅氧本征鈍化層的厚度(相比非晶硅鈍化層)，從而使薄膜更易生長沉積均勻，進一步提高鈍化質(zhì)量。通過使用非晶硅或非晶硅氧薄膜作本征層，能夠?qū)崿F(xiàn)超過現(xiàn)有太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申 請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本實用新型涉及一種異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括以N型單晶硅材料制成的襯底，所述襯底正面?zhèn)纫来纬练e本征層、P型非晶硅薄膜層、透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和正面金屬電極；所述襯底背面?zhèn)纫来纬练e本征層、N型非晶硅薄膜層，透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和背面金屬電極；所述的本征層是本征非晶硅薄膜層或本征非晶硅氧薄膜層，厚度為3 20nm。本實用新型具有雙面對稱結(jié)構(gòu)，以N型單晶硅為襯底，在正面生長一層本征氫化非晶硅薄膜，然后在上面再生長一層P型氫化非晶硅薄膜，之上再生長一層透明導(dǎo)電ITO薄膜，最上面是集電極；在N型單晶硅的背面也先生長一層非晶硅薄膜，之后生長一層N型非晶硅薄膜，在N型非晶硅薄膜上再生長ITO薄膜和集電極。為了獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率，有必要對各層材料進行變化，以改善電池的光電性能。非晶硅薄膜a-Si:H由于固有的強藍光吸收，因此必須是非常薄(3 20nm)的本征非晶硅薄膜層才能發(fā)揮作用。非晶硅氧薄膜被證明具有非常優(yōu)良的表面鈍化質(zhì)量，因此可以用來代替氫化非晶硅薄膜作為本征層，應(yīng)用到異質(zhì)結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)中，從而提高異質(zhì)結(jié)太陽電池的性能。本實用新型提出的異質(zhì)結(jié)太陽電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，從上到下依次為是Ag金屬柵線正電極1，透明導(dǎo)電氧化物薄膜2，P型非晶硅薄膜(P-a-Si:H)3，本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜(i-a-Si0x:H)4，N型單晶硅片5，本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜(i-a-Si0x:H)4, N型非晶娃薄膜(N_a_Si :H) 6,透明導(dǎo)電氧化物薄膜2, Ag金屬柵線背電極7。所述的N型單晶硅襯底電阻率在O. 5 3 Ω . cm，厚度為150 200 μ m ;所述的本征非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜的厚度為3 20nm ;所述的P型非晶硅薄膜為用B2H6作為摻雜劑的a-Si:H,厚度為5 20nm ;所述的N型非晶硅薄膜為用PH3作為摻雜劑的N型a_Si :H，厚度為5 20nm ;所述的透明導(dǎo)電氧化物薄膜為摻錫氧化銦薄膜(ITO)或摻鎢氧化銦薄膜(IWO)，其厚度為80 120nm ;所述的Ag柵線的厚度為5 10 μ m，柵線寬度為30 150 μ m,間距為2 3mm。實施例I :當使用本征非晶硅薄膜作為本征層時，其制備工藝如下[0018]I.硅片選用N型硅片，電阻率在O. 5 3 Ω · Cm，厚度為150 200 μ m ;2.清洗制絨利用稀釋溶度為5%的HF溶液去除表面氧化層，采用KOH或NaOH或四甲基氫氧化氨(TMAH)加醇的方法，利用單晶硅的各向異性腐蝕，在表面形成較淺的金字塔結(jié)構(gòu)。堿液的溫度為80 90°C，濃度為I 2%，腐蝕時間為5 20min。要求清洗后硅片表面無斑點、劃痕、水跡，硅片表面干凈程度要求很高；3.沉積本征非晶硅薄膜在真空室的本底真空達到 5X 10_4Pa后，在硅片襯底溫度150 300°C條件下，以H2和SiH4為反應(yīng)氣體，沉積氣壓為60 300Pa，利用等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在娃片正面和背面各生長一層本征非晶娃薄膜,厚度為3 20nm ；PECVD使用的射頻可以在13. 56 IlOMHz范圍變化；4.沉積摻雜非晶硅薄膜在真空室的本底真空達到 5X 10_4Pa后，在硅片襯底溫度60 300°C條件下，以H2、SiH4、B2H6為反應(yīng)氣體，沉積氣壓為60 300Pa，在正面的非晶硅薄膜上，用PECVD方法再生長一層摻雜的P型非晶硅薄膜，厚度為5 20nm ;以H2、SiH4、 PH3為反應(yīng)氣體，其它工藝條件相同的情況下，在背面的非晶硅薄膜上沉積一層摻雜的N型非晶硅薄膜，厚度為5 20nm ；5.沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜在正、背面的非晶硅薄膜層上，用反應(yīng)等離子沉積(RPD)或磁控濺射的方法在正面沉積一層ITO薄膜，在背面沉積一層IWO薄膜，層膜的厚度均為80 120nm，透過率為80 90%，方塊電阻為50 100 Ω ；6.印刷電極用絲網(wǎng)印刷的方法在正、背面的透明導(dǎo)電氧化物薄膜上再分別印刷一層低溫導(dǎo)電銀漿，然后在150 300°C的低溫下進行燒結(jié)形成良好的歐姆接觸；Ag柵線的厚度為5 10 μ m,柵線寬度為30 150 μ m,間距為2 3_ ；7.激光清邊用激光刻蝕的方法將電池正、背面的邊緣刻蝕、清邊。根據(jù)實驗測得，經(jīng)過上述步驟得到的太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率大約為20%，高出現(xiàn)有太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率I. 5-2. 0%。實施例2 當使用本征非晶硅氧薄膜作為本征層時，其制備工藝如下I.硅片選用N型硅片，電阻率在O. 5 3 Ω . cm，厚度為150 200 μ m ;2.清洗制絨利用稀釋溶度為5%的HF溶液去除表面氧化層，采用KOH或NaOH或四甲基氫氧化氨(TMAH)加醇的方法，利用單晶硅的各向異性腐蝕，在表面形成較淺的金字塔結(jié)構(gòu)。堿液的溫度為80 90°C，濃度為I 2%，腐蝕時間為5 20min。要求清洗后硅片表面無斑點、劃痕、水跡，硅片表面干凈程度要求很高；3.沉積本征非晶硅氧薄膜在真空室的本底真空達到 5X10_4Pa后，在硅片襯底溫度150 300°C條件下，以H2和SiH4為反應(yīng)氣體，CO2作為氧的引入劑，Xo = (CO2)/(C02+SiH4)在O 50%之間變化，沉積氣壓為60 300Pa，利用等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)在硅片正面和背面各生長一層本征非晶硅氧薄膜，厚度為3 20nm ；PECVD使用的射頻可以在13. 56 IlOMHz范圍變化；4.沉積摻雜非晶硅薄膜在真空室的本底真空達到 5X 10_4Pa后，在硅片襯底溫度60 300°C條件下，以H2、SiH4、B2H6為反應(yīng)氣體，沉積氣壓為60 300Pa，在正面的非晶硅薄膜上，用PECVD方法再生長一層摻雜的P型非晶硅薄膜，厚度為5 20nm ;以H2、SiH4、PH3為反應(yīng)氣體，其它工藝條件相同的情況下，在背面的非晶硅薄膜上沉積一層摻雜的N型非晶硅薄膜，厚度為5 20nm ；5.沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜在正、背面的非晶硅薄膜層上，用反應(yīng)等離子沉積(RPD)或磁控濺射的方法各沉積一層透明導(dǎo)電ITO薄膜，該層膜的厚度為80 120nm，透過率為 90%，方塊電阻為50 100Ω ；6.印刷電極用絲網(wǎng)印刷的方法在正、背面的ITO薄膜上再分別印刷一層低溫導(dǎo)電銀漿，然后在150 300°C的低溫下進行燒結(jié)形成良好的歐姆接觸；Ag柵線的厚度為5 10 μ m,柵線寬度為30 150 μ m,間距為2 3_ ；7.激光清邊用激光刻蝕的方法將電池正、背面的邊緣刻蝕、清邊。根據(jù)實驗測得，經(jīng)過上述步驟得到的太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率大約為19.8%，高出現(xiàn)有太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率I. 5-1. 8%。不難發(fā)現(xiàn)，本實用新型通過在硅片的正面和背面插入本征層材料，即插入非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜層，一方面可以保證異質(zhì)結(jié)太陽電池的優(yōu)點，另一方面由于非晶硅薄膜或非晶硅氧薄膜優(yōu)良的表面鈍化性能，能提高電池的開路電壓，以及在藍光區(qū)域很低的光吸收從而使入射到硅片的光增加，光生載流子增多，增加短路電流，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。另外由于較低的藍光吸收，可以增加非晶硅氧本征鈍化層的厚度(相比非晶硅鈍化層)，從而使薄膜更易生長沉積均勻，進一步提高鈍化質(zhì)量。通過使用非晶硅或非晶硅氧薄膜作本征層，能夠?qū)崿F(xiàn)超過現(xiàn)有太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1.一種異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于，包括以N型單晶硅材料制成的襯底(5)，所述襯底(5)正面?zhèn)纫来纬练e本征層(4)、P型非晶硅薄膜層(3)、透明導(dǎo)電氧化物薄膜層(2)和正面金屬電極(I);所述襯底(5)背面?zhèn)纫来纬练e本征層(4)、N型非晶硅薄膜層￠)，透明導(dǎo)電氧化物薄膜層(2)和背面金屬電極(7);所述的本征層(4)是本征非晶硅薄膜層或本征非晶娃氧薄膜層，厚度為3 20nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于，所述本征層(4)通過等離子增強化學(xué)氣相沉積的方法生長在所述襯底(5)正面和背面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于，所述的本征非晶硅薄膜層或本征非晶硅氧薄膜層的光學(xué)帶隙能在I. 7 2. 4eV的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電氧化物薄膜層(2)為摻錫氧化銦薄膜層或摻鎢氧化銦薄膜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于，所述正面金屬電極(I)和背面金屬電極(7)均為銀電極。
專利摘要本實用新型涉及一種異質(zhì)結(jié)太陽電池。該電池包括以N型單晶硅材料制成的襯底，所述襯底正面?zhèn)纫来纬练e本征層、P型非晶硅薄膜層、透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和正面金屬電極；所述襯底背面?zhèn)纫来纬练e本征層、N型非晶硅薄膜層，透明導(dǎo)電氧化物薄膜層和背面金屬電極；所述的本征層是本征非晶硅薄膜層或本征非晶硅氧薄膜層，厚度為3～20nm。本實用新型通過在硅片的正面和背面插入本征層材料，使得光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
文檔編號H01L31/0352GK202549860SQ201220061130
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者華夏, 彭德香, 彭錚, 李媛媛, 李正平, 沈文忠, 溫超 申請人:上海中智光纖通訊有限公司