本发明涉及太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法。
技术背景
太阳能电池发电具有清洁性、永久性和灵活性等特点，在新能源利用和发展方面占据重要地位。随着太阳能电池技术的进步，太阳能光伏发电很可能成为未来主要电力来源之一。目前，世界各国都在加大太阳能电池的研究与开发，随着太阳能电池技术的进步与光伏产业的发展，当前已出现多种结构形式的太阳能电池，但单晶硅和多晶硅太阳能电池在今后一段时间内在全球太阳能电池中仍然处于主体地位。然而，单晶硅和多晶硅太阳能电池存在成本高、光电转换效率低等缺点，这些因素致使其应用受限。因此，基于硅半导体太阳能电池技术开发一种低成本高效率硅基太阳能电池具有较好的经济价值。本发明利用体硅半导体太阳能电池现有技术的成熟性和薄膜太阳能电池成本低的优点，开发一种开路电压高、成本低，光电转换效率高的一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，该电池利用现有体硅半导体太阳能电池现有技术的成熟性和薄膜太阳能电池成本低的优点，以掺氮非晶碳薄膜作为电池n型层，以本证非晶硅薄膜作为电池i层，以p型单晶硅作为基底，构筑nip结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池。
本发明提供的nip结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率100～200w，射频频率13.56mhz，基片温度100～180℃，腔体压强100～250pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量10～20sccm，镀膜厚度5-12nm；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率280～350w，射频频率13.56mhz，基片温度100～180℃，腔体压强100～150pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量50～80sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量3～7sccm，镀膜厚度20-35nm；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为100～190nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为7％～9％，al2o3和zno的纯度均为99.99％，通入ar的流量10～15sccm，温度为100～180℃，功率为220～350w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
步骤（5）、（6）、（7）为参考文献步骤，参考文献为发明专利：基于异质结结构的硅量子点太阳能电池及其制备方法（申请号201110199377.0），步骤(5)(6)与参考文献类似，步骤（7）的差别为热处理气氛不一样，参考文献为氮气，本发明为氩气。
本发明提供的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池与体硅半导体太阳能电池相比具有成本低、开路电压高、太阳光谱响应范围宽以及制备工艺简单等优点。本发明所提供的这种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池有望逐步产业化并降低当前体硅太阳能电池成本。此外，采用本发明所提供的这种碳硅异质结太阳能电池有利于充分利用太阳光谱中部分短波长光，从而提高体硅太阳能电池光电转换效率。
附图说明
图1为nip结构的非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池截面结构示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所提供的一种非晶碳薄膜/单晶硅异质结太阳能电池及其制备方法，以下实施案例用以说明本发明，但不用于限制本发明。
实施例1：
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率100w，射频频率13.56mhz，基片温度150℃，腔体压强110pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量10sccm，镀膜厚度约5纳米；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率320w，射频频率13.56mhz，基片温度150℃，腔体压强120pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量50sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量3sccm，镀膜厚度约25纳米；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为100nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为7%，al2o3和zno的纯度均为99.99%，通入ar的流量10sccm，温度为150℃，功率为220w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
实施例2
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率150w，射频频率13.56mhz，基片温度100℃，腔体压强100pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量15sccm，镀膜厚度约10纳米；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率280w，射频频率13.56mhz，基片温度100℃，腔体压强150pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量60sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量4sccm，镀膜厚度约20纳米；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为130nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为8％，al2o3和zno的纯度均为99.99％，通入ar的流量12sccm，温度为100℃，功率为260w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
实施例3：
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率180w，射频频率13.56mhz，基片温度180℃，腔体压强150pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量20sccm，镀膜厚度约12纳米；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率320w，射频频率13.56mhz，基片温度180℃，腔体压强100pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量70sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量5sccm，镀膜厚度约35纳米；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为150nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为9％，al2o3和zno的纯度均为99.99％，通入ar的流量15sccm，温度为180℃，功率为320w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
实施例4：
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率200w，射频频率13.56mhz，基片温度140℃，腔体压强210pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量17sccm，镀膜厚度约10纳米；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率350w，射频频率13.56mhz，基片温度140℃，腔体压强130pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量80sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量7sccm，镀膜厚度约30纳米；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为170nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为7％，al2o3和zno的纯度均为99.99％，通入ar的流量13sccm，温度为140℃，功率为350w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
实施例5：
（1）清洗p型单晶硅片；
（2）以氢气稀释的硅烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在p型单晶硅上表面沉积一层非晶硅薄膜。非晶硅薄膜的制备工艺参数是：射频功率130w，射频频率13.56mhz，基片温度170℃，腔体压强250pa，通入被氢气稀释体积比为15%的sih4气体流量13sccm，镀膜厚度约12纳米；
（3）以高纯甲烷和高纯氮气为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在步骤（2）中所制备的非晶硅薄膜表面沉积一层掺氮非晶碳薄膜。掺氮非晶碳薄膜的制备工艺参数是：射频功率300w，射频频率13.56mhz，基片温度170℃，腔体压强140pa，通入纯度为99.995%的ch4气体流量65sccm，通入纯度为99.999%的n2气体流量4sccm，镀膜厚度约28纳米；
（4）采用磁控溅射技术在步骤（3）中的非晶碳薄膜表面制备一层掺铝氧化锌透明导电薄膜。掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备工艺参数是：掺铝氧化锌透明导电薄膜厚度为190nm，溅射靶材为al2o3掺杂的zno陶瓷靶，其中al的质量百分比为8％，al2o3和zno的纯度均为99.99％，通入ar的流量14sccm，温度为170℃，功率为240w；
（5）采用磁控溅射技术在步骤（4）中的掺铝氧化锌透明导电薄膜表面制备银电极；
（6）采用丝网印刷技术在p型单晶硅下表面制备含有银铝复合电极的铝背表面场，获得电池；
（7）将步骤（6）中获得的电池置于充满氩气的石英退火炉中进行热处理，最终电池制备完成。
以上所述为本发明较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。