一种结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种具有氧化物-金属多层膜结构/硅基太阳电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳电池最常见的结构是无机材料体系的p-n结类型的构造，根据材料异同可分为同质结与异质结。异质结(Heterojunct1n，HJ)是指两种不同的半导体材料组成的p-n结，在1951年由Gubanov等人提出了异质结的概念。异质结太阳电池可以避免高温扩散过程，在低温下通过蒸镀薄膜与硅衬底形成P-n结。目前硅基异质结太阳电池主要包括a_S1:H/c_Si 异质结太阳电池(Heterojunct1n with intrinsic Thinlayer, HIT)、AZ0/Si异质结太阳电池、IBC-SHJ太阳电池、β -FeSi2/Si异质结太阳电池。其中HIT太阳电池最初在1968年Grigorovici通过热蒸发的方法在娃表面沉积非晶娃，由于非晶娃薄膜的缺陷态密度较高，因此效率比较低。后来随着PECVD的技术发展，沉积的非晶硅中含有氢，能够对硅与非晶硅接触界面层实现很好的钝化，HIT电池于2014年取得了 25.6%的效率。但是HIT太阳电池目前存在以下问题:一、设备昂贵，并且原材料属于高危险性化学物品。二、为获得低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺和设备要求比较高。三、非晶硅会对光具有寄生吸收，减少了短路电流密度。因此需要寻找新的材料，与硅结合形成新型异质结太阳电池。
[0003]近些年掺F 的 SnO2 (FTO)、掺 In 的 Sn2O3 (ITO)、掺 Al 的 ZnO (AZO)、Mo03等氧化物薄膜材料已经在太阳电池领域获得了广泛的应用。为了进一步改善薄膜的光学和电学特性，并且能够实现低温制备透明导电薄膜，通过在透明导电薄膜中间插入一层金属层，主要作为氧化物/金属/氧化物多层结构透明导电氧化物电极，例如Mo03/Ag/Mo03、IT0/Ag/IT0、AZ0/Ag/AZ0等。因为他们不仅有较低的电阻率，而且氧化物/金属/氧化物复合结构的薄膜能有效的阻止金属层的反射，因为金属层和氧化物层之间的等离子体耦合作用，使其在可见光范围增加的透过率。这种氧化物层中间内嵌金属层的三明治结构中，金属层的生长方式随着厚度的增加，从不连续的岛状结构，变成连续的薄膜，其获得较低的方块电阻。
[0004]但目前这种氧化物层中间内嵌金属层结构的透明导电薄膜，仅用于有机染料敏化太阳电池中，作为低温制备透明导电薄膜。该氧化物-金属多层膜尚未用于硅片或者硅薄膜中制成太阳电池。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，该太阳电池将氧化物-金属多层膜用于硅片或者硅薄膜中作为电池的发射极，形成的氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，可以避免传统的热扩散或者离子注入法制备发射极引起的俄歇复合和死层现象。
[0006]本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池的制备方法，该方法制作工序少，适合大规模生产，整个制备过程无需高温。
[0007]本发明的第一个技术问题是通过以下技术方案来实现的:一种结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，该太阳电池的结构从上至下依次包括:银电极、氧化物-金属多层膜、钝化层、硅基体和全铝背电极，所述的氧化物-金属多层膜由第一氧化物薄膜、金属薄膜和第二氧化物薄膜复合而成，所述的第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为MoCV薄膜、掺锡In2O3薄膜、掺氟SnO 2薄膜或掺铝ZnO薄膜，所述的金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜或Al薄膜。
[0008]本发明通过将氧化物-金属多层膜与硅片或者硅薄膜结合形成氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，氧化物包括掺铝氧化锌(AZO)、Mo03、氧化铟锡(ITO)、掺氟SnCV薄膜等，金属包括Ag、Au或Al等，硅包括单晶硅、多晶硅或硅薄膜等。电池的光吸收层主要是硅，氧化物-金属多层膜起到发射极、减反射、导电的作用，并且整个制备工艺处于低温的状态，并且设备简单，成本较低，环境友好。
[0009]所述的第一氧化物薄膜的厚度优选为10?20nm，所述的金属薄膜的厚度优选为2?15nm，所述第二氧化物薄膜的厚度优选为30?50nm。
[0010]所述硅基体可以为单晶硅片、多晶硅片或硅薄膜。单晶硅片或多晶硅片为P型或N型单晶硅片或多晶硅片。
[0011]本发明的第二个技术问题是通过以下技术方案来实现的:上述具有氧化物-金属多层膜结构/硅基太阳电池的制备方法，包括以下步骤:
[0012](I)选取晶体娃片，清洗后，在晶体娃片的前表面沉积纯化层；
[0013](2)在步骤(I)制备的钝化层上沉积第一氧化物薄膜；
[0014](3)在步骤(2)制备的第一氧化物薄膜上蒸镀金属薄膜；
[0015](4)在步骤(3)制备的金属薄膜上沉积第二氧化物薄膜；
[0016](5)在步骤(4)沉积的第二氧化物薄膜上设置银电极作为前表面电极，在晶体硅的背面设置全铝背电极。
[0017]在上述具有氧化物-金属多层膜结构/硅基太阳电池的制备方法中:
[0018]步骤(I)中清洗优选采用RCA工艺清洗。
[0019]步骤(I)中所述的钝化层为Si02、Ti02、Al203或Si 3N4，其厚度为I?15nm，采用热氧化、PECVD、原子层沉积或磁控溅射法制得。
[0020]步骤(2)中第一氧化物薄膜和步骤(4)中第二氧化物薄膜采用电阻式热蒸发、电子束蒸发或磁控溅射法制得。
[0021]步骤(3)中金属薄膜采用电阻式热蒸发法蒸镀制得。
[0022]步骤(4)中采用丝网印刷法或掩膜网版电阻式热蒸发法制备银栅线作为银电极，银栅线的宽度0.5?1mm，高度为200?300nmo
[0023]步骤(4)中采用电阻式热蒸发法蒸镀制得全铝背电极。
[0024]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0025](I)本发明中的电池结构简单，制造工序少，适合大规模生产；
[0026](2)利用氧化物-金属多层膜作为电池的发射极能够有效减少高掺杂引起的俄歇复合和死层，能减少复合，增强太阳电池的短波响应，提高电池的短路电流；
[0027](3)本发明电池整个制备过程中，没有高温过程，能够在低温下制备高效电池；
[0028](4)本发明通过钝化层对氧化物-金属多层膜与硅片或者硅薄膜接触界面进行钝化，能减少缺陷态；
[0029](5)本发明制备的具有氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池是一种全新结构的氧化物-金属-氧化物多层膜硅基太阳电池；
[0030](6)与HIT、微晶硅/晶体硅等异质结太阳电池相比，本发明中采用氧化物-金属-氧化物多层膜作为电池的发射极，具有制备工艺简洁、器件性能好，设备简单，成本低廉，节能环保的优点；
[0031](7)本发明中的具有氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，其光电转换效率较高，拥有一定的应用前景。
【附图说明】
[0032]图1是本发明实施例1-7中的第一氧化物-金属-第二氧化物氧化物-金属多层膜硅基太阳电池的结构图，其中I为银栅线，2为第一氧化物，3为金属，4为第二氧化物，4为钝化层，5为硅基体，6为全铝背电极；
[0033]图2是图1中的氧化物-金属多层膜的结构示意图，其中21为第一氧化物，22为金属，23为第二氧化物；
[0034]图3是实施例1中制备的Mo03/Ag/Mo03#层膜硅基太阳电池的电流密度-电压(J-V)图；
[0035]图4是实施例1中所制备的Mo03/Ag/Mo03氧化物-金属多层膜太阳电池的光学特性图，在可见光部分最高透过率达到了 85%，在波长为300?1200nm范围内氧化物-金属多层膜的平均透过率为55%，平均反射率为30.8%。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合附图和具体实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
[0037]实施例1
[0038]如图1中所示，本实施例提供的结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，该太阳电池的结构从上至下依次包括:银电极1、氧化物-金属多层膜2、钝化层3、硅基体4和全铝背电极5，氧化物-金属多层膜2由第一氧化物薄膜21、金属薄膜22和第二氧化物薄膜23复合而成，其中第一氧化物薄膜21和第二氧化物薄膜23为MoCV薄膜，金属薄膜22为Ag薄膜，钝化层3为3102钝化层。
[0039]其中第一氧化物薄膜的厚度为10?20nm，金属薄膜的厚度为2?15nm，第二氧化物薄膜的厚度为30?50nm。
[0040]上述结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，通过以下方法制备获得:
[0041 ] (I)将η型或者P型单晶硅片用RCA工艺进行清洗，接着使用干氧热氧化工艺在硅片表面形成S12钝化层，设置热氧化的温度为850°C，氧化时间为I?lOmin，在硅片表面形成2?15nm的二氧化娃；
[0042]其中RCA清洗工艺主要包括SPM(H2SO4 = H2O2= 3:1)去除有机物，DHF(HF:H2O =1:30)去除氧化层，用 APM (NH4OH: H2O2: H2O = 1: 1:5)去除颗粒，HPM (HCl: H2O2: H2O = 1: 1:6)去除金属杂质。
[0043](2)然后通过电阻式热蒸发镀膜机在钝化层表面制备MoCV薄膜，真空度大约为5 X l(T4Pa，膜的厚度为10?20nm ；
[0044](3)再使用电阻式热蒸发镀膜机蒸镀金、银、或者铝薄膜，真空度约为8X10_4Pa，膜厚为2?15nm ；
[0045](4)然后再次使用电阻式热蒸发镀膜机制备MoCV薄膜，真空度约为5X10_4Pa，膜的厚度为30?50nm ；
[0046](5)采用掩膜网版电阻式热蒸发镀膜机蒸镀银栅线，作为前表面电极，栅线宽度0.5?1mm，高度200?300nm ;最后利用电阻式热蒸发蒸镀全销背面电极，最终制得Al-Si (η或p)-Si02-Mo03/Ag/Mo03_Ag电池，该电池的效率如附图3中所示，本实施例制备的Mo03/Ag/Mo03多层膜硅基太阳电池的短路电流密度为27.012mA/cm 2，开路电压为0.464V，填充因子为63.17%，效率为7.92%，本实施例制备的Mo03/Ag/Mo03氧化物-金属多层膜太阳电池的光学特性图见图4中所示，从图4中可以看出，在可见光部分最高透过率达到了85%，在波长为300?1200nm范围内氧化物-金属多层膜的平均透过率为55%，平均反射率为30.8%。
[0047]实施例2
[0048]本实施例提供的结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，与实施例1不同的是，钝化层3为Al2O3钝化层。
[0049]上述结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，通过以下方法制备获得:
[0050](I)将η型或者P型单晶硅片用RCA工艺进行清洗，接着使用原子层沉积(ALD)技术在硅片表面沉积一层Al2O3钝化层，设置沉积温度为200°C，Al (TMA)、N 2、H2O的脉冲时间分别为:0.1s、1s和0.1s,流速分别为:150sccm、150sccm和200sccm，进彳丁 10?30个循环，在娃片表面沉积I?3nm的氧化销；
[0051](2)然后通过电阻式热蒸发镀膜机在钝化层表面制备MoCV薄膜，真空度为5 X l(T4Pa，膜的厚度为10?20nm ；
[0052](