异质结太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及太阳能电池领域，具体公开了一种异质结太阳能电池，其包括晶体硅片，依次位于所述晶体硅片的一侧上的第一本征层、第二本征层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、及第一电极，以及位于所述晶体硅片的另一侧的第二电极；其中，第一本征层的光学带隙Eg1介于第二本征层的光学带隙Eg2与晶体硅片的光学带隙Eg晶之间。上述异质结太阳能电池，由于采用第一本征层以及第二本征层，且第一本征层的光学带隙介于第二本征层的光学带隙与晶体硅片的光学带隙，从而有效提高了本征层的结构性质，提高了异质结太阳能电池的开路电压，增幅可达0.02V。本发明还公开了一种异质结太阳能电池的制备方法。
【专利说明】
异质结太阳能电池及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]异质结太阳能电池(HIT电池)是通过在掺杂非晶硅层与晶体硅衬底之间加入本征结构所构建的。异质结太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效率和高稳定性，同时由于能耗小，工艺相对简单、温度特性更好，在高温下也能有较高的输出。近年来备受关注，已经成为太阳能电池的主要发展方向之一。
[0003]本征结构的性质是影响异质结太阳能电池性能的关键因素;最重要的是，本征结构的性质影响异质结太阳能电池的开路电压。然而目前的异质结太阳能电池的开路电压仍车父低，有待进一步提尚。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对现有的异质结太阳能电池中开路电压低的问题，提供一种开路电压高的异质结太阳能电池。
[0005]—种异质结太阳能电池，包括:晶体硅片，依次位于所述晶体硅片的一侧上的第一本征层、第二本征层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、及第一电极，以及位于所述晶体硅片的另一侧的第二电极；
[0006]其中，第一本征层的光学带隙Eg1介于所述第二本征层的光学带隙Eg2与所述晶体娃片的光学带隙Egii之间。
[0007]上述异质结太阳能电池，由于采用第一本征层以及第二本征层，且第一本征层的光学带隙Eg1介于第二本征层的光学带隙Eg2与晶体硅片的光学带隙Eg晶之间，从而有效提高了本征层的结构性质，提高了异质结太阳能电池的开路电压，增幅可达0.02V。
[0008]在其中一个实施例中，所述第二本征层的光学带隙Eg2Sl.6eV<Eg2<1.8eV0
[0009]在其中一个实施例中，所述第一本征层的光学带隙EgAl.l2eV<Egl<1.8eV。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一本征层为本征氢化娃，所述第二本征层为本征氢化娃。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一本征层的厚度小于所述第二本征层的厚度。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一本征层的厚度为2?5nm。
[0013]在其中一个实施例中，所述异质结太阳能电池还包括位于所述第二电极与所述晶体硅片之间的加强电场单元;所述加强电场单元包括依次位于所述晶体硅片的另一侧上的第三本征非晶硅层、及第二掺杂非晶硅层。
[0014]在其中一个实施例中，所述异质结太阳能电池还包括位于所述晶体硅片与第三本征非晶硅层之间的第四本征非晶硅层;第四本征非晶硅层的光学带隙介于所述第三本征非晶硅层的光学带隙与所述晶体硅片的光学带隙。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一本征层的光学带隙与所述第四本征非晶硅层的光学带隙相同；所述第二本征层的光学带隙与所述第三本征非晶硅层的光学带隙相同。
[0016]本发明还提供了一种上述异质结太阳能电池的制备方法。
[0017]一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0018]在晶体娃片的一侧形成第一本征层；
[0019]在所述第一本征层上形成第二本征层;第一本征层的光学带隙介于所述第二本征层的光学带隙与所述晶体硅片的光学带隙；
[0020]在所述第二本征层上形成第一掺杂非晶硅层；
[0021]在所述第一掺杂非晶层上形成第一透明导电层；
[0022]在所述第一透明导电层上形成第一电极；
[0023]在所述晶体硅片的另一侧形成第二电极。
[0024]上述制备方法，可以有效提高异质结太阳能电池的开路电压，且工艺容易控制，产能大，有利于异质结太阳能电池的工业化大规模生产。
[0025]在其中一个实施例中，在形成所述第二本征层之前，还包括对所述第一本征层进行氢钝化的步骤。
【附图说明】
[0026]图1为本发明一实施例的异质结太阳能电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0030 ]参见图1，本发明一实施方式的异质结太阳能电池100，包括:晶体硅片110，依次位于晶体硅片110的一侧(图1中的上侧)上的第一本征层121、第二本征层122、第一掺杂非晶硅层131、第一透明导电层151、及第一电极161;以及依次位于晶体硅片110的另一侧(图1中的下侧)的第四本征层124、第三本征层123、第二掺杂非晶硅层132、第二透明导电层152、及第二电极162。
[0031]在本实施方式中，异质结太阳能电池100基本呈对称结构，这样可以减少生产过程中热应力和机械应力，同时有利于晶体硅片110的减薄发展。另外，两面均可以吸收光线使发电量增加。
[0032]在本发明中，晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131构成PN结。晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132构成加强电场(亦叫背电场)。通过加强电场可以进一步提高异质结太阳能电池100的开路电压。当然，可以理解的是，也可以不设加强电场，也就是说不设第二掺杂非晶硅层132。
[0033]在本实施方式中，晶体硅片110为N型晶体硅片(n-c-Si)，对应地，第一掺杂非晶硅层131为P型非晶硅层(p-a-Si)，第二掺杂非晶硅层132为N型非晶硅层(n-a-Si)。当然，可以理解的是，并不局限于上述形式，本发明的异质结太阳能电池中，还可以是晶体硅片110为P型，对应地，第一掺杂非晶硅层131为N型，第二掺杂非晶硅层132为P型。
[0034]在本实施方式中，晶体娃片110米用N型晶体娃片(n-c-Si)，可使异质结太阳能电池100的性能更加优越，能够克服采用P型的电池光致衰退现象，另外，其高效复合中心的密度远低于P型，使得电子具有更高的寿命及扩散长度。具体地，晶体硅可以是单晶硅或多晶硅。更具体地，本实施方式的晶体硅片110为N型单晶硅片。
[0035]具体地，晶体硅片110的厚度一般小于200μπι。优选地，晶体硅片110的厚度为100?200μπι。这样既可以节约硅材料的使用，进而降低成本;又可以提高工艺稳定性。
[0036]优选地，晶体硅片110的表面为绒面;也就是说，对晶体硅进行制绒。这样可以减小电池表面的反射，使得更多的光子能够被晶体硅片110吸收；同时还具有能够去除晶体硅表面损伤的作用。在本实施方式中，绒面为金字塔形状绒面，这样更有利于光线斜射到晶体硅片110的内部，降低电池表面的光的反射率，使得光程变大，吸收的光子数量变多。
[0037]其中，第一本征层121以及第二本征层122构成上本征结构，上本征结构的作用是，用于钝化晶体硅片110，使晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。上本征结构的光学带隙均介于晶体硅片110与第一掺杂非晶硅层131之间。具体地，第一本征层121的光学带隙Egd、于第二本征层122的光学带隙Eg2(Egi<Eg2);那么也就是说，第一本征层121的光学带隙Egi介于第二本征层122的光学带隙Eg2与晶体硅片110的光学带隙Eg晶(Eg晶<Eg1<Eg2)。也即从第一掺杂非晶硅层到晶体硅片，各层的光学带隙呈递减状态。这样一方面可以帮助少子收集，增加少子寿命;另一方面，渐变后的带隙会增加实际光谱的吸收效率。优选地，第一本征层121的光学带隙Eg1Sl.12eV<Eg1<l.8eV。第二本征层121的光学带隙Eg2为l.6eV<Eg2<l.8eV。这样可以进一步提尚异质结太阳能电池的性能。
[0038]—般地，上本征结构的厚度不大于1nm，优选为5?10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少上本征结构对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。优选地，第一本征层121的厚度小于第二本征层122的厚度。这样可以增加异质结太阳能电池开路电压的同时，减少由于串联电阻增大对填充因子的影响。更优选地，第一本征层121的厚度为2?5nm;第二本征层122的厚度为3?8nm。在本实施方式中，第一本征层121的厚度为3nm，第二本征层122的厚度为5nm。
[0039]在本实施方式中，第一本征层121为本征氢化娃，第二本征层122为本征氢化娃。
[0040]第四本征层124及第三本征层123与第一本征层121及第二本征层122类似。第三本征层123及第四本征层124构成下本征结构；下本征结构的作用是，用于钝化晶体硅片110，使晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132的界面得到纯化，进而使异质结太阳能电池100的开路电压增高。下本征结构的光学带隙介于晶体硅片110与第二掺杂非晶硅层132之间。优选地，第四本征层124的光学带隙Eg4小于第三本征层123的光学带隙Eg3;也就是说，第四本征层124的光学带隙Eg4介于第三本征层123的光学带隙Eg3与晶体硅片110的光学带隙Eg晶。优选地，第四本征层124的光学带隙Eg3为1.12eV<Eg3<1.8eV。第三本征层123的光学带隙Eg4*1.6eV<Eg4<1.8eV。
[0041]在本实施方式中，第一本征层121的光学带隙Eg1与第四本征层124的光学带隙Eg4相同；第二本征层122的光学带隙Eg2与第三本征层123的光学带隙Eg3相同。
[0042I 一般地情况下本征结构的厚度也不大于1nm，优选为5?10nm。这样即可以使异质结太阳能电池具有较高的开路电压，同时减少下本征结构对光的吸收，同时降低电池电阻，提高填充因子。优选地，第四本征层124的厚度小于第三本征层123的厚度。这样可以增加异质结太阳能电池开路电压的同时，减少由于串联电阻增大对填充因子的影响。更优选地，第四本征层124的厚度为2?5nm;第三本征层123的厚度为3?8nm。在本实施方式中，第四本征层124的厚度与第一本征层121的厚度相同；第三本征层123的厚度与第二本征层122的厚度相同。
[0043]在本实施方式中，第四本征层124为本征氢化娃，第三本征层123为本征氢化娃。
[0044]当然，可以理解的是，本发明也可以不设置第四本征层124，只设置第三本征层123;还可以第四本征层124及第三本征层123均不设置。
[0045]在本实施方式中，第一电极161为正电极，第二电极162为背电极。具体地，第一电极161成格栅状，一般通过丝网印刷形成。第二电极162呈层状，更具体地为全银电极。
[0046]其中，第一透明导电层151的作用是，提高第一掺杂非晶硅层131与第一电极161导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第一透明导电层151为掺钨氧化铟(ITO)层。掺钨氧化铟(IW0)层具有潜在的高载流子迀移率特性，在保证相同电导率的情况下，与ITO层相比，IWO层具有较低的载流子浓度，因此具有较小的载流子吸收和较大的等离子波长，进而IWO层在近红外光区具有高透光率和低吸收率。当然，第一透明导电层151还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层。
[0047]优选地，第一透明导电层151的厚度为60?lOOnm。这样其电学性能和光学性能更优。
[0048]其中，同理地，第二透明导电层152的作用是，提高第二掺杂非晶硅层132与第二电极162导电性能，有效地增加载流子的收集。在本实施方式中，第二透明导电层152也为掺钨氧化铟(IWO)层。当然，第二透明导电层152还可以是氧化铟锡(ITO)层，亦或是氧化氟锡(FTO)层。
[0049]优选地，第二透明导电层152的厚度为60?lOOnm。这样其电学性能和光学性能更优。
[0050]当然，可以理解的是，本发明也可以设置第二透明导电层152，亦或设置不透明的导电层。
[0051]本发明的异质结太阳能电池，由于采用第一本征层以及第二本征层，且第一本征层的光学带隙介于第二本征层的光学带隙与晶体硅片的光学带隙，从而有效提高了本征层的结构性质，提高了异质结太阳能电池的开路电压，增幅可达0.02V。
[0052]本发明还提供了一种上述异质结太阳能电池的制备方法。
[0053 ] 一种异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0054]在晶体娃片的一侧形成第一本征层；
[0055]在第一本征层上形成第二本征层;第一本征层的光学带隙介于第二本征层的光学带隙与晶体硅片的光学带隙；
[0056]在第二本征层上形成第一掺杂非晶硅层；
[0057]在第一掺杂非晶层上形成第一透明导电层；
[0058]在第一透明导电层上形成第一电极；
[0059]在晶体硅片的另一侧形成第二电极。
[0060]其中，为了提高异质结太阳能电池的性能，优选地，首先对晶体硅片进行制绒和清洗步骤。其中，制绒方式可以采用湿法制绒或干法制绒;湿法制绒一般使用一定配比的碱性溶液(例如:Κ0Η,NaOH,四甲基氢氧化胺等)进行一定时间的各向异性腐蚀;干法制绒一般是通过光刻掩膜板得到图形再使用反应离子刻蚀(RIE = Reactive 1n Etching)进行刻蚀(主要通过C2H4和SF6);干法制绒也可在没有掩膜的情况下可以通过机器进行反应离子刻蚀(RIE)，使用气体为SF6和02。对晶体硅片制绒之后需要进行清洗步骤，清洗的主要作用在于去除制绒后残余在晶体硅片表面的金属离子和晶体硅片表面形成的自然氧化膜。另外，在清洗时，用于去除晶体硅片表面氧化膜的化学液体还能够起到对晶体硅片部分钝化的作用。对于晶体硅片的清洗，可以采用化学清洗，例如:使用RCA洗液(碱性和酸性过氧化氢溶液)，碱性过氧化氢溶液，配比可以是，H2O = H2O2:NH40H = 5:1:1-5:2:1;酸性过氧化氢溶液，配比可以是，H2O: H2O2: HCI = 6:1:1-8: 2:1; RCA洗液使用条件为:75 °C -85 °C，清洗时间10-20分钟，清洗顺序先使用碱性过氧化氢溶液后在使用酸性过氧化氢溶液。
[0061]为了提高异质结太阳能电池的性能，本实施方式的异质结太阳能电池还包括第三本征层、第四本征层、第二掺杂非晶硅层、及第二透明导电层等。
[0062]其中，第一本征层、第二本征层、第三本征层、第四本征层、第一掺杂非晶硅层、第二掺杂非晶娃层的形成采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD ,Plasma EnhancedChemical Vapor Deposit1n)。当然，可以理解的是，并不局限于上述方式，还可以是热丝化学气相沉积法(HWCVD，Hot wire Chemical Vapor Deposit1n)或者高频等离子体增强化学气相沉法(VHF-PECVD)、亦或其他制备方法。
[0063]优选地，第一本征层的沉积条件为:反应气体为SiHjPH2，沉积温度范围为大于等于160°C，小于等于230°C;沉积压强范围为大于等于100Pa，小于等于300Pa;SiH4流量范围为大于等于3()80011，小于等于20080011;!12流量范围为大于等于20080011，小于等于9008(3011;沉积功率范围为大于等于150W，小于等于400W。
[0064]优选地，第二本征层的沉积条件为:反应气体为SiHjPH2，沉积温度范围为大于等于160°C，小于等于230°C;沉积压强范围为大于等于300Pa，小于等于600Pa;SiH4流量范围为大于等于3()80011，小于等于20080011;!12流量范围为大于等于20080011，小于等于9008(3011;沉积功率范围为大于等于400W，小于等于700W。
[0065]优选地，在形成第二本征层之前，也就是在形成第一本征层之后，还包括对第一本征层进行氢钝化的步骤。氢钝化具体采用辉光放电的方法钝化。当然，可以理解的是，为了进一步优化，也可以对第二本征层进行氢钝化。
[0066]第三本征层与第四本征层可参照第一、第二本征层，在此不再赘述！
[0067]优选地，第一透明导电层、第二透明导电层通过反应等离子沉积(RPD)。更优选地，在形成第一透明导电层、第二透明导电层时，优选地同时通入氩气与氧气，且氧气/氩气比为 2.50
[0068]优选地，第一电极、第二电极通过丝网印刷低温银浆料形成，其中烘干温度为100°C，烧结温度为200°C。
[0069]本发明所提供的制备方法，可以有效提高异质结太阳能电池的开路电压，且工艺容易控制，产能大，有利于异质结太阳能电池的工业化大规模生产。
[0070]以下结合具体实施例及对比例对本发明做进一步阐述。
[0071]实施例1
[0072]将150μπι的N型单晶硅片制绒清洗之后，在其一侧表面采用PECVD方式沉积第一本征层，沉积条件为= SiH4流量为95sccm，氢气流量为430sccm，功率230W，温度170°C，压强260Pa，沉积厚度为3nm。
[0073]然后对第一本征层用氢气辉光放电进行氢钝化，钝化条件为:氢气流量为430sccm，功率600W，压强 450Pa，时间4s。
[0074]再在钝化后的第一本征层上采用PECVD方式沉积第二本征层，沉积条件为:SiH4流量为95sccm，氢气流量为430sccm，功率600W，温度170°C，压强510Pa，沉积厚度为4nm。
[0075]在第二本征层上采用PECVD沉积P型非晶硅，在P型非晶硅上采用RH)沉积IWO层。
[0076]在N型单晶硅片的另一面依次第四本征层(沉积条件同第一本征层)、第三本征层(沉积条件同第二本征层)、N型重掺杂非晶硅、IWO层。
[0077]最后采用丝网印刷形成正面的栅电极以及背面的全银电极。其中，烘干温度为100°C，烧结温度为200°C。
[0078]得到异质结太阳能电池，记作Al。
[0079]对比例I
[0080]与实施例1不同的是，不设置第一本征层及第四本征层，第二本征层的厚度为5nm，第三本征层的厚度为5nm;其它部分与实施例1相同。
[0081]得到异质结太阳能电池，记作D1。
[0082]经测试Al和Dl的开路电压，Al的开路电压为0.755V，D1的开路电压为0.735V。
[0083]由上可以看出，Al的开路电压大于Dl的开路电压，且差值达0.02V。这说明本发明可以有效提升异质结太阳能电池的开路电压。
[0084]上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0085]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，包括:晶体硅片，依次位于所述晶体硅片的一侧上的第一本征层、第二本征层、第一掺杂非晶硅层、第一透明导电层、及第一电极，以及位于所述晶体硅片的另一侧的第二电极； 其中，第一本征层的光学带隙Eg1介于所述第二本征层的光学带隙Eg2与所述晶体硅片的光学带隙Egii之间。2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二本征层的光学带隙Eg2Sl.6eV<Eg2<1.8eV。3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的光学带隙Egi为 1.12eV<Egi<1.8eV。4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层为本征氢化硅，所述第二本征层为本征氢化硅。5.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的厚度小于所述第二本征层的厚度。6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的厚度为2?5nm07.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池还包括位于所述第二电极与所述晶体硅片之间的加强电场单元;所述加强电场单元包括依次位于所述晶体硅片的另一侧上的第三本征非晶硅层、及第二掺杂非晶硅层。8.根据权利要求7所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述异质结太阳能电池还包括位于所述晶体硅片与第三本征非晶硅层之间的第四本征非晶硅层;第四本征非晶硅层的光学带隙介于所述第三本征非晶硅层的光学带隙与所述晶体硅片的光学带隙。9.根据权利要求8所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的光学带隙与所述第四本征非晶硅层的光学带隙相同；所述第二本征层的光学带隙与所述第三本征非晶硅层的光学带隙相同。10.—种权利要求1所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 在晶体硅片的一侧形成第一本征层； 在所述第一本征层上形成第二本征层;第一本征层的光学带隙介于所述第二本征层的光学带隙与所述晶体硅片的光学带隙； 在所述第二本征层上形成第一掺杂非晶硅层； 在所述第一掺杂非晶层上形成第一透明导电层； 在所述第一透明导电层上形成第一电极； 在所述晶体硅片的另一侧形成第二电极。11.根据权利要求10所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，在形成所述第二本征层之前，还包括对所述第一本征层进行氢钝化的步骤。
【文档编号】H01L31/0376GK105895715SQ201610278364
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】杨乐, 钱峰, 苏红, 张闻斌, 王琪
【申请人】苏州协鑫集成科技工业应用研究院有限公司, 协鑫集成科技（苏州）有限公司, 协鑫集成科技股份有限公司