一种新型氧化硅复合钝化层化合物异质结接触硅太阳电池

1.本发明涉及太阳能光伏技术领域，是一种基于晶体硅衬底的硅化合物异质结太阳电池。


背景技术：

2.基于高发电效率、新型、高可靠性、低成本等优势，晶硅太阳能电池一直占据光伏产品市场94％以上份额。硅化合物异质结接触太阳电池(sch)因其具有带隙宽、免掺杂、非异质接处低、工艺温度低、优良的温度特性和光照稳定性且可以双面发电等优势，受到产业界和学术界研究者高度的研究兴趣。
3.太阳电池性能参数的评价有短路电流、开路电压和填充因子。然而，尽管目前化合物太阳电池光电转换效率23.5％，但是受化合物电池的结构的制约，存在一些问题。通过已有大量数据的比对分析表明，现有的化合物硅基太阳电池中使用氢化非晶硅为钝化层和三氧化钼为空穴传输层电池结构存在氢、氧元素扩散的问题，所以采用新型氧化硅复合钝化层结构的太阳电池。
4.为了充分利用硅基化合物异质结太阳电池的优点并解决上述问题，本发明采用一种新型氧化硅复合钝化层化合物异质结接触硅太阳电池及制备方法，能够解决有元素扩散、电池稳定问题，采用此结构可使电池稳定，。


技术实现要素：

5.为了减少太阳电池的寄生吸收、保护电池性能稳定性问题，获得较高的短路电流，在氢化非晶硅层和三氧化钼层添加一层二氧化硅钝化保护层，最终实现太阳电池的高效及稳定。
6.一种新型氧化硅复合钝化层化合物异质结接触硅太阳电池，基本结构为单晶硅(1)正面即上表面依次为第一氢化非晶硅薄膜层(2)、第一二氧化硅薄膜层(3)、三氧化钼薄膜层(4)、第一透明导电氧化物薄膜层(5)、正面金属电极(6)，单晶硅(1)正面即下表面依次为第二氢化非晶硅薄膜层(7)、第二二氧化硅薄膜层(8)、二氧化钛薄膜层(9)、第二透明导电氧化物薄膜层(10)、背面金属电极(11)，第一氢化非晶硅薄膜层(2)、第二氢化非晶硅薄膜层(7)均为钝化层，第一二氧化硅薄膜层(3)、第二二氧化硅薄膜层(8)均为钝化保护层，三氧化钼薄膜层(4)为空穴传输层，二氧化钛薄膜层(9)为电子传输层，
7.单晶硅(1)即n型硅片，正背表面的氢化非晶为钝化层，三氧化钼薄膜层和二氧化钛薄膜层形成p-n结，三氧化钼薄膜层作为空穴选择传输层；二氧化钛薄膜层作为电子传输层。
8.本发明硅化合物异质结接触太阳电池由多个基本单元串联或/和并联而成，将对应的正面金属电极(6)和背面金属电极(11)串联或/和并联。
9.以n型衬底(相当于图1的(1))的硅化合物异质结接触太阳电池为例，晶硅的正表面氢化非晶硅钝化膜(相当于图1的(2))和二氧化硅为钝化保护薄膜，三氧化钼薄膜作为空
穴选择传输层。在硅片的背面也通过沉积上氢化非晶硅钝化膜(相当于图1的(4))和二氧化硅为钝化保护薄膜，二氧化钛薄膜作为电子选择传输层。正面的透明导电氧化物薄膜沉积在三氧化钼薄膜上部，透明导电氧化物薄膜上部有金属电极来形成紧密欧姆接触。背面的透明导电氧化物薄膜沉积在二氧化钛薄膜上部，同样透明导电氧化物薄膜上部有金属电极来形成紧密欧姆接触。构成整个电池的结构。
10.衬底的单晶硅(1)的硅片为n型，厚度一般在131-275μm之间；
11.n型硅片经过去离子水、无水乙醇、丙酮，超声清洗，得到干净的硅片；
12.第一氢化非晶硅薄膜层(2)和第二氢化非晶硅薄膜层(7)，厚度为10nm，采用化学气相沉积法沉积；
13.第一二氧化硅薄膜层(3)和第二二氧化硅薄膜层(8)，厚度为5nm，采用化学气相沉积法沉积；
14.正表面三氧化钼薄膜层(3)和背表面二氧化钛薄膜层(8)，厚度为10nm，采用热蒸发法沉积；
15.第一透明导电氧化物薄膜层(5)和第二透明导电氧化物薄膜层(10)均为氧化铟锡薄膜(ito)，厚度为200nm，采用射频磁控溅射法沉积；
16.正面金属电极(6)和背面金属电极层(11)材料选为银材料，采用热蒸发法。厚度为200nm。
17.通过在硅片的正表面采用等离子体化学气相沉积法(pecvd)沉积本征氢化非晶硅钝化膜来钝化晶硅表面悬挂键，为避免正表面的氢化非晶硅和其上沉积的三氧化钼薄膜的直接接触，在氢化非晶硅钝化膜正面沉积一层二氧化硅保护层。因为氢化非晶硅直接与三氧化钼接触，其接触界面会生成稀疏状的二氧化硅薄膜，会导致三氧化钼失效，同时氢化非晶硅钝化效果也会降低，所以是为了保护三氧化钼作为空穴传输层的作用和氢化非晶硅作为钝化的作用，以及进一步提高钝化效果。为进一步提高硅太阳电池的效率和稳定性提供了保障。
18.本发明的宗旨为，解决电池中氢化非晶硅和三氧化钼层的元素扩散的现象，采用新型氧化硅复合钝化层的结构解决所产生的问题。
附图说明
19.图1为太阳能电池基本单元截面图：其中，
20.(1)为n型硅片；
21.(2)为第一氢化非晶硅薄膜层，覆盖整个硅片正表面；
22.(3)为第一二氧化硅薄膜层，覆盖的面积对应整个氢化非晶硅钝化层上表面；
23.(4)为三氧化钼薄膜层，空穴传输层，覆盖的面积对应整个二氧化硅钝化保护层上表面；
24.(5)为第一透明导电氧化物薄膜层，覆盖整个上表面三氧化钼薄膜层；
25.(6)为正面金属电极，为金属细线，覆盖整个上表面透明导电氧化物薄膜层。
26.(7)为第二氢化非晶硅薄膜层，覆盖整个硅片背表面；
27.(8)为第二二氧化硅薄膜层，覆盖的面积对应整个氢化非晶硅钝化层背表面；
28.(9)为二氧化钛薄膜层，覆盖的面积对应整个二氧化硅钝化保护层背表面；
29.(10)为第二透明导电氧化物薄膜层，覆盖整个背表面二氧化钛薄膜层；
30.(11)为背面金属电极，覆盖整个上表面透明导电氧化物薄膜层。
31.图2为一种太阳能电池上表面的示意图，
32.图3为另一种太阳能电池上表面的示意图，
33.(12)为防反射层；
34.(13)前表面场层；
35.(14)为金属导线，其设计有多种形式用以连接透明导电氧化物薄膜。
36.图4为区域选择性沉积薄膜示意图，
37.(15)为阴影遮罩(或掩膜版)。
38.图5为一般晶硅化合物异质结接触太阳电池示意图；
39.图6为本发明实施例硅化合物异质结接触太阳电池示意图(其中对应图1中的部分没有在图中显示)。
40.图7为太阳电池的仿真结果性能图。
41.图8为太阳电池的稳定性的仿真结果图。
具体实施方式
42.本发明是解决化合物电池中元素扩散的问题。本发明的实施方式是在氢化非晶硅层和三氧化钼层中间添加一层氧化硅层，新型氧化硅复合钝化层化合物异质结接触硅太阳电池制备过程包括以下步骤：
43.(1)采用n型硅片，对硅片进行去离子水、无水乙醇、丙酮，超声清洗，得到干净的硅片；
44.(2)采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)法，以sih4、h2为反应气体，分别在n型晶硅衬底的正面和背面沉积氢化非晶硅薄膜；
45.(3)采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)法，以sih4、n2o为反应气体,分别在正面和背面氢化非晶硅薄膜上沉积二氧化硅薄膜。
46.(4)采用热蒸发法分别在正面和背面sio2薄膜上沉积三氧化钼薄膜和二氧化钛薄膜。
47.(5)采用射频磁控溅射法在正面和背面三氧化钼薄膜和二氧化钛薄膜上沉积透明导电薄膜氧化铟锡(ito)；
48.(6)采用热蒸发法分别在正面和背面ito薄膜上利用阴影遮罩或者掩模版蒸镀金属电极。
49.实施例
50.为了展示本发明的效果，本实施例展示通过仿真工具silvaco atlas进行模拟的参数及结果，仿真采用am1.5标准太阳光进行测试。
51.对照例结构：
52.对照例为传统化合物太阳电池，见图5，太阳能电池模型宽度设定为999μm。
53.发明例为局域前表面场硅化合物异质结接触太阳电池，模型结构如图6(厚度尺寸对应已标在图上)，太阳能电池模型宽度为999μm。
54.电池开路电压(v)短路电流(a)填充因子(％)效率
发明例0.7423.3e-784.312.85％对照例0.7393.0e-783.410.84％。