基于Ga2O3/SiO2的TOPCon光伏电池及制备方法与流程

本发明涉及光伏电池，特别涉及基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池及制备方法。

背景技术：

1、晶体硅太阳电池中金属电极与半导体硅直接接触所造成的载流子复合是制约电池效率进一步提高的重要因素。topcon（tunnel oxide passivated contact）结构由一层超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成，可以为硅片背面提供优越的表面钝化，超薄氧化层在使多子电子隧穿进入掺杂多晶硅的同时能阻挡少子空穴复合，进入多晶硅的电子横向传输被金属电极收集，该结构由于避免了金属半导体的直接接触，可以极大降低金属接触区域载流子复合，显著提升电池的开压和效率。其理论极限效率高达28.7%，成为当前最受欢迎的商用晶硅太阳能电池之一。

2、当前，制作在n型c-si晶圆上具有n+-poly-si/siox结构的n-topcon因其具有优异的钝化质量和较高的光电转换效率被普遍应用。然而，n+-poly-si/siox结构需要高温制备工艺，生产成本较高，同时多晶硅层也会对双面topcon电池带来不可忽视的寄生吸收，从而限制了电池的光电转换效率。此外，制作在p型c-si晶圆上的p-topcon可直接用于perc电池生产线，在生产过程中使用相同的前发射极，仅对电池背面的制作工序进行有限修改，降低了产业化成本。因此，提高p-topcon的效率对太阳能光伏产业具有重要意义。当前，p-topcon的转换效率主要受到钝化质量较差的限制。其中，钝化质量较差普遍认为是由于硼氧键（b-o）带来的复合缺陷导致。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池及制备方法，通过采用ga2o3/sio2结构代替现有的n+-poly-si/siox结构，利用ga2o3材料功函数高的特点，实现了空穴选择性接触，解决了现有技术中存在的因b-o带来的复合缺陷导致的p-topcon钝化质量差所导致的电池转换效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池，包括p型硅片，所述p型硅片的底部依次设置有隧穿层、本征β-ga2o3层以及背电极；

4、所述p型硅片的顶部依次设置有n型掺杂多晶硅层、钝化层以及减反层；

5、所述n型掺杂多晶硅层上设置有顶电极，所述顶电极的数量有两个，两个所述顶电极的顶部依次贯穿钝化层和减反层，且所述顶电极的端面延伸至减反层外部。

6、优选地，所述p型硅片的厚度为100μm～200μm，所述p型硅片的电阻率为0.1ω·cm～5ω·cm；

7、所述隧穿层的材料选用sio2、al2o3或sic中的任一种，所述隧穿层的厚度为1nm～3nm；

8、所述本征β-ga2o3层选用β-ga2o3(-201）晶面材料、β-ga2o3(001）晶面材料或β-ga2o3(010）晶面材料的任一种，所述本征β-ga2o3层的厚度为100nm～200nm；

9、所述n型掺杂多晶硅层的掺杂浓度为1018～1019cm-3，所述n型掺杂多晶硅层的厚度为50nm～200nm；

10、所述钝化层的材料选用al2o3，所述钝化层的厚度为5nm～20nm，

11、所述减反层的材料选用si3n4或si2n2o中的一种，所述减反层的厚度为60nm～150nm。

12、基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池的制备方法，包括以下步骤：

13、步骤1、对所述p型硅片进行碱性抛光；

14、步骤2、在步骤1抛光后的p型硅片顶部制绒，形成表面金字塔结构；

15、步骤3、对步骤2得到的p型硅片进行清洗，并在氢氟酸中短浸；

16、步骤4、在步骤3清洗后的p型硅片的顶部沉积n型掺杂多晶硅层，并利用酸性腐蚀溶液去除衬底背面绕镀的多晶硅层；

17、步骤5、在步骤4得到的p型硅片背面进行氧化层生长，得到隧穿层；

18、步骤6、在步骤5得到隧穿层下表面进行本征β-ga2o3异质外延层生长，得到所述本征β-ga2o3层；

19、步骤7、在步骤4得到的n型掺杂多晶硅层上表面沉积alox薄膜，得到所述钝化层；

20、步骤8、在步骤7得到的钝化层上表面沉积sinx薄膜，得到所述减反层；

21、步骤9、在步骤6得到的本征β-ga2o3层下表面制作所述背电极；

22、步骤10、在步骤8得到的sinx薄膜上制备所述顶电极，最终形成所述基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池。

23、优选地，所述步骤1中使用浓度为3%～5%的koh溶液对所述p型硅片进行碱性抛光，所述步骤2中制绒时使用浓度为3%～5%的naoh溶液对p型硅片表面均匀腐蚀。

24、优选地，所述步骤3中清洗流程为：将nh3h2o、h2o2以及去离子水按体积比1:1:5混合制备第一清洗液，然后将hcl、h2o2以及去离子水按体积比1:1:5混合制备第二清洗液，之后依次使用第一清洗液、第二清洗液、浓度为3%～6%的氢氟酸、浓度为99.9%的酒精以及去离子水逐步对p型硅片进行清洗。

25、优选地，所述步骤4中的顶部沉积流程为：以sih4和ph3的混合气体作为源气体，h2和ar的混合气体作为稀释气体，控制射频功率为3w～15w的射频pecvd系统对p型硅片的顶部进行等离子增强化学气相沉积氧化；

26、所述步骤4中的酸性腐蚀溶液为体积比为335:1.5～335:2.5的hno3:hf溶液。

27、优选地，所述步骤5中的氧化层生长采用热硝酸氧化法，所述热硝酸氧化法的流程为：将p型硅片置于浓度为65%～70%，且温度为90℃～110℃的hno3溶液中处理10～20min。

28、优选地，所述步骤6的工作流程包括以下步骤：

29、步骤6.1、将金属镓源放入石英舟内，石英舟放入双温区石英管式炉内的第一温区中；

30、步骤6.2、将步骤5得到的p型硅片作为衬底放在衬底托上，将载有衬底的衬底托放入石英管式炉内的第二温区中；将反应腔抽真空，抽真空后腔体压强为1pa；

31、步骤6.3、向石英反应腔内通入作为载气的惰性气体；

32、步骤6.4、同时加热管式炉内第一温区中载有金属镓源的石英舟和第二温区中的衬底，且第一温区中金属镓源的工作温度为550℃～650℃；第二温区中衬底的工作温度为700℃～1050℃；

33、步骤6.5、当温度达到设定值后，此时通过惰性气体携带o2以及sih4进入石英反应管，并工作1h～3h，在衬底上沉积本征β-ga2o3薄膜；

34、步骤6.6、当本征β-ga2o3薄膜生长结束后，关闭o2气路和sih4气路并降温，完成所述本征β-ga2o3层的制备。

35、优选地，所述步骤7中采用原子层沉积技术，其流程为：先用氩气对的n型掺杂多晶硅层上表面进行预饱和处理，向反应室中通入al(ch3)3与氩气，之后再向反应室中通入h2o和氩气，从而在n型掺杂多晶硅层上表面沉积alox薄膜；

36、所述步骤8中采用等离子体增强化学气相沉积技术，其过程为：以sih4和nh3为气源，p型硅片温度为200℃～500℃，射频功率为3w～5w的pecvd系统进行等离子增强化学气相沉积，从而在alox薄膜上沉积sinx薄膜；

37、所述步骤9中采用热蒸发法蒸镀背电极，其过程为：将高纯度的银块放入热蒸发器中，之后将本征β-ga2o3层放置于与热源相对的位置，使本征β-ga2o3层的下表面正对着蒸发器中的银块。

38、优选地，所述步骤10中首先利用光刻开孔，通过曝光及显影去除顶电极位置处的钝化层与减反层，然后采用电子束蒸发镀膜机蒸镀顶电极，最终形成所述基于ga2o3/sio2的topcon光伏电池；

39、所述顶电极为ti/pd/ag电极。

40、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

41、本发明中，通过采用ga2o3/sio2结构代替现有的n+-poly-si/siox结构，利用ga2o3材料功函数高的特点，实现了空穴选择性接触，解决了现有技术中存在的因b-o带来的复合缺陷导致的p-topcon钝化质量差所导致的电池转换效率低的问题。