CN102270668B - 一种异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异质结太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。所述太阳能电池包括金属栅电极、导电薄膜、非晶硅薄膜、黑硅层、晶硅和金属背电极；金属背电极位于晶硅的背面，黑硅层位于晶硅上，非晶硅薄膜位于黑硅层上，导电薄膜位于非晶硅薄膜上，金属栅电极位于导电薄膜上。本发明还提供了一种异质结太阳能电池的制备方法。本发明通过在黑硅结构上制备非晶硅薄膜，形成异质结太阳能电池，提高了太阳能电池的开路电压和短路电流，进而大大提高了太阳能电池的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种利用黑硅结构的陷光效应的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
化石能源对环境污染严重，资源日益减少，而太阳能作为新型绿色能源有望成为未来主要能源之一。太阳能电池是利用太阳能的有效方式之一，目前太阳能电池技术的发展方向是提高太阳能电池的转化效率，降低生产成本。降低太阳能电池表面的反射率能有效提高光子吸收率，增加短路电流，从而提高太阳能电池的转化效率。通常情况下，降低反射率的方法有:生长氮化硅薄膜作为减反层，或者采用含有添加剂的碱溶液对单晶硅各向异性腐蚀制备陷光结构。
由于多晶硅材料的晶向杂乱，利用酸溶液在多晶硅表面制备的腐蚀坑来降低反射率的效果不甚理想。黑硅材料虽然能大大提高电池对光的吸收，但却使黑硅太阳能电池的表面缺陷态密度变大，增加了电子-空穴对的复合率，从而降低了电极对电荷的收集，获得的黑硅太阳能电池光电转换效率不高。
发明内容
为了解决黑硅太阳能电池的表面缺陷态密度大，降低了电极对电荷的收集能力的问题，本发明提出了一种非晶硅/黑硅异质结太阳能电池，包括金属栅电极、导电薄膜、非晶硅薄膜、黑硅层、晶硅和金属背电极；所述金属背电极位于所述晶硅的背面，所述黑硅层位于所述晶硅上，所述非晶硅薄膜是以与所述黑硅层直接接触的方式位于所述黑硅层上，所述导电薄膜位于所述非晶硅薄膜上，所述金属栅电极位于所述导电薄膜上；所述非晶硅薄膜由n型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜构成，所述n型非晶硅薄膜位于所述本征非晶硅薄膜上；所述黑硅层为p型黑硅层，所述p型黑硅层为单晶黑硅或多晶黑硅。
所述n型非晶硅薄膜由含有至少一种组分的非晶硅构成；所述本征非晶硅薄膜的厚度为5～10纳米。
所述金属栅电极和金属背电极由铝、铜、银、金、铂或其合金制成。
所述导电薄膜为透明氧化铟锡导电薄膜，厚度为90～110纳米，透过率大于等于85%，方块电阻为10～50Ω。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：
1、本发明提供的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池，利用黑硅层作为减反层，提高了太阳光的吸收率；
2、本发明中沉积在黑硅层上的非晶硅薄膜，不但能与黑硅层形成pn异质结，还可以对黑硅层进行钝化，提高了太阳能电池的开路电压和短路电流。
附图说明
图1是本发明实施例提供的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见图1，本发明实施例提供了一种以p型晶硅衬底为例的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池，该太阳能电池包括金属栅电极1、透明氧化铟锡(ITO)导电薄膜2、n型非晶硅薄膜3、本征非晶硅薄膜4、p型黑硅层5、p型晶硅衬底6和金属背电极7。
金属背电极7位于p型晶硅衬底6的背面，形成太阳能电池金属背电极，可由铝、铜、银、金、铂或其合金制成，本实施例金属背电极7为金属Al背电极；p型黑硅层5位于p型晶硅衬底6上，形成减反层，用于增加太阳光的吸收率，同时与n型非晶硅薄膜3形成pn异质结，产生光生伏特效应；本征非晶硅薄膜4位于p型黑硅层5之上，厚度为5～10纳米，用于钝化n型非晶硅薄膜3与p型黑硅层5异质结界面，扩展内建电场区，增加光子吸收；n型非晶硅薄膜3位于本征非晶硅薄膜4之上，与p型黑硅层5形成pn异质结，产生光生伏特效应；透明ITO导电薄膜2位于n型非晶硅薄膜3之上，即位于n型非晶硅/p型黑硅异质结层上，厚度为90～110纳米，透过率大于等于85%，方块电阻为10～50Ω，作为正面引出电极；金属栅电极1位于透明ITO导电薄膜2之上，作为太阳能电池正面引出电极，可由铝、铜、银、金、铂或其合金制成，例如金属Al栅电极；p型晶硅衬底6位于金属Al背电极7之上，作为p型黑硅结构的衬底，也作为异质结太阳能电池的基区。
在具体实践中，n型非晶硅薄膜可以仅由含有一种组分均匀或非均匀的非晶硅构成，还可以由含有两种及两种以上组份均匀或非均匀的非晶硅构成；p型黑硅层可为单晶黑硅或多晶黑硅，其结构可为孔状、树状或针状等多种微观形貌结构；p型黑硅层和p型晶硅衬底的材料一致，即如果p型晶硅衬底为单晶硅，则p型黑硅层为单晶黑硅；如果p型晶硅衬底为多晶硅，则p型黑硅层为多晶黑硅；金属Al背电极可通过丝网印刷或蒸镀方式制备。
本发明实施例还提供了一种以p型晶硅衬底为例的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池的制备方法，该方法包括：对p型晶硅进行预处理，包括去除锯痕损伤层、去除表面有机物杂质、去除表面金属离子杂质等；将预处理后的p型晶硅放入黑硅制备装置中，例如等离子体浸没离子注入设备的腔室内，对晶硅进行等离子体浸没离子注入处理，在p型晶硅衬底表面制备黑硅层，形成黑硅；采用真空镀膜或丝网印刷方式在晶硅背面蒸镀Al层，形成具有欧姆接触的Al背电极；在黑硅层表面用等离子体增强化学气相沉积的方法低温沉积本征非晶硅薄膜层和n型非晶硅薄膜层，与黑硅层形成pn异质结；采用磁控溅射技术在n型非晶硅薄膜上沉积透明ITO导电薄膜；采用真空镀膜或丝网印刷的方法在透明ITO导电薄膜上制备金属栅电极。
在具体实践中，除了使用本发明实施例提供的方法外，还可以使用其他不同的工艺实现本发明实施例异质结太阳能电池的制备。
本发明提出了一种在黑硅结构上制备非晶硅薄膜，形成异质结。该太阳能电池结构能够有效钝化黑硅表面，同时由于非晶硅薄膜的带隙宽度大于黑硅衬底的带隙，有利于非晶硅/黑硅异质结太阳能电池获得高的开路电压。
本发明提供的非晶硅/黑硅异质结太阳能电池，利用黑硅层作为减反层，提高了太阳光的吸收率；本发明中沉积在黑硅层上的非晶硅薄膜，不但能与黑硅层形成pn异质结，还可以对黑硅层进行钝化，提高了太阳能电池的开路电压和短路电流，进而大大提高了太阳能电池的转化效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，包括金属栅电极、导电薄膜、非晶硅薄膜、黑硅层、晶硅和金属背电极；所述金属背电极位于所述晶硅的背面，所述黑硅层位于所述晶硅上，所述非晶硅薄膜是以与所述黑硅层直接接触的方式位于所述黑硅层上，所述导电薄膜位于所述非晶硅薄膜上，所述金属栅电极位于所述导电薄膜上；所述非晶硅薄膜由n型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜构成，所述n型非晶硅薄膜位于所述本征非晶硅薄膜上；所述黑硅层为p型黑硅层，所述p型黑硅层为单晶黑硅或多晶黑硅。
2.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述n型非晶硅薄膜由含有至少一种组分的非晶硅构成；所述本征非晶硅薄膜的厚度为5～10纳米。
3.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述金属栅电极和金属背电极由铝、铜、银、金、铂或其合金制成。
4.如权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述导电薄膜为透明氧化铟锡导电薄膜，厚度为90～110纳米，透过率大于等于85%，方块电阻为10～50Ω。
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