異質結太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及太陽能電池領域，具體公開了一種異質結太陽能電池，其包括晶體硅片，依次位于晶體硅片的一側上的第一選擇層、第一透明導電層、及第一電極，以及位于另一側的第二電極；晶體硅片為N型，第一選擇層為空穴選擇性接觸層，其功函數≥5.3eV；或，晶體硅片為P型，第一選擇層為電子選擇性接觸層，其功函數≤3.9eV。上述異質結太陽能電池，由于采用第一選擇層在晶體硅片近表面形成PN結，代替非晶硅?晶體硅異質結結構，從而取消了非晶硅，因此也避免了非晶硅造成的缺陷。另外，滿足第一選擇層的材料眾多，選擇多。本發明還公開了一種電池的制備方法。
【專利說明】
異質結太陽能電池及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及太陽能電池領域，特別是涉及一種異質結太陽能電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，基于同質PN結的晶體硅太陽電池在光伏市場中占據主導地位。但常規晶體硅電池的效率提升已接近極限。早在1985年，美國科學家E.Yab1novitch就提出，同質PN結并不是太陽電池的理想結構。理想結構應該為異質結結構。異質結太陽能電池理論上可獲得更低的反向飽和電流，更高的開路電壓和光電轉化效率。另外，異質結的形成在低溫下可實現，不需要常規晶體硅太陽能電池形成同質PN結的高溫(?900°C)擴散工藝。因而，其生產流程可以大大簡化且能量投入降低。同時，低溫工藝將使生產過程作用于硅片的熱損傷和熱變形減小，對硅片的純度要求降低，且允許使用更薄的硅片為襯底。這些特點使得異質結太陽電池的生產成本有較大的下降空間。
[0003]目前，異質結太陽能電池一般采用非晶硅-晶體硅的異質結結構，即摻雜非晶硅與晶體硅片構成PN結。然而，該類型的異質結太陽能電池中，由于摻雜非晶硅具有一定的局限性;例如非晶硅對光的吸收能力較強，使得進入晶體硅的有效入射光減少，造成較大的光學損失。因此，亟需一種取代非晶硅異質結結構的異質結太陽能電池。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要針對現有的異質結太陽能電池中異質結中的非晶硅局限性的問題，提供一種取代非晶硅的異質結結構的異質結太陽能電池。
[0005]—種異質結太陽能電池，包括:晶體硅片，依次位于所述晶體硅片的一側上的第一選擇層、第一透明導電層、及第一電極，以及位于所述晶體硅片的另一側的第二電極；
[0006]其中，所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數大于等于5.3eV ；
[0007]或，
[0008]所述晶體硅片為P型晶體硅片，所述第一選擇層為電子選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數小于等于3.9eV。
[0009]本發明提供了一種新型的異質結太陽能電池，由于采用第一選擇層，在晶體硅片近表面形成PN結，代替非晶硅-晶體硅異質結結構，從而取消了非晶硅，因此也避免了非晶硅造成的局限，例如非晶硅光吸收而造成的光損失。本發明的異質結太陽能電池，采用第一選擇層，且由于第一選擇層與晶體硅片的功函數相差較大，使得晶體硅片的表面發生很大的能帶彎曲，進而在晶體硅片的表面形成反型層或積累層，獲得電子或空穴選擇性接觸;選擇性接觸可以有效抑制電子空穴的復合，使得電池可以獲得較高的開路電壓。另外，滿足第一選擇層的材料眾多，可以有多種選擇，從而還克服了非晶硅材料選擇單一的缺陷。
[0010]在其中一個實施例中，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第一選擇層與所述晶體硅片之間的第一鈍化層。
[0011]在其中一個實施例中，所述第一鈍化層為本征非晶硅或非化學計量的硅氧化合物。
[0012]在其中一個實施例中，所述第一鈍化層的厚度為I?3nm。
[0013]在其中一個實施例中，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第二電極與所述晶體硅片之間的第二選擇層；
[0014]當所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層時，所述第二選擇層為電子選擇性接觸層；
[0015]當所述第一選擇層為電子選擇性接觸層時，所述第二選擇層為空穴選擇性接觸層。
[0016]在其中一個實施例中，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第二選擇層與所述晶體硅片之間的第二鈍化層。
[0017]在其中一個實施例中，所述空穴選擇性接觸層選自非化學計量的鉬氧化合物或非化學計量的鎢氧化合物;所述電子選擇性接觸層選自金屬齒化物，所述金屬齒化物中的金屬選自堿金屬和堿土金屬中的一種或幾種。
[0018]在其中一個實施例中，所述空穴選擇性接觸層的厚度為5?1nm;所述電子選擇性接觸層的厚度為I?3nm ο
[0019]本發明還提供了一種上述異質結太陽能電池的制備方法。
[0020 ] 一種異質結太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0021]在晶體硅片的一側形成第一選擇層；當所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數大于等于5.3eV;當所述晶體硅片為P型晶體硅片，所述第一選擇層為電子選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數小于等于3.9eV；
[0022]在所述第一選擇層上形成第一透明導電層；
[0023]在所述第一透明導電層上形成第一電極；
[0024]在所述晶體硅片的另一側形成第二電極。
[0025]上述制備方法，可克服現有異質結太陽能電池非晶硅所帶來的缺陷。另外，其工藝容易控制，產能大，有利于異質結太陽能電池的工業化大規模生產。
[0026]在其中一個實施例中，所述空穴選擇性接觸層采用等離子體增強化學氣相沉積法、原子層沉積法、或熱蒸發沉積法形成;所述電子選擇性接觸層采用熱蒸發沉積法形成。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明一實施例的異質結太陽能電池的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合【具體實施方式】，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0029]需要說明的是，當元件被稱為“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
[0030]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0031 ]參見圖1，本發明一實施例的異質結太陽能電池100，包括:晶體硅片110，依次位于晶體硅片110的一側(圖1中的上側)上的第一鈍化層121、第一選擇層131、第一透明導電層151、及第一電極161;以及依次位于晶體硅片110的另一側(圖1中的下側)的第二鈍化層122、第二選擇層132、第二透明導電層152、及第二電極162。
[0032 ]在本發明中，第一選擇層131在晶體硅片110近表面形成PN結。晶體硅片110與第二選擇層132構成加強電場。通過加強電場可以進一步提高異質結太陽能電池100的開路電壓。當然，可以理解的是，也可以不設加強電場，也就是說不設第二選擇層132。
[0033]在本實施例中，晶體硅片110為N型晶體硅片(n-c-Si)，對應地，第一選擇層131為空穴選擇性接觸層，第二選擇層132為電子選擇性接觸層。第一選擇層131的功函數較高(大于等于5.3eV)，當其與比其功函數低很多的晶體硅片110接觸時，可以在晶體硅片110靠近第一選擇層131的表面引入P型反型層，排斥電子，成為空穴選擇性接觸。第二選擇層132的功函數較低(小于等于3.9eV)，當其與比其功函數高很多的晶體硅片110接觸時，可以在晶體硅片110靠近第二選擇層132的表面引入積累層，排斥空穴，成為電子選擇性接觸。
[0034]當然，可以理解的是，并不局限于上述形式，本發明的異質結太陽能電池中，還可以是晶體硅片110為P型晶體硅片(p-c-Si)，對應地，第一選擇層131為電子選擇性接觸層，其功函數小于等于3.9eV，第二選擇層132為空穴選擇性接觸層，其功函數大于等于5.3eV。同理地，在晶體硅片110的兩側表面分別引入積累層和N型反型層，進而分別形成空穴選擇性接觸及電子選擇性接觸。
[00；35]在本實施例中，晶體娃片丨^米用^^型晶體娃片“-^丨)，可使異質結太陽能電池100的性能更加優越，能夠克服采用P型的電池光致衰退現象，另外，其高效復合中心的密度遠低于P型，使得電子具有更高的壽命及擴散長度。具體地，晶體硅可以是單晶硅或多晶硅。更具體地，本實施例的晶體硅片110為N型單晶硅片。
[0036]具體地，晶體硅片110的厚度一般小于200μπι。優選地，晶體硅片110的厚度為100?200μπι。這樣既可以節約硅材料的使用，進而降低成本;又可以提高工藝穩定性。
[0037]優選地，晶體硅片110的表面為絨面;也就是說，對晶體硅進行制絨。這樣可以減小電池表面的反射，使得更多的光子能夠被晶體硅片110吸收；同時還具有能夠去除晶體硅表面損傷的作用。在本實施例中，絨面為金字塔形狀絨面，這樣更有利于光線斜射到晶體硅片110的內部，降低電池表面的光的反射率，使得光程變大，吸收的光子數量變多。
[0038]優選地，空穴選擇性接觸層選自非化學計量的鉬氧化合物(MoOx)或非化學計量的鎢氧化合物(WOx)。上述材料不需要進行摻雜且具有遠大于非晶硅的禁帶寬度，其透光性遠優于摻雜非晶硅，更進一步減低光學損失。
[0039]優選地，電子選擇性接觸層選自金屬鹵化物，其中金屬選自堿金屬和堿土金屬中的一種或幾種。更優選地，電子選擇性接觸層選自氟化鋰LiF或氟化銫CsF。同樣地，上述材料也不需要進行摻雜且具有遠大于非晶硅的禁帶寬度，其透光性遠優于摻雜非晶硅，更進一步減低光學損失。
[0040]其中，第一鈍化層121的作用是，使晶體硅片110靠近第一鈍化層121—側的表面發生有效的能帶彎曲，使晶體硅片110的界面態密度得到有效的控制，避免晶體硅片110的表面費米能級釘扎。
[0041]優選地，第一鈍化層121的厚度為I?3nm。這樣即可以使異質結太陽能電池具有較高的開路電壓，同時減少第一鈍化層121對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。
[0042]在本實施例中，第一鈍化層121為本征非晶硅(a_S1:H)層。當然，可以理解的是，本發明的第一鈍化層121并不局限于此，還可以是其他材料制成，例如第一鈍化層121為非化學計量的娃氧化合物(S1x)。
[0043]同理，第二鈍化層122的作用是，使晶體硅片110靠近第二鈍化層122—側的表面發生有效的能帶彎曲，使晶體硅片110的界面態密度得到有效的控制，避免晶體硅片110的表面費米能級釘扎。
[0044]優選地，第二鈍化層122的厚度為I?3nm。這樣即可以使異質結太陽能電池具有較高的開路電壓，同時減少第二鈍化層122對光的吸收，同時降低電池電阻，提高填充因子。
[0045]在本實施例中，第二鈍化層122為本征非晶硅(a_S1:H)層。當然，可以理解的是，本發明的第二鈍化層122并不局限于此，還可以是其他材料制成，例如第二鈍化層122為非化學計量的硅氧化合物(S1x)。可以理解的是，第二鈍化層122的材料可以與第一鈍化層121的材料相同，也可以不相同。
[0046]當然，可以理解的是，本發明也可以不設置第二鈍化層122。
[0047]在本實施例中，第一電極161為正電極，第二電極162為背電極。具體地，第一電極161及第二電極162均為格柵狀，一般通過絲網印刷形成。
[0048]其中，第一透明導電層151的作用是，提高第一選擇層131與第一電極161導電性能，有效地增加載流子的收集。在本發明中，第一透明導電層151為透明導電氧化物，透明導電氧化物選自氧化銦錫ITO或摻鎢氧化銦IW0。具體地，在本實施例中，第一透明導電層151為氧化銦錫。
[0049]優選地，第一透明導電層151的厚度為70?80nm。這樣其電學性能和光學性能更優。
[0050]其中，第二透明導電層152的作用是，提高第二選擇層132與第二電極162導電性能，有效地增加載流子的收集。優選地，第二透明導電層152的厚度為100?200nm。這樣其電學性能和光學性能更優。
[0051]在本實施例中，第二透明導電層152與第一透明導電層151的材料相同。這樣可以進一提高光能的利用。當然，第二透明導電層152也可以與第一透明導電層151的材料不相同。當然，可以理解的是，第二透明導電層152還可以是摻鎢氧化銦(IWO)層，亦或是氧化氟錫(FTO)層。亦或本發明也可以不設置第二透明導電層152，亦或設置不透明的導電層。
[0052]在本實施例中，異質結太陽能電池100基本呈對稱結構，這樣可以減少生產過程中熱應力和機械應力，同時有利于晶體硅片110的減薄發展。另外，兩面均可以吸收光線使發電量增加。
[0053]本發明所提供的異質結太陽能電池，由于采用第一選擇層在晶體硅片近表面形成PN結，代替非晶硅-晶體硅異質結結構，從而取消了非晶硅，因此也避免了非晶硅造成的缺陷，例如非晶硅光吸收而造成的光損失。本發明的異質結太陽能電池，采用第一選擇層，且由于第一選擇層與晶體硅片的功函數相差較大，使得晶體硅片的表面發生很大的能帶彎曲，進而在晶體硅片的表面形成反型層或積累層，獲得電子或空穴選擇性接觸。選擇性接觸可以有效抑制電子空穴的復合，使得電池可以獲得較高的開路電壓。另外，滿足第一選擇層的材料眾多，可以有多種選擇，從而還克服了非晶硅材料選擇單一的缺陷。
[0054]本發明還提供了一種上述異質結太陽能電池的制備方法。
[0055 ] 一種異質結太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0056]在晶體硅片的一側形成第一選擇層；當所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數大于等于5.3eV;當所述晶體硅片為P型晶體硅片，所述第一選擇層為電子選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數小于等于3.9eV；
[0057]在所述第一選擇層上形成第一透明導電層；
[0058]在所述第一透明導電層上形成第一電極；
[0059]在所述晶體硅片的另一側形成第二電極。
[0060]其中，為了提高異質結太陽能電池的性能，優選地，首先對晶體硅片進行制絨和清洗步驟。其中，制絨方式可以采用濕法制絨或干法制絨;濕法制絨一般使用一定配比的堿性溶液(例如:Κ0Η,NaOH,四甲基氫氧化胺等)進行一定時間的各向異性腐蝕;干法制絨一般是通過光刻掩膜板得到圖形再使用反應離子刻蝕(RIE = Reactive 1n Etching)進行刻蝕(主要通過C2H4和SF6);干法制絨也可在沒有掩膜的情況下可以通過機器進行反應離子刻蝕(RIE)，使用氣體為SF6和02。對晶體硅片制絨之后需要進行清洗步驟，清洗的主要作用在于去除制絨后殘余在晶體硅片表面的金屬離子和晶體硅片表面形成的自然氧化膜。另外，在清洗時，用于去除晶體硅片表面氧化膜的化學液體還能夠起到對晶體硅片部分鈍化的作用。對于晶體硅片的清洗，可以采用化學清洗，例如:使用RCA洗液(堿性和酸性過氧化氫溶液)，堿性過氧化氫溶液，配比可以是，H2O = H2O2:NH40H = 5:1:1-5:2:1;酸性過氧化氫溶液，配比可以是，H2O: H2O2: HCI = 6:1:1-8: 2:1; RCA洗液使用條件為:75 °C -85 °C，清洗時間10-20分鐘，清洗順序先使用堿性過氧化氫溶液后在使用酸性過氧化氫溶液。
[0061]為了提高異質結太陽能電池的性能，本實施例的異質結太陽能電池還包括第一鈍化層、第二鈍化層、第二選擇層、及第二透明導電層等。
[0062]優選地，第一鈍化層、第二鈍化層形成采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)。當然，可以理解的是，并不局限于上述方式，還可以是熱絲化學氣相沉積法(HWCVD，Hot wire Chemical Vapor Deposit1n)或者高頻等離子體增強化學氣相沉法(VHF-PECVD)、亦或其他制備方法。當第一鈍化層及第二鈍化層為非化學計量的硅氧化合物時，還可以采用濃硝酸氧化生長的方式形成。更優選地，濃硝酸的濃度為68wt%，浸泡時間為I?3min。
[0063]其中，空穴選擇性接觸層優選采用等離子體增強化學氣相沉積法、原子層沉積法、或熱蒸發沉積法形成。電子選擇性接觸層優選采用熱蒸發沉積法形成。
[0064]優選地，第一透明導電層、第二透明導電層通過反應等離子沉積(RPD)形成。在形成第一透明導電層、第二透明導電層時，優選地同時通入氬氣與氧氣，且氧氣/氬氣比為2.5ο
[0065]優選地，第一電極、第二電極通過絲網印刷低溫銀漿料形成，其中烘干溫度為100°C，燒結溫度為200°C。
[0066]本發明所提供的制備方法，可克服現有異質結太陽能電池非晶硅所帶來的缺陷。另外，其工藝容易控制，產能大，有利于異質結太陽能電池的工業化大規模生產。
[0067]上述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0068]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種異質結太陽能電池，其特征在于，包括:晶體硅片，依次位于所述晶體硅片的一側上的第一選擇層、第一透明導電層、及第一電極，以及位于所述晶體硅片的另一側的第二電極； 其中，所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數大于等于5.3eV; 或， 所述晶體硅片為P型晶體硅片，所述第一選擇層為電子選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數小于等于3.9eV。2.根據權利要求1所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第一選擇層與所述晶體硅片之間的第一鈍化層。3.根據權利要求2所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述第一鈍化層選自本征非晶硅或非化學計量的硅氧化合物。4.根據權利要求2所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述第一鈍化層的厚度為I?3nm05.根據權利要求1所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第二電極與所述晶體硅片之間的第二選擇層； 當所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層時，所述第二選擇層為電子選擇性接觸層； 當所述第一選擇層為電子選擇性接觸層時，所述第二選擇層為空穴選擇性接觸層。6.根據權利要求5所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述異質結太陽能電池還包括位于所述第二選擇層與所述晶體硅片之間的第二鈍化層。7.根據權利要求1-6任一項所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述空穴選擇性接觸層選自非化學計量的鉬氧化合物或非化學計量的鎢氧化合物;所述電子選擇性接觸層選自金屬鹵化物，所述金屬鹵化物中的金屬選自堿金屬和堿土金屬中的一種或幾種。8.根據權利要求1-6任一項所述的異質結太陽能電池，其特征在于，所述空穴選擇性接觸層的厚度為5?1nm;所述電子選擇性接觸層的厚度為I?3nm。9.一種權利要求1所述的異質結太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在晶體硅片的一側形成第一選擇層；當所述晶體硅片為N型晶體硅片，所述第一選擇層為空穴選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數大于等于5.3eV;當所述晶體硅片為P型晶體硅片，所述第一選擇層為電子選擇性接觸層，所述第一選擇層的功函數小于等于3.9eV; 在所述第一選擇層上形成第一透明導電層； 在所述第一透明導電層上形成第一電極； 在所述晶體硅片的另一側形成第二電極。10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述空穴選擇性接觸層采用等離子體增強化學氣相沉積法、原子層沉積法、或熱蒸發沉積法形成;所述電子選擇性接觸層采用熱蒸發沉積法形成。
【文檔編號】H01L31/032GK105932080SQ201610316392
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】楊黎飛, 張聞斌, 王琪, 李杏兵
【申請人】蘇州協鑫集成科技工業應用研究院有限公司, 協鑫集成科技（蘇州）有限公司, 協鑫集成科技股份有限公司