一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池及其制備方法，包括晶體硅層，兩側各有一層超薄氧化硅鈍化層，在其正面還有混合相硅氧化物/納米晶硅層，反面還有本征氫化非晶硅、p型氫化非晶硅層，其兩側外還均有ITO層和Ag電極。本發明專利技術利用mp?SiOx/nc?Si替代TOPCon電池的SiOx/poly?Si鈍化接觸結構中的poly?Si層作為電池正面鈍化接觸，采用本征氫化非晶硅(a?Si:H(i))與摻雜的a?Si:H疊層作為背面鈍化接觸，設計并制備了全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，從而提高了鈍化接觸的晶體硅太陽能電池正面的電學和光學性能。

A New Fully Passivating Contact Crystal Silicon Solar Cell and Its Preparation Method

【技術實現步驟摘要】
一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池及其制備方法
本專利技術屬于太陽能電池
，特別是涉及一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池及其制備方法。
技術介紹
限制傳統晶體硅(c-Si)太陽能電池效率進一步提升的關鍵因素，是金屬電極與硅接觸界面處的載流子復合損失。解決該問題的傳統方法是采用局部接觸，例如，發射極及背表面鈍化電池(PERC)、發射極鈍化及背面局部擴散電池(PERL)等。然而，這些局部接觸結構增加了電池工藝的復雜性，同時使得橫向輸運變成了電池設計的關鍵因素。具體地說，由于橫向載流子輸運引起的歐姆接觸損失增加，開路電壓和填充因子之間存在一種權衡取舍。另一種減少接觸復合損失的方法是鈍化接觸，在c-Si與金屬電極之間插入一層鈍化接觸材料，形成鈍化接觸并兼具鈍化和接觸功能，既可以有效抑制載流子在硅表面復合，同時又能從c-Si有效地抽取載流子(電子或空穴)。理想的鈍化接觸可以被認為是一種半透膜，可以高效輸運一種類型載流子(電子或空穴)并阻止另一種類型載流子，同時其寄生光學吸收損耗也最低。與局部接觸相比，鈍化接觸可以使電池獲得更高的轉換效率，同時簡化電池的制備工藝，從而降低電池的生產成本。近年來已經有大量的研究工作集中在新的鈍化接觸材料上，它們在熱穩定性或光學透明度方面比本征非晶硅薄層鈍化(HIT)電池或隧穿氧化層鈍化(TOPCon)電池的鈍化接觸性能更具優勢。這些新的鈍化接觸材料包括硅基材料、過渡金屬氧化物、有機材料(如聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT:PSS)、堿金屬氟化物(如氟化鋰、氟化銫等)、堿土金屬及其氧化物(如鎂、鈣、氧化鎂等)等，近期發表的一些綜述性論文對這些鈍化材料進行了較為全面的分析和總結。在這些材料中，使用硅基材料作為鈍化接觸的HIT和TOPCon電池性能最為突出，其最高轉換效率已經分別達到了26.6％和25.7％，這足以證明鈍化接觸在晶體硅太陽能電池應用方面的巨大潛力。需要注意的是，為了減少電池正面的寄生光學損失，這些高效電池的鈍化接觸僅僅只是應用在電池的背面。因此，為了獲得更高的電池轉換效率，作為電池正面的鈍化接觸材料對太陽光來說應該是透明的。過渡金屬氧化物由于具有較高的禁帶寬度，光學吸收損失很低，比較適合作為電池的正面鈍化接觸材料，但是由于它對c-Si表面的鈍化性能還有待進一步提高，使得目前基于過渡金屬氧化物作正面的鈍化接觸材料的晶體硅太陽能電池的效率與HIT和TOPCon電池的效率還存在一定的差距。由于氧化硅/多晶硅(SiOx/poly-Si)鈍化接觸的制備工藝與目前晶體硅電池的量產工藝兼容且具有高溫穩定性等特點，因此，近年來TOPCon晶體硅太陽能電池已成為國內外大學、研究機構和企業的研究熱點。但是，SiOx/poly-Si鈍化接觸的不足之處是多晶硅具有與晶體硅相似的帶隙，當這種鈍化結構應用于電池正面時，會產生較大的寄生光學吸收損耗。另外，為了產生良好的接觸性能，多晶硅通常采用重摻雜，但這會產生相對較大的自由載流子吸收。為了減少鈍化接觸材料在電池正面產生的寄生光學吸收和自由載流子吸收的損耗，氫化納米晶硅(nc-Si:H)是替代非晶硅(a-Si:H)和多晶硅的候選材料。與它們相比，氫化納米晶硅除了具有更高的透明度之外，還可以獲得更高的摻雜效率和更低的接觸電阻率，從而提高接觸質量。為了進一步減少寄生光學吸收損失，氫化微晶氧化硅(μc-SiOx:H)比氫化納米晶硅更具優勢。氫化微晶氧化硅是一種寬帶隙的兩相材料，由非晶氧化硅和嵌入其中的硅納米晶組成，可以在很寬的范圍內調節其光學和電學性質。氫化微晶氧化硅可以取代高效薄膜硅太陽能電池中純硅摻雜層，也可作為晶體硅異質結電池的窗口層。但是，氫化微晶氧化硅中的硅納米晶是鑲嵌在非晶氧化硅基質中，導致氫化微晶氧化硅具有較大的電阻率。如果把氫化微晶氧化硅中的部分非晶相的氧化硅經過高溫退火變成納米晶氧化硅，調控氧化硅基質的相分離以及硅納米晶在其中的分布，從而達到改變其電導率的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池及其制備方法。為實現第一個專利技術目的，所采用的技術方案是這樣的：一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，包括晶體硅層，兩側各有一層超薄氧化硅鈍化層，其特征在于：在其正面還有混合相硅氧化物/納米晶硅層，反面還有本征氫化非晶硅、p型氫化非晶硅層。進一步地，其兩側外還均有ITO層和Ag電極。為實現第二個專利技術目的，所采用的技術方案是這樣的：一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：1)硅片清洗及表面超薄氧化硅鈍化層生長，將硅片浸泡在H2SiO4:H2O2＝3:1的溶液中，溫度75℃，時間15min；2)采用等離體子化學氣相沉積(PECVD)法，在硅片的正面依次生長氫化微晶氧化硅、氫化納米晶硅薄膜，再經過750～950℃高溫退火處理，獲得n型mp-SiOx/nc-Si疊層鈍化接觸薄膜，即混合相硅氧化物/納米晶硅層；3)利用PECVD在硅片背面依次生長本征氫化非晶硅、p型氫化非晶硅；4)利用磁控濺射法生長ITO透明導電薄膜和金屬銀電極。本專利技術把低溫生長的氫化微晶氧化硅/氫化納米晶硅疊層經過高溫退火處理，轉變成混合相(mixedphases)硅氧化物/納米晶硅(mp-SiOx/nc-Si)。mp-SiOx是一種三相材料，包含了非晶氧化硅、納米晶氧化硅和硅納米晶。這樣，一方面可以抑制氫化納米晶硅中氫化非晶硅孵化層的形成從而實現其高度晶化，提高摻雜效率以減少自由載流子吸收損失；另一方面可以增加氫化微晶氧化硅的電導率和光學透過率，以減少寄生光學吸收損失。本專利技術利用mp-SiOx/nc-Si替代TOPCon電池的SiOx/poly-Si鈍化接觸結構中的poly-Si層作為電池正面鈍化接觸，采用本征氫化非晶硅(a-Si:H(i))與摻雜的a-Si:H疊層作為背面鈍化接觸，設計并制備了全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，從而提高了鈍化接觸的晶體硅太陽能電池正面的電學和光學性能。附圖說明以下結合附圖和本專利技術的實施方式來作進一步詳細說明圖1為本專利技術的電池結構示意圖。具體實施方式參見附圖。本實施例所述的太陽能電池，包括晶體硅層1，兩側各有一層超薄氧化硅鈍化層2(1.4nm)，在硅片的正面依次生長氫化微晶氧化硅層3(15nm)、氫化納米晶硅層4(15nm)，兩者形成混合相硅氧化物/納米晶硅層；反面還有本征氫化非晶硅5(10nm)、p型氫化非晶硅層6(10nm)，其兩側外還均有ITO層7和Ag電極8。制備時：1.硅片清洗及表面超薄氧化硅鈍化層生長首先對硅片進行清洗和超薄氧化層鈍化，這可以降低硅片表面的雜質濃度，減少硅片表面與鈍化層之間的界面缺陷態密度。硅片為雙面拋光、(100)晶向、厚度為200μm、電阻率為1.0～2.0Ω.cm、磷摻雜的n型直拉單晶硅片。硅片清洗步驟如下：a)利用水虎魚溶液(H2SiO4:H2O2＝3:1，溫度75℃，時間15min)進行原生氧化層的去除和化學氧化層的生長；b)氧化層去除(HF:HCl:H2O＝1:1:15，2min)；c)氧化層生長(HCl:H2O2:H2O＝1:1:4，15min)；d)氧化層去除(HF:H2O＝1:50，30s)；e)為了減少氧化和污染，清洗后的硅片轉移到真空盒本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，包括晶體硅層，兩側各有一層超薄氧化硅鈍化層，其特征在于：在其正面還有混合相硅氧化物/納米晶硅層，反面還有本征氫化非晶硅、p型氫化非晶硅層。

【技術特征摘要】
1.一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，包括晶體硅層，兩側各有一層超薄氧化硅鈍化層，其特征在于：在其正面還有混合相硅氧化物/納米晶硅層，反面還有本征氫化非晶硅、p型氫化非晶硅層。2.如權利要求1所述的一種新型全鈍化接觸晶體硅太陽能電池，其特征在于：其兩側外還均有ITO層和Ag電極。3.一種權利要求1或2所述太陽能電池的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)硅片清洗及表面超薄氧化硅鈍化層生長，將硅片浸泡在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃仕華，周理想，池丹，丁月珂，芮哲，
申請(專利權)人：浙江師范大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33