CN102222703A - 带有本征层的异质结结构的晶体硅太阳电池及制备方法 - Google Patents

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褚君浩
窦亚楠
何悦
王永谦
马晓光
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Abstract

本发明公开了一种带有本征层的异质结结构的晶体硅太阳电池及制备方法，该晶体硅太阳电池包括晶体硅基底和上下非晶氧化铝钝化介质层，上表面非晶氧化铝钝化介质层之上为p型掺杂非晶硅碳薄膜和TCO层，下表面非晶氧化铝钝化介质层之下为n型掺杂非晶硅或微晶硅薄膜和TCO层，上下表面TCO层均与金属栅电极连接。其制备方法包括非晶氧化铝钝化介质层的制备，本发明采用在用酸处理的晶体硅基底后同时制备极薄的非晶氧化铝钝化介质层，然后分别制备p型非晶硅碳和n型非晶硅或微晶硅及TCO形成异质结电池。本发明具有工艺简单，晶体硅表面钝化性能好，抗UV辐射性能好，充分利用太阳光等优点。

Description

带有本征层的异质结结构的晶体硅太阳电池及制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳电池，具体涉及一种具有非晶氧化铝钝化硅表面的带有本征层的异质结（HIT）结构的太阳电池及其制备方法。
背景技术
目前HIT结构晶体硅太阳电池采用非晶硅作为本征层钝化硅表面，然而非晶硅对短波长光有较强的吸收，而且对硅的钝化性能在UV下不稳定。本发明采用原子层沉积(ALD)系统制备的非晶氧化铝作为本征层可以很好解决这两个问题。非晶硅氧化铝的带隙约6.8eV，对太阳光完全透明，对硅表面具有良好的钝化性能，且不受UV辐射的影响，使得电池性能更稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，应用简单的工艺技术实现具有非晶氧化铝钝化硅表面的HIT结构的晶体硅太阳电池的制备方法。
本发明制备的晶体硅太阳电池如附图1所示，一种HIT结构晶体硅太阳电池，其特征在于：该电池的结构为：在P型或N型的硅基底5的上表面依次为上表面非晶氧化铝401和p型非晶硅碳3，上透明导电层201和上金属电极101；P型或N型的硅基底5的下表面依次为下表面非晶氧化铝402和n型非晶硅或微晶硅6，下透明导电层202和下金属电极102。
所述的上表面非晶氧化铝层401和下表面非晶氧化铝402是通过ALD系统同时制备在经过清洗的P型或N型的硅基底5上下表面，厚度为2-10nm，对硅表面起到良好的钝化作用。
所述的p型非晶硅碳3由PECVD制备，厚度为5-15nm;
所述的n型非晶硅或微晶硅6由PECVD制备，厚度为10-20nm;
所述的上透明导电层201和下透明导电层202可由溅射或者ALD系统制备；
所述的上金属电极101和下金属电极102通过蒸发、溅射或者丝网印刷制备；
本发明HIT结构的晶体硅太阳能电池的制备方法,采用如下工艺完成。
§1.去除P型或N型的硅基底5表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；
§2.采用HF酸或HF和HCl混酸清洗§1得到的硅基底5表面0.5-2分钟；所述氢氟酸为体积比HF：H2O=1：10-50；所述HF和HCl混酸为体积比HF:HCl:H2O=2:5:50;
采用ALD系统同时制备P型或N型的硅基底5上表面非晶氧化铝401和下表面非晶氧化铝402；
沉积氧化铝后在氮气或氩气氛围中退火5-15分钟，退火温度400-450℃，增强对硅表面的钝化性能；
§3.采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备上表面p型非晶硅碳3，采用蒸发或溅射或ALD制备上透明导电层201；
§4.采用PECVD制备下表面n型非晶硅或微晶硅6，采用溅射或ALD制备下透明导电层202；
§5. 蒸发、溅射或丝网印刷上金属电极101和下金属电极102；在300℃以下退火，形成欧姆接触。
本发明的优点在于：
1 氧化铝对硅具有非常好的钝化效果，极大的降低表面复合速率；尤其是对P型硅有很好的钝化效果，可以制备P型硅基底材料的HIT结构电池；
2氧化铝带隙宽度约为6.8eV，对太阳光无吸收，使得太阳能更能被充分利用；
3 氧化铝对硅表面的钝化不受UV辐射的影响，保证电池性能的稳定性。
附图说明
图1本发明制备的具有非晶氧化铝本征层的HIT结构太阳电池。
图2实施例中具有非晶氧化铝本征层的HIT结构太阳电池结构图。
具体实施方式
下面结合附图2和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例：
如图2所示，具有非晶氧化铝本征层的HIT结构太阳电池结构。其制备工艺过程如下：
1.采用一般的单晶硅清洗方法，即氢氧化钠+异丙醇（NaOH+IPA）溶液去除P型的CZ硅表面损伤并制绒形成减反射结构及化学清洗; P型的CZ硅片为工业用125单晶硅片，电阻率0.5-5 Ωcm,厚度180-220um；
2.采用体积比HF:HCl:H2O=2:5:50清洗上述得到的硅片1分钟后甩干，采用原子层沉积（ALD）系统同时在上表面和下表面制备5nm的非晶氧化铝层；
3将沉积氧化铝后的硅片在氮气氛围中退火15分钟，退火温度425℃；
4.采用工业等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备10nm的上表面p型非晶硅碳，然后采用磁控溅射制备100nm的上透明导电层AZO(ZnO:Al)；
5.采用工业等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备20nm的下表面n型微晶硅，然后采用磁控溅射制备100nm的下透明导电层AZO(ZnO:Al)；
6. 丝网印刷可低温烧结的上金属铝浆料和下金属铝浆料；在300℃以下退火，形成欧姆接触电极。

Claims (2)

1.一种带有本征层的异质结结构的晶体硅太阳电池，其特征在于：该电池的结构为：在P型或N型的硅基底(5)的上表面依次为2-10nm上表面非晶氧化铝（401）和5-15nm的p型非晶硅碳（3），上透明导电层（201）和上金属电极（101）；P型或N型的硅基底(5)的下表面依次为2-10nm下表面非晶氧化铝（402）和10-20nm的n型非晶硅或微晶硅(6)，下透明导电层（202）和下金属电极（102）。
2.一种制备如权利要求1所述的带有本征层的异质结结构的晶体硅太阳电池的方法，其特征在于包括以下步骤：
1).去除P型或N型的硅基底(5)表面损伤、酸或碱液制绒形成减反射结构及化学清洗；
2).采用HF酸或HF和HCl混酸清洗步骤1）得到的硅基底（5）表面0.5-2分钟；所述氢氟酸为体积比HF：H2O=1：10-50；所述HF和HCl混酸为体积比HF:HCl:H2O=2:5:50；
采用原子层沉积同时制备P型或N型的硅基底(5)上表面非晶氧化铝(401)和下表面非晶氧化铝(402)；
沉积氧化铝后在氮气或氩气氛围中退火5-15分钟，退火温度400-450℃，增强非晶氧化铝对硅表面的钝化性能；
3).采用等离子体增强化学气相沉积制备上表面p型非晶硅碳(3)，采用溅射或ALD制备上透明导电层（201）；
  4).采用等离子体增强化学气相沉积制备下表面n型非晶硅或微晶硅(6)，采用溅射或ALD制备下透明导电层（202）；
  5).蒸发、溅射或丝网印刷栅线上金属电极（101）和下金属电极（102）；在300℃以下退火形成欧姆接触。
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