CN102299206A - 一种异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异质结太阳电池及其制备方法，属于太阳能电池器件技术领域。该异质结太阳电池的特点在于：在透明导电膜和第一型非晶硅之间还具有一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚10~50nm；在准单晶硅层和金属膜之间还具有一层透明导电膜，该层膜厚为100~300nm。其制备过程为：利用p（或n）型单晶硅片制备双层多孔硅，H2退火后再先后生长p（或n）型晶体硅层和本征晶体硅层；然后依次对样品表面进行H2处理、制备本征非晶硅层、n（或p）型非晶硅层、n（或p）型非晶碳化硅层，器件制备完后实施层转移。本发明可在获得高质量硅薄膜的同时使硅片得到重复使用；窗口层的导电性和透过率更高；在低温下实现良好的电极接触。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池器件技术领域，涉及一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种半导体器件，其能够将太阳光的光能转换成电能。由于其工作时无需水、油、气或燃料，只要有光就能发电，堪称当代清洁、无污染的可再生能源，备受人们的青睐。太阳能电池主要以半导体材料为基础制作，其工作原理是光电材料吸收光能后发生光电子转换反应而产生电流。太阳电池经过半个多世纪的发展，转换效率提高了5倍，生产成本也较过去降低了2个数量级。但是作为大规模地面应用，当前太阳电池的价格仍是过高，原材料的缺乏也正在制约太阳电池的发展。
层转移技术对于提高太阳电池效率具有重要意义，是一种具有很大潜力的薄膜太阳电池新技术，该技术可减少硅片的消耗，从而降低光伏行业的生产成本，最终实现光伏发电大规模应用。I.Gordon利用离子注入层转移技术制备了异质结太阳电池，其转换效率为7.5%。但由于离子注入法成本太高，设备昂贵，不利于生产成本的降低。在现有的层转移技术制备的异质结太阳电池中，背电极通常为金属层，该金属层需要经过高温（>500℃）烧结后才能与硅形成良好的欧姆接触，同时非晶硅作为窗口层时其导电性和透光性还远远不够。
发明内容
发明目的：提供一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，本方法中的层转移技术可以在获得高质量硅薄膜的同时使硅衬底片得到重复使用，从而减少硅片的消耗，降低生产成本；本方法中复合背电极的使用可以在低温下实现良好的电极接触；为了使窗口层对太阳光的吸收尽量减少，透过率尽量增加，本方法采用了非晶碳化硅材料作为电池的窗口层材料，这有利于宽谱带吸收及增加内建电场，减少界面复合，从而提高太阳能电池的量子效率和转换效率，最终实现光伏发电大规模应用。
一种异质结太阳电池，依次由普通玻璃、环氧树脂、透明导电膜、第一型非晶硅、本征非晶硅、本征晶体硅、第二型晶体硅、准单晶硅层和金属膜构成，其特征在于：在透明导电膜和第一型非晶硅之间还具有一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚10~50nm；在准单晶硅层和金属膜之间还具有一层透明导电膜，该层膜厚为100~300nm；其中，当第一型非晶硅为n型非晶硅时，第二型晶体硅为p型晶体硅；第一型非晶硅为p型非晶硅时，第二型晶体硅为n型晶体硅。
异质结太阳电池的制备方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、对清洗好的第一型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流3~15mA，持续10~100s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流50~400mA，持续10~60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%~40%的氢氟酸和99.5%~99.99%的无水乙醇，其体积比为1：0.5~1：2；在n型单晶硅片的阳极氧化工艺中，需要光照射硅片从而获得足够的空穴参与，先通小电流3~15mA，持续10~100s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流50~400mA，持续10~60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%~40%的氢氟酸和99.5%~99.99%的无水乙醇，其体积比为1：0.5~1：2；
步骤2、将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1×103~1×105Pa，退火温度为1000~1200℃，退火时间控制在15~45min；
步骤3、生长高掺杂第一型晶体硅层，膜厚为1~3μm；
步骤4、生长本征晶体硅层，膜厚控制在10~70μm；
步骤5、处理样品表面，减少界面缺陷；
步骤6、生长本征非晶硅层，膜厚为5~10nm；
步骤7、生长高掺杂第二型非晶硅层，膜厚为10~50nm；
步骤8、生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，膜厚为10~50nm；
步骤9、利用物理气相沉积法在非晶硅层上沉积一层厚度为100~300nm的透明导电膜；
步骤10、在透明导电膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用物理气相沉积法在其上沉积一层厚度为500~1000nm金属膜，去掉掩模板后透明导电膜上就留下了栅线状的金属膜，即为上电极；
步骤11、用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
步骤12、待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
步骤13、将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
步骤14、利用物理气相沉积法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为100~300nm的透明导电膜和一层厚度100~300nm的金属膜组成的双层膜作为下电极。
上述步骤3具体采用低压化学气相沉积法生长第一型晶体硅层，当第一型晶体硅层为p型晶体硅层时其生长工艺中流量比SiH4：B2H6=1：0.01~1：0.2，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃；当第一型晶体硅层为n型晶体硅层时其生长工艺中流量比SiH4：PH3=1：0.01~1：0.2，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃。
上述步骤4具体采用低压化学气相沉积法生长本征晶体硅层，使用纯硅烷生长，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃，膜厚控制在10~70um。
上述步骤5具体采用热丝化学气相沉积法处理样品表面，具体工艺如下是使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1800~2000℃，气压为10~30Pa，衬底温度控制在150~300℃，处理时间为20~60s。
上述步骤6具体采用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺为H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为在1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为5~10nm。
上述步骤7具体采用热丝化学气相沉积法生长第二型非晶硅层，当第二型非晶硅层为n型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4：PH3=1：0.05~1：0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm；当第二型非晶硅层为p型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4：B2H6=1：0.05~1：0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm。
上述步骤8具体采用热丝化学气相沉积法生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，当第二型非晶碳化硅层为n型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4：C2H2：PH3=1：0.5~1 ：0.05~0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm；当第二型非晶碳化硅层为p型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4：C2H2：B2H6=1：0.5~1 ：0.05~0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm。
上述步骤14之后还有步骤15，该步骤是用于对剥离后剩下的硅片进行化学处理以重复使用该硅片，其具体工艺为将剥离后剩下的硅片放入装有20%~50%的氢氧化钠溶液的容器中，然后将整个容器加热到70~90℃，持续5~20min，再将硅片转入0.5%~5%的氢氟酸中漂洗30~90s，之后再用氮气吹干后即可再次使用。
由于上述技术方案的采用，可以利用低成本的多孔硅层转移技术代替昂贵的离子注入层转移技术去获得高质量硅薄膜，同时层转移技术的采用可使硅片得到重复利用，且该技术方案中复合背电极的使用在低温下即可实现良好的电极接触，最终达到降低生产成本的目的；传统的基于同质PN结技术的硅基太阳能电池突显出成本高、效率低、对环境污染严重等问题。其中异质结及其技术是解决上述问题的关键技术，其具有如下优点:（1）有利于宽谱带吸收，从而提高效率。晶体硅同质结太阳能电池只能吸收波长范围在0.3微米至1.1微米范围内的太阳光，该波长范围的能量占总太阳光能量的46%；而对于占5%的紫外区和占49%的红外区太阳能无法吸收或转化为热。然而，通过与晶体硅禁带宽度不同的材料构成异质结太阳能电池，可展宽对太阳光的吸收谱，从而实现宽谱带吸收目的；（2）增加内建电场，提高注入效率。与同质结相比，异质结具有更大的内建电场，使注入结两侧的非平衡少子电流增加，从而增加开路电压和短路电流。且本方案中采用非晶碳化硅作为层转移技术制备的异质结太阳电池的窗口层，碳化硅是一种宽带隙半导体材料，其具有良好导电性和透光性，这样就可以使窗口层对太阳光的吸收尽量减少，透过率尽量增加，从而使本征层吸收更多的光，最终提高转换效率。
附图说明
图1是低压化学气相沉积设备的结构示意图。
图2为热丝化学气相沉积设备的结构示意图。
图3为本发明中硅基薄膜太阳能电池的结构示意图。
图中标记名称：1.进气口；2.硅片；3.可控加热炉；4.反应室；5.真空电阻计；6.可调阀门；7.抽气系统；8.石英舟；9.进气口；10气体喷头；11.热丝支架；12.热丝；13.挡板；14.可控加热衬底台；15.抽气系统；16.入射太阳光；17.普通玻璃；18.环氧树脂胶；19.透明导电膜；20.n型（或p型）非晶碳化硅层；21.n型（或p型）非晶硅层；22.本征非晶硅层；23.本征晶体硅层；24.p型（或n型)晶体硅层；25.准单晶硅层；26.透明导电膜；27.金属膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
H2稀释比定义为：H2流量/(H2流量+SiH4流量+掺杂气体流量)
实施例一：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的p型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流3mA，持续30s，在硅片表面形成小孔层；再通大电流100mA，持续50s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.9%的无水乙醇，其体积比为1：1。
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在3×103Pa，退火温度为1100℃，退火时间控制在30min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂p型硅层，生长工艺如下：流量比SiH4：B2H6=1：0.1，气压控制在100Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在1um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在100Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在50um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1900℃，气压为20Pa，衬底温度控制在200℃，处理时间为60s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为在4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为5nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶硅，生长工艺如下：流量比SiH4：PH3=1：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为20nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：PH3=1：1：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为4Pa，衬底温度控制在160℃，膜厚为25nm；
（9）利用磁控溅射法在n型非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜；
（10）在ITO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为800nm银膜，去掉掩模板后ITO薄膜上就留下了银栅线，此即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用40%的氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用磁控溅射法在已去除残余多孔硅的背面先后沉积一层厚度为150nm的ITO薄膜和一层厚度150nm的银膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为535mV，Jsc为32.43mA/cm2，FF为0.6813，η=11.8%。
实施例二：将实施例一中剥离后剩下的硅片放入装有25%的氢氧化钠溶液的容器中，将整个容器加热到80℃，持续10min，然后将硅片转入1%的氢氟酸中漂洗60s，最后用去离子水冲洗、氮气吹干。接着再重复实施例一的工艺。
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为531mV，Jsc为32.65mA/cm2，FF为0.6755，η=11.7%。
实施例三：将实施例二中剥离后剩下的硅片放入装有25%的氢氧化钠溶液的容器中，将整个容器加热到80℃，持续10min，然后将硅片转入1%的氢氟酸中漂洗60s，最后用去离子水冲洗、氮气吹干。接着再重复实施例一的工艺。
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为533mV，Jsc为32.30mA/cm2，FF为0.6761，η=11.6%。
实施例四：将实施例三中剥离后剩下的硅片放入装有25%的氢氧化钠溶液的容器中，将整个容器加热到80℃，持续10min，然后将硅片转入1%的氢氟酸中漂洗60s，最后用去离子水冲洗、氮气吹干。接着再重复实施例一的工艺。
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为530mV，Jsc为32.51mA/cm2，FF为0.6861，η=11.8%。
通过实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的实施结果，说明多孔硅层转移技术可靠性高，重复使用多次均能保证稳定的电池性能。
实施例五：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，该例以实施例一作为对比例，该例中不加入碳化硅层，包括如下步骤：
（1）对清洗好的p型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流3mA，持续30s，在硅片表面形成小孔层；再通大电流100mA，持续50s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.9%的无水乙醇，其体积比为1：1。
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在3×103Pa，退火温度为1100℃，退火时间控制在30min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂p型硅层，生长工艺如下：流量比SiH4：B2H6=1：0.1，气压控制在100Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在1um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在100Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在50um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1900℃，气压为20Pa，衬底温度控制在200℃，处理时间为60s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为在4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为5nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶硅，生长工艺如下：流量比SiH4：PH3=1：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为45nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：PH3=1：1：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为4Pa，衬底温度控制在160℃，膜厚为25nm；
（9）利用磁控溅射法在n型非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜；
（10）在ITO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为800nm银膜，去掉掩模板后ITO薄膜上就留下了银栅线，此即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用40%的氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用磁控溅射法在已去除残余多孔硅的背面先后沉积一层厚度为150nm的ITO薄膜和一层厚度150nm的银膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为490mV，Jsc为30.78mA/cm2，FF为0.6769，η=10.2%。
实施例六：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的p型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流4mA，持续90s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流55mA，持续55s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.97%的无水乙醇，其体积比为1：2；
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1×105Pa，退火温度为1000℃，退火时间控制在17min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂p型硅层，生长工艺为：流量比SiH4：B2H6=1：0.2，气压控制在300Pa，生长温度为1000℃，膜厚控制在1.2um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在300Pa，生长温度为1000℃，膜厚控制在13um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1800℃，气压为30Pa，衬底温度控制在300℃，处理时间为20s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为在1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为5nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶硅层，生长工艺为：流量比SiH4：PH3=1：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为15nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：PH3=1：0.5：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为45nm；
（9）利用磁控溅射法在非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜；
（10）在ITO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用热蒸发法在其上沉积一层厚度为1000nm银膜，去掉掩模板后ITO薄膜上就留下了银栅线，即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用磁控溅射法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜和一层厚度300nm的银膜组成的双层膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为512mV，Jsc为25.68mA/cm2，FF为0.6489，η=8.5%。
实施例七：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的p型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流14mA，持续13s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流390mA，持续12s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%的氢氟酸和99.5%的无水乙醇，其体积比为1：0.6；
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1.5×103Pa，退火温度为1200℃，退火时间控制在42min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂p型硅层，生长工艺为：流量比SiH4：B2H6=1：0.02，气压控制在60Pa，生长温度为1200℃，膜厚控制在3um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在60Pa，生长温度为1200℃，膜厚控制在70um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在2000℃，气压为10Pa，衬底温度控制在150℃，处理时间为60s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为在5Pa，衬底温度控制在150℃，膜厚为10nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶硅层，生长工艺为：流量比SiH4：PH3=1：0.05，H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为5Pa，衬底温度控制在150℃，膜厚为45nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：PH3=1：0.5：0.1，H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为4Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为15nm；
（9）利用热蒸发法在非晶硅层上沉积一层厚度为280nm的AZO薄膜；
（10）在AZO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为500nm银膜，去掉掩模板后AZO薄膜上就留下了银栅线，即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用热蒸发法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜和一层厚度300nm的银膜组成的双层膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为516mV，Jsc为26.55mA/cm2，FF为0.6543，η=9.0%。
实施例八：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的p型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流7mA，持续60s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流250mA，持续25s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.9%的无水乙醇，其体积比为1：1；
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在2×104Pa，退火温度为1100℃，退火时间控制在35min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂p型硅层，生长工艺为：流量比SiH4：B2H6=1：0.1，气压控制在300Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在2um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在300Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在50um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1900℃，气压为20Pa，衬底温度控制在200℃，处理时间为50s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为在2Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为10nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶硅层，生长工艺为：流量比SiH4：PH3=1：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为2Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为25nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂n型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：PH3=1：0.5：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为2Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为25nm；
（9）利用磁控溅射法在非晶硅层上沉积一层厚度为200nm的FTO薄膜；
（10）在FTO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为1000nm银膜，去掉掩模板后FTO薄膜上就留下了银栅线，即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用热蒸发法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为300nm的FTO薄膜和一层厚度300nm的银膜组成的双层膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为484mV，Jsc为26.32mA/cm2，FF为0.6432，η=8.2%。
实施例九：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的n型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流8mA，持续70s，在硅片表面形成小孔层；再通大电流200mA，持续40s，在小孔层下面形成大孔层，n型单晶硅片的阳极氧化工艺中需要光照射已获得足够的空穴参与，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.9%的无水乙醇，其体积比为1：1。
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在3×103Pa，退火温度为1100℃，退火时间控制在30min。
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂n型硅层，生长工艺如下：流量比SiH4：PH3=1：0.1，气压控制在200Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在1um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在200Pa，生长温度为1100℃，膜厚控制在20um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1900℃，气压为20Pa，衬底温度控制在200℃，处理时间为60s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为在4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为5nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长p型非晶硅，生长工艺如下：流量比SiH4：B2H6=1：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为20nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂p型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：B2H6=1：0.5：0.1，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1800℃，气压为4Pa，衬底温度控制在200℃，膜厚为30nm；
（9）利用热蒸发法在p型非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜；
（10）在ITO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用热蒸发法在其上沉积一层厚度为800nm银膜，去掉掩模板后ITO薄膜上就留下了栅线状的银膜，此即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用40%的氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用热蒸发法在已去除残余多孔硅的背面先后沉积一层厚度为150nm的ITO薄膜和一层厚度150nm的银膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为518mV，Jsc为26.17mA/cm2，FF为0.6561，η=8.9%。
实施例十：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的n型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流4mA，持续90s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流56mA，持续60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为40%的氢氟酸和99.5%的无水乙醇，其体积比为1：2；在n型单晶硅片的阳极氧化工艺中，需要光照射硅片从而获得足够的空穴来参与该工艺；
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1×105Pa，退火温度为1020℃，退火时间控制在18min；
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂n型硅层，生长工艺为：流量比SiH4：PH3=1：0.2，气压控制在300Pa，生长温度为1020℃，膜厚控制在1.1um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在300Pa，生长温度为1020℃，膜厚控制在13um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1800℃，气压为30Pa，衬底温度控制在300℃，处理时间为22s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为在1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为5nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂p型非晶硅层，生长工艺为：流量比SiH4：B2H6=1：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为15nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂p型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：B2H6=1：1：0.2，H2稀释比控制在70%，热丝温度控制在1700℃，气压为1Pa，衬底温度控制在300℃，膜厚为45nm；
（9）利用磁控溅射法在非晶硅层上沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜；
（10）在ITO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为1000nm银膜，去掉掩模板后ITO薄膜上就留下了银栅线，即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用磁控溅射法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为120nm的ITO薄膜和一层厚度130nm的银膜组成的双层膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为513mV，Jsc为26.04mA/cm2，FF为0.6623，η=8.8%。
实施例十一：一种利用多孔硅层转移技术制备的异质结太阳电池及其制备方法，包括如下步骤：
（1）对清洗好的n型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流14mA，持续13s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流400mA，持续12s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%的氢氟酸和99.97%的无水乙醇，其体积比为1：0.5，在n型单晶硅片的阳极氧化工艺中，需要光照射硅片从而获得足够的空穴参与；
（2）将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1.5×103Pa，退火温度为1160℃，退火时间控制在42min；
（3）利用低压化学汽相沉积法生长高掺杂n型硅层，生长工艺为：流量比SiH4：PH3=1：0.02，气压控制在60Pa，生长温度为1160℃，膜厚控制在2.8um；
（4）利用低压化学汽相沉积法生长本征硅层，生长工艺如下：使用纯硅烷生长，气压控制在60Pa，生长温度为1160℃，膜厚控制在66um；
（5）利用热丝化学气相沉积法处理样品表面，减少界面缺陷，具体工艺如下：使用H2作为处理气体，热丝温度控制在2000℃，气压为10Pa，衬底温度控制在150℃，处理时间为60s；
（6）利用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺如下：H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为在5Pa，衬底温度控制在150℃，膜厚为10nm；
（7）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂p型非晶硅层，生长工艺为：流量比SiH4：B2H6=1：0.05，H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为5Pa，衬底温度控制在150℃，膜厚为50nm；
（8）利用热丝化学气相沉积法生长高掺杂p型非晶碳化硅，生长工艺如下：流量比SiH4：C2H2：B2H6=1：0.5：0.05，H2稀释比控制在60%，热丝温度控制在1900℃，气压为5Pa，衬底温度控制在150℃，膜厚为10nm；
（9）利用磁控溅射法在非晶硅层上沉积一层厚度为280nm的AZO薄膜；
（10）在AZO薄膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用磁控溅射法在其上沉积一层厚度为550nm银膜，去掉掩模板后AZO薄膜上就留下了银栅线，即为上电极；
（11）用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
（12）待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
（13）在25℃下，用氢氟酸溶液将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
（14）利用磁控溅射法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为150nm的ITO薄膜和一层厚度300nm的银膜组成的双层膜作为下电极；
实施结果：在AM1.5，温度为25℃条件下测试，其Voc为509mV，Jsc为27.01mA/cm2，FF为0.6541，η=9.0%。
Claims (10)
1.一种异质结太阳电池，依次由普通玻璃、环氧树脂、透明导电膜、第一型非晶硅、本征非晶硅、本征晶体硅、第二型晶体硅、准单晶硅层和金属膜构成，其特征在于：在透明导电膜和第一型非晶硅之间加入了一层第一型非晶碳化硅层，该层膜厚10~50nm；在准单晶硅层和金属膜之间加入了一层透明导电膜，该层膜厚为100~300nm；其中，当第一型非晶硅为n型非晶硅时，第二型晶体硅为p型晶体硅；第一型非晶硅为p型非晶硅时，第二型晶体硅为n型晶体硅。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、对清洗好的第一型单晶硅片进行阳极氧化处理，具体工艺如下：先通小电流3~15mA，持续10~100s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流50~400mA，持续10~60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%~40%的氢氟酸和99.5%~99.99%的无水乙醇，其体积比为1：0.5~1：2；在n型单晶硅片的阳极氧化工艺中，需要光照射硅片从而获得足够的空穴参与，先通小电流3~15mA，持续10~100s，在硅片表面形成小孔层，再通大电流50~400mA，持续10~60s，在小孔层下面形成大孔层，阳极氧化所使用的溶液为20%~40%的氢氟酸和99.5%~99.99%的无水乙醇，其体积比为1：0.5~1：2；
步骤2、将上述处理后的硅片在氢气气氛中进行退火处理，使小孔层闭合，恢复单晶结构，同时大孔层孔径会增大，以便层转移工艺的进行，具体工艺如下：气压控制在1×103~1×105Pa，退火温度为1000~1200℃，退火时间控制在15~45min；
步骤3、生长高掺杂第一型晶体硅层，膜厚为1~3μm；
步骤4、生长本征晶体硅层，膜厚控制在10~70μm；
步骤5、处理样品表面，减少界面缺陷；
步骤6、生长本征非晶硅层，膜厚为5~10nm；
步骤7、生长高掺杂第二型非晶硅层，膜厚为10~50nm；
步骤8、生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，膜厚为10~50nm；
步骤9、利用物理气相沉积法在非晶硅层上沉积一层厚度为100~300nm的透明导电膜；
步骤10、在透明导电膜上装上具有栅线的掩模板，然后利用物理气相沉积法在其上沉积一层厚度为500~1000nm金属膜，去掉掩模板后透明导电膜上就留下了栅线状的金属膜，即为上电极；
步骤11、用粘有环氧树脂胶的普通玻璃片粘附于上电极表面；
步骤12、待环氧树脂胶固化后，利用机械力将整个外延膜从大孔层处进行剥离，从而实现层转移；
步骤13、将剥离后样品背面的残余多孔硅去除；
步骤14、利用物理气相沉积法在已去除残余多孔硅的背面沉积一层厚度为100~300nm的透明导电膜和一层厚度100~300nm的金属膜组成的双层膜作为下电极。
3.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤3
具体采用低压化学气相沉积法生长第一型晶体硅层，当第一型晶体硅层为p型晶体硅层时其生长工艺中流量比SiH4：B2H6=1：0.01~1：0.2，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃；当第一型晶体硅层为n型晶体硅层时其生长工艺中流量比SiH4：PH3=1：0.01~1：0.2，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃。
4.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤4
具体采用低压化学气相沉积法生长本征晶体硅层，使用纯硅烷生长，气压控制在50~300Pa，生长温度为1000~1200℃，膜厚控制在10~70um。
5.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤5
具体采用热丝化学气相沉积法处理样品表面，具体工艺如下是使用H2作为处理气体，热丝温度控制在1800~2000℃，气压为10~30Pa，衬底温度控制在150~300℃，处理时间为20~60s。
6.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤6
具体采用热丝化学气相沉积法生长本征非晶硅层，生长工艺为H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为在1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为5~10nm。
7.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤7
具体采用热丝化学气相沉积法生长第二型非晶硅层，当第二型非晶硅层为n型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4：PH3=1：0.05~1：0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm；当第二型非晶硅层为p型非晶硅层时其生长工艺中流量比SiH4：B2H6=1：0.05~1：0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm。
8.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤8
具体采用热丝化学气相沉积法生长高掺杂第二型非晶碳化硅层，当第二型非晶碳化硅层为n型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4：C2H2：PH3=1：0.5~1 ：0.05~0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm；当第二型非晶碳化硅层为p型非晶碳化硅硅层时其生长工艺中流量比SiH4：C2H2：B2H6=1：0.5~1 ：0.05~0.2，H2稀释比控制在60%~70%，热丝温度控制在1700~1900℃，气压为1~5Pa，衬底温度控制在150~300℃，膜厚为10~50nm。
9.根据权利要求2所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤14之后还有步骤15，该步骤是用于对剥离后剩下的硅片进行化学处理以重复使用该硅片。
10.根据权利要求9所述的一种异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：上述步骤15的具体工艺为将剥离后剩下的硅片放入装有20%~50%的氢氧化钠溶液的容器中，然后将整个容器加热到70~90℃，持续5~20min，再将硅片转入0.5%~5%的氢氟酸中漂洗30~90s，之后再用氮气吹干后即可再次使用。
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