CN105280747B - 一种异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents

一种异质结太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异质结太阳电池，包括基体层，其特征在于：所述基体层的背面依次设置背面本征层薄膜、重掺杂背面场层、第一导电介质层和金属电极；基体层的正面依次设置正面本征层薄膜、与基体层同型的轻掺杂纳米棒阵列、发射极第二导电介质层和金属电极，所述纳米棒阵列中的纳米棒间隔有序的分布在正面本征层薄膜之上，在纳米棒阵列间隙内部均匀包覆本征层薄膜以及发射极，在纳米棒阵列顶部完全覆盖本征层薄膜和发射极薄膜从而形成一个平的顶部，且所述轻掺杂纳米棒阵列被正面本征层薄膜完全包覆并与发射极和基体层隔离。同时，本发明还公开了一种制备所述异质结太阳电池的方法。

Description

一种异质结太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池，尤其涉及一种异质结太阳电池及制备方法，属于太阳电池技术领域。
背景技术
太阳电池研究中通常采用晶体硅片表面织构技术来增强对入射光的吸收，进而提升电池光伏特性。然而织构以后的形貌特征对后续硅基薄膜的制备以及优良异质结界面的获得提出了较高的要求和挑战。如果通过薄膜制备技术在感光面形成有序的纳米陷光结构，必将为异质结电池的清洗工艺以及薄膜制备工艺提供更加广阔的优化空间。
发明内容
本发明提出了一种异质结太阳电池及其制备方法，正面采用纳米棒阵列结构形成发射极、衬底同型轻掺杂层交替分布的陷光结构，以减小载流子输运路径，利于载流子的收集；同时，提升光利用率，改善电池的电流特性。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种异质结太阳电池，包括基体层(1)，其特征在于：所述基体层(1)的背面依次设置背面本征层薄膜(2)、重掺杂背面场层(3)、第一导电介质层(4)和金属电极(9)；基体层(1)的正面依次设置正面本征层薄膜(5)、与基体层(1)同型的轻掺杂纳米棒阵列(6)、发射极(7)、第二导电介质层(8)和金属电极(9)，所述纳米棒阵列(6)中的纳米棒间隔有序的分布在正面本征层薄膜(5)之上，在纳米棒阵列(6)间隙内部均匀包覆本征层薄膜(5)以及发射极(7)，在纳米棒阵列(6)顶部完全覆盖本征层薄膜(5)和发射极薄膜(7)从而形成一个平的顶部，且所述轻掺杂纳米棒阵列(6)被正面本征层薄膜(5)完全包覆并与发射极(7)和基体层(1)隔离。
进一步地，所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)、发射极(7)、重掺杂背面场层(3)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术或者热丝化学气相沉积(HWCVD)技术制备。
进一步地，所述轻掺杂纳米棒阵列(6)采用掠射角沉积技术结合等离子体增化学沉积(GLAD-PECVD)或者掠射角沉积技术结合热丝化学气相沉积技术(GLAD-HWCVD)制备。
进一步地，所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)为非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或者是由氧化硅和非晶硅薄膜构成的复合层薄膜。
进一步地，所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是掺锡氧化铟、掺钨氧化铟或者是由二者组成的复合层导电介质。
进一步地，所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是采用PVD、MOCVD或者磁控溅射技术制备而成。
进一步地，所述金属电极(9)采用丝网印刷技术制备低温银浆层，并在N2氛围中烘干。
本发明的另一方面，提供一种制备上述异质结太阳电池的方法，包括如下步骤：
Ⅰ.对基体层(1)进行标准RCA清洗，之后采用HF处理；
Ⅱ.在基体层(1)的背面沉积背面本征层薄膜(2)；
Ⅲ.在背面本征层薄膜(2)上沉积重掺杂背面场层(3)；
Ⅳ.在重掺杂背面场层(3)上沉积第一导电介质层(4)；
Ⅴ.在基体层(1)的正面沉积正面本征层薄膜(5)；
Ⅵ.在基体层(1)的正面沉积轻掺杂纳米棒阵列(6)；
Ⅶ.在轻掺杂纳米棒阵列(6)上再次沉积正面本征层薄膜(5)，使本步骤中沉积的正面本征层薄膜与步骤Ⅴ中沉积的正面本征层薄膜(5)成为一体结构，并且包覆纳米棒阵列(6)；
Ⅷ.在轻掺杂纳米棒阵列(6)的间隙及顶部沉积发射极(7)；
Ⅸ.在发射极(7)上沉积第二导电介质层(8)；
Ⅹ.采用丝网印书技术形成正、背面金属电极，并在N2氛围中烘干，完成异质结太阳电池的制备。
进一步地，所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)、发射极(7)、重掺杂背面场层(3)采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术或者热丝化学气相沉积(HWCVD)技术制备。
进一步地，所述轻掺杂纳米棒阵列(6)采用掠射角沉积技术结合等离子体增化学沉积(GLAD-PECVD)或者掠射角沉积技术结合热丝化学气相沉积技术(GLAD-HWCVD)制备。
进一步地，所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是采用PVD、MOCVD或者磁控溅射技术制备而成。
本发明的异质结太阳电池，具有如下有益效果：
1.感光面发射极与衬底同导电类型的纳米棒阵列形成共轴P-N结结构，有效减小了载流子输运路径，并且使得P-N结有效面积增加，助于载流子的收集；
2.纳米棒阵列结构有利于入射光的多次反射，进而提升光利用率，改善电池的电流特性。
附图说明
图1为本发明的异质结太阳电池的结构示意图；
图2为本发明的制备方法的流程图；
图中，1为基体层，2为背面本征层薄膜，3为重掺杂背面场层，4为第一导电介质层，5为正面本征层薄膜，6为轻掺杂纳米棒阵列，7为发射极，8为第二导电介质层，9为金属电极。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，本发明中与现有技术相同的部分将参考现有技术。
实施例1：
在本实施例中，采用N型硅衬底作为基体层1。
如图1所示，本发明的异质结太阳电池，包括基体层1，所述基体层1的背面依次设置背面本征层薄膜2、重掺杂背面场层3、第一导电介质层4和金属电极9；基体层1的正面依次设置正面本征层薄膜5、N型的轻掺杂纳米棒阵列6、发射极7、第二导电介质层8和金属电极9，在纳米棒阵列6间隙内部均匀包覆本征层薄膜5以及发射极7，在纳米棒阵列6顶部完全覆盖本征层薄膜5和发射极薄膜7，且所述轻掺杂纳米棒阵列6被正面本征层薄膜5完全包覆并与发射极7隔离。轻掺杂纳米棒阵列6是与基体层1掺杂类型相同的纳米棒结构，纳米棒间隔有序的分布在正面本征层薄膜之上，通过改变掠射角的大小可以实现控制间隔大小和有序度。
背面本征层薄膜2、正面本征层薄膜5、发射极7、重掺杂背面场层3采用等离子体增强化学气相沉积技术制备；轻掺杂纳米棒阵列6采用掠射角沉积技术结合等离子体增化学沉积技术制备。
背面本征层薄膜2、正面本征层薄膜5可以采用非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或者是由氧化硅和非晶硅薄膜构成的复合层薄膜；第一导电介质层4、第二导电介质层8是掺锡氧化铟、掺钨氧化铟或者是由二者组成的复合层导电介质；第一导电介质层4、第二导电介质层8是采用PVD、MOCVD或者磁控溅射技术制备而成。
金属电极9采用丝网印刷技术制备低温银浆层，并在N2氛围中烘干。
实施例2：
在本实施例中，采用N型硅衬底作为基体层1。
本发明还提供一种制备上述异质结太阳电池的方法，包括如下步骤：
Ⅰ.对基体层1进行标准RCA清洗，在进行PECVD之前采用HF处理2分钟；
Ⅱ.在基体层1的背面采用PECVD技术制备一层厚度为5nm的背面本征层薄膜2，背面本征层薄膜2为非晶硅薄膜；
Ⅲ.采用PECVD技术在背面本征层薄膜2上制备一层厚度为20nm的N+型重掺杂背面场层3作为背表面场薄膜(BSF)；
Ⅳ.在重掺杂背面场层3上采用PVD技术制备一层100nm的氧化铟锡薄膜作为第一导电介质层4；
Ⅴ.在基体层1的正面采用PECVD技术低温生长3nm～5nm厚度的正面本征层薄膜5，使其包覆整个正面区域；
Ⅵ.在正面本征层薄膜5上采用掠射角沉积技术结合等离子体增强化学气相沉积技术(GLAD-PECVD)制备与基体层1同型掺杂的纳米棒阵列6，在本实施例中，为N+型纳米棒阵列，纳米棒直径为50～200nm，阵列间隔为10～50nm；通过改变掠射角的大小可以实现控制纳米棒间隔大小和有序度；
Ⅶ.采用同样大小的掠射角在纳米棒阵列6周围包覆沉积厚度为5nm的正面本征层薄膜5，使本步骤中沉积的正面本征层薄膜与步骤Ⅴ中沉积的正面本征层薄膜5成为一体结构，并且包覆纳米棒阵列6；
Ⅷ.采用常规PECVD技术在纳米棒阵列6间隙以及顶部沉积发射极7薄膜，厚度为10nm，使发射极7的顶部完全覆盖纳米棒阵列6；
Ⅸ.采用PVD技术在发射极7上沉积80nm氧化铟锡薄膜作为电介质层8；
Ⅹ.采用丝网印刷技术形成正面和背面金属电极，并在N2氛围中烘干，完成异质结太阳电池的制备。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种异质结太阳电池，包括基体层(1)，其特征在于：所述基体层(1)的背面依次设置背面本征层薄膜(2)、重掺杂背面场层(3)、第一导电介质层(4)和金属电极(9)；基体层(1)的正面依次设置正面本征层薄膜(5)、与基体层(1)同型的轻掺杂纳米棒阵列(6)、发射极(7)、第二导电介质层(8)和金属电极(9)，所述纳米棒阵列(6)中的纳米棒间隔有序的分布在正面本征层薄膜(5)之上，在纳米棒阵列(6)间隙内部均匀包覆本征层薄膜(5)以及发射极(7)，在纳米棒阵列(6)顶部完全覆盖本征层薄膜(5)和发射极薄膜(7)从而形成一个平的顶部，且所述轻掺杂纳米棒阵列(6)被正面本征层薄膜(5)完全包覆并与发射极(7)和基体层(1)隔离。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)、发射极(7)、重掺杂背面场层(3)采用等离子体增强化学气相沉积技术或者热丝化学气相沉积技术制备。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述轻掺杂纳米棒阵列(6)采用掠射角沉积技术结合等离子体增化学沉积或者掠射角沉积技术结合热丝化学气相沉积技术制备。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)为非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或者是由氧化硅和非晶硅薄膜构成的复合层薄膜。
5.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是掺锡氧化铟、掺钨氧化铟或者是由二者组成的复合层导电介质。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是采用PVD、MOCVD或者磁控溅射技术制备而成。
7.根据权利要求1所述的异质结太阳电池，其特征在于：所述金属电极(9)采用丝网印刷技术制备低温银浆层，并在N2氛围中烘干。
8.一种制备权利要求1-7任一所述异质结太阳电池的方法，包括如下步骤：
Ⅰ.对基体层(1)进行标准RCA清洗，之后采用HF处理；
Ⅱ.在基体层(1)的背面沉积背面本征层薄膜(2)；
Ⅲ.在背面本征层薄膜(2)上沉积重掺杂背面场层(3)；
Ⅳ.在重掺杂背面场层(3)上沉积第一导电介质层(4)；
Ⅴ.在基体层(1)的正面沉积正面本征层薄膜(5)；
Ⅵ.在基体层(1)的正面沉积轻掺杂纳米棒阵列(6)；
Ⅶ.在轻掺杂纳米棒阵列(6)上再次沉积正面本征层薄膜(5)，使本步骤中沉积的正面本征层薄膜与步骤Ⅴ中沉积的正面本征层薄膜(5)成为一体结构，并且包覆纳米棒阵列(6)；
Ⅷ.在轻掺杂纳米棒阵列(6)的间隙及顶部沉积发射极(7)；
Ⅸ.在发射极(7)上沉积第二导电介质层(8)；
Ⅹ.采用丝网印书技术形成正、背面金属电极，并在N2氛围中烘干，完成异质结太阳电池的制备。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述背面本征层薄膜(2)、正面本征层薄膜(5)、发射极(7)、重掺杂背面场层(3)采用等离子体增强化学气相沉积技术或者热丝化学气相沉积技术制备。
10.根据权利要求8-9任一所述的制备方法，其特征在于：所述轻掺杂纳米棒阵列(6)采用掠射角沉积技术结合等离子体增化学沉积或者掠射角沉积技术结合热丝化学气相沉积技术制备。
11.根据权利要求8-9任一所述的制备方法，其特征在于：所述第一导电介质层(4)、第二导电介质层(8)是采用PVD、MOCVD或者磁控溅射技术制备而成。
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