CN111211194A - 一种mis-硅异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种MIS‑硅异质结太阳电池及其制备方法，所述一种MIS‑硅异质结太阳电池，包括载流子传输层(M)、载流子遂穿层(I)和半导体吸收层(S)。所述载流子传输层(M)由前表面载流子传输层(FM)和背表面载流子传输层(BM)构成，所述载流子遂穿层(I)由前表面钝化层(FI)和背表面钝化层(BI)构成，所述半导体吸收层(S)为半导体硅片材料。所述MIS‑硅异质结太阳电池的制备流程为：硅片(S)选取→硅片表面腐蚀、清洗→载流子遂穿层(I)制备→载流子传输层(M)沉积。
Description
技术领域
本发明属于光伏电池领域，特别是涉及一种MIS-硅异质结太阳电池及其制备方法。
背景技术
电力是人类发展的核心资源，是高品质生活不可或缺的组成元素，获得电力的途径和方法有很多，如煤炭、天然气、生物质、核能等。过去五十年的电力主要以消耗化石燃料为代价，这需要大量消耗水的水资源，还会造成污染。近年，人类越来越关注气候和环境的变化，电力也需要进行相应变迁转向可再生能源。太阳能是从太阳辐射获得的能源，是一种可再生资源，是地球上绝大多数地方都能够直接获得的绿色能源，而太阳电池就是利用光生伏特效应将太阳资源直接转换成电能的有效器件。随着技术的不断发展，太阳电池将光能转换成电能的效率(即太阳电池的转换效率)在不断提高，相应的电池结构也在不断改进，2018年前，主要应用的电池结构是铝背场 (Al-BSF：Aluminum Back Surface Field)结构太阳电池，2018年下半年开始背钝化(PERC：Passivated Emitter & Rear Cell)结构太阳电池技术呈“断崖”式发展，在市场上逐渐挣得一席之地。
根据国际光伏技术路线图(ITRPV)报道[International Technology Roadmapfor Photovoltaic, Tenth Edition，March 2019]，n型硅(n-Si) 由于抗外来杂质污染性能强和不受光致衰减影响，具有高少子寿命、高迁移率的材料优势，2029年的市场份额占比将达到40%。基于非晶硅薄膜的硅异质结(HIT)太阳电池制备温度低、流程简单，能够实现更高的转换效率而备受青睐。但前接触层应该具有良好的可透过性。但是，HIT太阳电池中的掺杂非晶硅的禁带宽度较小，缺陷态密度高，在短波段会形成严很高的寄生光吸收[G.Nogay, J.P.Seif, Y.Riesen, et al. IEEE, J. Photovolt, 2016, 6(6):1654]，使光性能变差，也会破坏吸收层晶体硅的表面钝化性能。有研究者[S.De Wolf,A.Descoeudres, Z.C.Holman, et al. Green, 2012, 2:7] 用宽禁带材料(如非晶氧化硅，a-SiOx:H；微晶氧化硅，μc-SiOx:H)或者非晶碳化硅(a-SiC:H)) 以期克服/解决这个问题。但是由于非晶硅和晶体硅界面处由于较大的能带偏移其电学性能很差，对载流子的抽取和收集不利，为克服这个问题，本发明提出一种MIS-硅异质结太阳电池结构，克服以上结构太阳电池存在的弊端，实现低成本、用料资源丰富、制备流程简单且转换效率高的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种流程简单、用料环保、可实现低成本制备的MIS-硅异质结太阳电池，本发明同时还提供该种MIS-硅异质结太阳电池的制备方法。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种MIS-硅异质结太阳电池，由载流子传输层(M)、载流子遂穿层(I)和半导体吸收层(S)共同构成。所述载流子传输层(M)由前表面载流子传输层(FM)和背表面载流子传输层(BM)构成，所述载流子遂穿层(I)由前表面钝化层(FI)和背表面钝化层(BI)构成，所述半导体吸收层(S)为半导体硅片材料。所述硅片从类型和晶体类型来说，可以为n型单晶硅片，或者n型多晶硅片，或者p型单晶硅片，或者p型多晶硅片。所述MIS-硅异质结太阳电池结构从“上”(“上”为前表面，即迎光面)到“下”(“下”为背表面，即背光面)的顺序依次为前表面载流子传输层(FM)→前表面钝化层(FI)→半导体吸收层(S)→背表面钝化层(BI)→背表面载流子传输层(BM)。
所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)构成，或者由前表面遂穿层(FI-T)和硅片前表面轻掺杂层(FI-D)共同构成，所述背表面钝化层(BI)由背表面遂穿层(BI-D)构成，或者由背表面遂穿层(BI-D)和硅片背表面轻掺杂层(BI-D)共同构成。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)、前表面载流子传输膜(FM-2)共同构成；背表面载流子传输层(BM) 由背表面电极(BM-1)、背表面透明导电膜(BM-2)、背表面载流子传输膜(BM-3)共同构成。
所述前表面载流子传输层(FM)中前表面栅线电极(FM-1)在上层，前表面透明导电膜(FM-2)为中间层，前表面载流子传输膜(FM-2)在下层。所述前表面钝化层(FI)中前表面遂穿层(FI-T)在上面，硅片前表面轻掺杂层(FI-D)在下面。所述背面钝化层(BI)中硅片背表面轻掺杂层(BI-D)在背表面遂穿层(BI-D)上面，即背表面遂穿层(BI-D)位于硅片背表面轻掺杂层(BI-D)下面。所述背表面载流子传输层(BM)中背表面载流子传输膜(BM-3)在上面，背表面透明导电膜在中间(BM-2)，背表面电极位(BM-1)于最下面。
所述MIS-硅异质结太阳电池，所述前表面钝化层(FI)中的前表面遂穿层(FI-T)和背表面钝化层(BI)中的背表面遂穿层(BI-T)，其构成材料为氧化硅薄膜、或氧化铝薄膜，或氮化硅膜，其厚度为1-5 nm，通过高温热氧化方式，或者原子层沉积方式，或者湿法化学腐蚀方式，或者等离子协助化学气相沉积方式，或者等离子增强化学气相沉积方式制备；所述前表面轻掺杂层(FI-D)或背表面轻掺杂层(BI-D)均通过杂质扩散方式在硅片前表面或硅片背表面形成低浓度(掺杂浓度达到约1019 cm-3)轻掺杂层，所述前表面钝化层(FI)中的硅片前表面轻掺杂层(FI-D)和背表面钝化层(BI)中的硅片背表面轻掺杂层(BI-D)，通过液态源扩散方式、或者固态源扩散方式，或者气态源扩散方式实现。
所述MIS-硅异质结太阳电池，所述前表面栅线电极(FM-1)和背表面电极(BM-1)材料为银、金、铝、钛、钯和铜中的一种或两种以上任意比例的混合物，可用真空蒸发方式，或者为磁控溅射方式，或者为原子层沉积方式，或者为电子束蒸发方式，或者为共蒸发方式，或者丝网印刷等方式，或者几种制备方式共同使用的方式实现制备，所述背表面载流子传输层(BM)中的背表面电极(BM-1)为栅线结构，或者为布满整个背面的膜层结构。所述MIS-硅异质结太阳电池，所述表面载流子传输层(M)中前表面透明导电膜(FM-2)及背表面透明导电膜(BM-2)材料为铟锡氧化物、氧化锌或掺铝氧化锌等具有高透光性的导电薄膜，即透明导电膜，可通过真空蒸发方式，或者为磁控溅射方式，或者为原子层沉积方式，或者为电子束蒸发方式，或者为共蒸发方式，或者丝网印刷等方式，或者几种制备方式共同使用的方式实现制备。
所述前表面载流子传输层(FM)的前表面载流子传输膜(FM-3)及背表面载流子传输层(BM)的背表面载流子传输膜(BM-3)，其材料为功函数与硅相差较大的氧化钨、或氧化钼、或氧化钒、或氧化钛、或氧化铌、或氧化铁、或氧化铜、或氧化锆、或氧化铌、或氧化锌、或氧化银、或氧化镍、氧化钌等等过渡金属氧化物材料或者两种以上相互混合掺杂而成的材料，通过磁控溅射方式，或者为原子层沉积方式，或者为电子束蒸发方式，或者为共蒸发方式，或者氧化金属膜等方式制备。
硅片选取→硅片表面腐蚀、清洗→载流子遂穿层制备→载流子传输层沉积。
所述MIS-硅异质结太阳电池，所述硅片表面可采用碱溶液腐蚀、或者采用酸溶液腐蚀、或者贵金属催化腐蚀、或者干法反应离子刻蚀，或者为掩膜刻蚀法，使硅片(S)表面呈反射极强的光滑镜面结构，或者为随机金字塔分布结构，或者为坑状结构，或者为倒金字塔分布结构，或者为蜂窝状结构，或者为多孔状黑硅结构。
所述MIS-硅异质结太阳电池的基本制备流程为：硅片选取→硅片表面制绒及清洗处理、烘干(或者吹干)→表面钝化→载流子选择传输膜沉积→透明电极沉积→电极制备→退火。
本发明一种MIS-硅异质结太阳电池及制备方法具有以下优异性：(1) 制备工艺流程简单；(2) 温度低，不易造成污染，保证太阳电池；(3) 选用材料资源丰富，制备成本低。
附图说明
图1 为本发明MIS-硅异质结太阳电池的结构示意图；
图2 为本发明前表面载流子传输层的结构示意图；
图3 为本发明前表面钝化层的结构示意图；
图4 为本发明背表面钝化层的结构示意图；
图5 为本发明背表面载流子传输层的结构示意图；（a）为背表面电极(BM-1)为栅线结构，（b）为背表面电极(BM-1)为膜层结构；
图6 为本发明的制备流程示意图；
图7 为实施例1电池结构示意图；
图8为实施例1所制备的MIS-硅异质结太阳电池转换效率测试图；
图9 为实施例2电池结构示意图；
图10 为实施例3电池结构示意图；
图11 为实施例4电池结构示意图；
图12 为实施例5电池结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，所述一种MIS-硅异质结太阳电池由载流子传输层(M)、载流子遂穿层(I)和半导体吸收层(S)共同构成。所述载流子传输层(M)由前表面载流子传输层(FM)和背表面载流子传输层(BM)构成，所述载流子遂穿层(I)由前表面钝化层(FI)和背表面钝化层(BI)构成，所述半导体吸收层(S)为半导体硅片材料。所述MIS-硅异质结太阳电池的特征在于按结构从“上”(“上”为前表面，即迎光面)到“下”(“下”为背表面，即背光面)的顺序依次为前表面载流子传输层(FM)→前表面钝化层(FI)→半导体吸收层(S)→背表面钝化层(BI)→背表面载流子传输层(BM)。
如图2所示，所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)、前表面载流子传输膜(FM-3)共同构成。其中前表面栅线电极(FM-1)在前表面透明导电膜(FM-2)的上面，而前表面透明导电膜(FM-2)则在前表面载流子传输膜(FM-3)的上面，由。所述前表面栅线电极(FM-1)材料可为银、或者金、或者铜等电阻率极低的金属材料，或者为几种低电阻率金属材料共同构成(如“钛/钯/银”)。所述前表面透明导电膜(FM-2)的材料为铟锡氧化物、氧化锌、掺铝氧化锌等具有高透光性的导电薄膜，即透明导电膜。所述前表面载流子传输膜(FM-3)的材料为功函数与硅相差较大的氧化钨、或氧化钼、或氧化钒、或氧化钛、或氧化铌、或氧化铁、或氧化铜、或氧化锆、或氧化铌、或氧化锌、或氧化银、或氧化镍、氧化钌等过渡金属氧化物材料或者两种以上相互混合掺杂而成的材料。所述前表面载流子传输层(FM)的制备方法可以选用真空蒸发方式，或者为磁控溅射方式，或者为原子层沉积方式，或者为电子束蒸发方式，或者为共蒸发方式，或者丝网印刷等方式，或者几种制备方式结合共同使用的方式实现制备。
如图3所示，所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)和硅片前表面轻掺杂层(FI-D)共同构成，其中前表面遂穿层(FI-T)位于硅片前表面轻掺杂层(FI-D)的上面。所述前表面遂穿层(FI-T)，所用材料为氧化硅薄膜、或氧化铝薄膜，或氮化硅膜，其厚度不宜过大，优选地，一般为1-5 nm为宜；采用高温热氧化方式、或者为原子层沉积方式、或者为湿法化学腐蚀方式、或者等离子协助化学气相沉积方式，或者等离子增强化学气相沉积等方式制备而得。所述前表面轻掺杂层(FI-D)，通过杂质扩散方式在硅片(S)前表面形成低浓度轻掺杂层，在满足载流子分离的同时保证太阳电池前电极具有较低的接触电阻；通过液态源扩散方式、或者固态源扩散方式、或者气态源扩散方式制备。
如图4所示，背表面钝化层(BI)由背表面遂穿层(BI-T)和硅片背表面轻掺杂层(BI-D)共同构成，其中硅片背表面轻掺杂层(BI-D)位于背表面遂穿层(BI-T)的上面。所述背表面轻掺杂层(BI-D)，通过杂质扩散方式在硅片(S)背表面形成低浓度轻掺杂层，在满足载流子分离的同时保证太阳电池背电极具有较低的接触电阻；通过液态源扩散方式、或者液态源扩散方式、或者气态源扩散方式实现制备。所述背表面遂穿层(BI-T)，所用材料为氧化硅薄膜、或氧化铝薄膜，或氮化硅膜，其厚度不宜过大，优选地，一般为1-5 nm为宜；采用高温热氧化方式、或者为原子层沉积方式、或者为湿法化学腐蚀方式、或者等离子协助化学气相沉积方式，或者等离子增强化学气相沉积等方式制备。
如图5所示，所述背表面载流子传输层(BM) 由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)、背表面电极(BM-1)共同构成。所述背表面电极(BM-1)为栅线结构(图5a)，或为布满整个背面的膜层结构(图5b)。所述背表面载流子传输膜(BM-3)在背表面透明导电膜(BM-2)的上面，而背表面透明导电膜(BM-2)在背表面电极(BM-1)在的上面。所述背表面电极(BM-1)材料可为银、或者金、或者铜等电阻率极低的金属材料，或者为几种地电阻率金属材料共同构成(如“钛/钯/银”)。所述背表面透明导电膜(BM-2)的材料为铟锡氧化物、掺铝氧化锌等具有高透光性的导电薄膜，即透明导电膜。所述背表面载流子传输膜(BM-3)的材料为功函数与硅相差较大的氧化钨、或氧化钼、或氧化钒、或氧化钛、或氧化铌、或氧化铁、或氧化铜、或氧化锆、或氧化铌、或氧化锌、或氧化银、或氧化镍、氧化钌等等过渡金属氧化物材料或者两种以上相互混合掺杂而成的材料。所述背表面载流子传输层(BM)的制备方法可以选用真空蒸发方式，或者为磁控溅射方式，或者为原子层沉积方式，或者为电子束蒸发方式，或者为共蒸发方式，或者丝网印刷等方式，或者几种制备方式结合共同使用的方式实现制备。
如图6所示，所述MIS-硅异质结太阳电池的制备流程为“硅片→表面腐蚀清洗→载流子遂穿层(I)制备→载流子传输层(M)沉积”。所述硅片表面腐蚀清洗可采用碱溶液腐蚀、或者采用酸溶液腐蚀、或者贵金属催化腐蚀、或者干法反应离子刻蚀，或者为掩膜刻蚀法，使硅片表面呈反射极强的光滑镜面结构，或者为随机金字塔分布结构，或者为坑状结构，或者为倒金字塔分布结构，或者为蜂窝状结构，或者为多孔状黑硅结构。
为使本发明，一种高效低成本MIS-硅异质结太阳电池结构及制备方法有更清晰的认识，在实施例中进一步阐述。在实施例陈述过程中，由于晶体硅太阳电池转换效率是各因素影响的综合结果，因此以实施例1为代表，陈述本发明所述MIS-硅异质结太阳电池结构及制备过程中的制备过程及部分参数和表征手段，但并非局限于此。
实施例1
一种MIS-硅异质结太阳电池，如图7所示，选用半导体吸收层(S)为n型单晶硅，按从上到下，所述MIS-硅异质结太阳电池结构依次为：前表面载流子传输层(FM)、前表面钝化层(FI)、半导体吸收层(S)、背表面钝化层（BI）、背表面载流子传输层(BM)。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)和前表面载流子传输膜(FM-3)构成；所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)构成；所述背表面钝化层(BI)由背表面遂穿层(BI-T)构成；所述背表面载流子传输层(BM)由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)和背表面电极(BM-1)构成。所述硅片(S)为n型单晶硅片(本实施例中硅片S的面积为1.2 cm × 1.2 cm)，经酸溶液(体积比计，58wt%-硝酸:40wt%-氢氟酸:99.5wt%-冰乙酸=5:3:3)抛光20-60s，使硅片(S)呈光滑的抛光面，抛光后将硅片(S)用冷热去离子水(冷去离子水温度为室温；热去离子水温度为70-100℃)充分浸泡清洗(合计3-5分钟)，并用去离子水喷淋5分钟，使硅片(S)表面干净。然后将硅片浸泡在具有强氧化性的溶液中进行湿法化学氧化(120℃发烟硝酸溶液中，氧化10-20分钟)，使硅片前后表面形成一薄层超薄氧化硅膜层，其中前表面的超薄氧化硅为前表面遂穿层(FI-T)，厚度约1.5nm，背表面的超薄氧化硅为背表面遂穿层(BI-T)，厚度约1.5 nm。再将硅片用去离子水充分冲洗干净，并用高纯氮气充分吹干后备用，或者烘干后备用。将吹干(或者烘干)的硅片放置在原子层沉积腔体中，在前表面遂穿层沉积氧化钼层，具体沉积参数为：硅片(S)温度为100℃、腔体压强为7.5 × 10-3 mTorr，源为(NtBu)2(NMe2)2Mo)，循环75次，氧化钼层为前表面载流子传输膜(FM-3)，其厚度约为7 nm；背表面遂穿层沉积氧化钛为背表面载流子传输膜(BM-3)，其厚度约为10 nm，沉积参数：硅片(S)温度为100℃、腔体压强为7.5 × 10-3mTorr，源为TDMAT，循环75次；然后将制备好遂穿层(FI-T、BI-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)的硅片(S)放置在磁控溅射腔体，在前表面沉积铟锡氧化物为前表面透明导电膜(FM-2)，厚度约70nm（本实施例的沉积参数：ITO作为靶材，硅片(S)温度200度，腔体压强8 × 10-4Pa，10分钟）；在背表面沉积氧化锌透明导电膜，为背表面透明导电膜(BM-2)，厚度为120 nm（本实施例的沉积参数：氧化锌作为靶材，硅片(S)温度200℃，腔体压强5 × 10-3 Pa，25分钟）。最后将制备好遂穿膜(FI-T、BM-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)和透明导电膜(FM-2、BM-2)的硅片(S)放在热蒸发腔体内，采用掩膜(本实施例中，掩膜版栅线宽度为20微米)方式在前表面沉积栅线银电极(栅线电极的面积覆盖率约10%)，为前表面栅线电极(FM-1)，厚度为100 nm（本实施例的沉积参数：硅片(S)温度200℃，腔体压强1 × 10-4 Pa，20分钟）；背表面蒸发铝膜层为背表面电极(BM-1)，厚度为1000 nm（本实施例的沉积参数：硅片(S)温度150℃，腔体压强1 × 10-4 Pa，30分钟）。
实施例1所制备的MIS-硅异质结太阳电池转换效率测试图如图8所示，由图8可知，上述制得的太阳电池转换效率为19.75%，其中短路电流密度为36.5mA/cm2、开路电压为702mV、填充因子为77.1% 。进一步提高转换效率的工作尚在进行中，主要通过电极优化、表面减反结构制备、各膜层性能优化及工艺匹配实现。
实施例2
一种MIS-硅异质结太阳电池，如图9所示，选用半导体吸收层(S)为n型单晶硅，按从上到下，所述MIS-硅异质结太阳电池结构依次为：前表面载流子传输层(FM)、前表面钝化层(FI)、半导体吸收层(S)、背表面钝化层(BI)、背表面载流子传输层(BM)。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)和前表面载流子传输膜(FM-3)构成；所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)和硅片前表面轻掺杂层(FI-D)构成；所述背表面钝化层(BI)由硅片背表面轻掺杂层(BI-D)和背表面遂穿层(BI-T)构成；所述背表面载流子传输层(BM)由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)和背表面电极(BM-1)构成。所述硅片(S)为n型单晶硅片，经碱溶液(80℃，浓度为1-3wt%的KOH溶液，腐蚀约20-30分钟)掩膜腐蚀使硅片(S)前表面呈随机金字塔分布表面，而背表面为抛光表面(背表面抛光：采用5%以上KOH溶液，80℃，抛光2-5分钟)。制绒后将硅片(S)用冷热去离子水充分浸泡清洗，并进行喷淋，使硅片(S)表面干净。然后进行扩散，使前表面实现硼掺杂成p型层，为前表面轻掺杂层(FI-D)，厚度约250 nm；背表面实现磷掺杂n型层，为背表面轻掺杂层(BI-D)，厚度约300 nm。将制备好完成轻掺杂层(FI-D、BI-D)的硅片(S)放在等离子增强化学气相沉积设备腔体内，然后在硅片(S)前表面沉积氧化铝为前表面遂穿层(FI-T)，厚度约1 nm；在硅片(S)背面沉积氮化硅为背表面遂穿层(BI-T)，厚度约5 nm。然后将上述硅片(S)放进共蒸发腔体，在前表面沉积氧化钨，为前表面载流子传输膜(FM-3)，其厚度约为5 nm，然后再在前表面沉积铟锡氧化物为前表面透明导电膜(FM-2)，厚度约80 nm；在背表面沉积氧化铌为背表面载流子传输膜(BM-3)，其厚度约为20 nm，然后再在背表面沉积背表面沉积掺铝氧化锌为背表面透明导电膜(BM-2)，厚度约100 nm。然后将制备好遂穿膜(FI-T、BM-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)和透明导电膜(FM-2、BM-2)的硅片(S)放在热蒸发腔体内，采用掩膜方式在前表面沉积“钛/钯/银”栅线电极(本实施例中，栅线电极的面积覆盖率约10%)，为前表面栅线电极(FM-1)，其厚度为10 nm/20 nm/100 nm；背表面采用丝网印刷的方式制备背表面银栅线电极(本实施例中，栅线电极的面积覆盖率约20%)，为背表面电极(BM-1)，厚度为10 μm。
实施例3
一种MIS-硅异质结太阳电池，如图10所示，选用半导体吸收层(S)为p型单晶硅，按从上到下，所述MIS-硅异质结太阳电池结构依次为：前表面载流子传输层(FM)、前表面钝化层(FI)、半导体吸收层(S)、背表面钝化层(BI)、背表面载流子传输层(BM)。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)和前表面载流子传输膜(FM-3)构成；所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)构成；所述背表面钝化层(BI)由背表面遂穿层(BI-T)构成；所述背表面载流子传输层(BM)由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)和背表面电极(BM-1)构成。所述硅片(S)为p型单晶硅片，经贵金属催化酸溶液(本实施例中，采用金催化，以体积比计，腐蚀液为40wt%-氢氟酸HF:30wt%-双氧水:水=1:5:10)腐蚀使硅片(S)呈多孔状黑硅表面，背表面为抛光表面。腐蚀后后将硅片(S)用硝酸等强氧化清洗液去除前表面残留的贵金属杂质，并用冷热去离子水充分浸泡清洗后充分喷淋，使硅片(S)表面干净。然后将硅片浸泡在具有强氧化性的溶液中进行湿法化学氧化，使硅片前后表面形成一薄层超薄氧化硅膜层，其中前表面的超薄氧化硅为前表面遂穿层(FI-T)，厚度约2 nm。再将硅片用去离子水充分冲洗干净，并用高纯氮气充分吹干后备用，或者烘干后备用。将吹干(或者烘干)的硅片放置在等离子增强化学气相沉积腔体中，将背表面用等离子体轰击，除去背表面氧化层，然后沉积氧化铝作为背表面遂穿层(BI-T)，厚度约为1.5 nm。然后将上述样品放置在磁控溅射腔体中，在前表面沉积氧化镍，为前表面载流子传输膜(FM-3)，其厚度约为15 nm，再沉积铟锡氧化物为前表面透明导电膜(FM-2)，厚度为85 nm；在背表面沉积氧化钒，为背表面载流子传输膜(BM-3)，其厚度约为30 nm，再沉积掺铝氧化锌为背表面透明导电膜(BM-2)，厚度为130 nm。最后将制备好遂穿膜(FI-T、BM-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)和透明导电膜(FM-2、BM-2)的硅片(S)放在热蒸发腔体内，采用掩膜方式在前表面沉积栅线金电极，为前表面栅线电极(FM-1)，厚度为80 nm；背表面蒸发铜膜层为背表面电极(BM-1)，厚度为12 μm。
实施例4
一种MIS-硅异质结太阳电池，如图11所示，选用半导体吸收层(S)为p型多晶硅，按从上到下，所述MIS-硅异质结太阳电池结构依次为：前表面载流子传输层(FM)、前表面钝化层(FI)、半导体吸收层(S)、背表面钝化层、背表面载流子传输层(BM)。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)和前表面载流子传输膜(FM-3)构成；所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)构成；所述背表面钝化层(BI)由硅片背表面轻掺杂层(BI-D)和背表面遂穿层(BI-T)构成；所述背表面载流子传输层(BM)由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)和背表面电极(BM-1)构成。所述硅片(S)为p型多晶硅片，经酸溶液掩膜腐蚀使硅片(S)前表面呈凹坑状分布表面，而背表面为抛光表面。制绒后将硅片(S)用冷热去离子水充分浸泡清洗，并进行喷淋，使硅片(S)表面干净。然后进行扩散，使背表面实现硼掺杂p型层，为背表面轻掺杂层(BI-D)，厚度约300 nm。将制备好完成轻掺杂层(BI-D)的硅片(S)放在等离子增强化学气相沉积设备腔体内，然后在硅片(S)前表面沉积氮化硅为前表面遂穿层(FI-T)，厚度约7 nm；在硅片(S)背面沉积氧化铝为背表面遂穿层(BI-T)，厚度约2 nm。然后将上述硅片(S)放进共蒸发腔体，在前表面沉积氧化铜，为前表面载流子传输膜(FM-3)，其厚度约为10 nm，然后再在前表面沉积掺铝氧化锌为前表面透明导电膜(FM-2)，厚度约90 nm；在背表面沉积氧化钼为背表面载流子传输膜(BM-3)，其厚度约为15 nm，然后再在背表面沉积背表面沉积掺铟锡氧化物为背表面透明导电膜(BM-2)，厚度约150 nm。然后将制备好遂穿膜(FI-T、BM-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)和透明导电膜(FM-2、BM-2)的硅片(S)放在热蒸发腔体内，采用丝网印刷的方式，在前表面印刷铜栅线电极为前表面栅线电极(FM-1)，其厚度为20微米；在背表面印刷铝膜层为背表面电极(BM-1)，厚度为10微米。
实施例5
一种MIS-硅异质结太阳电池，如图12所示，选用半导体吸收层(S)为n型多晶硅，按从上到下，所述MIS-硅异质结太阳电池结构依次为：前表面载流子传输层(FM)、前表面钝化层(FI)、半导体吸收层(S)、背表面钝化层(BI)、背表面载流子传输层(BM)。所述前表面载流子传输层(FM)由前表面栅线电极(FM-1)、前表面透明导电膜(FM-2)和前表面载流子传输膜(FM-3)构成；所述前表面钝化层(FI)由前表面遂穿层(FI-T)和构成；所述背表面钝化层(BI)由硅片背表面轻掺杂层(BI-D)和背表面遂穿层(BI-T)构成；所述背表面载流子传输层(BM)由背表面载流子传输膜(BM-3)、背表面透明导电膜(BM-2)和背表面电极(BM-1)构成。所述硅片(S)为n型多晶硅片，经掩膜刻蚀使硅片(S)前表面呈蜂窝状分布表面，而背表面为抛光表面。制绒后将硅片(S)用冷热去离子水充分浸泡清洗，并进行喷淋，使硅片(S)表面干净。然后进行扩散，使前表面实现磷掺杂成n型层，为背表面轻掺杂层(BI-D)，厚度约400nm。将制备好完成轻掺杂层(BI-D)的硅片(S)放在原子层沉积设备腔体内，然后在硅片(S)前表面沉积氧化铝为前表面遂穿层(FI-T)，厚度约1.8 nm；在硅片(S)背面沉积氧化硅为背表面遂穿层(BI-T)，厚度约2 nm。然后将上述硅片(S)放进共蒸发腔体，在前表面沉积氧化钌，为前表面载流子传输膜(FM-3)，其厚度约为12 nm，然后再在前表面沉积铟锡氧化物为前表面透明导电膜(FM-2)，厚度约90 nm；在背表面沉积氧化锌为背表面载流子传输膜(BM-3)，其厚度约为50 nm，然后再在背表面沉积背表面沉积掺铝氧化锌为背表面透明导电膜(BM-2)，厚度约150 nm。然后将制备好遂穿膜(FI-T、BM-T)、载流子传输层(FM-3、BM-3)和透明导电膜(FM-2、BM-2)的硅片(S)放在热蒸发腔体内，采用掩膜方式在前表面沉积“钛/钯/银”栅线电极，为前表面栅线电极(FM-1)，其厚度为8 nm/40 nm/1000 nm；背表面采用丝网印刷的方式制备背表面银电极，为背表面电极(BM-1)，厚度为8 μm。
Claims (9)
1.一种MIS-硅异质结太阳电池，包括载流子传输层、载流子遂穿层和半导体吸收层，所述载流子传输层由前表面载流子传输层和背表面载流子传输层构成，所述载流子遂穿层由前表面钝化层和背表面钝化层构成，所述半导体吸收层为半导体硅片材料，结构从上到下依次为前表面载流子传输层→前表面钝化层→半导体吸收层→背表面钝化层→背表面载流子传输层，上是指迎光面，下是指背光面。
2.根据权利要求1所述MIS-硅异质结太阳电池，其特征在于，前表面载流子传输层由前表面栅线电极、前表面透明导电膜、前表面载流子传输膜共同构成；其中前表面栅线电极在前表面透明导电膜的上面，前表面透明导电膜则在前表面载流子传输膜的上面；背表面载流子传输层由背表面电极、背表面透明导电膜、背表面载流子传输膜共同构成，所述背表面电极为栅线结构，或为布满整个背面的膜层结构；所述背表面载流子传输膜在背表面透明导电膜的上面，而背表面透明导电膜在背表面电极在的上面。
3.根据权利要求2所述MIS-硅异质结太阳电池，其特征在于，所述前表面栅线电极和背表面电极材料为银、金、铝、钛、钯和铜中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述前表面透明导电膜和背表面透明导电膜的材料为铟锡氧化物、氧化锌或掺铝氧化锌；所述前表面载流子传输膜和背表面载流子传输膜的材料为功函数与硅相差较大的氧化钨、氧化钼、氧化钒、氧化钛、氧化铌、氧化铁、氧化铜、氧化锆、氧化铌、氧化锌、氧化银、氧化镍和氧化钌中的一种或者两种以上任意比例的混合物。
4. 根据权利要求1所述MIS-硅异质结太阳电池，其特征在于，前表面钝化层由前表面遂穿层构成，或者由前表面遂穿层和硅片前表面轻掺杂层共同构成，其中前表面遂穿层位于硅片前表面轻掺杂层的上面；背表面钝化层由背表面遂穿层构成，或者由背表面遂穿层和硅片背表面轻掺杂层共同构成，其中硅片背表面轻掺杂层位于背表面遂穿层的上面，所述前表面遂穿层和背表面遂穿层所用材料为氧化硅薄膜、或氧化铝薄膜，或氮化硅膜，其厚度为1-5 nm；所述前表面轻掺杂层或背表面轻掺杂层均通过杂质扩散方式在硅片前表面或硅片背表面形成轻掺杂层。
5.根据权利要求1所述MIS-硅异质结太阳电池，其特征在于，半导体吸收层为n型单晶硅片，或者n型多晶硅片，或者p型单晶硅片，或者p型多晶硅片。
6.权利要求1至5任一所述MIS-硅异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，过程如下：硅片选取→硅片表面腐蚀、清洗→载流子遂穿层制备→载流子传输层沉积。
7.根据权利要求6所述MIS-硅异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，硅片表面采用碱溶液腐蚀、或者采用酸溶液腐蚀、或者贵金属催化腐蚀、或者干法反应离子刻蚀，或者为掩膜刻蚀法，使硅片表面呈光滑镜面结构，或者为随机金字塔分布结构，或者为坑状结构，或者为倒金字塔分布结构，或者为蜂窝状结构，或者为多孔状黑硅结构。
8.根据权利要求6所述MIS-硅异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，所述载流子遂穿层中，前表面轻掺杂层和背表面轻掺杂层通过液态源扩散方式、或者固态源扩散方式、或者气态源扩散方式实现制备；所述前表面遂穿层和背表面遂穿层采用高温热氧化方式、或者为原子层沉积方式、或者为湿法化学腐蚀方式、或者等离子协助化学气相沉积方式，或者等离子增强化学气相沉积方式制备。
9.根据权利要求6所述MIS-硅异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，所述载流子传输层通过真空蒸发方式，或者磁控溅射方式，或者原子层沉积方式，或者电子束蒸发方式，或者共蒸发方式，或者丝网印刷等方式，或者几种制备方式结合共同使用的方式实现制备。
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