CN111403538A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种太阳能电池，其包括：半导体衬底；形成在所述半导体衬底的第一侧的第一本征层；形成在所述第一本征层上的金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；以及形成在所述金属氧化物层上的前电极。相应地，提供一种太阳能电池的制备方法。本公开中，采用金属氧化物层替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层，改善了电池的短波段光的量子效率和光谱响应，从而提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率。

Description

太阳能电池及其制备方法
技术领域
本公开涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种太阳能电池，以及一种太阳能电池的制备方法。
背景技术
HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer，本征薄膜异质结)太阳能电池指的是异质结非晶硅/晶硅异质结的太阳能电池，是一种利用晶体硅基板和各种薄膜制成的混合型太阳能电池。由于HIT太阳能电池具有较高的光电转换效率，较低的温度系数和相对简单的制备技术，目前已经成为光伏行业研究和开发的热门技术，是最近几年来光伏行业中太阳能电池发展的趋向之一，也是目前主流的高效太阳能电池技术之一。
如图1所示，传统的HIT太阳能电池典型结构为：从受光面至背光面依次设置的TCO(Transparent Conductive Oxide，透明导电氧化物)前电极101、P型氢化非晶硅层102(即窗口层)、本征型氢化非晶硅层103、N型硅衬底104、本征型氢化非晶硅层105、N型氢化非晶硅层106和TCO背电极107。发明人发现，传统的窗口层材料p-a-Si:H，p-μc-SiO等的光学带隙普遍在2.0eV左右，对蓝光有着明显的光吸收，而且窗口层内的电场和电池的内建电场方向相反，使得光生载流子不能成为短路电流，限制了电池的短波响应。
发明内容
为了至少部分解决现有技术中存在的限制电池的短路电流的技术问题而完成了本公开。
解决本公开技术问题所采用的技术方案是：
本公开提供一种太阳能电池，其包括：
半导体衬底；
形成在所述半导体衬底的第一侧的第一本征层；
形成在所述第一本征层上的金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；以及
形成在所述金属氧化物层上的前电极。
本公开所述太阳能电池中，采用金属氧化物层替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，改善了电池的短波段光的量子效率和光谱响应，从而提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率。
可选地，所述金属氧化物层与所述半导体衬底的功函数之差大于1.0eV。
可选地，所述金属氧化物层的功函数不低于5.0eV。
可选地，所述金属氧化物层的禁带宽度范围为3.0eV～4.0eV。
可选地，所述金属氧化物层的电导率为1～10-6s/cm。
可选地，所述金属氧化物层的厚度范围为4nm～20nm。
可选地，所述金属氧化物层的材质为钼氧化物、钨氧化物或钒氧化物。
可选地，所述太阳能电池还包括：
形成在所述半导体衬底的第二侧的第二本征层；
形成在所述第二本征层上的缓冲层；以及
形成在所述缓冲层上的金属背电极。
可选地，所述缓冲层采用功函数低于4.0eV、禁带宽度大于3.0eV的材质。
可选地，所述缓冲层的材质为LiF、Ce2(CO3)3或NaF。
可选地，所述缓冲层的厚度满足隧穿效应的实现。
可选地，所述半导体衬底采用N型单晶硅片；所述第一本征层与所述第二本征层均为本征型氢化非晶硅层；所述前电极的材质为透明导电氧化物；所述金属背电极采用单一金属材料或至少两种金属的复合材料。
本公开还提供一种太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：
制备半导体衬底；
在所述半导体衬底的第一侧制备第一本征层；
在所述第一本征层上制备金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；
在所述金属氧化物层上制备前电极。
本公开所述太阳能电池的制备方法中，采用金属氧化物层替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，改善了电池的短波段光的量子效率和光谱响应，从而提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率。
可选地，在所述第一本征层上制备金属氧化物层的步骤具体为：采用溅射法或蒸发法将金属氧化物层沉积在所述第一本征层上。
可选地，所述制备方法还包括如下步骤：
在所述半导体衬底的第二侧制备第二本征层；
在所述第二本征层上制备缓冲层；
在所述缓冲层上制备金属背电极。
附图说明
图1为传统的HIT太阳能电池的结构示意图；
图2为本公开实施例1提供的太阳能电池的一种结构示意图；
图3为本公开实施例1提供的太阳能电池的另一种结构示意图；
图4为本公开实施例2提供的太阳能电池的制备流程图。
图中：101－TCO前电极；102－P型氢化非晶硅层；103－本征型氢化非晶硅层；104－N型硅衬底；105－本征型氢化非晶硅层；106－N型氢化非晶硅层；107－TCO背电极；201－前电极；202－金属氧化物层；203－第一本征层；204－半导体衬底；205－第二本征层；206－缓冲层；207－金属背电极。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和实施例对本公开作进一步详细描述。
实施例1：
作为本实施例的一个方面，提供一种太阳能电池，如图2所示，所述太阳能电池包括：半导体衬底204、形成在半导体衬底204的第一侧的第一本征层203、形成在第一本征层203上的金属氧化物层202，以及形成在金属氧化物层202上的前电极201。其中，金属氧化物层202的功函数大于半导体衬底204的功函数。
在一些实施例中，所述金属氧化物为暂态金属氧化物(TMO)。目前，已经发现的暂态金属氧化物大多属于N型半导体，其是利用半导体缺陷形成的，而P型暂态金属氧化物因制作工艺复杂，较难制备，行业内不常用。当然，本公开对金属氧化物是N型半导体还是P型半导体不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况选择。不同于传统硅异质结太阳电池p-n结的构建方式，本公开所涉及的太阳能电池内部载流子输运的根本动力为金属氧化物和半导体衬底之间的功函数之差，利用功函数之差在太阳能电池内形成内建电场。采用高功函数的TMO材料可以有效的提升电池内部载流子的输运。
本公开的太阳能电池利用金属氧化物和半导体衬底之间的功函数之差收集光生载流子，本公开对太阳能电池的其他结构不做限定。
例如，本公开用于HIT电池，半导体衬底204的第一侧采用上面描述的结构(受光面一侧；至于半导体衬底204的第二侧的结构，本公开不做限定。例如可采用现有HIT太阳能电池中的结构。在一些实施例中，在半导体衬底204的第二侧依次形成有本征型氢化非晶硅层(i-a-Si:H)、N型氢化非晶硅层(n-a-Si:H)和透明导电氧化物层(TCO)。
本实施例中，采用金属氧化物层替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，由于金属氧化物的禁带宽度(即带隙)对可见光的吸收系数小，同时折射系数与半导体衬底光学匹配较好，对短波段光的寄生吸收少，改善了电池的短波段光的量子效率和光谱响应，从而提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率。
在一些实施例中，金属氧化物层202与半导体衬底204的功函数之差最好大于1.0eV，以增加太阳能电池内部载流子输运的动力，有利于太阳能电池内形成内建电场。
在一些实施例中，金金属氧化物层202的材质最好满足功函数不低于5.0eV，较高的功函数有利于增大与半导体衬底之间的功函数之差，从而有效提升电池内部载流子的输运。
金属氧化物层202的材质最好满足禁带宽度的范围在3.0eV～4.0eV之间，满足该禁带宽度范围的金属氧化物层对可见光的吸收系数小，可满足太阳能电池的透光率要求，同时其折射系数与半导体衬底光学匹配较好，与禁带宽度2.0eV左右的传统硅基窗口层材料相比，对短波的寄生吸收显著降低，从而提高了电池短波段光的光谱响应。
金属氧化物层202的材质最好满足电导率的范围在1～10-6s/cm之间，满足该电导率范围的金属氧化物层有利于减小太阳能电池等效电路中的串联电阻Rs。
金属氧化物层的厚度会影响太阳能电池的性能参数，为保证电池具有最优的性能参数，金属氧化物层202的厚度范围最好为4nm～20nm。例如，金属氧化物层202的厚度范围为4、5、7、9、12、13、16、18、20nm。这一范围的厚度既有利于太阳能电池内建电场，又能满足太阳能电池的透光率要求。金属氧化物层202的厚度优选为8-12nm。金属氧化物层202的厚度更优选为10nm。
基于上述参数，金属氧化物层202的材质优选为MoOX(钼氧化物)、WOX(钨氧化物)或VOX(钒氧化物)当然，本公开不限制于此，其他类型的金属氧化物也应在本公开的保护范围内。
满足上述参数的金属氧化物层作为太阳能电池受光面的窗口层，其光学带隙和导电性能(tunneling effect)之间不发生矛盾，从而可以增加电池的短路电流密度，提高电池的光电转换效率。
相对于传统的硅基窗口层材料，相同厚度的钼氧化物、钨氧化物、钒氧化物等材料用作窗口层时，对400nm波长的光吸收不超过1％，可以有效的改善电池在400nm-550nm波段的量子效应，提高短路电流密度。
金属氧化物层中氧的含量通过化学式中氧元素的角标x表示。氧含量不同的金属氧化物层的电导率和禁带宽度不同。相同厚度的金属氧化物层，电导率随着氧含量增加从1～10-5s/cm下降到1～10-8s/cm，禁带宽度从2.7eV增加到3.4eV。
半导体衬底204的材料类型不同，所述太阳能电池的光电转换效率也不同。发明人发现，N型衬底的HIT太阳能电池由于异质结能带结构方面的优势，其光电转换效率略高于P型衬底的HIT太阳能电池，因此，本实施例中，半导体衬底204优选采用N型单晶硅片(n-Si)。
N型单晶硅片的厚度范围可以为130μm～300μm，优选为180μm。
此外，为了保证半导体衬底204的导电性，N型单晶硅片的电阻率范围可以为1.0Ω·m～5.0Ω·m，优选为3.0Ω·m。
第一本征层203为本征型氢化非晶硅层(i-a-Si-H)，用于钝化半导体衬底204的第一侧，其厚度范围为1nm～20nm，优选为5nm～10nm。
前电极201的材质为透明导电氧化物(TCO,Transparent Conductive Oxide)，较优地，前电极201的材质为铟锡氧化物(ITO,Indium Tin Oxide)；前电极201的厚度范围可以为50nm～120nm。
为了收集光生电流，较优地，所述太阳能电池还包括：形成在前电极201上的栅线。
发明人还发现，在传统HIT太阳能电池中，N型掺杂层(即N型氢化非晶硅层106)和透明导电层(即背电极107)都存在对长波段光的寄生吸收而限制了电池的长波响应，虽然N型掺杂层对长波段光的吸收会随着吸收层厚度的减薄而减少，即减薄N型掺杂层的厚度可以减少对电池短路电流密度的影响，但是填充因子也会随着其厚度的减少而减小。解决该问题的一种思路是选择宽带隙的材料来减少对长波段光的吸收。目前，n-a-SiO、n-μc-SiO等大带宽的材料受到广泛的关注，但是它们的光学带隙Eopt≈2.0eV，折射系数n≈2.2(波长400nm)，只能有限的减少光吸收和提高光反射。
发明人解决这一问题的思路是基于肖特基势垒结构。当金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒，势垒的存在导致了较低的界面电压和较大的界面电阻。利用肖特基势垒也能分离光生载流子，其基理完全不同于传统PN结太阳能电池。在采用前肖特基势垒结构的电池中，金属层设置在入光面，和电池形成MIS结构(即金属-绝缘层-半导体结构)，由于其制备简单，在理论上有较高的转换效率而被深入的研究过，但是在入光面的金属层对可见光的透光性差，这严重限制了前肖特基势垒结构电池的短路电流密度。基于这一事实，发明人考虑采用后肖特基势垒结构解决传统HIT太阳能电池存在的对长波段光的寄生吸收的问题。后肖特基势垒结构即金属层设置在半导体衬底的背面，且金属层和半导体材料接触形成肖特基势垒结构，对可见光无吸收的同时对长波具有较好的反射作用。下面通过一些实施例描述本公开的技术方案。
作为本实施例的另一个方面，提供一种太阳能电池，如图3所示，所述太阳能电池包括：半导体衬底204、形成在半导体衬底204的第一侧的第一本征层203、形成在第一本征层203上的金属氧化物层202、形成在金属氧化物层202上的前电极201、形成在半导体衬底204的第二侧的第二本征层205、形成在第二本征层205上的缓冲层206，以及形成在缓冲层206上的金属背电极207。金属氧化物层202的功函数应大于半导体衬底204的功函数。
其中，第二本征层205、缓冲层206与金属背电极207形成的后肖特基势垒结构代替了传统HIT太阳能电池的背面结构，在金属与半导体之间形成具有整流作用的区域，从而在电池背面形成内建电场，当正向电压满足势垒高度时，开始产生电流。缓冲层206用于减少金属背电极207和第二本征层205直接接触时在界面形成的复合中心。
本实施例中，若金属背电极与第二本征层直接接触形成后肖特基势垒结构，则可以避免传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层(即N型氢化非晶硅层106)和透明导电层(即背电极107)对长波段光的寄生吸收问题，同时金属背电极(如Ag的折射系数n≈0.5,(波长1000nm))可以有效地增强光的反射。但是，当金属背电极与第二本征层直接接触时会形成大量的复合中心，严重影响电池的性能，而且由于表面态的影响，电池的开路电压和填充因子等参数衰减很多，而这一问题可通过在金属背电极与第二本征层之间插入缓冲层来解决，缓冲层可以减少金属和本征半导体直接接触时在界面形成的复合中心，减少表面态对后肖特基势垒结构电池的开路电压和填充因子等参数的影响。
可见，本实施例采用缓冲层/金属背电极替代了传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层/透明导电层，一方面，由于第二本征层-缓冲层-金属背电极的结构形成了后肖特基势垒结构，避免了N型掺杂层和透明导电层的对光的吸收，同时金属背电极可提高光的反射，因此对可见光无吸收的同时对长波具有较好的反射作用，改善了电池的长波段光的量子效率和光谱响应，进一步提高了电池的短路电流密度，从而进一步提高了电池的光电转换效率；另一方面，缓冲层避免或减少了金属和本征半导体直接接触时在界面形成的复合中心，减少了表面态对后肖特基结构电池开路电压和填充因子等参数的影响。而且，本实施例所述太阳能电池无需设置掺杂层，因此可称为无掺杂HIT太阳能电池。
缓冲层的材质最好满足功函数低于4.0eV，较低的功函数有利于在电池背面形成背场(BSF)，提高载流子的吸收，从而提高电池的开路电压。
缓冲层的材质最好满足禁带宽度大于3.0eV，较宽的禁带宽度有利于减少对长波段光的吸收。
综合上述两种参数，缓冲层206的材质优选为LiF(氟化锂)、Ce2(CO3)3(碳酸铈)或NaF(氟化钠)。当然，缓冲层也可以采用其他低功函数的材质，本公开对此不作限制。
缓冲层206的厚度应满足使载流子穿越所述缓冲层的势垒，即满足隧穿效应，同时还应满足高透过率。本实施例中，缓冲层206的厚度范围可以为1nm～10nm，优选为2nm～3nm。
第二本征层205为本征型氢化非晶硅层(i-a-Si-H)，用于钝化半导体衬底204的第二侧，其厚度范围可以为1nm～20nm，优选为5nm～10nm。较优地，第一本征层203与第二本征层205的材质及厚度均相同。
金属背电极207优选采用银或铜或二者的复合材料。
综上所述，在一些实施例中，太阳能电池的器件结构可以为：ITO/TMO/i-a-Si:H/n-Si/i-a-Si:H/缓冲层/Ag，采用暂态金属氧化物层(TMO)替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，改善了电池的短波段光的量子效率；采用功函数低于4.0eV、禁带宽度大于3.0eV的缓冲层/金属背电极替代了传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层(即N型氢化非晶硅层106)/透明导电层(即背电极107)，改善了电池的长波段光的量子效率，因此极大地提高了电池的短路电流密度，进而极大地提高了电池的光电转换效率。
目前HIT电池的沉积主要采用多室PECVD技术，用不同的腔室分别沉积P型、N型掺杂层和本征层，来避免硼B和磷P等掺杂的交叉污染，这样的HIT电池效率较高，但是需要的设备成本高；单室技术则相反，交叉污染问题严重，使得电池效率偏低，但是设备大大简化、生产效率明显提高。采用采用暂态金属氧化物层(TMO)替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)；同时缓冲层/金属背电极替代传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层/透明导电层，就能够使用单腔室技术制备本公开中的电池，解决或抑制现有HIT电池单室沉积交叉污染问题，无疑更具有低成本的优势！
实施例2：
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，如图4所示，所述制备方法包括如下步骤S101至S104。
S101.制备半导体衬底；
S102.在半导体衬底的第一侧制备第一本征层；
S103.在第一本征层上制备金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；
S104.在金属氧化物层上制备前电极。
在一些实施例中，所述金属氧化物为暂态金属氧化物(TMO)。目前，已经发现的暂态金属氧化物大多属于N型半导体，其是利用半导体缺陷形成的，而P型暂态金属氧化物因制作工艺复杂，较难制备，行业内不常用。当然，本公开对金属氧化物是N型半导体还是P型半导体不作限制。不同于传统硅异质结太阳电池p-n结的构建方式，本公开所涉及的太阳能电池内部载流子输运的根本动力为金属氧化物和半导体衬底之间的功函数之差，利用功函数之差在太阳能电池内形成内建电场。采用高功函数的TMO材料可以有效的提升电池内部载流子的输运。
至于半导体衬底的第二侧的制备工艺，可参考现有HIT太阳能电池的制备工艺。例如，在半导体衬底的第二侧依次制备本征型氢化非晶硅层(i-a-Si:H)、N型氢化非晶硅层(n-a-Si:H)和透明导电氧化物层(TCO)。
本实施例中，采用金属氧化物层替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，由于金属氧化物的禁带宽度(即带隙)对可见光的吸收系数小，同时折射系数与半导体衬底光学匹配较好，对短波段光的寄生吸收少，改善了电池的短波段光的量子效率和光谱响应，从而提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率。
步骤S101对半导体衬底进行预处理，提供符合要求的半导体衬底，可包括：在N型单晶硅片的两侧表，两面分别制备倒金字塔绒面结构，以及对N型单晶硅片进行清洗。
其中，在N型单晶硅片的两侧表面分别制备倒金字塔绒面结构可以去掉单晶硅片表面的切割损伤层，利用陷光原理，减少电池表面光的反射，提高电池的短路电流密度，增加PN结面积，最终提高电池的光电转换效率。此外，为了去除单晶硅片表面的金属离子或有机物等污染物，需要对N型单晶硅片进行清洗，具体可分为超声波清洗和化学清洗。经过制绒和清洗的N型单晶硅片放好备用。
需要说明的是，本公开对N型单晶硅片进行制绒和清洗的先后顺序不作限制。例如，可以先对N型单晶硅片进行制绒，然后对制绒后的N型单晶硅片进行清洗；也可以先对N型单晶硅片进行清洗，然后对清洗后的N型单晶硅片进行制绒；还可以先对N型单晶硅片进行预清洗，然后对预清洗后的N型单晶硅片进行制绒，再对制绒后的N型单晶硅片再次进行清洗。
在步骤S101中，N型单晶硅片的厚度范围可以为130μm～300μm，优选为180μm；N型单晶硅片的电阻率范围可以为1.0Ω·m～5.0Ω·m，优选为3.0Ω·m。
步骤S102具体为：采用化学气相沉积法在半导体衬底的第一侧形成第一本征层。
其中，第一本征层为本征型氢化非晶硅层(i-a-Si-H)，用于钝化半导体衬底的第一侧，其厚度范围可以为1nm～20nm，优选为5nm～10nm。
步骤S103具体为：采用溅射法或蒸发法将金属氧化物层沉积在第一本征层上，且沉积的厚度范围为4nm～20nm，优选为10nm。
金属氧化物层与半导体衬底的功函数之差最好大于1.0eV，以增加太阳能电池内部载流子输运的动力，有利于太阳能电池内形成内建电场。
金属氧化物层的材质最好满足功函数不低于5.0eV，较高的功函数有利于增大与半导体衬底之间的功函数之差，从而有效提升电池内部载流子的输运。
金属氧化物层的材质最好满足禁带宽度的范围在3.0eV～4.0eV之间，满足该禁带宽度范围的金属氧化物层对可见光的吸收系数小，可满足太阳能电池的透光率要求，同时其折射系数与半导体衬底光学匹配较好，与禁带宽度2.0eV左右的传统硅基窗口层材料相比，对短波的寄生吸收显著降低，从而提高了电池短波段光的光谱响应。
金属氧化物层的材质最好满足电导率的范围在1～10-6s/cm之间，满足该电导率范围的金属氧化物层有利于减小太阳能电池等效电路中的串联电阻Rs。
金属氧化物层的厚度会影响太阳能电池的性能参数，为保证电池具有最优的性能参数，金属氧化物层的厚度范围最好为4nm～20nm。这一范围的厚度既有利于太阳能电池内建电场，又能满足太阳能电池的透光率要求。金属氧化物层的厚度更优选为10nm。
基于上述参数，金属氧化物层的材质优选为MoOX(钼氧化物)、WOX(钨氧化物)或VOX(钒氧化物)当然，例如，可以在真空腔室内通过磁控溅射设备或蒸发设备将MoOX、WOX或VOX镀在第一本征层上，以改善电池的短波段光的量子效率。当然，本公开不限制于此，其他类型的金属氧化物层也应在本公开的保护范围内。
本实施例中，采用溅射法或蒸发法制备金属氧化物层，其制备方法简单，和现有工艺兼容，无需增加额外的实验设备。而且，满足上述参数的金属氧化物层作为太阳能电池受光面的窗口层，其光学禁带宽度和导电性能(tunneling effect)之间不发生矛盾，从而可以增加电池的短路电流密度，提高电池的光电转换效率。
在步骤S104中，前电极的材质为透明导电氧化物(TCO,Transparent ConductiveOxide)，优选为铟锡氧化物(ITO,Indium Tin Oxide)，其厚度范围可以为50nm～120nm。
在步骤S104之后，所述制备方法还可包括如下步骤：
在前电极上制备栅线，以收集光生电流。
具体地，可采用丝网印刷的方式在前电极上制备栅线。
如图4所示，所述制备方法还可包括如下步骤S105至S107。
S105.在半导体衬底的第二侧制备第二本征层；
S106.在第二本征层上制备缓冲层；
S107.在缓冲层上制备金属背电极。
本实施例中，采用缓冲层/金属背电极替代了传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层/透明导电层，一方面，由于第二本征层-缓冲层-金属背电极的结构形成了后肖特基势垒结构，避免了N型掺杂层和透明导电层的对光的吸收，同时金属背电极可提高光的反射，因此对可见光无吸收的同时对长波具有较好的反射作用，改善了电池的长波响应，提高了电池的短路电流密度，进而提高了电池的光电转换效率；另一方面，缓冲层避免或减少了金属和本征半导体直接接触时在界面形成的复合中心，减少了表面态对后肖特基结构电池开路电压和填充因子等参数的影响。
步骤S105具体为：采用化学气相沉积法在半导体衬底的第二侧形成第二本征层。
其中，第二本征层为本征型氢化非晶硅层(i-a-Si-H)，用于钝化半导体衬底的第二侧，其厚度范围为1nm～20nm，优选为5nm～10nm。较优地，第一本征层与第二本征层的材质及厚度均相同。
本实施例中，可以在真空腔室内采用化学气相沉积法完成第一本征层和第二本征层的制备，优选采用甚高频-等离子体增强化学气相沉积法(VHF-PECVD,Very HighFrequency-Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)，或者射频-等离子体增强化学气相沉积法(RF-PECVD,Radio Frequency-Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)。
下面通过一具体实例来描述第一本征层和第二本征层的制备过程：
将经过制绒和清洗的N型单晶硅片放入真空腔室内，采用电源频率为40MHz的VHF-PECVD技术在N型单晶硅片的受光面镀上第一本征层；
将镀有第一本征层的N型单晶硅片经过适当冷却后从真空腔室内取出，翻面后再次放入真空腔室内；
采用电源频率为40MHz的VHF-PECVD技术在N型单晶硅片的背光面镀上第二本征层。
步骤S106具体为：采用蒸发法将缓冲层沉积在第二本征层上，且沉积的厚度应满足使载流子穿越所述缓冲层的势垒，即满足隧穿效应。本实施例中，缓冲层的厚度范围可以为1nm～10nm，优选为2nm～3nm。
其中，缓冲层的材质应满足功函数低于4.0eV。较低的功函数有利于在电池背面形成背场(BSF)，提高载流子的吸收，从而提高电池的开路电压。缓冲层的材质还应满足禁带宽度大于3.0eV。较宽的禁带宽度有利于减少对长波段光的吸收。综合上述两种参数，缓冲层的材质优选为LiF、Ce2(CO3)3或NaF。例如，可以在真空腔室内通过蒸发设备(ThermalEvaporator)将LiF、CeCO3或NaF蒸镀在第二本征层上，以改善电池的长波段光的量子效率。当然，缓冲层也可以采用其他低功函数的材质，本公开对此不作限制。
本实施例中，采用蒸发法制备缓冲层，其制备方法简单，和现有工艺兼容，无需增加额外的实验设备。而且，缓冲层的光学带隙和导电性能(tunneling effect)之间不发生矛盾，从而可以增加电池的短路电流密度，提高电池的光电转换效率。
在步骤S107中，金属背电极采用单一金属材料或至少两种金属的复合材料，优选采用银或铜或二者的复合材料。
需要说明的是，上述步骤的顺序只是为了说明本实施例而提出的一个具体实例，本公开对上述步骤的顺序不做限定，本领域技术人员在实际应用中可按需对其进行调整。
综上所述，本实施例所述制备方法形成的太阳能电池的器件结构为：ITO/TMO/i-a-Si:H/n-Si/i-a-Si:H/缓冲层/Ag，采用暂态金属氧化物层(TMO)替代了传统HIT太阳能电池中基于硅基材料的窗口层(即P型氢化非晶硅层102)，改善了电池的短波段光的量子效率；采用功函数低于4.0eV、禁带宽度大于3.0eV的缓冲层/金属背电极替代了传统HIT太阳能电池中的N型掺杂层(即N型氢化非晶硅层106)/透明导电层(即背电极107)，改善了电池的长波段光的量子效率，因此极大地提高了电池的短路电流密度，进而极大地提高了电池的光电转换效率。
发明人还发现，由于受到传统HIT太阳能电池的结构限制，传统HIT太阳能电池的沉积主要采用多室PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)技术，具体为：使用不同的腔室分别沉积P层(即P型氢化非晶硅层102)、I层(即本征型氢化非晶硅层103和105)和N层(即N型硅衬底104)，以避免硼(B)和磷(P)等掺杂的交叉污染，如此制备的HIT太阳能电池效率高，但是需要的设备成本也高。而单室PECVD技术正相反，在同一腔室内分别沉积P层、I层和N层，如此制备的HIT太阳能电池交叉污染严重问题严重，使得电池效率偏低，但是设备大大简化，生产效率明显提高。
然而，本公开中，由于用金属氧化物层替代了P型掺杂层(即P型氢化非晶硅层102)，用缓冲层替代了N型掺杂层，避免了掺杂物质硼和磷的使用，解决了单室沉积交叉污染的问题，使得本实施例所述太阳能电池适用于单室PECVD技术生长，而且既能够显著降低设备成本，又能够明显提高生产效率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (15)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
半导体衬底；
形成在所述半导体衬底的第一侧的第一本征层；
形成在所述第一本征层上的金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；以及
形成在所述金属氧化物层上的前电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层与所述半导体衬底的功函数之差大于1.0eV。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层的功函数不低于5.0eV。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层的禁带宽度范围为3.0eV～4.0eV。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层的电导率为1～10-6s/cm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层的厚度范围为4nm～20nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层的材质为钼氧化物、钨氧化物或钒氧化物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：
形成在所述半导体衬底的第二侧的第二本征层；
形成在所述第二本征层上的缓冲层；以及
形成在所述缓冲层上的金属背电极。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层采用功函数低于4.0eV、禁带宽度大于3.0eV的材质。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层的材质为LiF、Ce2(CO3)3或NaF。
11.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述缓冲层的厚度满足隧穿效应的实现。
12.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底采用N型单晶硅片；所述第一本征层与所述第二本征层均为本征型氢化非晶硅层；所述前电极的材质为透明导电氧化物；所述金属背电极采用单一金属材料或至少两种金属的复合材料。
13.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备半导体衬底；
在所述半导体衬底的第一侧制备第一本征层；
在所述第一本征层上制备金属氧化物层，所述金属氧化物层的功函数大于所述半导体衬底的功函数；
在所述金属氧化物层上制备前电极。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，在所述第一本征层上制备金属氧化物层的步骤具体为：采用溅射法或蒸发法将金属氧化物层沉积在所述第一本征层上。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下步骤：
在所述半导体衬底的第二侧制备第二本征层；
在所述第二本征层上制备缓冲层；
在所述缓冲层上制备金属背电极。
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