CN112466977B - 一种硅异质结电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硅异质结电池及其制作方法，涉及太阳能电池技术领域，以降低P型掺杂硅层与透明导电层之间的肖特基势垒，减小P型掺杂硅层耗尽层宽度，从而增加空穴收集能力，提高电池性能。所述该硅异质结电池包括硅基底、界面反型层和第一透明导电层。硅基底包括掺杂硅衬底、P型掺杂硅层以及形成在掺杂硅衬底和P型掺杂硅层之间的第一本征硅层。界面反型层形成在P型掺杂硅层上。第一透明导电层形成在界面反型层上。该界面反型层包含极性有机分子。极性有机分子与P型掺杂硅层中的硅原子成键。界面反型层具有从透明导电层指向P型掺杂硅层的偶极矩。所述硅异质结电池的制作方法用于制作硅异质结电池。本发明提供的硅异质结电池用于光伏发电。

Description

一种硅异质结电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅异质结电池及其制作方法。
背景技术
硅异质结(Silicon heterojunction，缩写为SHJ)太阳能电池是一种制作工艺简单、开路电压高、转换效率高、温度系数低、无光致衰减的电池结构，受到光伏学术界及工业界的广泛关注，成为高效太阳电池技术的热门发展方向。
现有SHJ电池在工作状态，N型晶硅基底吸收光子，产生电子-空穴对，空穴穿过第一本征钝化层和P型掺杂层进入第一透明导电层进行空穴收集，并利用金属电极收集出，电子穿过第二本征钝化层和N型掺杂层进入第二透明导电层，被第二金属电极收集，从而形成光生电流。对于N型晶硅基底来说，空穴是少数载流子，因此，PN结对空穴的收集效率对整个SHJ电池器件的光电转换效率起到决定性的作用。
鉴于以硼为代表的P型杂质元素有效掺杂效率较低，P型掺杂硅层的掺杂浓度远低于N型掺杂层的掺杂浓度。而P型掺杂硅层和第一透明导电层的界面是典型的金属-半导体肖特基接触，具有较明显的肖特基势垒。空穴从P型掺杂硅层进入第一透明导电层难以越过该肖特基势垒，因此，SHJ电池的电池性能受肖特基势垒的影响比较严重，使得在相同电流下的电压损失，SHJ电池的填充因子不高。并且，由于P型掺杂硅层的厚度很薄，约为10nm-15nm，如果第一透明导电层的功函数较低，那么异质结电池内的耗尽层宽度将接近P型掺杂硅层的总厚度，此时P型掺杂硅层将完全耗尽，PN结的内建电场显著减弱，造成SHJ 电池彻底失效，因此，第一透明导电层通常具有较高的功函数，这类材料成本较高且选择相对受限，影响SHJ电池的性能进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅异质结电池及其制作方法，以降低肖特基势垒，减小耗尽层宽度，从而增加空穴收集能力，提高电池性能。
第一方面，本发明提供一种硅异质结电池。该硅异质结电池包括硅基底、界面反型层和第一透明导电层。硅基底包括掺杂硅衬底、P型掺杂硅层以及形成在掺杂硅衬底和P型掺杂硅层之间的第一本征硅层。界面反型层形成在P型掺杂硅层上。第一透明导电层形成在界面反型层上。该界面反型层包含极性有机分子。极性有机分子与P型掺杂硅层中的硅原子成键。界面反型层具有从透明导电层指向P型掺杂硅层的偶极矩。
采用上述技术方案的情况下，界面反型层形成在P型掺杂硅层上，第一透明导电层形成在界面反型层上，使得界面反型层包含的极性有机分子可以与P 型掺杂硅层中的硅原子成键的情况下，界面反型层具有从透明导电层指向P型掺杂硅层的偶极矩。由此可见，在P型掺杂硅层与第一透明导电层之间引入极性有机分子作为界面反型层220，可以在P型掺杂硅层与第一透明导电层之间引入与界面电场方向相反的电场，从而降低P型掺杂硅层与第一透明导电层的界面电场强度。
当P型掺杂硅层与第一透明导电层的界面电场强度降低时，第一透明导电层内的电子向P型掺杂硅层的扩散能力下降，减少P型掺杂硅层的空穴耗尽程度，使得P型掺杂硅层的耗尽层宽度减小，因此，第一透明导电层影响P型掺杂硅层的能带的能力下降。此时，界面反型层220可以降低P型掺杂硅层的能带弯曲程度，使得P型掺杂硅层与第一透明掺杂层之间的肖特基势垒下降，因此，P型掺杂硅层的空穴比较容易越过肖特基势垒向第一透明导电层传输，从而保证SHJ电池具有较高的空穴收集能力和填充因子，进而提高SHJ电池的转换效率。
在一种可能的实现方式中，上述掺杂硅衬底为N型硅衬底或P型硅衬底。
当掺杂硅衬底为N型硅衬底，N型硅衬底、第一本征硅层和、P型掺杂硅层形成异质结。此时，P型掺杂硅层用于形成异质结。在界面反型层220的作用下，P型掺杂硅层的空穴耗尽程度减小，使得P型掺杂硅层的耗尽层宽度比较窄，甚至消失，因此，P型掺杂硅层不会完全耗尽。基于此，本发明提供的异质结电池不会出现PN结不会失效的问题，内建电场也不会出现明显减弱，从而保证 SHJ电池正常工作。
当掺杂硅衬底为P型硅衬底，P型掺杂硅层可以作为硅异质结的表面电场使用。当P型掺杂硅层的空穴耗尽程度减小，可以保证P型掺杂硅层内的空穴不会被完全耗尽，因此，P型掺杂硅层作为表面电场使用时，P型掺杂硅层可以正常发挥降低复合速率，提高电池效率。
在一种可能的实现方式中，上述硅异质结电池还包括第二本征硅层、N型掺杂硅层和第二透明导电层。该第二本征硅层、N型掺杂硅层和第二透明导电层均位于掺杂硅衬底远离第一本征硅层的一侧。第二本征硅层形成在掺杂硅衬底远离第一本征硅层的一侧。N型掺杂硅层形成在第二本征硅层上。第二透明导电层形成在所述N型掺杂硅层上。当掺杂硅衬底为P型硅衬底时，N型掺杂硅层参与异质结形成。
在一种可能的实现方式中，上述界面型层与第一透明导电层之间通过范德瓦尔斯力结合在一起。
采用上述技术方案的情况下，界面反型层与第一透明导电层之间没有形成化学键，可以减少第一透明导电层对界面反型层的影响。此时，在调控P型掺杂硅层与第一透明导电层之间的肖特基势垒时，可以以界面反型层和P型掺杂硅层形成的模型为研究对象，减少或杜绝第一透明导电层所带来的相关影响因子对该模型研究的影响。由此可见，在P型掺杂硅层和第一透明导电层之间引入包含极性有机分子构成的界面反型层，可以简化P型掺杂硅层与第一透明掺杂层之间的肖特基势垒的预估模型，提高异质结电池性能的可预测性，使得所制作的异质结电池性能比较容易满足设计要求。
在一种可能的实现方式中，上述界面反型层的结构为单分子层结构。此时，单分子层结构含有的极性有机分子与P型掺杂硅层表面的硅原子成键，使得极性有机分子有序排列在P型掺杂硅层的表面，形成界面反型层。并且，当界面反型层的结构为单分子层结构时，可以修饰P型掺杂硅层表面的同时，可以避免多层极性有机分子排列杂乱的可能，保证界面反型层具有方向一致的偶极矩。
在一种可能的实现方式中，上述极性有机分子具有含高电负性元素的官能团。高电负性元素的电负性大于碳元素的电负性。含高电负性元素的官能团与P 型掺杂硅层中的硅原子成键。此时，极性有机分子形成的界面反型层朝向P型掺杂硅层的一侧表面带负电荷，从而使得形成在P型掺杂硅层上的界面反型层具有从透明导电层指向P型掺杂硅层的偶极矩。
在一种可能的实现方式中，上述极性有机分子具有的官能团包括氨基、羟基、羧基、醛基、酚基中的一种或多种。这些含高电负性元素的官能团均含有活性氢，比较容易失去，因此，当极性有机分子形成在P型掺杂硅层上时，极性有机分子所含有的官能团极易与硅原子成键。
在一种可能的实现方式中，上述极性有机分子还具有用于传导电子的共轭电子传导结构。这种极性有机分子靠近可显电负的官能团的一端显负电，使得极性有机分子远离可显电负性的官能团的一端显正电，从而保证界面反型层具有从第一透明导电层指向P型掺杂硅层的偶极矩。
在一种可能的实现方式中，上述共轭电子传导结构可以为共轭结构。例如：芳香基、烯基、炔基中的一种或多种。
在一种可能的实现方式中，上述极性有机分子包括4-乙炔基苯胺、对异丙烯基苯酚、4-叔丁基苯胺、丙烯醇、异丁烯醇、丙烯酸、4-烯丙基苯甲酸、4-乙烯基苯甲醛中的一种或多种。
第二方面，本发明提供一种异质结电池的制作方法。该异质结电池的制作方法包括：
提供一硅基底；该硅基底包括掺杂硅衬底、P型掺杂硅层以及形成在掺杂硅衬底和P型掺杂硅层之间的第一本征硅层；
在P型掺杂硅层上形成界面反型层；
在界面反型层上形成第一透明导电层；其中，
上述界面反型层包括极性有机分子，极性有机分子与P型掺杂硅层中的硅原子成键。该界面反型层具有从所述透明导电层指向所述P型掺杂硅层的偶极矩。
在一种可能的实现方式中，在P型掺杂硅层上形成界面反型层包括：采用酸性溶液对P型掺杂硅层进行表面活化处理；采用化学溶液法在P型掺杂硅层经过活化处理的表面沉积由极性有机分子构成的界面反型层。
在一种可能的实现方式中，上述酸性溶液为氢氟酸、硝酸中的一种或两种。至于浓度，则可以根据实际需要决定。上述沉积方法包括但不仅限于真空热蒸发法或化学溶液法等。
第二方面或第二方面任一可能的实现方式的有益效果可参考第一方面或第一方面任一可能的实现方式的有益效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中SHJ电池的基本结构示意图；
图2为现有技术中SHJ电池在热力学平衡状态下的能带结构示意图；
图3为现有技术中P型掺杂硅层与第一透明导电层的肖特基势垒示意图；
图4为本发明实施例提供的一种硅异质结电池的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种硅异质结电池基底的结构示意图；
图6为本发明实施例中P型掺杂硅层、界面反型层以及第一透明导电层在在热力学平衡状态下的能带结构示意图；
图7A～图7H为本发明实施例中极性有机分子与P型掺杂硅层的八种成键状态示意图；
图8A～图8D为本发明实施例提供的一种硅异质结电池的制作方法在各个阶段的结构状态示意图；
图9A～图9G为本发明实施例提供的另一种硅异质结电池的制作方法在各个阶段的结构状态示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/ 元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/ 元件可以位于该另一层/元件“下”。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
硅异质结(Silicon heterojunction，SHJ)太阳电池因其开路电压高、转换效率高、温度系数低、工艺流程简单、无光致衰减等突出优点，成为高效太阳电池技术的热门发展方向。SHJ电池生产商已经实现了超过25％的实验室光电转换效率，并已逐步将SHJ太阳电池推广到更大的生产规模。
图1示例出现有技术中SHJ电池的基本结构示意图。如图1所示，SHJ电池包括晶硅基底101、第一本征钝化层102A、第二本征钝化层102B、P型掺杂层103A、N型掺杂层103B、第一透明导电层104A、第二透明导电层104B、第一电极105A和第二电极105B。第一本征钝化层102A形成于晶硅基底101的一面，P型掺杂层103A形成在第一本征钝化层102A上,第一透明导电层104A形成在P型掺杂层103A上，第一电极104A形成在第一透明导电层104A上。第二本征钝化层102B形成于晶硅基底101的另一面，N型掺杂层103B形成在第二本征钝化层102B，第二透明导电层104B形成在N型掺杂层103B上，第二电极105B形成在第二透明导电层104B上。
如图1所示，上述SHJ电池结构通常用晶硅基底101的导电类型和PN结的位置来表示。例如：当晶硅基底101为N型晶硅衬底，如P型掺杂层103A 一面受光，即PN结在受光面，则被称为“N型前结SHJ电池”，如N型掺杂层 103B一面受光，则被称为“N型背结SHJ电池”。又例如：当晶硅基底101为P 型晶硅衬底，如P型掺杂层103A一面受光，即PN结在受光面，则被称为“P型前结SHJ电池”；如N型掺杂层103B一面受光，则被称为“P型背结SHJ电池”。下述以N型为例对现有技术中SHJ电池进行说明。
如图1所示，上述晶硅基底101为N型晶硅基底，P型掺杂层103A、第一本征钝化层102A和晶硅基底101可以形成具有P-I-N结构的SHJ电池的P-N结发射极，其产生的内建电场分离扩散到P-N结发射极区的电子和空穴。在此基础上，空穴由晶硅基底101穿过第一本征钝化层102A和P型掺杂层103A进入第一透明导电层104A，使得第一透明导电层104A可以收集光生载流子(空穴) 的收集，并由第一电极105A引出；电子由晶硅基底101穿过第二本征钝化层 102B和N型掺杂层103B进入第二透明导电层104B，使得第二透明导电层104B 可以收集和传输光生载流子(电子)的收集和传输的作用，并由第二电极105B 引出。不仅如此，第二本征钝化层102B和N型掺杂层103B在晶硅基底101上形成N+-I-N结构的表面电场，能够有效阻挡空穴进入N型掺杂层103B，降低空穴的复合损失，提高空穴的分离和收集效率。
图2示例出现有技术中SHJ电池(不含第一电极和第二电极)在热力学平衡状态下的能带结构示意图。其中，VB表示价带顶，CB表示导带顶。如图2所示，当SHJ电池在工作状态，晶硅基底101吸收光子，产生电子-空穴对，空穴(图 2中的箭头方向为空穴移动方向)穿过第一本征钝化层102A和P型掺杂层103A 进入第一透明导电层104A，被第一电极104A收集，电子穿过第二本征钝化层 102B和N型掺杂层103B进入第二透明导电层104B，被第二电极104B收集，从而形成光生电流。由于在N型晶硅基底中空穴是少数载流子，因此，PN结对空穴的收集效率对整个SHJ电池器件的光电转换效率起到决定性的作用。在实际应用中，由于以硼为代表的P型杂质有效掺杂效率较低，P型掺杂层103A的掺杂浓度远低于N型掺杂层103B的掺杂浓度，P型掺杂层103A和第一透明导电层104A的界面是典型的金属-半导体肖特基接触，具有较明显的肖特基势垒。
图3示例出现有技术中P型掺杂层与第一透明导电层的肖特基势垒示意图。如图3所示，P型掺杂层103A和第一透明导电层104A之间具有较高势垒高度 H(参考图3)，且第一透明导电层104A中的电子向P型掺杂层103A扩散和迁移，导致P型掺杂层103A内具有较宽的耗尽层(参考图3所示的耗尽层宽度W)。
如图3所示，空穴从P型掺杂层103A进入第一透明导电层104A需要越过 P型掺杂层103A和第一透明导电层104A之间的势垒。根据热电子发射理论，势垒高度和势垒宽度将决定空穴越过该势垒的几率，因此，SHJ电池的性能对肖特基势垒非常敏感。
目前，如图3所示，P型掺杂层103A和第一透明导电层104A之间的肖特基势垒对SHJ电池性能的影响主要体现在填充因子，即空穴跨越肖特基势垒产生的电势损失。当SHJ电池的填充因子受到影响时，SHJ电池在宏观表现为相同电流下的电压损失。如图2所示，类似的，N型掺杂层103B和第二透明导电层104B的界面也存在一个肖特基势垒，但不同的是N型掺杂层103B的掺杂浓度通常比P型掺杂层103A高至少一个数量级，并且电子的浓度及迁移率均大于空穴，对于SHJ电池的影响程度远小于P型掺杂层103A一侧。
另外，如图3所示，由于SHJ电池中P型掺杂层103A的厚度很薄，约为 10nm-15nm，若第一透明导电层104A的功函数较低，耗尽层宽度W将接近P 型掺杂层103A的总厚度，使得P型掺杂层103A完全耗尽。当晶硅基底101为 P型晶硅基底时，P型掺杂层103A仍然存在肖特基势垒和耗尽层宽度减小甚至完全耗尽，会对P型掺杂层103A的表面电场产生比较严重的影响，阻碍空穴收集，使得SHJ电池性能降低。当晶硅基底101为N型晶硅基底时，由于P型掺杂层103A参与异质结形成，使得在P型掺杂层103A完全耗尽的情况下，PN 结的内建电场显著减弱，造成SHJ电池彻底失效，因此，第一透明导电层104A 通常要求具有较高的功函数。但是，高功函数材料成本较高且选择相对受限，影响SHJ电池性能的进一步提高。同时，由于P型掺杂层103A为非晶态材料 (如非晶硅)，而非晶态材料(如非晶硅)的肖特基势垒存在严重的“费米能级钉扎”(Fermi level pinning)效应，肖特基势垒高度随功函数的变化极不敏感，因此，第一透明导电层104A通常要求具有较高的功函数，采用高功函数材料减少P性掺杂层和第一透明导电层104A之间的肖特基势垒的局限性比较大。
基于上述发现，本发明实施例提供一种硅异质结电池，其通过极性有机分子构成界面反型层，以降低肖特基势垒对于空穴收集能力的影响，从而提高电池性能。应理解，本发明实施例所涉及的方案可以适用于SHJ电池的前结结构，也可以适用于背结结构。
图4示例出本发明实施例提供的一种硅异质结电池的结构示意图。如图4 所示，本发明实施例提供的硅异质结电池包括硅基底210、界面反型层220以及第一透明导电层230A。
如图4所示，上述硅基底210包括掺杂硅衬底211、P型掺杂硅层213A以及形成在掺杂硅衬底211和P型掺杂硅层213A之间的第一本征硅层212A。P 型掺杂硅层213A的厚度可以为10nm-15nm，也可以根据实际需要设定。界面反型层220形成在P型掺杂硅层213A上。第一透明导电层230A形成在界面反型层220上，用以收集空穴。
如图4所示，上述硅异质结电池还可以包括第一电极240A和第二电极240B，第一电极240A形成在第一透明导电层230A上，第二电极240B形成在掺杂硅衬底211远离第一本征硅层212A的一侧。
可以理解的是，当掺杂硅衬底211为N型硅衬底时，掺杂硅衬底211、第一本征硅层212A和P型掺杂硅层213A构成异质结。当时，当掺杂硅衬底211 为P型硅衬底，则掺杂硅衬底211和第一本征硅层212A可以作为硅异质结电池的表面电场使用。并且，图4所示的硅异质结电池还需要包括与掺杂硅衬底211 形成异质结的其它膜层。
图5示例出本发明实施例提供的另一种硅异质结电池基底的结构示意图。图5所示的硅基底210不仅含有图4所示的掺杂硅衬底211、第一本征硅层212A 以及P型掺杂硅层213A，还包括第二本征硅层212B和N型掺杂硅层213B。第二本征硅层212B形成在掺杂硅衬底211远离第一本征硅层212A的一侧。N型掺杂硅层213B形成在第二本征硅层212B上。
如图5所示，当掺杂硅衬底211为N型硅衬底，掺杂硅衬底211、第一本征硅层212A和P型掺杂硅层213A构成异质结，第二本征硅层212B和N型掺杂硅层213B可以作为表面电场，降低表面复合速率，提高第二透明导电层230B 的电子收集能力。
如图5所示，当掺杂硅衬底211为P型硅衬底，掺杂硅衬底211、第二本征硅层212B和N型掺杂硅层213B构成异质结，第一本征硅层和P型掺杂硅层 213A形成表面电场。
同时，如图5所示，上述硅异质结电池还包括形成在N型掺杂硅层213B 上的第二透明导电层230B，用以收集电子。至于第一透明导电层230A和第二透明导电层230B的材质，则可以参考图4的相关描述。可以理解的是，该硅异质结电池还包括第一电极240A和第二电极240B，第一电极240A形成在第一透明导电层230A上，第二电极240B形成在第二透明导电层230B上。
由上可见，图5所示的异质结电池具有完全对称的结构，P型掺杂硅层213A 和N型掺杂硅层213B仅在掺杂元素的种类上有所区别，主体材料非常类似，第一透明导电层230A和第二透明导电层230B的材质可以为氧化铟锡(ITO)、掺钨氧化铟(In2O3:W，缩写为IWO)、氧化铟锌(IZO)、掺钛氧化铟薄(ITiO) 中的一种或多种，但不仅限于此。第一透明导电层230A和第二透明导电层230B 的材质可以相同，也可以不同，第一电极240A和第二电极240B的材质可以为 Ag、Al、Cu、W中的一种或多种，但不仅限于此。第一电极240A和第二电极 240B的材质可以相同，也可以不同。基于此，本发明实施例提供的异质结电池的受光面不受限制，既可以是形成P型掺杂硅层213A的一侧，也可以是形成N 型掺杂硅层213B的一侧。
在实际应用中，上述掺杂硅衬底211的材质可以为晶硅材质，掺杂类型可以为P型或N型。当掺杂类型为P型时，掺杂硅衬底211为P型硅衬底。当掺杂类型为N型时，掺杂硅衬底211为N型衬底。第一本征硅层212A和第二本征硅层212B的材质可以为本征非晶硅或本征微晶硅。P型掺杂硅层213A的材质可以为P型非晶硅或P型微晶硅。N型掺杂硅层213B的材质可以为N型非晶硅或N型微晶硅。
不管是图4所示的异质结电池，还是图5所示异质结电池，其中的界面反型层220包含极性有机分子。当界面反型层220形成在P型掺杂硅上时，界面反型层220所含有的极性有机分子与P型掺杂硅层213A中的硅原子成键，使得构成界面反型层220的极性有机分子可以均匀有序排列在P型掺杂硅层213A表面，从而保证界面反型层220具有的偶极矩方向从第一透明导电层230A指向P 型掺杂硅层213A。基于此，在P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间引入极性有机分子作为界面反型层220，可以在P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间引入电场，该电场的方向与偶极矩相同。而P型掺杂硅层 213A与第一透明导电层230A之间存在的界面电场方向则与偶极矩方向相反，因此，在P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间引入极性有机分子作为界面反型层220，可以降低P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A的界面电场强度。
如图4和图5所示，当P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A的界面电场强度降低时，第一透明导电层230A内的电子向P型掺杂硅层213A的扩散能力下降，减少P型掺杂硅层213A的空穴耗尽程度，使得P型掺杂硅层213A 的耗尽层宽度减小，因此，第一透明导电层230A影响P型掺杂硅层213A的能力下降，从而降低或消除P型掺杂硅层213A和第一透明导电层230A的材料相互作用力。
图6为本发明实施例中P型掺杂硅层、界面反型层以及第一透明导电层在在热力学平衡状态下的能带结构示意图。如图6所示，当第一透明导电层230A 影响P型掺杂硅层213A的能力下降时，第一透明导电层230A对P型掺杂硅层 213A的能带影响能力下降，可以降低P型掺杂硅层213A的能带弯曲程度。而当P型掺杂硅层213A的能带弯曲程度降低时，P型掺杂硅层213A与第一透明掺杂层之间的肖特基势垒也相应下降，因此，P型掺杂硅层213A的空穴(图6 中的箭头方向为空穴移动方向)比较容易越过肖特基势垒向第一透明导电层 230A传输，从而保证SHJ电池具有较高的空穴收集能力和填充因子，进而提高 SHJ电池性能。
如图6所示，当掺杂硅衬底211为N型硅衬底，掺杂硅衬底211、第一本征硅层212A和、P型掺杂硅层213A形成异质结。此时，P型掺杂硅层213A用于形成异质结。在界面反型层220的作用下，P型掺杂硅层213A的空穴耗尽程度减小，使得P型掺杂硅层213A的耗尽层宽度W比较窄，甚至消失，因此，P 型掺杂硅层213A不会完全耗尽。基于此，本发明实施例提供的异质结电池不会出现PN结不会失效的问题，内建电场也不会出现明显减弱，从而保证SHJ电池正常工作。
如图6所示，当掺杂硅衬底211为P型硅衬底，P型掺杂硅层213A可以作为硅异质结的表面电场使用。当P型掺杂硅层213A的空穴耗尽程度减小，可以保证P型掺杂硅层213A内的空穴不会被完全耗尽，因此，P型掺杂硅层213A 用于形成表面电场使用时，可以有效降低复合速率，提高电池效率。
从数学模型描述的角度来说，金属-半导体界面上肖特基势垒高度Φ可以由半导体材料的禁带宽度、电子亲和势，金属的功函数以及金属-半导体界面处相互作用的强度来描述。在没有界面反型层的情况下，以P型掺杂硅层为P型非晶硅a-Si:H(p)，第一透明导电层为ITO为例，P型掺杂硅层与第一透明导电层之间的肖特基势垒高度Φp(可以认为是图3所示的H)可以按照式一描述为：
ΦP＝Eg-φIITO+χa-Si:H(p)+Δa-Si:H(p)/ITO 式一
Δa-Si:H(p)/ITO为P型非晶硅a-Si:H(p)与ITO的相互作用强度，其与ITO和ITO 之间的界面材料结合情况关系密切，其绝对值及正负号由界面处原子间的化学成键情况决定。例如：P型非晶硅a-Si:H(p)表面存在硅原子的悬挂键与ITO中氧原子成键，并直接导致“费米能级钉扎”效应，即肖特基势垒高度随功函数的变化幅度有限且不明显，即使选择不同功函数的金属材料也无法显著改变特定半导体材料上的肖特基势垒高度，如同费米能级被“钉”在半导体禁带中的某一位置难以调整。
如图4～图6所示，当P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间引入界面反型层220时，P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的界面电场强度降低时，P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的相互作用力降低，因此，P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒高度接近肖特基-莫特(Schottky-Mott)模型所描述的肖特基势垒高度H。
如图4～图6所示，以P型掺杂硅层213A为P型非晶硅层a-Si:H(p)，第一透明导电层230A为ITO为例，当P型掺杂硅层213A和第一透明导电层230A 的材料相互作用力降低或消除时，式一中的Δa-Si:H(p)/ITO减小或等于0。如果P型掺杂硅层213A和第一透明导电层230A的材料相互作用力的相互作用力消失，那么Δa-Si:H(p)/ITO＝0。此时，P型掺杂层与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒高度Φp的描述模型趋近于式二所示的肖特基-莫特模型：
Φp＝Eg-φITO+χα-Si:H(p) 式二
如图4～图6所示，由式一和式二可知，本发明实施例提供的异质结电池中，在第一透明导电层230A与P型掺杂硅层213A之间引入界面反型层220，可以降低P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的相互作用力，以在“费米能级钉扎”效应影响较弱，甚至没有影响的情况下，选择恰当功函数第一透明导电层230A材料，降低P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒，从而进一步提高SHJ电池的性能。
如图4～图6所示，鉴于界面反型层220形成在P型掺杂硅层213A时，极性有机分子有序排列在P型掺杂硅层213A上，使得界面反型层220具有的偶极矩方向从第一透明导电层230A指向P型掺杂硅层213A。此时，界面反型层220 朝向P型掺杂硅层213A的一面具有负电荷。此时，P型掺杂硅层213A的能带向真空能级方向上移，使得P型掺杂硅层213A的电子亲和势降低。而根据式二可知，在P型掺杂硅层213A的电子亲和势降低时，P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒降低。
发明人研究发现，如图4～图6所示，由于界面反型层220的偶极矩大小与极性有机分子在P型掺杂硅层213A上的有序排列方式和极性有机分子类型有关。而界面反型层220的偶极矩大小又决定了界面反型层220朝向P型掺杂硅层 213A的表面负电荷密度。在此基础上，如果调控极性有机分子的类型和在P型掺杂硅层213A上的排列方式，界面反型层220朝向P型掺杂硅层213A的表面负电荷密度也会发生相应变化，继而控制P型掺杂硅层213A能带向真空能级方向上移的程度。而P型掺杂硅层213A能带向真空能级方向上移的程度越高，P型掺杂硅层213A的电子亲和势越小。基于此，可以调整极性有机分子的类型和有机分子的类型在P型掺杂硅层213A上的排列的方式，控制P型掺杂硅层213A 的电子亲和势，最终达到调节P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒的目的。并且，为了减少第一透明导电层230A对界面反型层220 的影响，可以适当性的选择极性有机分子的类型不同，使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间没有形成化学键，而是通过范德瓦尔斯力结合在一起，使得第一透明导电层230A对界面反型层220的影响比较小。此时，在调控P型掺杂硅层213A与第一透明导电层230A之间的肖特基势垒时，可以以界面反型层220和P型掺杂硅层213A形成的模型为研究对象，减少或杜绝第一透明导电层230A所带来的相关影响因子对该模型研究的影响。由此可见，在P型掺杂硅层213A和第一透明导电层230A之间引入包含极性有机分子构成的界面反型层 220，可以简化P型掺杂硅层213A与第一透明掺杂层之间的肖特基势垒的预估模型，提高异质结电池性能的可预测性，使得所制作的异质结电池性能比较容易满足设计要求。
在一种示例中，图7A～图7H示例出本发明实施例中极性有机分子与P型掺杂硅层的八种成键状态示意图。如图7A～图7H所示，从有机分子的类型在P型掺杂硅层213A上的排列方式来说，上述界面反型层220的结构为单分子层结构。此时，单分子层结构含有的极性有机分子与P型掺杂硅层213A表面的硅原子成键，使得极性有机分子有序排列在P型掺杂硅层213A的表面，形成界面反型层 220。并且，当界面反型层220的结构为单分子层结构时，极性有机分子可以均匀有序的排列在P型掺杂硅层213A表面，避免多层极性有机分子排列杂乱的可能，保证界面反型层220的偶极矩的一致性。
在一种示例中，从上述极性有机分子的类型来说，极性有机分子可以具有含高电负性元素的官能团，高电负性元素的电负性大于碳元素的电负性。如图 7A～图7H所示，这些含高电负性元素官能团与P型掺杂硅层213A中的硅原子成键。含高电负性元素的官能团与P型掺杂硅层213A中的硅原子成键。此时，极性有机分子形成的界面反型层220朝向P型掺杂硅层213A的一侧表面带负电荷，从而使得形成在P型掺杂硅层213A上的界面反型层220具有从第一透明导电层230A指向P型掺杂硅层213A的偶极矩。
上述含高电负性元素的官能团包括氨基、羟基、羧基、醛基、酚基中的一种或多种。这些含高电负性元素的官能团均含有活性氢，比较容易失去，因此，如图7A～图7H所示，当极性有机分子形成在P型掺杂硅层213A上时，这些含高电负性元素的官能团的活性氢很快失去，使得极性有机分子所含有的官能团极易与硅原子成键。
如图7A～图7H所示，上述极性有机分子还具有用于传导电子的共轭电子传导结构。这种极性有机分子靠近含高显电负的官能团的一端显负电，使得极性有机分子远离可显电负性的官能团的一端显正电，从而保证界面反型层220具有从第一透明导电层230A指向P型掺杂硅层213A的偶极矩。该共轭电子传导结构可以为共轭体系等比较利于电子传输的化学体系。
举例说明，上述共轭电子传导结构包括芳香基、烯基、炔基中的一种或多种。芳香基可以为苯基或萘基。烯基包括对异丙烯基、异丁烯基、丙烯基、乙烯基或烯丙基等。炔基可以为乙炔基等。这些基团具有共轭特征，在N、O等高负电性元素的诱导效应下，这些共轭体系上的成键电子云被吸附到含高负电性元素的官能团上，使得含高负电性元素的官能团与P型掺杂硅层的表面硅原子成键时，有机极性分子朝向P型掺杂硅层的一端显负电，而共轭电子传导结构的一端显正电。
可以理解的是，当上述极性有机分子为共轭分子时，在高负电性元素的诱导下，极性有机分子的共轭体系的成键电子云可以被充分的诱导至高负电性元素一端，从而保证极性有机分子与P型掺杂硅层的表面硅原子成键后，具有良好的极化效果和较大的偶极矩。这些极性有机分子可以包括4-乙炔基苯胺、对异丙烯基苯酚、4-叔丁基苯胺、丙烯醇、异丁烯醇、丙烯酸、4-烯丙基苯甲酸、 4-乙烯基苯甲醛中的一种或多种。
图7A示例出本发明实施例中P型掺杂硅层表面形成界面反型层的示意图一。其中，P型掺杂硅的材质为P型非晶硅，其表面具有大量Si-H2键，界面反型层 220的材料为对异丙烯基苯酚。对异丙烯基苯酚所含有的苯基和异丙基共轭，使得苯基和异丙基上的成键电子云可以离域。如图7A所示，当对异丙烯基苯酚形成在P型掺杂硅层213A的表面时，对异丙烯基苯酚的酚基与P型掺杂硅层213A 表面的硅原子形成Si-O键。由于Si-O键中的氧原子与苯环直接连接，相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导苯基和异丙基上的成键电子云向氧原子所在方向移动，因此，对异丙烯基苯酚所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而异丙基所在的一端带正电。此时，异丙基所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7B示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层的示意图二。图与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为4-乙炔基苯胺。4-乙炔基苯胺所含有的乙炔基和苯环共轭，使得苯基和乙炔基上的成键电子云可以离域。如图7B所示，当4-乙炔基苯胺形成在P型掺杂硅层213A的表面时，4-乙炔基苯胺的氨基与P型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-N键。由于Si-N键中的氮原子与苯环直接连接，相对于碳原子来说，氮原子电负性比较高，使得 Si-N键中的氮原子可以诱导乙炔基和苯环上的成键电子云向氮原子方向移动，因此，4-乙炔基苯胺所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而乙炔基所在的一端带正电。此时，乙炔基所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7C示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层220的示意图三。图7C与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为4-乙烯基苯甲醛。 4-乙烯基苯甲醛所含有的乙烯基和苯环共轭，使得苯基和乙烯基上的成键电子云可以离域。如图7C所示，当4-乙烯基苯甲醛形成在P型掺杂硅层213A的表面时，4-乙烯基苯甲醛的醛基与P型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-O键。由于Si-O键中的氧原子与苯环直接连接，相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导乙烯基和苯环上的成键电子云向氧原子方向移动，因此，4-乙烯基苯甲醛所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A 的表面带负电，而乙烯基所在的一端带正电。此时，乙烯基所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7D示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层220的示意图四。图7D与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为4-烯丙基苯甲酸。 4-烯丙基苯甲酸中的烯丙基、苯基和羧基中的C＝O双键可以发生共轭，使得烯丙基、苯基和羧基中的C＝O双键上的成键电子云可以离域。如图7D所示，当 4-烯丙基苯甲酸形成在P型掺杂硅层213A的表面时，4-烯丙基苯甲酸的羧基与 P型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-O键。相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导烯丙基、苯基和羧基中的C＝O双键上的成键电子云向Si-O键中氧原子方向移动，因此，4-烯丙基苯甲酸所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而烯丙基所在的一端带正电。此时，烯丙基所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220 与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7E示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层的示意图五。图7E与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为丙烯酸。丙烯酸中的 C＝C双键和羧基中的C＝O双键可以发生共轭，使得C＝C双键和C＝O双键上的成键电子云可以离域。如图7E所示，当丙烯酸形成在P型掺杂硅层213A的表面时，丙烯酸的羧基与P型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-O键。相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导丙烯酸中碳碳双键的成键电子云向氧原子方向移动，因此，丙烯酸所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而碳碳双键所在的另一端带正电。此时， C＝C双键所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7F示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层的示意图六。图7F与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为丙烯醇。如图7F所示，当丙烯醇形成在P型掺杂硅层213A的表面时，丙烯醇的羟基与P型掺杂硅层 213A表面的硅原子形成Si-O键。相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导丙烯醇中碳碳双键的成键电子云向氧原子方向移动，因此，丙烯醇所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而碳碳双键所在的另一端带正电。此时，碳碳双键所在的一端朝向第一透明导电层230A，并使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间可以采用范德瓦尔斯力结合在一起。
图7G示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层的示意图七。图7G与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为异丁烯醇。如图7G 所示，当异丁烯醇形成在P型掺杂硅层213A的表面时，异丁烯醇的羟基与P 型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-O键。相对于碳原子来说，氧原子电负性比较高，使得Si-O键中的氧原子可以诱导异丁烯醇中碳碳双键的成键电子云向氧原子方向移动，因此，异丁烯醇所形成界面反型层220靠近P型掺杂硅层 213A的表面带负电。但是，由于异丁烯醇所含有的碳碳双键与氧原子之间具有一个亚甲基，使得碳碳双键上的成键电子云向氧原子的方向移动的程度比较低，因此，当Si-O键中的氧原子诱导丙烯酸中碳碳双键的成键电子云向氮原子方向移动时，碳碳双键上的极化效果并不是很明显。基于此，以异丁烯醇为极性有机分子形成的界面反型层220朝向第一透明导电层230A的正电性不是特别明显，使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间的范德瓦尔斯力比较小。
图7H示例出本发明实施例中P型掺杂硅表面形成界面反型层的示意图八 。图7H与图7A的不同之处在于，界面反型层220的材料为4-叔丁基苯胺。如图 7G所示，当4-叔丁基苯胺形成在P型掺杂硅层213A的表面时，4-叔丁基苯胺的氨基与P型掺杂硅层213A表面的硅原子形成Si-N键。相对于碳原子来说，氮原子电负性比较高，使得Si-N键中的氮原子可以诱导4-叔丁基苯胺中碳碳双键的成键电子云向氮原子方向移动，因此，4-叔丁基苯胺所形成界面反型层220 靠近P型掺杂硅层213A的表面带负电，而苯环部分带正电。此时，由于苯环的4位还接有叔丁基，使得叔丁基朝向第一透明导电层230A。但是，由于叔丁基上没有双键，因此，当Si-N键中的氮原子诱导4-叔丁基苯胺中碳碳双键的成键电子云向氮原子方向移动时，叔丁基上的极化效果并不是很明显。基于此，以 4-叔丁基苯胺为极性有机分子形成的界面反型层220朝向第一透明导电层230A 的正电性不是特别明显，使得界面反型层220与第一透明导电层230A之间的范德瓦尔斯力比较小。
需要说明的是，上述极性有机分子可以是4-乙炔基苯胺、对异丙烯基苯酚、 4-叔丁基苯胺、丙烯醇、异丁烯醇、丙烯酸、4-烯丙基苯甲酸、4-乙烯基苯甲醛中的一种，也可以是两种或两种以上。
图8A～8D示例出本发明实施例提供的一种硅异质结电池的制作方法在各个阶段的结构状态示意图。本发明实施例提供的硅异质结电池的制作方法包括：
如图8A所示，提供一硅基底。该硅基底包括掺杂硅衬底301、P型掺杂硅层303A以及形成在掺杂硅衬底301和P型掺杂硅层303A之间的第一本征硅层 302A。掺杂硅衬底301可以为N型晶硅衬底，也可以为P型晶硅衬底。
如图8A所示，当掺杂硅衬底301为N型晶硅衬底时，硅基底还包括形成在掺杂硅衬底301的另一侧形成第二本征硅层302B和N型掺杂硅层303B，构成表面电场，用以降低表面复合速度。当掺杂硅衬底301为P型晶硅衬底时，需要在掺杂硅衬底301的另一侧形成第二本征硅层302B和N型掺硅杂层303B，使得N型掺杂硅层303B、第二本征硅层302B和P型晶硅基底构成异质结，用以将光能转换为电能。而P型掺杂硅层303A和第一本征硅层302A则用于形成表面电场，降低表面复合速度。
举例说明，如图8A所示，可以采用5wt％～50wt％的氢氧化钠水溶液或 10wt～30wt四甲基氢氧化铵水溶液等碱性液体对掺杂硅衬底301的正面进行制绒处理，在掺杂硅衬底301的正面沉积作为第一本征硅层302A的本征非晶硅薄膜；然后再在本征非晶硅薄膜上形成作为P型掺杂硅层303A的P型微晶硅薄膜。
另外，如图8A所示，可以对P型掺杂硅层303A进行表面活化处理，以方便后续在P型掺杂硅层303A上形成其它膜层。表面活化处理方式包括但不仅限于氢氟酸腐蚀方式、等离子处理方式等。
在一种示例中，上述表面活化处理方式为氢氟酸腐蚀方式。氢氟酸腐蚀方式实质是利用氢氟酸腐蚀图8A所示的P型掺杂硅层303A，以去除表面氧化硅等杂质，以使得Si-H键裸露。
举例说明：可以将硅基底浸没至质量浓度为0.5％～1％的氢氟酸水溶液进行腐蚀，腐蚀时间(60s～120s)可以视情况决定，只要保证Si-H键裸露即可。当腐蚀结束时，利用去离子水清洗硅基底。例如：当对于同一浓度的氢氟酸(例如质量浓度为0.5％、1％或0.8％)来说，如果硅基底表面的氧化情况或杂质比较严重时，可以将硅基底在氢氟酸水溶液的浸泡时间拉长至100s、110s或120s。当硅基底表面的氧化情况或杂质比较轻微时，可以将硅基底在氢氟酸水溶液的浸泡时间缩短至60s或70s。
在另一种示例中，上述表面活化处理方式为等离子处理方式。例如：可以将硅基底放置于工艺腔内，向工艺腔内通入HBr、HCl、CF4、SF6、C2F6、NF3、 CClF3、CBrF3等清洁气体，接着在射频电场的作用下，使得清洁气体等离子化。在此基础上，利用等离子体对图8A所示的P型掺杂硅层303A进行等离子处理。等离子处理时间(60s～120s)可以视情况决定。
在又一种示例中，可以采用氢氟酸腐蚀方式表面处理图8A所示的P型掺杂硅层303A后，接着采用等离子处理方式表面处理图8A所示的P型掺杂硅层 303A，不仅限于单独使用氢氟酸腐蚀方式和等离子处理方式对图8A所示的P 型掺杂硅层303A进行表面活化处理。
如图8B所示，在硅基底的P型掺杂硅层303A上形成界面反型层304。该界面反型层304包括极性有机分子，极性有机分子的种类可以根据前文描述选择。形成界面反型层304的沉积方式多种多样，包括但不仅限于分子自组装方式、真空热蒸发沉积方式和/或化学溶液沉积方式。
在一种示例中，如图8B所示，当采用真空热蒸发沉积方式在P型掺杂硅层 303A上形成界面反型层304时，将硅基底置于真空腔室内，将极性有机分子材料热蒸发，使其变为气态物质，然后沉积在P型掺杂硅层303A上。应理解，沉积温度与真空腔室的真空度有关，此处不做限定，只要保证在真空条件下，可以将极性有机分子材料蒸发即可。为了保证在P型掺杂硅层303A上形成的极性有机分子的层数为单分子层，可以在P型掺杂硅层303A沉积极性有机分子后，再在100℃～150℃的低温真空条件下进行热处理，以使得多余的极性有机分子可以脱附。应理解，此处单分子层可以为理论上的单分子层，也可以为接近单分子层。
例如：当极性有机分子为对异丙烯基苯酚时，可以在真空条件加热，使得对异丙烯基苯酚气化，并逐渐沉积在P型掺杂硅层的表面。而后，在100℃、120℃或150℃的真空条件下进行低温加热，使得沉积在P型掺杂硅层表面的多余极性有机分子脱附，从而形成单分子层结构的极性有机分子。
在另一种示例中，如图8B所示，采用化学溶液沉积方式在P型掺杂硅层 303A上形成界面反型层304时，可以在P型掺杂硅层303A与极性有机分子溶液接触的情况下，在P型掺杂硅层303A上形成界面反型层304。极性有机分子溶液的摩尔浓度为0.5mol/L～1mol/L。当然，可以采用加热的方式，激活极性有机分子与P型掺杂硅层303A的反应。加热温度可以为50℃～80℃，反应时间可以为60s～300s。
例如：可以将硅基底(经过活化处理)漂浮在极性有机分子的乙醇溶液上，使得P型掺杂硅层的表面与极性有机分子的乙醇溶液接触，接着于50℃～80℃水浴加热，反应时间可以根据实际情况选择，例如60s～300s，只要保证在P型掺杂硅层的表面形成定向排列的极性有机分子即可。在此之后，可以将硅基底浸入去离子水中清洗，并氮气干燥。
在此之后，如图8C所示，在界面反型层304上形成第一透明导电层305A。该第一透明导电层305A的材质可以参考图4和图5的相关的描述。在实际应用中，可以采用气相沉积法、溅射、热蒸发法等方式在界面反型层304上形成第一透明导电层305A。
可以理解的是，如图8C所示，当硅基底还包括形成在掺杂硅衬底301背离本征硅层的表面形成第二本征硅层302B，以及形成在第二本征硅层302B上的 N型掺杂硅层303B时，在形成第一透明导电层305A的这一制程中，还可以在 N型掺杂硅层303B上形成第二透明导电层305B。
如图8D所示，当完成第一透明导电层305A制作后，在第一透明导电层305A 上形成第一电极306A，在掺杂硅衬底301背离第一本征硅层302A的一侧(例如：在N型掺杂硅层303B上)形成第二电极306B。第一电极306A和第二电极306B的材料可以为Cu、Ag、Al等金属中的一种或多种。至于形成第一电极 306A和第二电极306B的方式，则可以为丝网印刷工艺或其它图形化工艺。
例如：可以采用丝网印刷工艺在第一透明导电层上形成电极浆料，在第二透明导电层上形成电极浆料，接着进行固化退火处理，从而完成硅异质结电池的制作。此处电极浆料所含有的导电颗粒可以为Ag、Al、Cu、W等中的一种或多种，但不仅限于此。
图9A～9G示例出本发明实施例提供的另一种硅异质结电池的制作方法在各个阶段的结构状态示意图。本发明实施例提供的硅异质结电池的制作方法包括如下步骤：
如图9A所示，对N型单晶硅衬底401进行制绒清洗。制绒操作可以是对N 型单晶硅衬底401的一面，也可以是两面进行制绒操作，所使用的溶液可以参考前文描述。
如图9B所示，在N型单晶硅衬底401的第一面和第二面均沉积本征非晶硅薄膜，使得N型单晶硅衬底401的第一面形成第一本征非晶硅膜402A，N型单晶硅衬底401的第二面形成第二本征非晶硅膜402B。沉积本征非晶硅薄膜的工艺可以为化学气相沉积工艺。例如：可以以硅烷为工艺气体，采用射频等离子体增强化学气相沉积设备(RF-PECVD设备)在N型单晶硅衬底401的第一面和第二面沉积本征非晶硅薄膜，用以形成第一本征非晶硅膜402A和第二本征非晶硅膜402B。
如图9C所示，在第一本征非晶硅膜402A上形成N型微晶硅氧合金薄膜 403A。在实际应用中，可以以H2稀释硅烷添加CO2作为混合气源，控制双面沉积本征非晶硅薄膜的N型单晶硅衬底401的温度，沉积气压以及CO2的浓度比 CO2/(CO2+SiH4)，在等离子体放电作用下CO2、SiH4和H2之间反应，在第一本征非晶硅膜402A上生成N型微晶硅氧合金薄膜403A。
如图9D所示，在第二本征硅非晶硅膜402B上形成P型微晶硅薄膜403B。在实际应用中，可以以硅烷为工艺气体，采用射频等离子体增强化学气相沉积设备(RF-PECVD设备)在第二本征硅非晶硅膜402B沉积P型微晶硅薄膜403B。
将图9D所获得的硅片浸入氢氟酸水溶液浸泡一定时间，再用去离子水清洗，以达到对硅片进行活化处理的目的。
例如：氢氟酸水溶液质量浓度为1％，浸泡时间60s。又例如：氢氟酸水溶液质量浓度为0.5％，浸泡时间120s。又例如：氢氟酸水溶液质量浓度为0.7％，反应时间90s。
如图9E所示，采用化学溶液沉积法在P型微晶硅薄膜403B上沉积一层对异丙烯基苯酚，使得P型微晶硅薄膜403B上形成界面反型层404。
在一种示例中，图9D所获得的硅片衬底漂浮在1moL/L的对异丙烯基苯酚的乙醇溶液上，P型微晶硅薄膜一侧与对异丙烯基苯酚的乙醇溶液接触，50℃水浴加热300s。在此基础上，将图9E所获得硅片衬底浸入去离子水清洗并氮气干燥。
在另一种示例中，图9D所获得的硅片衬底漂浮在0.5moL/L的丙烯醇的乙醇溶液上，P型微晶硅薄膜403B一侧与丙烯醇的乙醇溶液接触，80℃水浴加热 60s。在此基础上，将图9E所获得硅片衬底浸入去离子水清洗并氮气干燥。
在又一种示例中，图9D所获得的硅片衬底漂浮在0.8moL/L的4-叔丁基苯胺的乙醇溶液上，P型微晶硅薄膜403B一侧与4-叔丁基苯胺的乙醇溶液接触， 70℃水浴加热150s。在此基础上，将图9E所获得硅片衬底浸入去离子水清洗并氮气干燥。
如图9F所示，在界面反型层404和N型微晶硅氧合金薄膜403A上形成透明导电材料，使得N型微晶硅氧合金薄膜403A形成第一透明导电层405A，界面反型层404上形成第二透明导电层405B。
如图9G所示，采用丝网印刷工艺在第一透明导电层405A上形成第一电极 406A，在的第二透明导电层405B上形成第二电极406B，最后经过固化退火，完成硅异质结电池制作。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种硅异质结电池，其特征在于，包括：
硅基底，所述硅基底包括掺杂硅衬底、P型掺杂硅层、以及形成在所述掺杂硅衬底和所述P型掺杂硅层之间的第一本征硅层；
形成在所述P型掺杂硅层上的界面反型层；
以及形成在所述界面反型层上的第一透明导电层；其中，
所述界面反型层包含具有用于传导电子的共轭电子传导结构的极性有机分子，所述极性有机分子与所述P型掺杂硅层中的硅原子成键，所述极性有机分子包括4-乙炔基苯胺、对异丙烯基苯酚、4-叔丁基苯胺、丙烯醇、异丁烯醇、丙烯酸、4-烯丙基苯甲酸、4-乙烯基苯甲醛中的一种或多种；所述界面反型层具有从所述第一透明导电层指向所述P型掺杂硅层的偶极矩；所述界面反型层与所述第一透明导电层之间通过范德瓦尔斯力结合在一起。
2.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述界面反型层的结构为单分子层结构。
3.根据权利要求1所述的硅异质结电池，其特征在于，所述极性有机分子具有含高电负性元素的官能团，所述高电负性元素的电负性大于碳元素的电负性，所述含高电负性元素的官能团与所述P型掺杂硅层中的硅原子成键；所述极性有机分子具有的官能团包括氨基、羟基、羧基、醛基、酚基中的一种或多种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的硅异质结电池，其特征在于，所述共轭电子传导结构包括芳香基、烯基、炔基中的一种或多种。
5.根据权利要求1～3任一项所述的硅异质结电池，其特征在于，所述掺杂硅衬底为N型硅衬底或P型硅衬底。
6.根据权利要求1～3任一项所述的硅异质结电池，其特征在于，所述硅基底还包括第二本征硅层和N型掺杂硅层，所述第二本征硅层形成在所述掺杂硅衬底远离第一本征硅层的一侧，所述N型掺杂硅层形成在所述第二本征硅层上；所述硅异质结电池还包括形成在所述N型掺杂硅层上的第二透明导电层。
7.一种硅异质结电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供一硅基底；所述硅基底包括掺杂硅衬底、P型掺杂硅层以及形成在所述掺杂硅衬底和所述P型掺杂硅层之间的第一本征硅层；
在所述P型掺杂硅层上形成界面反型层；
在所述界面反型层上形成第一透明导电层；其中，
所述界面反型层包括具有用于传导电子的共轭电子传导结构的极性有机分子，所述极性有机分子与所述P型掺杂硅层中的硅原子成键，所述极性有机分子包括4-乙炔基苯胺、对异丙烯基苯酚、4-叔丁基苯胺、丙烯醇、异丁烯醇、丙烯酸、4-烯丙基苯甲酸、4-乙烯基苯甲醛中的一种或多种；所述界面反型层具有从所述第一透明导电层指向所述P型掺杂硅层的偶极矩；所述界面反型层与所述第一透明导电层之间通过范德瓦尔斯力结合在一起。
8.根据权利要求7所述的硅异质结电池的制作方法，其特征在于，所述提供一硅基底后，所述在所述P型掺杂硅层上形成界面反型层前，所述硅异质结电池的制作方法包括：
对所述P型掺杂硅层进行表面活化处理；其中，
所述表面活化处理的方式为氢氟酸腐蚀方式和/或等离子处理方式；所述界面反型层的沉积方式为真空热蒸发沉积方式和/或化学溶液沉积方式。
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