CN113113502A - 一种异质结太阳能电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于晶体硅太阳能电池领域，涉及一种异质结太阳能电池及制备方法。针对现有技术中异质结太阳能电池P型掺杂层热稳定性差导致B原子容易扩散进入非晶硅本征层、纯乙硼烷气体掺杂形成的P型掺杂层光学禁带宽度低、高浓度乙硼烷气体掺杂导致掺硼非晶硅的缺陷态密度和发射极复合电流密度增加等P型掺杂层设计不完善的技术问题。本方案提供了一种异质结太阳能电池及制备方法，通过将P型掺杂层设计成叠层结构，包括设置的与本征非晶硅层接触的含三甲基硼气体沉积的第一P型掺杂层，以及至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积的硼掺杂浓度递增的整体层状结构，制备步骤简单，成本低廉，得到的异质结太阳能电池性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种异质结太阳能电池及制备方法。
背景技术
异质结电池，又称HJT电池(Hetero-junction with IntrinsicThin-layer)，是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳能电池，特点在于制备工艺温度低、转换效率高、高温特性好。图1是HJT太阳电池的结构示意图。它是以N型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的N型c-Si正面依次沉积厚度为5～10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、P型非晶薄膜(p-a-Si:H)，从而形成P-N异质结。在硅片背面依次沉积厚度为5～10nm的i-a-Si:H薄膜、N型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场。在掺杂a-Si:H薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)，最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极。这就是异质结电池的典型结构。制备时一般首先对单晶硅衬底层进行制绒清洗处理，然后在单晶硅衬底层正面沉积本征非晶硅层和N型非晶硅层，在单晶硅衬底层背面沉积本征非晶硅和P型非晶硅层，然后在N/P型非晶硅层镀透明导电薄膜，最后在透明导电薄膜上制作金属电极。即现有异质结太阳能电池的结构是在N型单晶硅片双面分别制备一层非晶硅本征层和掺杂层。其中非晶硅本征层主要是钝化晶体硅表面缺陷，减少表面缺陷态，从而降低载流子复合；P型非晶硅掺杂层主要是与N型晶硅形成PN结，N型非晶硅掺杂层是与N型晶硅形成场效应的钝化层。P型非晶硅掺杂层主要是采用乙硼烷(B2H6)气体掺杂完成非晶硅掺杂层，一般为单层掺杂层。
如中国发明专利申请公布号CN112466977A，申请日为2018年08月02日，名称为：一种硅异质结电池及其制作方法；公开了方法为降低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。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。但存在以下缺点：(1)乙硼烷气体掺杂形成的非晶硅掺杂层P层热稳定性差，B原子容易扩散进入非晶硅本征层，影响本征层的钝化效果，导致太阳能电池的开路电压低，导致太阳能电池的转换效率低；(2)乙硼烷气体掺杂形成的非晶硅掺杂层P层的禁带宽度低，增强了对短波和长波区域光子的寄生性吸收，光学损失增加，导致太阳能电池的短路电流低，导致太阳能电池的转换效率低；(3)工艺过程中乙硼烷气体掺杂浓度的增加，会导致掺硼非晶硅的缺陷态密度和发射极复合电流密度的增加，降低电池开路电压。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中异质结太阳能电池P型掺杂层热稳定性差导致B原子容易扩散进入非晶硅本征层、纯乙硼烷气体掺杂形成的P型掺杂层光学禁带宽度低、高浓度乙硼烷气体掺杂导致掺硼非晶硅的缺陷态密度和发射极复合电流密度增加等P型掺杂层设计不完善的技术问题。本方案提供了一种异质结太阳能电池及制备方法，通过将P型掺杂层设计成叠层结构，包括设置与本征非晶硅层接触的含三甲基硼气体沉积的第一P型掺杂层，以及至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积的硼掺杂浓度递增的整体层状结构，制备步骤简单，成本低廉，得到的异质结太阳能电池性能优异。
2.技术方案
为达到上述目的，提供的技术方案为：
本发明的一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括基体片、设置在基体片顶表面和底表面上的电极，基体片包括：
单晶硅衬底层；
两组本征非晶硅层，两组本征非晶硅层包括设置在单晶硅衬底层顶侧的第一组本征非晶硅层和设置在单晶硅衬底层底侧的第二组本征非晶硅层；
P型掺杂层，所述P型掺杂层设置在所述第一组本征非晶硅层的顶侧；
N型掺杂层，所述N型掺杂层设置在所述第二组本征非晶硅层的底侧；
透光导电层，所述透光导电层分别设置在所述的P型掺杂层顶侧和所述N型掺杂层的底侧，所述电极设置在所述透光导电层的表面上；
所述P型掺杂层为从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向的叠层结构，包括第一P型掺杂层，所述第一P型掺杂层与所述第一组本征非晶硅层接触，所述第一P型掺杂层为含三甲基硼气体沉积而成的整体层状结构，所述第一P型掺杂层上至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成的硼掺杂浓度递增的整体层状结构。
进一步地，所述P型掺杂层包括从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一P型掺杂层，所述第一P型掺杂层为含有三甲基硼气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；
第二P型掺杂层，所述第二P型掺杂层为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；
第三P型掺杂层，所述第三P型掺杂层为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼重掺杂整体层状结构。
进一步地，所述第一P型掺杂层、第二P型掺杂层和第三P型掺杂层的厚度分别为2～10nm；所述P型掺杂层的厚度为10～20nm。
进一步地，所述第一组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一本征非晶硅层，
第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层均为硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第二本征非晶硅层的致密性比所述第一本征非晶硅层高，
第三本征非晶硅层，所述第三本征非晶硅层为含硅烷和氢气气体沉积的叠层钝化层。
进一步地，所述第三本征非晶硅层为包括从所述第二本征非晶硅层顶侧指向电极方向致密性依次增大的至少三层整体层状钝化结构。
进一步地，所述第二组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层底侧指向电极方向依次排布的以下两层结构：
第四本征非晶硅层，
第五本征非晶硅层，所述第四本征非晶硅层和第五本征非晶硅层均为含硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第五本征非晶硅层的致密性比所述第四本征非晶硅层高。
进一步地，所述所述第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层、第四本征非晶硅层和第五本征非晶硅层的厚度分别为0.5～5nm。
进一步地，所述N型掺杂层的厚度为5～10nm；所述透光导电层的厚度为90～110nm。
进一步地，所述单晶硅衬底层为N型单晶硅衬底层。
一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
设置单晶硅衬底层；
在单晶硅衬底层的顶侧设置第一组本征非晶硅层，在单晶硅衬底层的底侧设置第二组本征非晶硅层；
在第二组本征非晶硅层的底侧设置N型掺杂层；
在第一组本征非晶硅层的顶侧设置P型掺杂层；
在P型掺杂层的顶侧和N型掺杂层的底侧设置透光导电层；
在透光导电层的暴露在外的表面上施加电极；
所述P型掺杂层的制备包括：在所述第一组本征非晶硅层上使用含三甲基硼气体沉积形成第一P型掺杂层，在所述第一P型掺杂层上使用三甲基硼和乙硼烷气体至少沉积两层硼掺杂浓度递增的整体层状结构。
进一步地，设置P型掺杂层包括以下步骤：
使用含氢气氛、硅烷和三甲基硼气体沉积形成硼轻掺杂的第一P型掺杂层；
使用含氢气氛、硅烷、三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成硼轻掺杂的第二P型掺杂层；
使用含氢气氛、硅烷、三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成硼重掺杂的第三P型掺杂层。
进一步地，制备第一P型掺杂层中，三甲基硼和硅烷的气体流量比为1～5；制备第二P型掺杂层种，三甲基硼和乙硼烷的气体流量比为1～5；制备第三P型掺杂层时，三甲基硼和乙硼烷气体的体积比为0.2～1。
进一步地，设置第一组本征非晶硅层包括如下步骤：
在单晶硅衬底层的顶侧用含硅烷气体高速沉积形成第一本征非晶硅层；
在第一本征非晶硅层上用含硅烷气体低速沉积形成第二本征非晶硅层；
在第二本征非晶硅层上用不同氢气和硅烷气体流量比沉积形成具有叠层钝化结构的第三本征非晶硅层。
通过在电池的P面采用三层本征非晶硅层保证P面的硅片表面有足够的钝化效果，也能防止B离子扩散到单晶硅衬底层的表面造成电池钝化性能下降。第一组本征非晶硅层结构设计的关键点在于第一本征非晶硅层是采用纯硅烷高速沉积的非晶硅层，沉积速度为0.6～1.2nm/s，第一本征非晶硅层对于防止外延硅生长能够起到很好的抑制作用；第二本征非晶硅层是采用纯硅烷低速沉积的非晶硅层，沉积速度为0.2～0.6nm/s，能够形成相对于第一本征非晶硅层比较致密的非硅晶钝化层，对硅片表面起到最主要的钝化效果，同时致密的膜层结构能够防止掺杂原子扩散影响硅片表面的钝化性能。
进一步地，所述第三本征非晶硅层包括从所述第二本征非晶硅层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一钝化层，所述第一钝化层的氢气和硅烷气体流量比为1～5；
第二钝化层，所述第二钝化层的氢气和硅烷气体流量比为5～10；
第三钝化层，所述第三钝化层的氢气和硅烷气体流量比为10～15。
第三本征非晶硅层采用叠层结构，其作用包括钝化硅片表面和防止掺杂扩散进入内层结构，该叠层结构分别采用不同的硅烷和氢气气体流量比例，在腔室内通相同气体流量的硅烷的情况下，其同腔室内氢气的气体流量相对比例越大，则钝化层的沉积速率越低，钝化层的沉积速率越低则沉积的非晶硅膜越致密，所以该叠层结构由内到外，致密性依次增大，能够很好地防止B离子扩散。该叠层结构不仅局限于层，可以是更多层，只要保持逐渐递增的致密性即可，只要能提供部分的钝化性能即可。
进一步地，设置第二组本征非晶硅层包括如下步骤：
在单晶硅衬底层的底侧用含硅烷气体高速沉积形成第四本征非晶硅层；
在第四本征非晶硅层上用含氢气和硅烷气体低速沉积形成第五本征非晶硅层。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种异质结太阳能电池及制备方法，通过三甲基硼掺杂形成的低浓度的第一P型掺杂层，三甲基硼被等离子体轰击后会产生会多活性基团，如CH2B-和CHB-，这些基团能够使B离子与SiH2-/SiH-键合在一起，增加热稳定性，另外掺杂浓度比较低，B离子向第一组本征非晶硅层扩散的几率小，第一组本征非晶硅层的钝化性能几乎不会受到B离子影响。
(2)本发明的一种异质结太阳能电池及制备方法，兼顾需要合适的B掺杂浓度，在第二P型掺杂层采用在三甲基硼气体中加入少量的乙硼烷进行掺杂，以三甲基硼为主，保证形成的内建电场有足够的宽度，膜层禁带宽度不会太窄而吸收过多的光，既保持了足够的掺杂浓度，又通过三甲基硼分解后的活性基团来调整第二P型掺杂层的禁带宽度，无单纯使用乙硼烷掺杂造成禁带宽度窄的问题。第三P型掺杂层具有较高的掺杂浓度，保证了薄膜的导电性，以及与后续要沉积的TCO薄膜保持良好的电接触，为重掺杂，而乙硼烷的掺杂效果优于三甲基硼，所以第三层采用在乙硼烷气体中加入少量的三甲基硼进行重掺杂，以乙硼烷为主。高浓度的乙硼烷会使得薄膜中缺陷态密度会明显增加，而在加入三甲基硼后，可以通过三甲基硼分解出来的C原子能够提高费米能级，增加缺陷形成的自由能，也能影响禁带宽度，使其增加0.1～0.3eV。
(3)本发明的一种异质结太阳能电池，整个P型掺杂层，由于三甲基硼引入了CH3-、CH2-基团降低掺硼非晶硅薄膜的折射率，减少薄膜的光学寄生性吸收损失，也进一步降低薄膜接触界面的复合。同时在纯三甲基硼形成的第一P型掺杂层上制备含有乙硼烷和三甲基硼的硼掺杂浓度递增的叠层结构。解决了P型掺杂层热稳定性差导致B原子容易扩散进入非晶硅本征层、纯乙硼烷气体掺杂形成的P型掺杂层光学禁带宽度低、高浓度乙硼烷气体掺杂导致掺硼非晶硅的缺陷态密度和发射极复合电流密度增加等P型掺杂层设计不完善的技术问题。基于以上优化，最终实现低缺陷态密度、高光学带隙的发射极结构，进一步提高HIT太阳电池的光电转换性0.05～0.2％。
附图说明
图1为现有技术中异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例1中异质结太阳能电池的结构示意图。
图中：
1、单晶硅衬底层；2-1、第一本征非晶硅层；2-2、第二本征非晶硅层；2-3、第三本征非晶硅层；2-4、第四本征非晶硅层；2-5、第五本征非晶硅层；3-1、第一P型掺杂层；3-2、第二P型掺杂层；3-3、第三P型掺杂层；4、N型掺杂层；5、透光导电层；6、电极。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
下面结合附图2对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的一种异质结太阳能电池，包括基体片、设置在基体片顶表面和底表面上的电极6，基体片包括：
单晶硅衬底层1，本实施例的单晶硅衬底层1为N型单晶硅衬底层，尺寸为156.75mm，厚度为180μm。
两组本征非晶硅层，两组本征非晶硅层包括设置在单晶硅衬底层1顶侧的第一组本征非晶硅层和设置在单晶硅衬底层底侧的第二组本征非晶硅层。
所述第一组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一本征非晶硅层2-1，厚度1nm，本实施例中1nm为最佳值，实际中，在0.5～5nm范围均可实现本申请技术效果。
第二本征非晶硅层2-2，所述第一本征非晶硅层2-1和第二本征非晶硅层2-2均为硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第二本征非晶硅层2-2的致密性比所述第一本征非晶硅层2-1高，厚度1nm，本实施例中1nm为最佳值，实际中，在0.5～5nm范围均可实现本申请技术效果。
第三本征非晶硅层2-3，所述第三本征非晶硅层2-3为含硅烷和氢气气体沉积的叠层钝化层，厚度6nm。
本实施例中，所述第三本征非晶硅层2-3包括从所述第二本征非晶硅层2-2顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一钝化层，所述第一钝化层的氢气和硅烷气体流量比为3；第二钝化层，所述第二钝化层的氢气和硅烷气体流量比为5；第三钝化层，所述第三钝化层的氢气和硅烷气体流量比为10，厚度均为2nm。
所述N型掺杂层4的厚度为5nm。所述透光导电层5的厚度为90nm。
所述第二组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层底侧指向电极方向依次排布的以下两层结构：
第四本征非晶硅层2-4，厚度5nm。
第五本征非晶硅层2-5，所述第四本征非晶硅层2-4和第五本征非晶硅层2-5均为含硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第五本征非晶硅层2-5的致密性比所述第四本征非晶硅层2-4高，厚度5nm。
P型掺杂层，所述P型掺杂层设置在所述第一组本征非晶硅层的顶侧。
所述P型掺杂层为从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向的叠层结构，包括第一P型掺杂层3-1，所述第一P型掺杂层3-1与所述第一组本征非晶硅层接触，所述第一P型掺杂层3-1为含三甲基硼气体沉积而成的整体层状结构，所述第一P型掺杂层3-1上至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成的硼掺杂浓度递增的整体层状结构。本实施例中，所述所述第一P型掺杂层3-1为含有三甲基硼气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构。还包括：第二P型掺杂层3-2，所述第二P型掺杂层3-2为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；第三P型掺杂层3-3，所述第三P型掺杂层3-3为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼重掺杂整体层状结构。所述第一P型掺杂层3-1、第二P型掺杂层3-2和第三P型掺杂层3-3的厚度均为5nm；所述P型掺杂层的厚度为15nm。
N型掺杂层4，所述N型掺杂层4设置在所述第二组本征非晶硅层的底侧；所述N型掺杂层4的厚度为10nm。
透光导电层5，所述透光导电层5分别设置在所述的P型掺杂层顶侧和所述N型掺杂层4的底侧，所述电极6设置在所述透光导电层5的表面上；所述透光导电层5的厚度为100nm。
本实施例的一种异质结太阳能电池，具有低缺陷态密度、高光学带隙的发射极结构，提高了异质结太阳能电池的光电转换性能。
实施例2
本实施例的一种高效硅异质结太阳能电池，基本同实施例1，其不同之处在于：
第三本征非晶硅层2-3，所述第三本征非晶硅层2-3为含硅烷和氢气气体沉积的叠层钝化层，厚度6nm。
本实施例中，所述第三本征非晶硅层2-3包括从所述第二本征非晶硅层2-2顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一钝化层，所述第一钝化层的氢气和硅烷气体流量比为3，厚度均为1nm；第二钝化层，所述第二钝化层的氢气和硅烷气体流量比为5，厚度均为2nm；第三钝化层，所述第三钝化层的氢气和硅烷气体流量比为10，厚度为3nm。
实施例3
本实施例的一种异质结太阳能电池，包括基体片、设置在基体片顶表面和底表面上的电极6，基体片包括：
单晶硅衬底层1，本实施例的单晶硅衬底层1为N型单晶硅衬底层，尺寸为156.75mm，厚度为180μm。
两组本征非晶硅层，两组本征非晶硅层包括设置在单晶硅衬底层1顶侧的第一组本征非晶硅层和设置在单晶硅衬底层底侧的第二组本征非晶硅层。
所述第一组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一本征非晶硅层2-1，厚度3nm。
第二本征非晶硅层2-2，所述第一本征非晶硅层2-1和第二本征非晶硅层2-2均为硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第二本征非晶硅层2-2的致密性比所述第一本征非晶硅层2-1高，厚度3nm。
第三本征非晶硅层2-3，所述第三本征非晶硅层2-3为含硅烷和氢气气体沉积的叠层钝化层，厚度9nm。
本实施例中，所述第三本征非晶硅层2-3包括从所述第二本征非晶硅层2-2顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一钝化层，所述第一钝化层的氢气和硅烷气体流量比为3；第二钝化层，所述第二钝化层的氢气和硅烷气体流量比为5；第三钝化层，所述第三钝化层的氢气和硅烷气体流量比为10，厚度均为3nm。
所述N型掺杂层4的厚度为8nm。所述透光导电层5的厚度为100nm。
所述第二组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层底侧指向电极方向依次排布的以下两层结构：
第四本征非晶硅层2-4，厚度3nm。
第五本征非晶硅层2-5，所述第四本征非晶硅层2-4和第五本征非晶硅层2-5均为含硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第五本征非晶硅层2-5的致密性比所述第四本征非晶硅层2-4高，厚度3nm。
P型掺杂层，所述P型掺杂层设置在所述第一组本征非晶硅层的顶侧。
所述P型掺杂层为从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向的叠层结构，包括第一P型掺杂层3-1，所述第一P型掺杂层3-1与所述第一组本征非晶硅层接触，所述第一P型掺杂层3-1为含三甲基硼气体沉积而成的整体层状结构，所述第一P型掺杂层3-1上至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成的硼掺杂浓度递增的整体层状结构。本实施例中，所述所述第一P型掺杂层3-1为含有三甲基硼气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构。还包括：第二P型掺杂层3-2，所述第二P型掺杂层3-2为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；第三P型掺杂层3-3，所述第三P型掺杂层3-3为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼重掺杂整体层状结构。所述第一P型掺杂层3-1、第二P型掺杂层3-2和第三P型掺杂层3-3的厚度均为5nm；所述P型掺杂层的厚度为15nm。
N型掺杂层4，所述N型掺杂层4设置在所述第二组本征非晶硅层的底侧；所述N型掺杂层4的厚度为10nm。
透光导电层5，所述透光导电层5分别设置在所述的P型掺杂层顶侧和所述N型掺杂层5的底侧，所述电极6设置在所述透光导电层5的表面上；所述透光导电层5的厚度为100nm。
本实施例的一种异质结太阳能电池，具有低缺陷态密度、高光学带隙的发射极结构，提高了异质结太阳能电池的光电转换性能。
实施例4
本实施例为实现实施例1的一种异质结太阳能电池及制备方法，包括以下步骤：
(1)对尺寸为156.75mm、厚度为180μm的单晶硅衬底层，进行制绒和清洗处理，本实施例中单晶硅衬底层为N型单晶硅片。
(2)通过PECVD设备在单晶硅衬底层顶侧(P面)沉积第一组本征非晶硅层，第一组本征非晶硅层包括第一本征非晶硅层2-1、第二本征非晶硅层2-2和第三本征非晶硅层2-3。
第一本征非晶硅层2-1是指在单晶硅衬底层1的顶面(P面)采用纯硅烷SiH4高速沉积(沉积速度为0.6～1.2nm/s)的钝化层，厚度0.5～5nm；
第二本征非晶硅层2-2是指在第一本征非晶硅层2-1顶侧采用纯硅烷SiH4低速沉积(沉积速度为0.2～0.6nm/s)的钝化层，厚度0.5～5nm。
第三本征非晶硅层2-3是指在第二本征非晶硅层顶侧2-2采用硅烷SiH4和氢气低速沉积的叠层钝化层，该叠层钝化层包括三层采用不同[H2]/[SiH4]气体流量比例沉积形成的钝化层，第一钝化层气体流量比为1～5，厚度为0.5～5nm，第二钝化层气体流量比为5～10，厚度为0.5～5nm，第三钝化层气体流量比为10～15，厚度为0.5～5nm。
第三本征非晶硅层2-3采用叠层结构，其作用包括钝化硅片表面和防止掺杂扩散进入内层结构，该叠层结构的三层膜分别采用不同的气体流量比例＝[SiH4]/[H2]，第一钝化层气体流量比为[H2]/[SiH4]＝1～5，第二钝化层气体流量比为[H2]/[SiH4]＝5～10，第三钝化层气体流量比为[H2]/[SiH4]＝10～15，在腔室内通相同气体流量的SiH4情况下，其同腔室内H2的气体流量相对比例越大，则膜层的沉积速率越低，膜层的沉积速率越低则沉积的非晶硅膜越致密，所以该叠层结构由内到外，致密性依次增大，能够很好地防止B离子扩散，该叠层结构也不仅限于三层，可是很多层，只要保持逐渐递增的致密性即可，但也要提供部分的钝化性能。
(3)通过PECVD设备在电池的单晶硅衬底层1的底侧(N面)沉积第二组本征非晶硅层，包括第四本征非晶硅层2-4和第五本征非晶硅层2-5。其中第四本征非晶硅层2-4是指在单晶硅衬底层1的N面采用纯硅烷SiH4高速沉积(沉积速度为0.6～1.2nm/s)的钝化层，厚度0.5～5nm；第五本征非晶硅层2-5是指在第四本征非晶硅层2-4底面采用硅烷SiH4和氢气低速沉积的钝化层，气体流量比为5～10，厚度为0.5～5nm。
(4)使用等离子体增强化学气相在第二组本征非晶硅层的底侧沉积制备N型非晶硅层，即N型掺杂层4，厚度为5～10nm。
(5)使用等离子体化学气相在第一组本征非晶硅层的顶侧沉积制备P型非晶硅层，即P型掺杂层，总厚度10～20nm。
对于P型掺杂层厚度设置重要性小于流量比(使用等离子体化学气相沉积制备P型非晶硅层，总厚度10～20nm；假设SiH4气体流量为1，那么在第一组本征非晶硅层的顶侧沉积第一P型掺杂层3-1，其为采用三甲基硼气体掺杂形成轻掺杂层，气体流量比[TMB]/[SiH4]为1～5，厚度为2～10nm；在第一P型掺杂层3-1的顶侧沉积第二P型掺杂层3-2，其采用气体流量比[TMB]/[B2H6]为1～5进行掺杂形成掺杂层，厚度为2～10nm；在第二P型掺杂层3-2的顶侧沉积第三P型掺杂层3-3，其采用[TMB]/[B2H6]体积比为0.2～1进行掺杂形成重掺杂层，厚度为2～10nm。
第一P型掺杂层3-1沉积条件为：气体流量SiH4(硅烷气体)为200～400sccm、TMB(三甲基硼气体)为600～2000sccm、H2为200～1000sccm,气压范围为0.5～2mbar，射频功率范围为1000～3000W，厚度2～10nm，温度为190～200℃；
第二P型掺杂层3-1沉积条件为：气体流量B2H6为200～400sccm、TMB为200～2000sccm、SiH4为200～500sccm、H2为200～1000sccm,气压范围为0.5～2mbar,射频功率范围为1000～2000W，厚度2～10nm，温度为190～200℃；
第三P型掺杂层3-1沉积条件为：气体流量TMB为200～400sccm、B2H6(乙硼烷)为200～2000sccm、SiH4为200～500sccm、H2为200～1000sccm,气压范围为0.5～2mbar,射频功率范围为1000～2000W，厚度2～10nm，温度为190～200℃。
本实施例中，第一P型掺杂层3-1、第二P型掺杂层3-2和第三P型掺杂层3-3的两种气体流量比分别为1、1和0.5，为最佳值。第一P型掺杂层3-1、第二P型掺杂层3-2和第三P型掺杂层3-3三层厚度分别为2nm、3nm、5nm，为最佳值。针对厚度遵循逐渐增加原则，最内层的最薄，最外层的最厚。
(6)通过PVD设备在电池的N/P面分别沉积厚度90～110nm的透光导电层5(TCO导电膜)。
(7)通过丝网印刷形成正背面Ag电极。
(8)通过固化使得银栅线与TCO导电膜之间形成良好的欧姆接触。
(9)进行测试电池的电性能。
本实施例制备的异质结太阳能电池如图2所示。
对比例1
现有技术的异质结电池的结构如图1所示：
1.首先对N型单晶硅片进行制绒清洗处理。
2.在硅片正面沉积本征非晶硅和N型非晶硅薄膜，其正面本征非晶硅层包括两层：
第一层：纯SiH4气体沉积，速率为0.7nm/s，厚度为3nm；
第二层：SiH4和H2两种气体，其流量比为SiH4:H2＝1:10，沉积速率为1.2nm/s，厚度为5nm。N型非晶硅薄膜是值SiH4、H2、PH3三种气体混合，沉积速率为1.4nm/s，厚度为8nm。
3.在硅片背面沉积本征非晶硅和P型非晶硅薄膜，其正面本征非硅层包括两层：第一层：纯SiH4气体沉积速率为0.75nm/s，厚度为4nm；第二层：SiH4和H2两种气体，其流量比为SiH4:H2＝1:10，沉积速率为1.2nm/s，厚度为6nm。P型非晶硅薄膜是值SiH4、H2、B2H6三种气体混合，沉积速率为2nm/s，厚度为10nm。
4.在非晶硅上镀透明导电薄膜，透明导电薄膜的厚度90nm。
5.最后在透明导电薄膜上制作金属电极。
6.测试电池效率以及电参数。
表1对比例和实施例制备的异质结太阳能电池性能对比
由表1可看出：
1.从电流Isc方面来看，实验组与对比组数据有10mA左右提升，说明本申请的P型掺杂层设置能够提升膜层导电性，减少电流传输过程的电流损耗；带隙宽度提升0.1～0.3eV会作用于电流方面，使之提高。
2.从开路电压Voc方面来看存在提升0.2～0.5mV，说明本申请的本征非晶硅层2-1、2-2和2-3的设置能够起到提升钝化性能的作用，即一定程度降低B原子扩散影响。
3.从填充因子Fff方面来看，效率提升主要是由于FF提升带来的，相比对比例FF提升0.14～0.33％，其FF提升主要是钝化效果变好，另外也得益于膜层间的接触电阻减小。说明该发明的结构设计的确能够减少B原子复合影响提升钝化性能和P型掺杂层三层叠层设置减小膜层间的接触电阻，降低电阻损耗。
Claims (15)
1.一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括基体片、设置在基体片顶表面和底表面上的电极，其特征在于：基体片包括：
单晶硅衬底层；
两组本征非晶硅层，两组本征非晶硅层包括设置在单晶硅衬底层顶侧的第一组本征非晶硅层和设置在单晶硅衬底层底侧的第二组本征非晶硅层；
P型掺杂层，所述P型掺杂层设置在所述第一组本征非晶硅层的顶侧；
N型掺杂层，所述N型掺杂层设置在所述第二组本征非晶硅层的底侧；
透光导电层，所述透光导电层分别设置在所述的P型掺杂层顶侧和所述N型掺杂层的底侧，所述电极设置在所述透光导电层的表面上；
所述P型掺杂层为从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向的叠层结构，包括第一P型掺杂层，所述第一P型掺杂层与所述第一组本征非晶硅层接触，所述第一P型掺杂层为含三甲基硼气体沉积而成的整体层状结构，所述第一P型掺杂层上至少设置两层含三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成的硼掺杂浓度递增的整体层状结构。
2.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述P型掺杂层包括从所述第一组本征非晶硅层的顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一P型掺杂层，所述第一P型掺杂层为含有三甲基硼气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；
第二P型掺杂层，所述第二P型掺杂层为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼轻掺杂整体层状结构；
第三P型掺杂层，所述第三P型掺杂层为含有三甲基硼和乙硼烷气体沉积而成的硼重掺杂整体层状结构。
3.根据权利要求2所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一P型掺杂层、第二P型掺杂层和第三P型掺杂层的厚度分别为2～10nm；所述P型掺杂层的厚度为10～20nm。
4.根据权利要求1所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述第一组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一本征非晶硅层，
第二本征非晶硅层，所述第一本征非晶硅层和第二本征非晶硅层均为硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第二本征非晶硅层的致密性比所述第一本征非晶硅层高，
第三本征非晶硅层，所述第三本征非晶硅层为含硅烷和氢气气体沉积的叠层钝化层。
5.根据权利要求4所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述第三本征非晶硅层为包括从所述第二本征非晶硅层顶侧指向电极方向致密性依次增大的至少三层整体层状钝化结构。
6.根据权利要求4所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述第二组本征非晶硅层包括从所述单晶硅衬底层底侧指向电极方向依次排布的以下两层结构：
第四本征非晶硅层，
第五本征非晶硅层，所述第四本征非晶硅层和第五本征非晶硅层均为含硅烷气体沉积形成的整体层状钝化结构，所述第五本征非晶硅层的致密性比所述第四本征非晶硅层高。
7.根据权利要求6所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述所述第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、第三本征非晶硅层、第四本征非晶硅层和第五本征非晶硅层的厚度分别为0.5～5nm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述N型掺杂层的厚度为5～10nm；所述透光导电层的厚度为90～110nm。
9.根据权利要求8所述的一种异质结太阳能电池，其特征在于：所述单晶硅衬底层为N型单晶硅衬底层。
10.一种权利要求1-9任一项所述的异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
设置单晶硅衬底层；
在单晶硅衬底层的顶侧设置第一组本征非晶硅层，在单晶硅衬底层的底侧设置第二组本征非晶硅层；
在第二组本征非晶硅层的底侧设置N型掺杂层；
在第一组本征非晶硅层的顶侧设置P型掺杂层；
在P型掺杂层的顶侧和N型掺杂层的底侧设置透光导电层；
在透光导电层的暴露在外的表面上施加电极；
所述P型掺杂层的制备包括：在所述第一组本征非晶硅层上使用含三甲基硼气体沉积形成第一P型掺杂层，在所述第一P型掺杂层上使用三甲基硼和乙硼烷气体至少沉积两层硼掺杂浓度递增的整体层状结构。
11.根据权利要求10所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：设置P型掺杂层包括以下步骤：
使用含氢气氛、硅烷和三甲基硼气体沉积形成硼轻掺杂的第一P型掺杂层；
使用含氢气氛、硅烷、三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成硼轻掺杂的第二P型掺杂层；
使用含氢气氛、硅烷、三甲基硼和乙硼烷气体沉积形成硼重掺杂的第三P型掺杂层。
12.根据权利要求11所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：制备第一P型掺杂层中，三甲基硼和硅烷的气体流量比为1～5；制备第二P型掺杂层种，三甲基硼和乙硼烷的气体流量比为1～5；制备第三P型掺杂层时，三甲基硼和乙硼烷气体的体积比为0.2～1。
13.根据权利要求10所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：设置第一组本征非晶硅层包括如下步骤：
在单晶硅衬底层的顶侧用含硅烷气体高速沉积形成第一本征非晶硅层；
在第一本征非晶硅层上用含硅烷气体低速沉积形成第二本征非晶硅层；
在第二本征非晶硅层上用不同氢气和硅烷气体流量比沉积形成具有叠层钝化结构的第三本征非晶硅层。
14.根据权利要求13所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述第三本征非晶硅层包括从所述第二本征非晶硅层顶侧指向电极方向依次排布的以下三层结构：
第一钝化层，所述第一钝化层的氢气和硅烷气体流量比为1～5；
第二钝化层，所述第二钝化层的氢气和硅烷气体流量比为5～10；
第三钝化层，所述第三钝化层的氢气和硅烷气体流量比为10～15。
15.根据权利要求10所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：设置第二组本征非晶硅层包括如下步骤：
在单晶硅衬底层的底侧用含硅烷气体高速沉积形成第四本征非晶硅层；
在第四本征非晶硅层上用含氢气和硅烷气体低速沉积形成第五本征非晶硅层。
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