CN114068751B - 一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构及制备方法，包括：p型基底层；p型基底层的一侧依次形成有隧道结层、n型非晶硅层、第一i型非晶硅钝化层、p+型非晶硅层、SiON钝化层、第一透明导电薄膜和p型电极；p型基底层的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层、n+型非晶硅欧姆接触层、第二透明导电薄膜和n型电极。本发明的太阳能电池结构通过在单晶GaAs薄膜上制备非晶硅实现，其可以大大降低GaAs太阳能电池的制备成本，提高Si太阳能电池的转换效率。

Description

一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构及制备方法。
背景技术
日益增长的能源消费量给世界各国带来了巨大的挑战，虽然发展太阳能不是解决能源短缺的唯一办法，但作为可再生能源的太阳能不仅可以解决能源短缺，同时还可以给各国经济带来新的增长点。
太阳能电池主要分为晶体硅太阳能电池和GaAs太阳能电池。晶体硅太阳能电池目前占据绝大部分的市场份额，而GaAs太阳能电池是新能源、新材料的典型代表之一。虽然GaAs太阳能电池已实现最高光电转换效率达46％，但是GaAs技术难度和成本也都更大，难以满足大规模的生产需求。尤其是多结GaAs电池，三结GaAs太阳能电池有三个PN结，一般需要生长近30层外延层，外延结构的设计、每一层制备质量都直接影响整个GaAs太阳能电池的性能。从具体的应用角度来看，由于GaAs太阳能电池制备成本较高，因此目前主要还是应用在宇宙空间探测利用等方面，在地面使用较少。
基于以上问题，有必要提出一种既能够解决Si太阳能电池转换效率低的问题，又能够解决GaAs太阳能电池制备工艺复杂、制备成本高的太阳能电池的结构。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构及制备方法，该太阳能电池结构通过在单晶GaAs薄膜上制备非晶硅实现，其可以大大降低GaAs太阳能电池的制备成本，提高Si太阳能电池的转换效率。
本发明公开了一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构，包括：p型基底层；
所述p型基底层的一侧依次形成有隧道结层、n型非晶硅层、第一i型非晶硅钝化层、p+型非晶硅层、SiON钝化层、第一透明导电薄膜和p型电极；
所述p型基底层的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层、n+型非晶硅欧姆接触层、第二透明导电薄膜和n型电极。
作为本发明的进一步改进，所述p型基底层为p型GaAs层或p型InxGa1-xAs层，0<x<1。
作为本发明的进一步改进，所述隧道结层由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述n型非晶硅层的厚度为5～50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3～1×1020/cm3；
所述第一i型非晶硅钝化层的厚度为5～20nm；
所述p+型非晶硅层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述n型非晶硅功能层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3。
本发明提供一种上述GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，包括：
步骤1：p型基底层的制备：
取一块p型GaAs单晶棒，用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40～50μm的GaAs片；对切割出的GaAs片通过化学机械抛光工艺进一步地减薄，将厚度减薄至1～10μm，以留作备用；
步骤2：由n型非晶硅和p型非晶硅组成的隧道结层的制备：
采用等离子体增强化学气相制备法在p型基底层的一侧进行隧道结的制备，n型非晶硅厚度为1～10nm，p型非晶硅的厚度为1～10nm，制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤3：非晶硅子电池的制备：
在所述隧道结层上利用PECVD依次制备n型非晶硅层、第一i型非晶硅层和p+型非晶硅层；制备的温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤4：SiON钝化层的制备：
在所述p+型非晶硅层上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为5～20nm；制备温度为200℃～900℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，N2O的流速为20sccm～60sccm，整体制备的时间为20s～100s；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备：
在p型基底层的另一侧利用PECVD依次制备第二i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层和n+型非晶硅欧姆接触层；制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备时间为60s～300s；
步骤6：透明导电薄膜的制备：
分别在所述SiON钝化层和n+型非晶硅欧姆接触层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜；在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜；腔室内的压强为500mTorr～1100mTorr，温度为200℃～400℃，功率为300W～600W；
步骤7：电极的制备：
分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Al/Ti/Au或Au/Ge/Ni或Ti/Pd/Ag。
作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述p型基底层还可通过离子注入的方式制备；即向切割完毕的GaAs单晶片中注入氢离子或氢离子和氦离子共注入，注入剂量为1×1016/cm3～1×1018/cm3，注入能量为100keV～800keV。注入完毕后，将GaAs放置在退火炉中进行退火，退火温度为150℃～250℃，退火时间为1h～5h；
在步骤2～5中，所述隧道结层、非晶硅子电池、SiON钝化层、GaAs异质结子电池还可通过磁控溅射的方式制备。
本发明还提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构，包括：n型基底层；
所述n型基底层的一侧依次形成有隧道结层、p型非晶硅层、第一i型非晶硅钝化层、n+型非晶硅层、第一透明导电薄膜和n型电极；
所述n型基底层的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层、p型非晶硅功能层、p+型非晶硅欧姆接触层、SiON钝化层、第二透明导电薄膜和p型电极。
作为本发明的进一步改进，所述n型基底层为n型GaAs层或n型InxGa1-xAs层，0<x<1。
作为本发明的进一步改进，所述隧道结层由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述p型非晶硅层的厚度为5～50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3～1×1020/cm3；
所述第一i型非晶硅钝化层的厚度为5～20nm；
所述n+型非晶硅层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述p型非晶硅功能层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
所述p+型非晶硅欧姆接触层的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3。
本发明提供一种上述GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，包括：
步骤1：n型基底层的制备：
取一块n型GaAs单晶棒，用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40～50μm的GaAs片；对切割出的GaAs片通过化学机械抛光工艺进一步地减薄，将厚度减薄至1～10μm，以留作备用；
步骤2：由p型非晶硅和n型非晶硅组成的隧道结层的制备：
采用等离子体增强化学气相制备法在n型基底层的一侧进行隧道结的制备，p型非晶硅厚度为1～10nm，n型非晶硅的厚度为1～10nm，制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤3：非晶硅子电池的制备：
在所述隧道结层上利用PECVD依次制备p型非晶硅层、第一i型非晶硅层和n+型非晶硅层；制备的温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤4：GaAs异质结子电池的制备：
在n型基底层的另一侧利用PECVD依次制备第二i型非晶硅钝化层、p型非晶硅功能层和p+型非晶硅欧姆接触层；制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备时间为60s～300s；
步骤5、SiON钝化层的制备：
在所述p+型非晶硅欧姆接触层上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为5～20nm；制备温度为200℃～900℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，N2O的流速为20sccm～60sccm，整体制备的时间为20s～100s；
步骤6：透明导电薄膜的制备：
分别在所述SiON钝化层和n+型非晶硅层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜；在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜；腔室内的压强为500mTorr～1100mTorr，温度为200℃～400℃，功率为300W～600W；
步骤7：电极的制备：
分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备n型电极和p型电极，电极材料的组成为Ti/Al/Ti/Au或Au/Ge/Ni或Ti/Pd/Ag。
作为本发明的进一步改进，在步骤1中，所述n型基底层还可通过离子注入的方式制备；即，向切割完毕的GaAs单晶片中注入氢离子或氢离子和氦离子共注入，注入剂量为1×1016/cm3～1×1018/cm3，注入能量为100keV～800keV。注入完毕后，将GaAs放置在退火炉中进行退火，退火温度为150℃～250℃，退火时间为1h～5h；
在步骤2～5中，所述隧道结层、非晶硅子电池、SiON钝化层、GaAs异质结子电池还可通过磁控溅射的方式制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明主要通过在GaAs单晶薄膜上利用PECVD法分别制备出非晶硅子电池和GaAs异质结子电池，最终实现双面双结薄膜太阳能电池；该结构的太阳能电池相比非晶硅和GaAs单结太阳能电池，光电转换效率有所提高；可以节省材料，同时可以与建筑材料共同使用，应用领域广。
附图说明
图1为本发明实施例1的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的示意图；
图2为本发明实施例4的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的示意图。
图中：
1.p型电极、2.第一透明导电薄膜、3.SiON钝化层、4.p+型非晶硅层、5.第一i型非晶硅钝化层、6.n型非晶硅层、7.隧道结层、8.GaAs基底层、9.第二i型非晶硅钝化层、10.n型非晶硅功能层、11.n+型非晶硅欧姆接触层、12.第二透明导电薄膜、13.n型电极；
1’.n型电极、2’.透明导电薄膜、3’.n+型非晶硅层、4’.第一i型非晶硅钝化层、5’.p型非晶硅层、6’.隧道结层、7’.GaAs基底层、8’.第二i型非晶硅钝化层、9’.p型非晶硅功能层、10’.p+型非晶硅功能层、11’.SiON钝化层、12’.透明导电薄膜、13’.p型电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构，包括：p型电极1、第一透明导电薄膜2、SiON钝化层3、p+型非晶硅层4、第一i型非晶硅钝化层5、n型非晶硅层6、隧道结层7、GaAs基底层8、第二i型非晶硅钝化层9、n型非晶硅功能层10、n+型非晶硅欧姆接触层11、第二透明导电薄膜12和n型电极13；其中，
p型基底层8的一侧依次形成有隧道结层7、n型非晶硅层6、第一i型非晶硅钝化层5、p+型非晶硅层4、SiON钝化层3、第一透明导电薄膜2和p型电极1；p型基底层8的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层9、n型非晶硅功能层10、n+型非晶硅欧姆接触层11、第二透明导电薄膜12和n型电极13。具体的：
p型基底层8为p型GaAs层或p型InxGa1-xAs层，0<x<1，厚度为1～10μm；
隧道结层7由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
n型非晶硅层6的厚度为5～50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3～1×1020/cm3；
第一i型非晶硅钝化层5、第二i型非晶硅钝化层9的厚度为5～20nm；
p+型非晶硅层4的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
n型非晶硅功能层10的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
n+型非晶硅欧姆接触层11的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3。
如图2所示，本发明还提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构，包括：n型电极1’、透明导电薄膜2’、n+型非晶硅层3’、i型非晶硅钝化层4’、p型非晶硅层5’、隧道结层6’、GaAs基底层7’、i型非晶硅钝化层8’、p型非晶硅功能层9’、p+型非晶硅功能层10’、SiON钝化层11’、透明导电薄膜12’、p型电极13’；其中，
n型基底层7’的一侧依次形成有隧道结层6’、p型非晶硅层5’、第一i型非晶硅钝化层4’、n+型非晶硅层3’、第一透明导电薄膜2’和n型电极1’；n型基底层7’的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层8’、p型非晶硅功能层9’、p+型非晶硅欧姆接触层10’、SiON钝化层11’、第二透明导电薄膜12’和p型电极13’；具体的：
n型基底层7’为n型GaAs层或n型InxGa1-xAs层，0<x<1，厚度为1～10μm；
隧道结层6’由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
p型非晶硅层5’的厚度为5～50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3～1×1020/cm3；
第一i型非晶硅钝化层4’、第二i型非晶硅钝化层8’的厚度为5～20nm；
n+型非晶硅层3’的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
p型非晶硅功能层9’的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3；
p+型非晶硅欧姆接触层10’的厚度为5～20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3～1×1021/cm3。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，包括：
步骤1：p型GaAs单晶薄膜的制备。首先，取一块p型GaAs单晶棒，然后用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40μm的GaAs片。然后对切割出的GaAs晶圆片通过化学机械抛光工艺(CMP)进一步地减薄，将厚度减薄至1μm，以留作备用；
步骤2：隧道结的制备。采用等离子体增强化学气相制备(PECVD)法在GaAs单晶薄膜的一侧进行隧道结的制备。隧道结由n型非晶硅和p型非晶硅组成，n型非晶硅厚度为10nm，p型非晶硅的厚度为10nm。制备的温度为450℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为4sccm，整体制备的时间为60s，制备的厚度为10nm，掺杂浓度为1×1020/cm3；
步骤3：非晶硅子电池的制备。在隧道结上利用PECVD依次制备n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅。制备的温度为450℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为60sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅的厚度分别为10nm，10nm和20nm；
步骤4：SiON钝化层的制备。在p+型非晶硅上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为10nm。制备的温度为400℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，N2O的流速为50sccm，整体制备的时间为60s；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备。在GaAs单晶薄膜的另一侧利用PECVD依次制备i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层和n+型非晶硅欧姆接触层。制备的温度为500℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，i型非晶硅钝化层的制备厚度为10nm，n型非晶硅功能层的厚度为20nm，n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为10nm；
步骤6：透明导电薄膜的制备。分别在SiON钝化层和n+型非晶硅欧姆接触层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜。在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm；
步骤7：电极的制备。分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Pd/Ag。
实施例2：
本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，与实施例1的主要区别在于p型GaAs单晶薄膜的制备主要采用离子注入的方式，其包括：
步骤1：p型GaAs单晶薄膜的制备。首先，取一块p型GaAs单晶棒，然后用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为50μm的GaAs片。然后对切割出的GaAs晶圆片进行离子注入，注入的离子为氢离子，注入的能量为300keV，氢离子的注入剂量为7×1016/cm3。注入完毕后，将GaAs片放置在退火炉中，退火温度为200℃，退火时间为1小时。退火完毕后可获得厚度约为2.5μm的GaAs薄膜，对GaAs薄膜进行抛光，最终GaAs薄膜的厚度约为2μm，以留作备用；
步骤2：隧道结的制备。采用等离子体增强化学气相制备(PECVD)法在GaAs单晶薄膜的一侧进行隧道结的制备。隧道结由n型非晶硅和p型非晶硅组成，n型非晶硅厚度为5nm，p型非晶硅的厚度为10nm。制备的温度为500℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为4sccm，整体制备的时间为60s，制备的厚度为10nm，掺杂浓度为1×1020/cm3；
步骤3：非晶硅子电池的制备。在隧道结上利用PECVD依次制备n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅。制备的温度为450℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为60sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅的厚度分别为10nm，10nm和20nm；
步骤4：SiON钝化层的制备。在p+型非晶硅上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为10nm。制备的温度为300℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，N2O的流速为50sccm，整体制备的时间为60s；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备。在GaAs单晶薄膜的另一侧利用PECVD依次制备i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层和n+型非晶硅欧姆接触层。制备的温度为500℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，i型非晶硅钝化层的制备厚度为10nm，n型非晶硅功能层的厚度为20nm，n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为10nm；
步骤6：透明导电薄膜的制备。分别在SiON钝化层和n+型非晶硅欧姆接触层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜。在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm；
步骤7：电极的制备。分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Pd/Ag。
实施例3：
本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，与实施例1的主要区别在于采用磁控溅射法制备非晶硅，其包括：
步骤1：p型GaAs单晶薄膜的制备。首先，取一块n型GaAs单晶棒，然后用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40μm的GaAs片。然后对切割出的GaAs晶圆片通过化学机械抛光工艺(CMP)进一步地减薄，将厚度减薄至2μm，以留作备用；
步骤2：隧道结的制备。采用磁控溅射法在GaAs单晶薄膜的一侧进行隧道结的制备。隧道结由n型非晶硅和p型非晶硅组成，n型非晶硅厚度为5nm，p型非晶硅的厚度为15nm。制备的温度为250℃，在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击硅靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面形成非晶硅薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm，掺杂浓度为1×1020/cm3；
步骤3：非晶硅子电池的制备。在隧道结上利用磁控溅射法依次制备n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅。制备的温度为250℃，腔室内的压强为500mTorr，高能粒子Ar+轰击硅靶材表面，功率为300W，制备的厚度为10nm，n型非晶硅、i型非晶硅和p+型非晶硅的厚度分别为10nm，10nm和20nm；
步骤4：SiON钝化层的制备。在p+型非晶硅上利用磁控溅射法制备一层SiON钝化层，厚度为10nm。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为350W；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备。在GaAs单晶薄膜的另一侧利用磁控溅射法依次制备i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层和n+型非晶硅欧姆接触层。制备的温度为300℃，腔室内的压强为800mTorr，功率为300W，i型非晶硅钝化层的制备厚度为10nm，n型非晶硅功能层的厚度为20nm，n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为10nm；
步骤6：透明导电薄膜的制备。分别在SiON钝化层和n+型非晶硅欧姆接触层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜。在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm；
步骤7：电极的制备。分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Pd/Ag。
实施例4：
如图2所示，本发明提供一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，与实施例1的主要区别在于基底层选择n型GaAs，其包括：
步骤1：n型GaAs单晶薄膜的制备。首先，取一块n型GaAs单晶棒，然后用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40μm的GaAs片。然后对切割出的GaAs晶圆片通过化学机械抛光工艺(CMP)进一步地减薄，将厚度减薄至1μm，以留作备用；
步骤2：隧道结的制备。采用等离子体增强化学气相制备(PECVD)法在GaAs单晶薄膜的一侧进行隧道结的制备。隧道结由p型非晶硅和n型非晶硅组成，p型非晶硅厚度为10nm，n型非晶硅的厚度为10nm。制备的温度为450℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为4sccm，整体制备的时间为60s，制备的厚度为10nm，掺杂浓度为1×1020/cm3；
步骤3：非晶硅子电池的制备。在隧道结上利用PECVD依次制备p型非晶硅、i型非晶硅和n+型非晶硅。制备的温度为450℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为60sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，p型非晶硅、i型非晶硅和n+型非晶硅分别为10nm，10nm和20nm；
步骤4：透明导电薄膜的制备。在n+型非晶硅上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜。在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备。在GaAs单晶薄膜的另一侧利用PECVD依次制备i型非晶硅钝化层、p型非晶硅功能层和p+型非晶硅欧姆接触层。制备的温度为500℃，腔室内的压强为900mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，PH3的流速为5sccm，i型非晶硅钝化层的制备厚度为10nm，p型非晶硅功能层的厚度为20nm，n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为10nm；
步骤6：SiON钝化层的制备。在p+型非晶硅上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为10nm。制备的温度为450℃，腔室内的压强为800mTorr，SiH4的流速为50sccm，H2的流速为400sccm，N2O的流速为50sccm，整体制备的时间为60s；
步骤7：透明导电薄膜的制备。在SiON钝化层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜。在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜。腔室内的压强为500mTorr，温度为200℃，功率为300W，制备的厚度为10nm；
步骤8：电极的制备。分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Pd/Ag。
本发明的优点为：
本发明主要通过在GaAs单晶薄膜上利用PECVD法分别制备出非晶硅子电池和GaAs异质结子电池，最终实现双面双结薄膜太阳能电池。这种太阳能电池的制备方法，相比传统的分子束制备(MBE)或金属有机化学气相制备(MOCVD)法制备的太阳能电池，工艺简单，成本降低，有利于工业化大规模的生产制造。此外，这种结构的太阳能电池相比非晶硅和GaAs单结太阳能电池，光电转换效率有所提高。最后，这种薄膜太阳能电池可以节省材料，同时可以与建筑材料共同使用，应用领域广。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，
所述GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构包括：p型基底层；所述p型基底层的一侧依次形成有隧道结层、n型非晶硅层、第一i型非晶硅钝化层、p+型非晶硅层、SiON钝化层、第一透明导电薄膜和p型电极；所述p型基底层的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层、n+型非晶硅欧姆接触层、第二透明导电薄膜和n型电极；
所述制备方法，包括：
步骤1：p型基底层的制备：
取一块p型GaAs单晶棒，用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40~50μm的GaAs片；对切割出的GaAs片通过化学机械抛光工艺进一步地减薄，将厚度减薄至1~10μm，以留作备用；
步骤2：由n型非晶硅和p型非晶硅组成的隧道结层的制备：
采用等离子体增强化学气相制备法在p型基底层的一侧进行隧道结的制备，n型非晶硅厚度为1~10nm，p型非晶硅的厚度为1~10nm，制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤3：非晶硅子电池的制备：
在所述隧道结层上利用PECVD依次制备n型非晶硅层、第一i型非晶硅层和p+型非晶硅层；制备的温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤4：SiON钝化层的制备：
在所述p+型非晶硅层上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为5~20nm；制备温度为200℃～900℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，N2O的流速为20sccm～60sccm，整体制备的时间为20s～100s；
步骤5：GaAs异质结子电池的制备：
在p型基底层的另一侧利用PECVD依次制备第二i型非晶硅钝化层、n型非晶硅功能层和n+型非晶硅欧姆接触层；制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备时间为60s～300s；
步骤6：透明导电薄膜的制备：
分别在所述SiON钝化层和n+型非晶硅欧姆接触层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜；在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜；腔室内的压强为500mTorr～1100mTorr，温度为200℃～400℃，功率为300W～600W；
步骤7：电极的制备：
分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备p型电极和n型电极，电极材料的组成为Ti/Al/Ti/Au或Au/Ge/Ni或Ti/Pd/Ag。
2.如权利要求1所述的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述隧道结层由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述n型非晶硅层的厚度为5~50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3~1×1020/cm3；
所述第一i型非晶硅钝化层的厚度为5~20nm；
所述p+型非晶硅层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述n型非晶硅功能层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述n+型非晶硅欧姆接触层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3。
3.如权利要求1所述的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述p型基底层还可通过离子注入的方式制备；
在步骤2~5中，所述隧道结层、非晶硅子电池、SiON钝化层、GaAs异质结子电池还可通过磁控溅射的方式制备。
4.一种GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，
所述GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构包括：n型基底层；所述n型基底层的一侧依次形成有隧道结层、p型非晶硅层、第一i型非晶硅钝化层、n+型非晶硅层、第一透明导电薄膜和n型电极；所述n型基底层的另一侧依次形成有第二i型非晶硅钝化层、p型非晶硅功能层、p+型非晶硅欧姆接触层、SiON钝化层、第二透明导电薄膜和p型电极；
所述制备方法，包括：
步骤1：n型基底层的制备：
取一块n型GaAs单晶棒，用金刚石切割线从GaAs单晶棒切割出厚度为40~50μm的GaAs片；对切割出的GaAs片通过化学机械抛光工艺进一步地减薄，将厚度减薄至1~10μm，以留作备用；
步骤2：由p型非晶硅和n型非晶硅组成的隧道结层的制备：
采用等离子体增强化学气相制备法在n型基底层的一侧进行隧道结的制备，p型非晶硅厚度为1~10nm，n型非晶硅的厚度为1~10nm，制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤3：非晶硅子电池的制备：
在所述隧道结层上利用PECVD依次制备p型非晶硅层、第一i型非晶硅层和n+型非晶硅层；制备的温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备的时间为60s～300s；
步骤4：GaAs异质结子电池的制备：
在n型基底层的另一侧利用PECVD依次制备第二i型非晶硅钝化层、p型非晶硅功能层和p+型非晶硅欧姆接触层；制备温度为400℃～600℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，PH3的流速为2sccm～6sccm，整体制备时间为60s～300s；
步骤5、SiON钝化层的制备：
在所述p+型非晶硅欧姆接触层上利用PECVD制备一层SiON钝化层，厚度为5~20nm；制备温度为200℃～900℃，腔室内的压强为800mTorr～1100mTorr，SiH4的流速为40sccm～60sccm，H2的流速为300sccm～500sccm，N2O的流速为20sccm～60sccm，整体制备的时间为20s～100s；
步骤6：透明导电薄膜的制备：
分别在所述SiON钝化层和n+型非晶硅层上利用磁控溅射法制备一层透明导电薄膜；在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子Ar+轰击铟锡合金靶材或氧化铟锡靶材表面，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，溅射粒子制备到基体表面与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜；腔室内的压强为500mTorr～1100mTorr，温度为200℃～400℃，功率为300W～600W；
步骤7：电极的制备：
分别在GaAs双面双结太阳能电池的上下表面制备n型电极和p型电极，电极材料的组成为Ti/Al/Ti/Au或Au/Ge/Ni或Ti/Pd/Ag。
5.如权利要求4所述的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述隧道结层由n型非晶硅和p型非晶硅组成，总厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述p型非晶硅层的厚度为5~50nm，掺杂浓度为1×1018/cm3~1×1020/cm3；
所述第一i型非晶硅钝化层的厚度为5~20nm；
所述n+型非晶硅层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述p型非晶硅功能层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3；
所述p+型非晶硅欧姆接触层的厚度为5~20nm，掺杂浓度为5×1018/cm3~1×1021/cm3。
6.如权利要求4所述的GaAs双面双结薄膜太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述n型基底层还可通过离子注入的方式制备；
在步骤2~5中，所述隧道结层、非晶硅子电池、SiON钝化层、GaAs异质结子电池还可通过磁控溅射的方式制备。
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