CN117276360B - 一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，本发明的新型晶硅异质结太阳能电池结构利用磁控溅射沉积碳化硅材料，可以实现光生载流子的高效抽取和输运，降低串联电阻，并且碳化硅材料的折射率在空气与非晶硅之间，又可以作为导电减反层替代透明导电氧化物降低入射光反射率，同时减少大面积金属栅线的使用；本发明提供的基于非绒面平面结构N型单晶硅片的晶硅异质结太阳能电池结构，采用碳化硅叠层减反结构取代制绒步骤，实现降低电池片的表面入射光反射率，简化工艺流程、降低后续沉积难度，提高电池质量和产能。

Description

一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用。
背景技术
晶硅异质结太阳能电池具有能量转换效率高、低温制造工艺简单、温度系数低和双面发电等一系列优势，被誉为下一代的光伏技术。虽然异质结（HJT）电池效率已经超过26%，成本也在逐渐下降，但是其发电成本还是高于传统技术的发电成本。因此，为了推动光伏发电平价上网，亟需开发新的关键材料、结构和工艺技术，进一步提升HJT光电转换效率和降低生产成本。
前表面光的反射导致的光学损失被认为是影响异质结（HJT）太阳能电池效率提高的一个重要因素。在现有技术中，通过表面织构化形成的绒面结构结合减反膜是降低光反射率的主要技术。在晶硅异质结太阳能电池的实际制作中，绒面结构特性对薄膜沉积和电极接触特性都有影响，导致后续电池制备工艺实施受限，同时，研究表明绒面结构很容易造成电池片的微裂纹；而且，制绒过程中腐蚀液具备一定的使用寿命，换液次数对生产效率及工艺稳定性来说也是一种考验。另外，利用氢化非晶硅/微晶硅薄膜作为掺杂层，其电导性差、缺陷较多，会在短波段产生寄生吸收，且掺杂微晶硅生长缓慢，工艺难度更大、设备要求高，亟需其他材料来替代； ITO薄膜中存在长波长处的自由载流子吸收以及蓝光/短波光谱范围内的寄生吸收，都限制了电池光电转换效率的进一步提升。
当前，在晶硅异质结太阳能电池的成本构成中，银浆、TCO靶材占据了HJT电池非硅成本的70%，因此降低/消除银浆和TCO靶材用量为未来降低成本路径的落脚点。产线上正在通过采用银包铜、铜电镀、0BB、低铟化/无铟化靶材等技术降低成本，但是银包铜浆料中银含量有限，0BB、低铟化技术只能在一定程度上减小银浆和铟用量，电镀铜工艺难以产业化，且有污染。
而碳化硅材料具有以下优势：（1）较宽的禁带宽度，达到3.4eV，只有波长为400nm以下的短波入射光才能被SiC吸收，而光伏电池难以利用波长为400nm以下的入射光；（2）据报道，在生长过程中掺入施主元素如氮、磷等，或者受主元素如铝、硼、镓等，可改变SiC的导电性。已经证实，通过在SiC中掺杂N原子施主来取代C原子位置，实现了掺杂浓度从1×1014cm-3到3×1020cm-3范围内的变化，其电阻率已能达到2×10-3Ω∙cm；已实现P型碳化硅掺杂浓度高于1×1019cm-3，电阻率低于2×10-2Ω∙cm；（3）SiC更高的电导率使其能够更好的抵抗PID效应，能够解决抗PID与电池效率直接的矛盾；（4）可以采用磁控溅射技术进行制备，生长速率快且工艺过程相对简单，无需使用特气，更适于量产；（5）SiC折射率在可见光波长下为2.6左右，介于空气和硅之间，可以减弱从空气到硅之间折射率的突变。通过OPAL2软件仿真计算，在平面硅片上，采用碳化硅叠层减反结构制成的电池片的平均反射率可以与当前制绒加ITO工艺持平甚至更小。因此，SiC是制备晶硅异质结太阳能电池功能层和减反膜的理想材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，在提升光电转换效率的同时大幅度降低生产成本。
本发明提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，采用的N型单晶硅片，为非绒面平面结构的N型单晶硅片，利用多晶碳化硅和/或微晶碳化硅作为HJT电池功能层以及采用碳化硅叠层减反膜，不仅改善功能层薄膜质量和导电能力，进一步提升光的利用率以及光电转换效率，同时消除透明导电氧化物使用以及大大节省银浆的用量，大幅度降低了晶硅异质结电池的生产成本，助力太阳能电池平价上网。
此外，本发明提供采用非绒面平面结构N型单晶硅片的晶硅异质结太阳能电池结构，通过碳化硅靶材的使用，利用碳化硅叠层减反膜替代制绒工艺实现电池片表面入射光反射率的降低，大大简化了产业化工艺流程和降低后续沉积工艺难度；同时采用碳化硅薄膜替代当前HJT电池中非晶/微晶结构的功能层，减小电池串联电阻和寄生吸收，进一步提升光电转换效率，改善了载流子横向输运，省去透明导电氧化物靶材的使用和大幅度减少金属浆料的用量，实现了高效率、高产能和低成本的异质结电池技术，将极大地推动异质结及叠层技术的产业化进程。
为此，第一方面，本发明实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构从下至上依次包括：第一介质减反层、第一金属电极、第一导电减反层、第一掺杂层、第一本征钝化层、N型单晶硅片、第二本征钝化层、第二掺杂层、第二导电减反层、第二金属电极、第二介质减反层；
所述N型单晶硅片的表面为非绒面平面结构；
所述第一介质减反层、第二介质减反层、第一导电减反层和所述第二导电减反层中至少有一层包含微晶碳化硅和/或多晶碳化硅；
所述微晶碳化硅和所述多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为单层时，对于可见光波段折射率为1.2-2.8；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为双层时，与所述第一导电减反层或所述第二导电减反层相接触的一侧为外侧介质减反层，另一侧为内侧介质减反层，所述外侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.1-2.2，所述内侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.6-2.8，所述第一导电减反层和所述第二导电减反层对于可见光波段折射率为1.7-3.7；
所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的SiCx材料的掺杂浓度为1×1018-3×1020cm-3。
优选的，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构在工作时，太阳光透过第一介质减反层和/或所述第二介质减反层照射到所述N型单晶硅片上产生光生载流子，进一步通过所述第一掺杂层和/或所述第二掺杂层对载流子的选择性输运使电子和空穴分别流向所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的两面，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的正面与背面通过所述第一导电减反层和所述第二导电减反层收集电流，再经过所述第一金属电极和所述第二金属电极引出电流。
优选的，所述第一金属电极和所述第二金属电极包括：Ni、Au、Pt、Cr、Ti、Al、Ag、Cu、W、In中的一种或多种金属单质或金属合金；所述第一金属电极和所述第二金属电极为点状、条状或栅线电极。
优选的，所述第一介质减反层、所述第一导电减反层、所述第一掺杂层、所述第一本征钝化层、所述第二本征钝化层、所述第二掺杂层、所述第二导电减反层、第二介质减反层均为复合膜层；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层的材料还包括：非晶硅氧、微晶硅氧、多晶硅氧、非晶硅氮、微晶硅氮、多晶硅氮、氧化硅、氮化硅、微晶碳化硅、多晶碳化硅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化镍、氧化钒、氧化钼、三氧化钨、氟化镁、氟化锂中的一种或多种；
所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的材料还包括：氧化铟锡、氧化锡、氢化氧化铟、掺钨的氧化铟、掺镓掺锌氧化铟、掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌、掺钛氧化铟中的一种或多种；
所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的材料还包括：多晶碳化硅、微晶碳化硅、非晶碳化硅、非晶硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧中的一种或多种；所述第一掺杂层为P型掺杂层时，所述第二掺杂层为N型掺杂层；所述第一掺杂层为N型掺杂层时，所述第二掺杂层为P型掺杂层；
所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料包括：二氧化硅、非晶硅、非晶碳化硅、多晶碳化硅、微晶碳化硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧中的一种或多种。
优选的，所述微晶碳化硅、多晶碳化硅和非晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；
所述第一掺杂层和第二掺杂层的SiCx材料的掺杂浓度为1×1017-3×1020cm-3；
所述非晶硅氧和所述微晶硅氧中的硅氧的组成均为SiOy，其中，0＜y≤1；
所述非晶硅氮和所述微晶硅氮中的硅氮的组成均为SiNy，其中，0＜y≤1。
优选的，所述第一介质减反层和所述第二介质减反层的总厚度在0-500nm之间；所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的厚度在0-1000nm之间；所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的厚度在1nm-20nm之间；所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的厚度在5nm-100µm之间。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于上述第一方面所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，所述制备方法包括：
步骤S1，制备非绒面平面结构的N型单晶硅片；
步骤S2，在N型单晶硅片的一面沉积第一本征钝化层,在N型单晶硅片的另一面沉积第二本征钝化层；
步骤S3，在第一本征钝化层上依次沉积第一掺杂层、第一导电减反层；
步骤S4，在第二本征钝化层上依次沉积第二掺杂层、第二导电减反层；
步骤S5，在第一导电减反层上沉积第一金属电极；在第二导电减反层上沉积第二金属电极；
步骤S6，在未覆盖第一金属电极的第一导电减反层的区域上沉积第一介质减反层；在未覆盖第二金属电极的第二导电减反层的区域上沉积第二介质减反层,最终得到晶硅异质结太阳能电池结构。
优选的，所述步骤S1中，所述制备N型单晶硅片的方法具体为：通过硅片湿化学清洗方法对N型单晶硅片进行清洗得到非绒面平面结构的N型单晶硅片；
所述步骤S2中，所述沉积第一本征钝化层和所述沉积第二本征钝化层的方法包括：热氧化、湿化学法、等离子体增强化学气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；
所述步骤S3中，所述沉积第一掺杂层的沉积方法包括：等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；所述沉积第一导电减反层的沉积方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S4中，所述沉积第二掺杂层的沉积方法包括：等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；所述沉积第二导电减反层的沉积方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S5中，所述沉积第一金属电极和所述沉积第二金属电极的方法包括：丝网印刷、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S5的方法还包括在沉积第一金属电极和沉积第二金属电极之后进行退火处理；所述退火的方法包括退火炉退火或激光退火炉退火；
所述步骤S6中，所述沉积第二介质减反层和/或所述沉积第一介质减反层的方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、湿化学沉积中的一种或多种，并且沉积时使用硬掩模遮挡所述第一金属电极和所述第二金属电极。
进一步优选的，所述步骤S2中，所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料为二氧化硅时，所述沉积方法为热氧化或湿化学法；或所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S3中，所述第一掺杂层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第一导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S4中，所述第二掺杂层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第二导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S5中，所述第一金属电极和所述第二金属电极为点状、条状或栅线电极；
所述步骤S6中，所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为非晶硅氮和/或非晶硅氧时，所述沉积方法为等离子体增强化学气相沉积；或所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为二氧化钛和/或三氧化钨时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为氟化镁和/或氟化锂时，所述沉积方法为电子束蒸发；或所述第二介质减反层和第一介质减反层材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射。
第三方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的应用，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构用于太阳能光伏发电系统、移动充电设备、太空应用、农村电力供应、污水处理和水泵系统、道路照明和交通信号或农业应用。
本发明实施例提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，新型晶硅异质结太阳能电池结构均是基于多晶碳化硅和/或微晶碳化硅材料对晶硅异质结太阳能电池结构进行优化改进，即利用磁控溅射工艺沉积碳化硅材料，该材料具备高质量、低电阻率、宽带隙、高透过的性能，可以作为异质结电池的P和N型掺杂层可以减少寄生吸收并利于载流子抽取和输运，降低串联电阻；多晶碳化硅和/或微晶碳化硅作为导电减反层直接与点状金属接触，从而避免栅线遮挡与TCO带来的寄生吸收；碳化硅复合减反层的使用，显著降低了对于入射光的反射比例，进一步提升了光利用率，从而提高新型晶硅异质结太阳能电池的性能，而在电池成本方面，去掉了透明导电氧化物的使用以及大大减少了金属浆料的用量，简化了工艺流程，大幅降低了电池片的成本，从而实现高效且低成本的晶硅异质结太阳能电池的生产。
此外，本发明公开的采用非绒面平面结构N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构，进一步在电池制备工艺、性能和成本方面进行了优化。相对于采用绒面结构N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构，通过采用碳化硅叠层减反结构实现比制绒加ITO工艺相比拟甚至更小的电池片表面平均反射率，从而省去电池生产流程中制绒工艺，避免了制绒过程中易产生微裂痕和杂质的问题，大大降低了后续沉积难度，有效优化了晶硅异质结太阳能电池的生产流程以及提高效率、良率和产能。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法流程图。
图2为本发明实施例提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的详细说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
在阐述本发明的内容之前，解释说明本文中所使用的术语的定义。
“P型掺杂层”是指：掺杂类型为P型且用于空穴传输的半导体材料；“N型掺杂层”是指：掺杂类型为N型且用于电子传输的半导体材料；“RCA清洗”是指：硅片湿化学清洗方法；“TCO”是指：透明导电氧化物材料；“N型单晶硅片”是指：掺杂类型为N型的单晶硅衬底。
下面具体阐述本发明的具体内容。
本发明实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，自下至上依次包括：第一介质减反层、第一金属电极、第一导电减反层、第一掺杂层、第一本征钝化层、N型单晶硅片、第二本征钝化层、第二掺杂层、第二导电减反层、第二金属电极、第二介质减反层。
其中，N型单晶硅片的表面为非绒面平面结构；第一介质减反层、第二介质减反层、第一导电减反层、第二导电减反层中至少有一层包括微晶碳化硅和/或多晶碳化硅；微晶碳化硅和多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1。
进一步的，若上述第一介质减反层、第二介质减反层、第一导电减反层、第二导电减反层中至少有一层包含SiCx，第一介质减反层和第二介质减反层中为本征碳化硅（即掺杂浓度为0），在第一导电减反层和第二导电减反层中为掺杂碳化硅，掺杂浓度为1×1018-3×1020cm-3。
上述第一介质减反层、第一金属电极、第一导电减反层、第一掺杂层、第一本征钝化层、N型单晶硅片、第二本征钝化层、第二掺杂层、第二导电减反层、第二金属电极、第二介质减反层均为平面结构。
本发明新型晶硅异质结太阳能电池结构在工作时，太阳光透过第一介质减反层和第二介质减反层，或第一介质减反层，或第二介质减反层照射到N型单晶硅片上产生光生载流子，进一步通过第一掺杂层和第二掺杂层，或第一掺杂层，或第二掺杂层对载流子的选择性输运使电子和空穴分别流向新型晶硅异质结太阳能电池结构的两面，新型晶硅异质结太阳能电池结构的正面与背面通过第一导电减反层和第二导电减反层收集电流，再经过第一金属电极和第二金属电极引出电流。
本发明实施例通过上述制备方法制备得到的新型晶硅异质结太阳能电池结构可以用于包括但不限于太阳能光伏发电系统、移动充电设备、太空应用、农村电力供应、污水处理和水泵系统、道路照明和交通信号或农业应用。
本发明实施例提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，具体公开采用的N型单晶硅片为非绒面平面结构，以实施例1对本发明新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法进行说明。
实施例1，本发明实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，如图1所示，制备方法具体包括以下步骤。
步骤S1，制备非绒面平面结构的N型单晶硅片。
其中，本步骤中制备N型单晶硅片的方法具体包括：采用湿化学方法清洗N型单晶硅片，去除表面损伤层及污染物，得到非绒面平面结构的N型单晶硅片；其中，去除表面损伤层的方法为湿化学法为现有已知常用方法。
步骤S2，在N型单晶硅片的一面沉积第一本征钝化层,在N型单晶硅片的另一面沉积第二本征钝化层。
其中，沉积第一本征钝化层和沉积第二本征钝化层的方法包括：热氧化、湿化学法、等离子体增强化学气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；当第一本征钝化层和第二本征钝化层的材料为二氧化硅时，沉积方法为热氧化或湿化学法；当第一本征钝化层和第二本征钝化层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，沉积方法为磁控溅射。
步骤S3，在第一本征钝化层上依次沉积第一掺杂层、第一导电减反层。
其中，本步骤中沉积第二掺杂层和沉积第一掺杂层的沉积方法均包括：等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；当第二掺杂层和第一掺杂层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，沉积方法为磁控溅射。
步骤S4，在第二本征钝化层上依次沉积第二掺杂层、第二导电减反层。
其中，沉积第一导电减反层的方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；当第一导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，沉积的方法为磁控溅射。
沉积第二导电减反层的方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；当第二导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，沉积方法为磁控溅射。
步骤S5，在第一导电减反层上沉积第一金属电极；在第二导电减反层上沉积第二金属电极。
其中，沉积第二金属电极和沉积第一金属电极的方法包括：丝网印刷、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射，更优选为丝网印刷或磁控溅射中的任一种；退火的方法包括退火炉退火或激光退火炉退火；第二金属电极和第一金属电极为点状、条状或栅线电极，优选为点状。
本步骤S5的方法还包括在沉积第二金属电极和沉积第一金属电极之后进行退火处理。
步骤S6，在未覆盖第二金属电极的第二导电减反层的区域上沉积第二介质减反层在未覆盖第一金属电极的第一导电减反层的区域上沉积第一介质减反层层，最终得到新型晶硅异质结太阳能电池结构。
其中，沉积第二介质减反层和沉积第一介质减反层的方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、湿化学沉积中的一种或多种；沉积时，采用硬掩模遮挡第二金属电极和第一金属电极；当第一介质减反层和第二介质减反层的材料为非晶硅氮和非晶硅氧时，沉积方法为等离子体增强化学气相沉积；当第一介质减反层和第二介质减反层的材料为二氧化钛、三氧化钨时，沉积方法为磁控溅射；当第一介质减反层和第二介质减反层的材料为氟化镁、氟化锂时，沉积方法为电子束蒸发；当第二介质减反层和第一介质减反层材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，沉积方法为磁控溅射。
本发明实施例上述制备方法中所涉及的沉积方法，例如热氧化、湿化学法、等离子体增强化学气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积等方法均为现有已知方法，可以满足本发明新型晶硅异质结太阳能电池结构制备过程各层良好沉积即可。
通过上述制备方法获得的新型晶硅异质结太阳能电池结构的具体结构通过实施例2进行说明。
实施例2，本实施例提了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，其结构示意图，如图2所示，新型晶硅异质结太阳能电池结构从下至上依次包括：第一介质减反层201、第一金属电极202、第一导电减反层203、第一掺杂层204、第一本征钝化层205、N型单晶硅片206、第二本征钝化层207、第二掺杂层208、第二导电减反层209、第二金属电极210、第二介质减反层211。
其中，本发明采用的N型单晶硅片206的表面为非绒面平面结构；N型单晶硅片206的下表面依次沉积有第一本征钝化层205、第一掺杂层204和第一导电减反层203、第一金属电极202；N型单晶硅片206的上表面依次沉积有第二本征钝化层207、第二掺杂层208、第二导电减反层209、第二金属电极210。
下面阐述本实施例2提供的新型晶硅异质结太阳能电池结构各层的特征。
第一介质减反层201和第二介质减反层211为复合膜层，其材料主要包括微晶碳化硅和/或多晶碳化硅；微晶碳化硅和/或多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；此外，第一介质减反层201和第二介质减反层211的可选的材料还包括非晶硅氧、微晶硅氧、多晶硅氧、非晶硅氮、微晶硅氮、多晶硅氮、氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化镍、氧化钒、氧化钼、三氧化钨、氟化镁、氟化锂中的一种或多种；非晶硅氮和微晶硅氮中的硅氮的组成均为SiNy，其中，0＜y≤1；第一介质减反层201和第二介质减反层211的厚度为0-500nm之间，优选为10nm-300nm；当第一介质减反层201和第二介质减反层211为单层时，对于可见光波段折射率为1.2-2.8，优选为1.3-2.5；当第一介质减反层201和第二介质减反层211为双层时，与第一导电减反层203或第二导电减反层209相接触的一侧为外侧介质减反层，另一侧为内侧介质减反层，外侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.1-2.2，优选为1.2-2.0，内侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.6-2.8，优选为1.7-2.5。
第一金属电极202和第二金属电极210的材料包括：Ni、Au、Pt、Cr、Ti、Al、Ag、Cu、W、In中的一种或多种金属单质或金属合金，优选为Ni、Cr、Ti、Al、Ag、Cu、W；第一金属电极202为点状、条状或栅线电极，优选为点状电极。
第一导电减反层203和第二导电减反层209为复合膜层，其材料包括：微晶碳化硅、多晶碳化硅、氧化铟锡、氧化锡、氢化氧化铟、掺钨的氧化铟、掺镓掺锌氧化铟、掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌、掺钛氧化铟中的一种或多种；第一导电减反层203和第二导电减反层209的厚度为0-1000nm之间，优选为0-500nm；第一导电减反层203和第二导电减反层209对于可见光波段折射率为1.7-3.7，优选为1.8-3.4；第一导电减反层203和第二导电减反层209的材料的掺杂浓度为1×1018-3×1020cm-3，优选为1×1019-1×1020cm-3。
第一掺杂层204和第二掺杂层208为复合膜层，其材料主要包括微晶碳化硅、多晶碳化硅中的一种或多种；此外，第一掺杂层204和第二掺杂层208的可选的材料还包括非晶碳化硅、非晶硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧；微晶碳化硅、多晶碳化硅、非晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；第一掺杂层204和第二掺杂层208的厚度为5nm-100µm，优选为5nm-1µm；第一掺杂层204和第二掺杂层208材料的掺杂浓度为1×1017-3×1020cm-3，优选为5×1017-1×1019cm-3。
第一本征钝化层205和第二本征钝化层207为复合膜层，其材料主要包括非晶硅；此外，第一本征钝化层205和第二本征钝化层207的可选的材料还包括微晶碳化硅、多晶碳化硅、非晶碳化硅、二氧化硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧；第一本征钝化层205和第二本征钝化层207的厚度为1nm-20nm，优选为3nm-15nm。
本实施例中，当第一掺杂层204为N型掺杂层时，第二掺杂层208为P型掺杂层；当第一掺杂层204为P型掺杂层时，第二掺杂层208为N型掺杂层。
实施例3，下结合图2阐述本发明上述实施例2提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的工作过程。
本发明提供的新型晶硅异质结太阳能电池结构在工作时，太阳光透过第一介质减反层201和第二介质减反层211照射到N型单晶硅片206上产生光生载流子，进一步通过第一掺杂层204和第二掺杂层208对载流子的选择性输运使电子和空穴分别流向新型晶硅异质结太阳能电池结构的两面，新型晶硅异质结太阳能电池结构的正面与背面通过第一导电减反层203和第二导电减反层209收集电流，再经过第一金属电极202和第二金属电极210引出电流。
为更好的理解本发明提供的技术方案，结合图1和图2以具体实施例4、实施例5分别说明应用本发明上述采用非绒面平面结构的N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法的具体过程。
实施例4，本实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，结合图1和图2对具体制备过程和性能进行说明，如下。
（1）清洗N型单晶硅片206，具体的：采用RCA对N型单晶硅片206的原片进行清洗，以去除表面的金属颗粒、有机物和无机物，其中清洗所用试剂为含氨水、双氧水和水的混合物的第一标准清洗液，以及含盐酸、双氧水和水的混合物的第二标准清洗液；然后采用湿化学方法去除N型单晶硅片206的表面的损伤层，得到非绒面平面结构的洁净的N型单晶硅片206。
（2）并在N型单晶硅片206的一面沉积第一本征钝化层205,在N型单晶硅片206的另一面沉积第二本征钝化层207。
具体的，通过等离子体化学气相沉积的方法在非制绒的N型单晶硅片206的两面分别沉积非晶硅，形成第一本征钝化层205和第二本征钝化层207，沉积厚度均为5nm±0.5nm。
（3）在第一本征钝化层205上沉积第一掺杂层204、第一导电减反层203。
具体的，第一掺杂层204的材料为多晶碳化硅，厚度为20nm±3nm，掺杂浓度为1×1018cm-3，沉积方法为磁控溅射；第一导电减反层203的材料为多晶碳化硅，掺杂浓度为5×1019cm-3，沉积方法为磁控溅射。
（4）在第二本征钝化层207上依次沉积第二掺杂层208、第二导电减反层209。
具体的，第二掺杂层208的材料为多晶碳化硅，厚度为20nm±3nm，掺杂浓度为1×1018cm-3，沉积方法为磁控溅射；第二导电减反层209的材料为多晶碳化硅，掺杂浓度为5×1019cm-3，沉积方法为磁控溅射。
（5）在第一导电减反层203上沉积第一金属电极102；在第二导电减反层209上沉积第二金属电极210。
具体的，利用电子束蒸发在第二导电减反层209上表面沉积第二金属电极210，在第一导电减反层203下表面沉积第一金属电极202，第一金属电极202和第二金属电极210均为点状金属，第一金属电极202为Ni和Cr，第二金属电极210为Ti和Al，采用激光退火炉对金属电极进行退火处理，以使金属电极与半导体之间形成欧姆接触。
（6）利用磁控溅射工艺在未覆盖第二金属电极210的第二导电减反层209的区域上沉积第二介质减反层211；在未覆盖第一金属电极202的第一导电减反层203的区域上沉积第一介质减反层201，并且在沉积时用硬掩模遮挡第二金属电极和第一金属电极，最终得到新型晶硅异质结太阳能电池结构。
其中，本实施例第一介质减反层201、第二介质减反层211的材料均为二氧化钛和多晶碳化硅，其中外侧介质减反层的二氧化钛层的厚度为40nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.8-2.2之间，内侧介质减反层的多晶碳化硅层的厚度为70nm±3nm，可见光波段折射率范围在2.6-2.8之间。本实施例新型晶硅异质结太阳能电池结构采用现有技术进行测试，在可见光范围平均反射率可达到1.8%，反射率越低说明对可见光波段减反效果越好。
实施例5，本实施例提供了一种新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，与实施例4不同在于选用的介质减反层的厚度不同，其中，第一介质减反层201、第二介质减反层211的材料均为二氧化钛和多晶碳化硅，其中外侧介质减反层的二氧化钛层的厚度为50nm±5nm，可见光波段折射率范围在1.8-2.2之间，内侧介质减反层的多晶碳化硅层的厚度为90nm±5nm，可见光波段折射率范围在2.6-2.8之间，其他制备过程与实施例4均相同。
为更好的说明本发明实施例的效果，以对比例1-3同实施例4进行对比。
对比例1，本对比例提供了一种晶硅异质结太阳能电池，与实施例4不同在于，本对比例采用的N型单晶硅片为金字塔绒面结构，其中金字塔绒面结构N型单晶硅片的制备过程首先是采用湿化学方法清洗N型单晶硅片，去除表面损伤层及污染物，然后采用常规方法进行制绒，获得双面具有绒面结构的N型单晶硅片，其他制备步骤与实施例4相同。
本对比例制备得到的晶硅异质结太阳能电池，内侧介质减反层的二氧化钛层的厚度为40nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.8-2.2之间，外侧介质减反层的多晶碳化硅层的厚度为70nm±3nm，可见光波段折射率范围在2.6-2.8之间。
本对比例晶硅异质结太阳能电池采用现有技术进行测试，在可见光范围平均反射率可达到2.0%。
由此可知，实施例4新型晶硅异质结太阳能电池结构的可见光波段折射率与对比例1相同，可见光波段减反效果与对比例1相近，但是实施例4相对于对比例1采用绒面结构N型单晶硅片的晶硅异质结太阳能电池，省去了对N型单晶硅片进行制绒的步骤，降低了工艺难度，提高了产能。
对比例2，本对比例提供了一种晶硅异质结太阳能电池，其结构与实施例4相同，与实施例4不同在于采用的材料不同，本对比例的晶硅异质结太阳能电池中的第一导电减反层和第二导电减反层的材料为氧化锡，第一介质减反层、第二介质减反层的材料均为二氧化钛和非晶硅氧，其中内侧介质减反层的二氧化钛层的厚度为40nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.8-2.2之间，外侧介质减反层的非晶硅氧层的厚度为70nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.4-1.6之间。
本对比例晶硅异质结太阳能电池采用现有技术进行测试，在可见光范围平均反射率可达到6.2%。
由此可知，实施例4新型晶硅异质结太阳能电池结构的可见光波段减反效果优于对比例2，说明在采用相同的非绒面平面结构的N型单晶硅片时，由于本发明实施例4的第一介质减反层、第二介质减反层、第一导电减反层和第二导电减反层的材料采用多晶碳化硅，去掉了透明导电氧化物的使用以及大大减少了金属浆料的用量，简化了工艺流程，大幅降低了电池片的成本，并显著减少电池表面对光的反射率，进一步提升了光利用率，从而实现高效且低成本的晶硅异质结太阳能电池的生产。
对比例3，本对比例提供了一种晶硅异质结太阳能电池，与实施例4不同在于，本对比例采用的N型单晶硅片为金字塔绒面结构，并且第一导电减反层、第二导电减反层、第一介质减反层、第二介质减反层的材料中没有采用碳化硅，其他各层的材料与实施例4相同。
其中，金字塔绒面结构N型单晶硅片的制备过程首先是采用湿化学方法清洗N型单晶硅片，去除表面损伤层及污染物，然后采用常规方法进行制绒，获得双面具有金字塔绒面结构的N型单晶硅片。
本对比例的晶硅异质结太阳能电池中的第一导电减反层和第二导电减反层的材料为氧化锡，第一介质减反层、第二介质减反层的材料均为二氧化钛和非晶硅氧，其中内侧介质减反层的二氧化钛层的厚度为40nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.8-2.2之间，外侧介质减反层的非晶硅氧层的厚度为70nm±3nm，可见光波段折射率范围在1.4-1.6之间。
本对比例3的晶硅异质结太阳能电池采用现有技术进行测试，在可见光范围平均反射率可达到2.9%。由此可知，实施例4新型晶硅异质结太阳能电池结构的可见光波段减反效果优于对比例3，说明本发明实施例4使用非绒面平面结构的N型单晶硅片且减反层的材料采用多晶碳化硅，去掉了透明导电氧化物的使用以及大大减少了金属浆料的用量的同时，显著减少电池表面对光的反射率，提升了光利用率，并省去了对N型单晶硅片进行制绒的步骤，降低了工艺难度，从而实现高效且低成本的晶硅异质结太阳能电池的生产。本发明通过非绒面平面结构的N型单晶硅片与多晶碳化硅的协同作用，实现在电池工艺、性能和成本方面的优化。
综上，本发明实施例提供的一种新型晶硅异质结太阳能电池结构及制备方法和应用，本发明的新型晶硅异质结太阳能电池结构是基于多晶碳化硅和/或微晶碳化硅材料对晶硅异质结太阳能电池结构进行优化改进，在电池成本方面，去掉了透明导电氧化物的使用以及大大减少了金属浆料的用量，简化了工艺流程，大幅降低了电池片的成本；在电池性能方面，多晶碳化硅和/或微晶碳化硅作为功能层使用，克服了非晶硅材料电导率低、带隙较窄、材料缺陷多、串联电阻大的缺陷；多晶碳化硅和/或微晶碳化硅作为导电减反层直接与点状金属接触，从而避免栅线遮挡与TCO带来的寄生吸收；碳化硅叠层减反层的使用，显著减少电池表面对光的反射率，进一步提升了光利用率，从而实现高效且低成本的晶硅异质结太阳能电池的生产。
此外，本发明公开的采用非绒面平面结构N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构，进一步在电池工艺、性能和成本方面进行了优化，相对于采用绒面结构N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构省去了制绒步骤降低了工艺难度，提高了产能和良率；在电池性能方面，有效规避了在制绒过程中易产生微裂痕和引入杂质的问题，大大降低了后续沉积难度。本发明采用非绒面平面结构N型单晶硅片的新型晶硅异质结太阳能电池结构，将优化晶硅异质结太阳能电池的生产流程、降低成本、提高效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构从下至上依次包括：第一介质减反层、第一金属电极、第一导电减反层、第一掺杂层、第一本征钝化层、N型单晶硅片、第二本征钝化层、第二掺杂层、第二导电减反层、第二金属电极、第二介质减反层；
所述N型单晶硅片的表面为非绒面平面结构；
所述第一介质减反层、所述第二介质减反层、所述第一导电减反层和所述第二导电减反层中至少有一层包含微晶碳化硅和/或多晶碳化硅；
所述微晶碳化硅和所述多晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；
所述第一介质减反层、所述第一导电减反层、所述第二导电减反层、第二介质减反层均为复合膜层；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层的材料还包括：非晶硅氧、微晶硅氧、多晶硅氧、非晶硅氮、微晶硅氮、多晶硅氮、氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、氧化镍、氧化钒、氧化钼、三氧化钨、氟化镁、氟化锂中的一种或多种；
所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的材料还包括：氧化铟锡、氧化锡、氢化氧化铟、掺钨的氧化铟、掺镓掺锌氧化铟、掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、掺镓氧化锌、掺铟氧化锌、掺钛氧化铟中的一种或多种；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为单层时，对于可见光波段折射率为1.2-2.8；
所述第一介质减反层和所述第二介质减反层为双层时，与所述第一导电减反层或所述第二导电减反层相接触的一侧为外侧介质减反层，另一侧为内侧介质减反层，所述外侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.1-2.2，所述内侧介质减反层对于可见光波段折射率为1.6-2.8，所述第一导电减反层和所述第二导电减反层对于可见光波段折射率为1.7-3.7；
所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的SiCx材料的掺杂浓度为1×1018-3×1020cm-3。
2.根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构在工作时，太阳光透过第一介质减反层和/或所述第二介质减反层照射到所述N型单晶硅片上产生光生载流子，进一步通过所述第一掺杂层和/或所述第二掺杂层对载流子的选择性输运使电子和空穴分别流向所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的两面，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构的正面与背面通过所述第一导电减反层和所述第二导电减反层收集电流，再经过所述第一金属电极和所述第二金属电极引出电流。
3.根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述第一金属电极和所述第二金属电极包括：Ni、Au、Pt、Cr、Ti、Al、Ag、Cu、W、In中的一种或多种金属单质或金属合金；所述第一金属电极和所述第二金属电极为点状、条状或栅线电极。
4.根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述第一掺杂层、所述第一本征钝化层、所述第二本征钝化层、所述第二掺杂层均为复合膜层；
所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的材料包括：多晶碳化硅、微晶碳化硅、非晶碳化硅、非晶硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧中的一种或多种；所述第一掺杂层为P型掺杂层时，所述第二掺杂层为N型掺杂层；所述第一掺杂层为N型掺杂层时，所述第二掺杂层为P型掺杂层；
所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料包括：二氧化硅、非晶硅、非晶碳化硅、多晶碳化硅、微晶碳化硅、微晶硅、纳米晶硅、非晶硅氧、微晶硅氧中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述微晶碳化硅、多晶碳化硅和非晶碳化硅中的碳化硅的组成均为SiCx，其中，0＜x≤1；所述第一掺杂层和第二掺杂层中的SiCx材料的掺杂浓度为1×1017-3×1020cm-3；
所述非晶硅氧和所述微晶硅氧中的硅氧的组成均为SiOy，其中，0＜y≤1；
所述非晶硅氮和所述微晶硅氮中的硅氮的组成均为SiNy，其中，0＜y≤1。
6.根据权利要求1所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构，其特征在于，所述第一介质减反层和所述第二介质减反层的总厚度在0-500nm之间；所述第一导电减反层和所述第二导电减反层的厚度在0-1000nm之间；所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的厚度在1nm-20nm之间；所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的厚度在5nm-100µm之间。
7.一种基于上述权利要求1-6任一所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，制备非绒面平面结构的N型单晶硅片；
步骤S2，在N型单晶硅片的一面沉积第一本征钝化层,在N型单晶硅片的另一面沉积第二本征钝化层；
步骤S3，在第一本征钝化层上依次沉积第一掺杂层、第一导电减反层；
步骤S4，在第二本征钝化层上依次沉积第二掺杂层、第二导电减反层；
步骤S5，在第一导电减反层上沉积第一金属电极；在第二导电减反层上沉积第二金属电极；
步骤S6，在未覆盖第一金属电极的第一导电减反层的区域上沉积第一介质减反层；在未覆盖第二金属电极的第二导电减反层的区域上沉积第二介质减反层,最终得到晶硅异质结太阳能电池结构。
8.根据权利要求7所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述制备N型单晶硅片的方法具体为：通过硅片湿化学清洗方法对N型单晶硅片进行清洗得到非绒面平面结构的N型单晶硅片；
所述步骤S2中，所述沉积第一本征钝化层和所述沉积第二本征钝化层的方法包括：热氧化、湿化学法、等离子体增强化学气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；
所述步骤S3中，所述沉积第一掺杂层的沉积方法包括：等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；所述沉积第一导电减反层的沉积方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S4中，所述沉积第二掺杂层的沉积方法包括：等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、低压化学气相沉积、原子层沉积中的一种或多种；所述沉积第二导电减反层的沉积方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S5中，所述沉积第一金属电极和所述沉积第二金属电极的方法包括：丝网印刷、热蒸发、电子束蒸发、磁控溅射中的一种或多种；
所述步骤S5的方法还包括在沉积第一金属电极和沉积第二金属电极之后进行退火处理；所述退火的方法包括退火炉退火或激光退火炉退火；
所述步骤S6中，所述沉积第二介质减反层和/或所述沉积第一介质减反层的方法包括：电子束蒸发、反应等离子体沉积、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、湿化学沉积中的一种或多种，并且沉积时使用硬掩模遮挡所述第一金属电极和所述第二金属电极。
9.根据权利要求8所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料为二氧化硅时，所述沉积方法为热氧化或湿化学法；或所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S3中，所述第一掺杂层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第一导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S4中，所述第二掺杂层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第二导电减反层的材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射；
所述步骤S5中，所述第一金属电极和所述第二金属电极为点状、条状或栅线电极；
所述步骤S6中，所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为非晶硅氮和/或非晶硅氧时，所述沉积方法为等离子体增强化学气相沉积；或所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为二氧化钛和/或三氧化钨时，所述沉积方法为磁控溅射；或所述第一介质减反层和第二介质减反层的材料为氟化镁和/或氟化锂时，所述沉积方法为电子束蒸发；或所述第二介质减反层和第一介质减反层材料为多晶碳化硅和/或微晶碳化硅时，所述沉积方法为磁控溅射。
10.一种上述权利要求1至6任一所述的新型晶硅异质结太阳能电池结构的应用，其特征在于，所述新型晶硅异质结太阳能电池结构用于太阳能光伏发电系统、移动充电设备、太空应用、农村电力供应、污水处理和水泵系统、道路照明和交通信号或农业应用。
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