CN203351630U - 一种新型的异质结太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种新型的异质结太阳能电池，其中，超晶格结构P+层包括至少两层沉积在一起的P+复合层，该P+复合层由下至上依次包括P+窄禁带层和P+宽禁带层，每层P+复合层中的P+宽禁带层沉积在P+窄禁带层的上表面上，最下层P+复合层的P+窄禁带层沉积在P型单晶硅衬底的正面上；浅掺杂P型层沉积在最上层P+复合层的P+宽禁带层的上表面上；超晶格结构N型层包括至少两层沉积在一起的N型复合层，该N型复合层由下至上依次包括N型宽禁带层和N型窄禁带层，每层N型复合层中的N型窄禁带层沉积在N型宽禁带层的上表面上，最下层N型复合层的N型宽禁带层沉积在钝化层的上表面上。本实用新型不仅能够提高电池的开路电压和填充因子，从而提高转换效率，而且能够有效地降低成本。

Description

一种新型的异质结太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及一种新型的异质结太阳能电池，属于薄膜太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，异质结太阳能电池以其高效，较简单的制备工艺、温度系数小等特点而越来越引起人们的关注。比较典型的就是日本三洋的HIT电池。其最新的报道结果显示在100cm2面积的电池上最高效率为24.7%，开路电压750mV，填充因子为83.2%，短路电流密度39.5mA/cm2。这么高的效率，尤其是高开压，是由HIT电池的能带结构决定的。但是其不足之处就是成本较高，高成本来自于较厚的N型晶硅衬底和昂贵的制造设备。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种新型的异质结太阳能电池，它不仅能够提高电池的开路电压和填充因子，从而提高转换效率，而且能够有效地降低成本。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种新型的异质结太阳能电池，它包括P型单晶硅衬底、欧姆接触层、超晶格结构P+层、浅掺杂P型层、钝化层、超晶格结构N型层、透明导电膜层和电极层，P型单晶硅衬底具有一正面和一背面；欧姆接触层位于P型单晶硅衬底的背面上；超晶格结构P+层包括至少两层沉积在一起的P+复合层，该P+复合层由下至上依次包括P+窄禁带层和P+宽禁带层，P+窄禁带层的禁带宽度Eg1＜1.2eV，P+宽禁带层的禁带宽度Eg2＞1.5eV，并且每层P+复合层中的P+宽禁带层沉积在P+窄禁带层的上表面上，最下层P+复合层的P+窄禁带层沉积在P型单晶硅衬底的正面上；浅掺杂P型层沉积在最上层P+复合层的P+宽禁带层的上表面上；钝化层沉积在浅掺杂P型层的上表面上；超晶格结构N型层包括至少两层沉积在一起的N型复合层，该N型复合层由下至上依次包括N型宽禁带层和N型窄禁带层，N型窄禁带层的禁带宽度Eg3＜1.2eV，N型宽禁带层的禁带宽度Eg4＞1.5eV，并且每层N型复合层中的N型窄禁带层沉积在N型宽禁带层的上表面上，最下层N型复合层的N型宽禁带层沉积在钝化层的上表面上；透明导电膜层沉积在最上层N型复合层的N型窄禁带层的上表面上；电极层位于透明导电膜层的上表面上。
进一步，所述的P+窄禁带层由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
进一步，所述的P+宽禁带层由a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
进一步，所述的N型宽禁带层由a-Si薄膜或a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
进一步，所述的N型窄禁带层由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
进一步，所述的钝化层为本征a-Si薄膜或SiOx薄膜，并且钝化层的厚度为5nm~10nm，所述的浅掺杂P型层的厚度为5μm~20μm。
进一步，所述的P+窄禁带层的厚度为1nm-20nm。
进一步，所述的P+宽禁带层的厚度为1nm-20nm。
进一步，所述的N型宽禁带层的厚度为1nm-20nm。
更进一步，N型窄禁带层的厚度为1nm-20nm。
采用了上述技术方案后，采用P型单晶硅片作为衬底，通过结构上的设计改进，使得电池的基区不再是像HIT电池结构中那样将较厚的硅片作为基区，而是采用几十μm厚度的掺杂层作为基区，因此可以有效的降低成本，利于实现产业化。同时在结构上，通过形成超晶格结构，来进一步提高电池的开路电压和填充因子，从而提高转换效率，超晶格结构P+层和超晶格结构N型层的作用：从能带图来看，超晶格结构的形成可以提高电池的导带补偿ΔEc和价带补偿ΔEv值，有利于光生载流子的收集，因而可以提高开路电压，同时，由于量子效应的限制，在窄禁带半导体材料处会产生mini-band，会增加载流子的隧穿几率，相当于提高了材料的掺杂浓度，因此还可以同时提高填充因子和开路电压。
附图说明
图1为本实用新型的新型的异质结太阳能电池的结构示意图；
图2为本实用新型的新型的异质结太阳能电池的制备流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，
如图1所示，一种新型的异质结太阳能电池，它包括P型单晶硅衬底、欧姆接触层、超晶格结构P+层、浅掺杂P型层、钝化层、超晶格结构N型层、透明导电膜层和电极层，P型单晶硅衬底具有一正面和一背面；欧姆接触层位于P型单晶硅衬底的背面上；超晶格结构P+层包括至少两层沉积在一起的P+复合层，该P+复合层由下至上依次包括P+窄禁带层和P+宽禁带层，P+窄禁带层的禁带宽度Eg1＜1.2eV，P+宽禁带层的禁带宽度Eg2＞1.5eV，并且每层P+复合层中的P+宽禁带层沉积在P+窄禁带层的上表面上，最下层P+复合层的P+窄禁带层沉积在P型单晶硅衬底的正面上；浅掺杂P型层沉积在最上层P+复合层的P+宽禁带层的上表面上；钝化层沉积在浅掺杂P型层的上表面上；超晶格结构N型层包括至少两层沉积在一起的N型复合层，该N型复合层由下至上依次包括N型宽禁带层和N型窄禁带层，N型窄禁带层的禁带宽度Eg3＜1.2eV，N型宽禁带层的禁带宽度Eg4＞1.5eV，并且每层N型复合层中的N型窄禁带层沉积在N型宽禁带层的上表面上，最下层N型复合层的N型宽禁带层沉积在钝化层的上表面上；透明导电膜层沉积在最上层N型复合层的N型窄禁带层的上表面上；电极层位于透明导电膜层的上表面上。
图1中，P+复合层为两层，N型复合层为两层，但不限于此。
P+窄禁带层可以选用由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
P+宽禁带层可以选用由a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
N型宽禁带层可以选用由a-Si薄膜或a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
N型窄禁带层可以选用由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
钝化层可以选用本征a-Si薄膜或SiOx薄膜，并且钝化层的厚度控制在5nm~10nm，浅掺杂P型层的厚度控制在5μm~20μm。
P+窄禁带层的厚度控制在1nm-20nm。
P+宽禁带层的厚度控制在1nm-20nm。
N型宽禁带层的厚度控制在1nm-20nm。
N型窄禁带层的厚度控制在1nm-20nm。
透明导电膜层选用TCO透明导电薄膜。
电极层选用银栅极。
本实用新型的新型的异质结太阳能电池的制备流程如下：
如图2所示，本实用新型选用普通P型单晶硅片作为衬底，在P型单晶硅衬底的正面首先采用化学气相沉积方法（CVD）形成一层重掺杂的P+窄禁带层，禁带宽度Eg<1.2eV,材料可以是a-SixGe1-x:H或者微晶硅薄膜，厚度为1nm-20nm，接着再沉积一层重掺杂的P+宽禁带层，仍采用CVD方法，禁带宽度Eg>1.5eV，材料可以是a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H，厚度1nm-20nm，然后重复上面的P+窄禁带层，P+宽禁带层，P+窄禁带层，P+宽禁带层……，从而形成一个超晶格结构P+层，重复次数m≥1，这个超晶格结构P+层在电池结构中起到了一个背场BSF和势垒的作用，从而有效减少光生载流子的复合，接着，仍采用CVD法沉积一层浅掺杂P型层，厚度控制在5μm~20μm，作为电池的基区，接着在P型单晶硅衬底的背面印刷Al浆，然后500℃烧结形成欧姆接触层，然后在最上层的P+宽禁带层上面采用PECVD法生长一层钝化层，材料可以是本征a-Si薄膜或者SiOx薄膜，厚度控制在5nm-10nm，接着采用PECVD法沉积一层N型宽禁带层，Eg>1.5eV，材料可以是a-Si薄膜或a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H，厚度控制在1nm-20nm，然后沉积一层N型窄禁带层，Eg<1.2eV，材料可以是a-SixGe1-x:H或微晶硅薄膜，厚度1nm-20nm，然后重复上面的N型宽禁带层，N型窄禁带层，N型宽禁带层，N型窄禁带层……，从而形成一个超晶格结构N型层，重复次数n≥1，最后用磁控溅射等方法沉积TCO透明导电薄膜，形成透明导电膜层，再丝印Ag浆，200℃烧结，形成电极层，最终形成一个完整的电池器件。
本实用新型的工作原理如下：
采用P型单晶硅片作为衬底，通过结构上的设计改进，使得电池的基区不再是像HIT电池结构中那样将较厚的硅片作为基区，而是采用几十μm厚度的掺杂层作为基区，因此可以有效的降低成本，利于实现产业化。同时在结构上，通过形成超晶格结构，来进一步提高电池的开路电压和填充因子，从而提高转换效率，超晶格结构P+层和超晶格结构N型层的作用：从能带图来看，超晶格结构的形成可以提高电池的导带补偿ΔEc和价带补偿ΔEv值，有利于光生载流子的收集，因而可以提高开路电压，同时，由于量子效应的限制，在窄禁带半导体材料处会产生mini-band，会增加载流子的隧穿几率，相当于提高了材料的掺杂浓度，因此还可以同时提高填充因子和开路电压。
以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于，它包括：
一P型单晶硅衬底，其具有一正面和一背面；
一欧姆接触层，位于P型单晶硅衬底的背面上；
一超晶格结构P+层，包括至少两层沉积在一起的P+复合层，该P+复合层由下至上依次包括P+窄禁带层和P+宽禁带层，P+窄禁带层的禁带宽度Eg1＜1.2eV，P+宽禁带层的禁带宽度Eg2＞1.5eV，并且每层P+复合层中的P+宽禁带层沉积在P+窄禁带层的上表面上，最下层P+复合层的P+窄禁带层沉积在P型单晶硅衬底的正面上；
一浅掺杂P型层，其沉积在最上层P+复合层的P+宽禁带层的上表面上；
一钝化层，其沉积在浅掺杂P型层的上表面上；
一超晶格结构N型层，包括至少两层沉积在一起的N型复合层，该N型复合层由下至上依次包括N型宽禁带层和N型窄禁带层，N型窄禁带层的禁带宽度Eg3＜1.2eV，N型宽禁带层的禁带宽度Eg4＞1.5eV，并且每层N型复合层中的N型窄禁带层沉积在N型宽禁带层的上表面上，最下层N型复合层的N型宽禁带层沉积在钝化层的上表面上；
一透明导电膜层，其沉积在最上层N型复合层的N型窄禁带层的上表面上；
一电极层，其位于透明导电膜层的上表面上。
2.根据权利要求1所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的P+窄禁带层由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
3.根据权利要求1所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的P+宽禁带层由a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的N型宽禁带层由a-Si薄膜或a-SixC1-x:H或a-SixN1-x:H材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的N型窄禁带层由a-SixGe1-x:H材料或微晶硅薄膜制成。
6.根据权利要求1所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的钝化层为本征a-Si薄膜或SiOx薄膜，并且钝化层的厚度为5nm~10nm，所述的浅掺杂P型层的厚度为5μm~20μm。
7.根据权利要求1或2所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的P+窄禁带层的厚度为1nm-20nm。
8.根据权利要求1或3所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的P+宽禁带层的厚度为1nm-20nm。
9.根据权利要求1或4所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：所述的N型宽禁带层的厚度为1nm-20nm。
10.根据权利要求1或5所述的一种新型的异质结太阳能电池，其特征在于：N型窄禁带层的厚度为1nm-20nm。
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