專利名稱：一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用黑硅結(jié)構(gòu)的陷光效應(yīng)的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
化石能源對環(huán)境污染嚴(yán)重，資源日益減少，而太陽能作為新型綠色能源有望成為未來主要能源之一。太陽能電池是利用太陽能的有效方式之一，目前太陽能電池技術(shù)的發(fā)展方向是提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，降低生產(chǎn)成本。降低太陽能電池表面的反射率能有效提高光子吸收率，增加短路電流，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。通常情況下，降低反射率的方法有生長氮化硅薄膜作為減反層，或者采用含有添加劑的堿溶液對單晶硅各向異性腐蝕制備陷光結(jié)構(gòu)。由于多晶硅材料的晶向雜亂，利用酸溶液在多晶硅表面制備的腐蝕坑來降低反射率的效果不甚理想。黑硅材料雖然能大大提高電池對光的吸收，但卻使黑硅太陽能電池的表面缺陷態(tài)密度變大，增加了電子-空穴對的復(fù)合率，從而降低了電極對電荷的收集，獲得的黑硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決黑硅太陽能電池的表面缺陷態(tài)密度大，降低了電極對電荷的收集能力的問題，本發(fā)明提出了一種非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括金屬柵電極、導(dǎo)電薄膜、非晶硅薄膜、黑硅層、晶硅和金屬背電極；所述金屬背電極位于所述晶硅的背面，所述黑硅層位于所述晶硅上，所述非晶硅薄膜位于所述黑硅層上，所述導(dǎo)電薄膜位于所述非晶硅薄膜上，所述金屬柵電極位于所述導(dǎo)電薄膜上。所述非晶硅薄膜由η型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜構(gòu)成，所述η型非晶硅薄膜位于所述本征非晶硅薄膜上。所述η型非晶硅薄膜由含有至少一種組分的非晶硅構(gòu)成；所述本征非晶硅薄膜的厚度為5 10納米。所述金屬柵電極和金屬背電極由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金制成。所述導(dǎo)電薄膜為透明氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，厚度為90 110納米，透過率大于等于 85%,方塊電阻為10 50 Ω。所述黑硅層為ρ型黑硅層，所述ρ型黑硅層為單晶黑硅或多晶黑硅。本發(fā)明還提出了一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，所述方法包括 利用等離子體浸沒離子注入工藝，在晶硅表面制備黑硅層；
在所述晶硅背面制備金屬背電極； 在所述黑硅層表面制備非晶硅薄膜； 在所述非晶硅薄膜上制備導(dǎo)電薄膜； 在所述導(dǎo)電薄膜上制備金屬柵電極。
所述在所述晶硅背面制備金屬背電極的步驟具體為在所述黑硅層表面通過絲網(wǎng)印刷或蒸鍍方式制備金屬背電極。所述在所述黑硅層表面制備非晶硅薄膜的步驟具備包括 在所述黑硅層表面制備本征非晶硅薄膜；
在所述本征非晶硅薄膜上制備η型非晶硅薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下
1、本發(fā)明提供的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，利用黑硅層作為減反層，提高了太陽光的吸收率；
2、本發(fā)明中沉積在黑硅層上的非晶硅薄膜，不但能與黑硅層形成ρη異質(zhì)結(jié)，還可以對黑硅層進(jìn)行鈍化，提高了太陽能電池的開路電壓和短路電流。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種以ρ型晶硅襯底為例的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，該太陽能電池包括金屬柵電極1、透明氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜2、η型非晶硅薄膜3、本征非晶硅薄膜4、ρ型黑硅層5、ρ型晶硅襯底6和金屬背電極7。金屬背電極7位于ρ型晶硅襯底6的背面，形成太陽能電池金屬背電極，可由鋁、 銅、銀、金、鉬或其合金制成，本實(shí)施例金屬背電極7為金屬Al背電極；ρ型黑硅層5位于ρ 型晶硅襯底6上，形成減反層，用于增加太陽光的吸收率，同時與η型非晶硅薄膜3形成ρη 異質(zhì)結(jié)，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)；本征非晶硅薄膜4位于ρ型黑硅層5之上，厚度為5 10納米，用于鈍化η型非晶硅薄膜3與ρ型黑硅層5異質(zhì)結(jié)界面，擴(kuò)展內(nèi)建電場區(qū)，增加光子吸收；η型非晶硅薄膜3位于本征非晶硅薄膜4之上，與ρ型黑硅層5形成ρη異質(zhì)結(jié)，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)；透明ITO導(dǎo)電薄膜2位于η型非晶硅薄膜3之上，即位于η型非晶硅/p型黑硅異質(zhì)結(jié)層上，厚度為90 110納米，透過率大于等于85%，方塊電阻為10 50 Ω，作為正面引出電極；金屬柵電極1位于透明ITO導(dǎo)電薄膜2之上，作為太陽能電池正面引出電極， 可由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金制成，例如金屬Al柵電極；ρ型晶硅襯底6位于金屬Al背電極7之上，作為ρ型黑硅結(jié)構(gòu)的襯底，也作為異質(zhì)結(jié)太陽能電池的基區(qū)。在具體實(shí)踐中，η型非晶硅薄膜可以僅由含有一種組分均勻或非均勻的非晶硅構(gòu)成，還可以由含有兩種及兩種以上組份均勻或非均勻的非晶硅構(gòu)成；P型黑硅層可為單晶黑硅或多晶黑硅，其結(jié)構(gòu)可為孔狀、樹狀或針狀等多種微觀形貌結(jié)構(gòu)；P型黑硅層和P型晶硅襯底的材料一致，即如果P型晶硅襯底為單晶硅，則P型黑硅層為單晶黑硅；如果P型晶硅襯底為多晶硅，則P型黑硅層為多晶黑硅；金屬Al背電極可通過絲網(wǎng)印刷或蒸鍍方式制備。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種以ρ型晶硅襯底為例的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，該方法包括對P型晶硅進(jìn)行預(yù)處理，包括去除鋸痕損傷層、去除表面有機(jī)物雜質(zhì)、去除表面金屬離子雜質(zhì)等；將預(yù)處理后的P型晶硅放入黑硅制備裝置中，例如等離子體浸沒離子注入設(shè)備的腔室內(nèi)，對晶硅進(jìn)行等離子體浸沒離子注入處理，在P型晶硅襯底表面制備黑硅層，形成黑硅；采用真空鍍膜或絲網(wǎng)印刷方式在晶硅背面蒸鍍Al層，形成具有歐姆接觸的Al背電極；在黑硅層表面用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的方法低溫沉積本征非晶硅薄膜層和η型非晶硅薄膜層，與黑硅層形成ρη異質(zhì)結(jié)；采用磁控濺射技術(shù)在η 型非晶硅薄膜上沉積透明ITO導(dǎo)電薄膜；采用真空鍍膜或絲網(wǎng)印刷的方法在透明ITO導(dǎo)電薄膜上制備金屬柵電極。在具體實(shí)踐中，除了使用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法外，還可以使用其他不同的工藝實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備。本發(fā)明提出了一種在黑硅結(jié)構(gòu)上制備非晶硅薄膜，形成異質(zhì)結(jié)。該太陽能電池結(jié)構(gòu)能夠有效鈍化黑硅表面，同時由于非晶硅薄膜的帶隙寬度大于黑硅襯底的帶隙，有利于非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池獲得高的開路電壓。本發(fā)明提供的非晶硅/黑硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，利用黑硅層作為減反層，提高了太陽光的吸收率；本發(fā)明中沉積在黑硅層上的非晶硅薄膜，不但能與黑硅層形成ρη異質(zhì)結(jié)，還可以對黑硅層進(jìn)行鈍化，提高了太陽能電池的開路電壓和短路電流，進(jìn)而大大提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。以上所述的具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，包括金屬柵電極、導(dǎo)電薄膜、非晶硅薄膜、黑硅層、晶硅和金屬背電極；所述金屬背電極位于所述晶硅的背面，所述黑硅層位于所述晶硅上，所述非晶硅薄膜位于所述黑硅層上，所述導(dǎo)電薄膜位于所述非晶硅薄膜上，所述金屬柵電極位于所述導(dǎo)電薄膜上。
2.如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述非晶硅薄膜由η型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜構(gòu)成，所述η型非晶硅薄膜位于所述本征非晶硅薄膜上。
3.如權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述η型非晶硅薄膜由含有至少一種組分的非晶硅構(gòu)成；所述本征非晶硅薄膜的厚度為5 10納米。
4.如權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述金屬柵電極和金屬背電極由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金制成。
5.如權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述導(dǎo)電薄膜為透明氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，厚度為90 110納米，透過率大于等于85%，方塊電阻為10 50 Ω。
6.如權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述黑硅層為ρ型黑硅層，所述P型黑硅層為單晶黑硅或多晶黑硅。
7.一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述方法包括利用等離子體浸沒離子注入工藝，在晶硅表面制備黑硅層；在所述晶硅背面制備金屬背電極；在所述黑硅層表面制備非晶硅薄膜；在所述非晶硅薄膜上制備導(dǎo)電薄膜；在所述導(dǎo)電薄膜上制備金屬柵電極。
8.如權(quán)利要求7所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在所述晶硅背面制備金屬背電極的步驟具體為在所述黑硅層表面通過絲網(wǎng)印刷或蒸鍍方式制備金屬背電極。
9.如權(quán)利要求7所述的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述在所述黑硅層表面制備非晶硅薄膜的步驟具備包括在所述黑硅層表面制備本征非晶硅薄膜；在所述本征非晶硅薄膜上制備η型非晶硅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域。所述太陽能電池包括金屬柵電極、導(dǎo)電薄膜、非晶硅薄膜、黑硅層、晶硅和金屬背電極；金屬背電極位于晶硅的背面，黑硅層位于晶硅上，非晶硅薄膜位于黑硅層上，導(dǎo)電薄膜位于非晶硅薄膜上，金屬柵電極位于導(dǎo)電薄膜上。本發(fā)明還提供了一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法。本發(fā)明通過在黑硅結(jié)構(gòu)上制備非晶硅薄膜，形成異質(zhì)結(jié)太陽能電池，提高了太陽能電池的開路電壓和短路電流，進(jìn)而大大提高了太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號H01L31/075GK102270668SQ20111026340
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者劉杰, 劉邦武, 夏洋, 李勇滔, 李超波, 沈澤南 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所