具有疊層減反特性的晶體硅異質太陽電池及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池及其制備方法，所述制備方法包括：步驟1），表面具有透明導電層的硅異質結光伏結構；步驟2），于所述透明導電層表面形成金屬柵線；步驟3），于所述金屬柵線頂部及透明導電層表面覆蓋介電減反射薄膜；步驟4），進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。本發明專利技術的金屬柵線處的結構采用透明導電層?金屬柵線?介電減反射薄膜的三明治結構，并通過低溫后處理，金屬柵線可以與表層的介電減反射薄膜反應，從而實現導電通路。本發明專利技術具有低成本、高可靠性的優勢，與現有異質結太陽電池制備工藝匹配的特點，在太陽電池制造領域具有廣泛的應用前景及實用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于異質結太陽電池領域，特別是涉及一種低溫處理的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池及其制備方法。
技術介紹
隨著社會經濟的發展，對能源的需求不斷增加，有限的傳統燃料能源正在一天天減少，且在燃燒過程中對全球氣候和環境造成了重大影響。能源和生態環境的雙重危機迫使各國大力推動新能源和可再生能源的發展，希望其能夠改變人類的能源結構，維持長遠的可持續發展。作為21世紀最重要的能源，太陽能資源總量相當于人類現在所利用的能源的一萬多倍，且具有安全、無污染、資源永不枯竭等特點，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源。太陽電池是利用光生伏特效應直接把光能轉化成電能的裝置，是太陽能實際應用的重要組成部分。目前，晶硅太陽電池在產業化電池中占據著主導地位，但生產成本還無法實現光伏發電的“平價上網”要求；此外，總體轉換效率偏低、高溫特性不好、制程能耗大、光致衰減等也制約著晶硅太陽電池的進一步發展。硅異質結太陽電池(SHJ太陽電池)是一種通過在晶硅片上沉積非晶硅薄膜，在硅片和P型摻雜非晶硅薄膜間引入一層本征非晶硅緩沖層，產生電荷分離場，可有效提高鈍化、開路電壓及轉換效率。這種電池既利用了薄膜電池的制造工藝優勢，又發揮了晶體硅和非晶硅的材料性能特點，具有較高的轉換效率(目前最高接近25％)、良好的溫度特性(在同樣的高溫應用下，異質結太陽電池比晶硅太陽電池性能衰減更少)、較低的工藝溫度(異質結太陽電池工藝均在250℃以下)等優點，成為太陽電池發展的熱點。以n型雙面SHJ太陽電池為例，其基本結構如圖3所示，主要包括n型晶體硅基底、本征非晶硅鈍化層、n型(p型)非晶硅摻雜層、表面減反射及導電層、金屬電極。由于非晶硅薄膜摻雜層的橫向導電性能較差，故在SHJ電池的制備過程中，常在非晶硅和金屬柵線之間插入一層光電性能較好的透明導電薄膜作為表面減反射層及導電層，以改善提高電池接觸特性及電性能。由于雙面異質結太陽電池是對稱結構，故摻雜非晶硅層的位置可以互換，即可以是p型非晶硅摻雜層在表面，也可以是n型非晶硅摻雜層在表面。同時，異質結太陽電池也可以是單面結構，即背面沉積整面的金屬作為導電電極。這些結構都是異質結太陽電池結構的衍生，為業內所共知。在未沉積透明導電薄膜之前，由于氫化非晶硅薄膜的折射率較高，使得太陽電池的主要吸收波段(300-1200nm)的反射損失很大，可以達到40％及以上。通過沉積透明導電薄膜作為減反射層，異質結太陽電池的反射損失大大地降低了。300-1200nm波段的反射率可以降低到8％以下。由于透明導電薄膜的電學特性和光學特性存在相互制約的關系：若獲得高的光學透過性，則薄膜的導電性降低，反之亦然。對于單層減反射薄膜，其優化的薄膜厚度一般通過標準方程計算，對應為在600nm處的四分之一波長。此時，單層減反射薄膜在該波長時的反射率接近于0。對于疊層減反射薄膜，其優勢在于得到多個極小值點，可以在更寬的波段范圍內獲得更低的發射率，從而降低整個光譜范圍內的反射率。根據異質結太陽電池的特性：1.透明導電薄膜作為傳導層與發射極直接接觸；2.工藝溫度不超過250℃。因此，傳統的疊層減反射的方法不適用于異質結太陽電池。傳統的擴散PN結太陽電池的疊層減反的制備方法如圖1a～圖1f所示，先于P型襯底101上形成N型層102，然后于N型層102表面形成疊層的減反薄膜103(都是介電薄膜)，然后形成背電極105，再沉積金屬柵線104，在后續高溫后處理時(一般溫度達到700℃以上)，金屬柵線燒穿疊層減反射薄膜，與PN結接觸形成導電通路。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池及其制備方法，以在低溫下實現疊層減反射結構及方法。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，所述制備方法包括步驟：步驟1)，提供硅異質結光伏結構，及所述硅異質結光伏結構表面的透明導電層；步驟2)，于所述透明導電層表面形成金屬柵線；步驟3)，于所述金屬柵線頂部及透明導電層表面覆蓋介電減反射薄膜；步驟4)，進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述硅異質結光伏結構的正面及背面均制備有透明導電層、金屬柵線及介電減反射薄膜，并進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述硅異質結光伏結構的背面同樣制備有透明導電層、金屬柵線及介電減反射薄膜，并進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，
所述的異質結光伏結構包括具有相反摻雜的半導體材料，所述的異質結光伏結構的制程溫度不超過250℃。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述透明導電層的形成方式包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、濺射、反應等離子氣相沉積、溶膠凝膠法、電沉積、等離子體增強化學氣相沉積、金屬有機物化學氣相沉積及原子層沉積中的一種。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述透明導電層的厚度范圍為1-100nm。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述透明導電層具有導電性及透光性，包括但不僅限于In2O3、In2O3:H、In2O3:Sn(ITO)、In2O3:W(IWO)、In2O3:Ce(ICO)、In2O3:Mo(IMO)、ZnO，ZnO:Al(AZO)、ZnO:Ga(GZO)、CdO、SnO2、SnO2:F(FTO)、SnO2:Sb、MgIn2O4、Zn2In2O5、Zn2SnO4、LaB4、TiN、ZrN、PEDOT:PSS、PPY-PVA、聚苯胺、聚噻吩、Au、Al、Pt、Pd、Ag、Cr中的一種或兩種以上的疊層。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述金屬柵線的形成方式包括但不僅限于絲網印刷、噴墨打印、電鍍、化學鍍、濺射、物理氣相沉積、噴涂中的一種。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述介電減反射薄膜的形成方式包括等離子體增強化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺射、溶膠凝膠法、化學氣相沉積、金屬有機物化學氣相沉積、原子層沉積中的一種。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述介電減反射薄膜包括氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氟化鎂、透明樹脂中的一種或兩種以上的疊層。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述介電減反射薄膜包括1-5層薄膜，厚度范圍為1-200nm。作為本專利技術的具有疊層減反特性的硅異質太陽電池的制備方法的一種優選方案，所述金屬柵線的厚度大于所述介電減反射薄膜的厚度。作為本專利技術的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法的一種優選方案，步驟4)中，低溫退火的溫度為不超過250本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟：步驟1)，提供硅異質結光伏結構，所述硅異質結光伏結構包括：晶體硅基底，相反摻雜的非晶硅薄膜，表面具有透明導電層；步驟2)，于所述透明導電層表面形成金屬柵線；步驟3)，于所述金屬柵線頂部及透明導電層表面覆蓋介電減反射薄膜；步驟4)，進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。

【技術特征摘要】
1.一種具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟：步驟1)，提供硅異質結光伏結構，所述硅異質結光伏結構包括：晶體硅基底，相反摻雜的非晶硅薄膜，表面具有透明導電層；步驟2)，于所述透明導電層表面形成金屬柵線；步驟3)，于所述金屬柵線頂部及透明導電層表面覆蓋介電減反射薄膜；步驟4)，進行低溫退火處理使金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。2.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述硅異質結光伏結構的正面和/或背面制備有透明導電層、金屬柵線及介電減反射薄膜，并進行低溫退火處理金屬柵線與表層的介電減反射薄膜反應形成導電混合相通路。3.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述金屬柵線的形成方式包括絲網印刷、噴墨打印、電鍍、化學鍍、濺射、物理氣相沉積、噴涂中的一種。4.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述介電減反射薄膜的形成方式包括等離子體增強化學氣相沉積、物理氣相沉積、濺射、溶膠凝膠法、化學氣相沉積、金屬有機物化學氣相沉積、原子層沉積中的一種。5.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述介電減反射薄膜包括氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氟化鎂、透明樹脂中的一種或兩種以上的疊層。6.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述介電減反射薄膜包括1-5層薄膜，厚度范圍為1-200nm。7.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，其特征在于：所述金屬柵線的厚度大于所述介電減反射薄膜的厚度。8.根據權利要求1所述的具有疊層減反特性...

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞健，卞劍濤，張麗平，劉毓成，孟凡英，劉正新，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31