硅基太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術提出的一種硅基太陽能電池，包括依次層疊的空穴傳輸層、第一鈍化層、n型硅片，其特征在于所述空穴傳輸層材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種。上述硅基太陽能電池，采用高功函數材料作為空穴傳輸層取代p型摻雜層，低功函數材料作為電子傳輸層取代n型摻雜層，制備的非摻雜異質結空穴傳輸層與鈍化層或硅片直接接觸，耗盡區界面會形成強反型層，通過能帶平齊與能帶彎曲實現光生載流子向對應方向流動，以實現其有效分離，降低接觸電阻和復合速度，帶間缺陷態也會受到強反型層的屏蔽作用，從而使電池的開路電壓增大，相應地電池轉換效率升高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能電池領域，特別是涉及一種硅基太陽能電池及其制備方法。
技術介紹
當前，生產應用最為廣泛的當屬硅基太陽能電池,其電池轉換效率及穩定性最高、技術也最為成熟，在大規模應用和工業市場中仍占據主導地位。1999年，新南威爾士大學教授馬丁·格林課題組制備的PERL(Passivated Emitter and Rear Locally-diffused，鈍化發射極背面定域擴散)太陽能電池，電池轉換效率高達24.7％。2014年，松下制備HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，超薄本征薄膜層異質結)太陽能電池，能量轉換效率高達25.6％。但是，包括上述太陽能電池在內的摻雜載流子硅基太陽能電池，均需要摻雜磷、硼源等以形成同質結或異質結的載流子傳輸結構，結構復雜；現有的制備摻雜的載流子選擇性傳輸材料工藝主要包括熱擴散、離子注入、掩膜法、絲網印刷技術和PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等離子體化學氣相沉積)技術。然而熱擴散法、掩膜法以及離子注入技術均需要800℃以上高溫工藝，后續需要光刻、去“死層”、制備掩膜等工藝，流程復雜；絲網印刷磷漿技術，在制備中要確保磷漿的量合適以保證得到合適的結深，重摻雜區域要與電極柵線嚴格對齊，生產條件要求高，因此現有技術不成熟，導致電池轉換效率不高；制備摻雜非晶硅異質結則依賴PECVD技術，并且制備超薄本征非晶硅的工藝窗口較窄，導致器件制備流程較為復雜、產品效率波動性較大、硬件設備投資過高，限制了該技術的大規模推廣。
技術實現思路
基于此，本專利技術的目的在于，針對現有摻雜同質結、異質結太陽能電池，
制備工藝復雜，投入成本高的問題，提處一種改進的硅基太陽能電池。所述空穴傳輸材料、電子傳輸材料均為寬禁帶材料，寄生吸收減少，飽和電流密度提高，材料載流子遷移率可調控。制備工藝簡單，蒸鍍或旋涂或電子束蒸發等工藝制備，設備投資成本低，效率提升空間大，對加速光伏應用成本的降低具有極為重要的意義。本專利技術提供一種硅基太陽能電池，包括依次層疊的空穴傳輸層、第一鈍化層、n型硅片，其中所述空穴傳輸層材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種。在其中一個實施例中，所述太陽能電池還包括電子傳輸層和第二鈍化層，所述第二鈍化層層疊在所述n型硅片遠離所述第一鈍化層的一側，所述電子傳輸層層疊在所述第二鈍化層遠離所述n型硅片的一側，所述電子傳輸層材料選自氧化鈦、氧化鉻、氧化鉿、氧化鈧、氧化鋯、氧化鉭、氧化釔中的一種。在其中一個實施例中，所述太陽能電池還包括第二空穴傳輸層，所述第二空穴傳輸層層疊在所述空穴傳輸層遠離所述第一鈍化層的一側，所述第二空穴傳輸層的材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種，所述第二空穴傳輸層材料的功函數比所述空穴傳輸層材料的功函數高0.01～0.5eV。在其中一個實施例中，所述太陽能電池還包括透明導電電極層，所述透明導電電極層層疊在所述空穴傳輸層或所述電子傳輸層遠離鈍化層一側，所述透明導電電極層材料選自氧化銦錫、氧化鋁鋅、氫化氧化銦/氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鎵中的一種。在其中一個實施例中，所述空穴傳輸層為0.1～200nm，所述電子傳輸層的厚度為0.1～10nm，所述第二空穴傳輸層厚度為0.1～80nm。在其中一個實施例中，所述第一鈍化層和所述第二鈍化層的厚度各自為0～20nm，所述第一鈍化層和所述第二鈍化層材料各自選自氫化非晶硅、氫化非晶氧化硅、氧化硅、氧化鈦、氧化鋁、氮氧化硅中的一種。在其中一個實施例中，所述透明導電電極層厚度為60～80nm。本專利技術還提供一種硅基太陽能電池的制備方法，所述硅基太陽能電池包括
依次層疊的空穴傳輸層、第一鈍化層、n型硅片，其特征在于所述制備方法包括以下步驟：對所述n型硅片進行清洗、制絨或拋光；在所述n型硅片一側制備第一鈍化層；在所述第一鈍化層遠離所述n型硅片的一側制備空穴傳輸層，所述空穴傳輸層材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種。在其中一個實施例中，所述太陽能電池還包括第二鈍化層和電子傳輸層，所述第二鈍化層層疊在所述n型硅片遠離所述第一鈍化層的一側，所述電子傳輸層層疊在所述第二鈍化層遠離所述n型硅片的一側，所述制備方法還包括以下步驟：在所述n型硅片遠離所述第一鈍化層的一側制備所述第二鈍化層；在所述第二鈍化層遠離所述n型硅片的一側制備所述電子傳輸層，所述電子傳輸層材料選自氧化鈦、氧化鉻、氧化鉿、氧化鈧、氧化鋯、氧化鉭、氧化釔中的一種。在其中一個實施例中，所述太陽能電池還包括第二空穴傳輸層，所述第二空穴傳輸層層疊在所述空穴傳輸層遠離所述第一鈍化層的一側，所述制備方法還包括以下步驟：在所述空穴傳輸層遠離所述第一鈍化層的一側制備所述第二空穴傳輸層，所述第二空穴傳輸層的材料同樣選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種，所述第二空穴傳輸層材料的功函數比所述空穴傳輸層材料的功函數高0.01～0.5eV。上述硅基太陽能電池，采用高功函數材料作為空穴傳輸層取代p型摻雜層，低功函數材料作為電子傳輸層取代n型摻雜層，制備的非摻雜異質結空穴傳輸層與鈍化層或硅片直接接觸，耗盡區界面會形成強反型層，通過能帶平齊與能帶彎曲實現光生載流子向對應方向流動，以實現其有效分離，降低接觸電阻和復合速度，帶間缺陷態也會受到強反型層的屏蔽作用，從而使電池的開路電壓增大，相應地電池轉換效率升高。上述硅基太陽能電池，具有非摻雜異質結空穴傳輸層和第二空穴傳輸層，p-n結處內建電場增大，開路電壓增大，相應地電池效率增大。上述硅基太陽能電池選用的空穴傳輸層材料、電子傳輸層材料為寬禁帶材料、通過調控材料空位濃度、摻雜濃度，實現電導率與功函數的平衡。上述硅基太陽能電池，相較于傳統摻雜硅基太陽能電池，無需光刻、熱擴散、去“死層”等復雜工藝，通過簡單、低溫工藝即可制備，如熱蒸鍍、旋凃、電子束濺射、磁控濺射、原子層沉積法(ALD)、化學氣相沉積法(CVD)、噴霧熱解，太陽能電池結構簡單，顯著降低了成本。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提供的太陽能電池原理示意圖。圖2為本專利技術提供的太陽能電池實施例1太陽能電池的結構示意圖。圖3為本專利技術提供的太陽能電池實施例4太陽能電池的結構示意圖。圖4為本專利技術提供的太陽能電池實施例6太陽能電池的結構示意圖。圖5為本專利技術提供的太陽能電池實施例11太陽能電池的結構示意圖。圖6是圖5的仰視圖。圖7為本專利技術提供的太陽能電池實施例15太陽能電池的結構示意圖。圖8為本專利技術提供的太陽能電池實施例17太陽能電池的結構示意圖。具體實施方式為使本專利技術技術方案更佳清楚，以下結合附圖及具體實施例對本專利技術作進一步詳細的說明。本專利技術提供的硅基太陽能電池，當以n型硅片11作襯底時，包括依次層疊的空穴傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅基太陽能電池，包括依次層疊的空穴傳輸層、第一鈍化層、n型硅片，其特征在于所述空穴傳輸層材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種。

【技術特征摘要】
1.一種硅基太陽能電池，包括依次層疊的空穴傳輸層、第一鈍化層、n型硅片，其特征在于所述空穴傳輸層材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種。2.根據權利要求1所述的硅基太陽能電池，其特征在于所述太陽能電池還包括電子傳輸層和第二鈍化層，所述第二鈍化層層疊在所述n型硅片遠離所述第一鈍化層的一側，所述電子傳輸層層疊在所述第二鈍化層遠離所述n型硅片的一側，所述電子傳輸層材料選自氧化鈦、氧化鉻、氧化鉿、氧化鈧、氧化鋯、氧化鉭、氧化釔中的一種。3.根據權利要求1所述的硅基太陽能電池，其特征在于所述太陽能電池還包括第二空穴傳輸層，所述第二空穴傳輸層層疊在所述空穴傳輸層遠離所述第一鈍化層的一側，所述第二空穴傳輸層的材料選自碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、氧化鎢、氧化鉬中的一種，所述第二空穴傳輸層材料的功函數比所述空穴傳輸層材料的功函數高0.01～0.5eV。4.根據權利要求1所述的硅基太陽能電池，其特征在于所述太陽能電池還包括透明導電電極層，所述透明導電電極層層疊在所述空穴傳輸層或所述電子傳輸層遠離鈍化層一側，所述透明導電電極層材料選自氧化銦錫、氧化鋁鋅、氫化氧化銦/氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅鎵中的一種。5.根據權利要求1至4任一項所述的硅基太陽能電池，其特征在于所述空穴傳輸層為0.1～200nm，所述電子傳輸層的厚度為0.1～10nm，所述第二空穴傳輸層厚度為0.1～80nm。6.根據權利要求1至4任一項所述的硅基太陽能電池，其特征在于所述第一鈍化層和所述第二鈍化層的厚度各自為0～20nm，所述第一鈍化層和所述第二鈍化層材料各自選自氫化非晶硅...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于靜，葉繼春，高平奇，韓燦，何堅，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33