[发明专利]一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池光伏发电技术领域，特别是涉及一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池。

背景技术

太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。现今光伏发电领域发展较快的太阳电池产业主要有晶体硅太阳电池与薄膜太阳电池。晶体硅太阳电池的发展已有较为成熟的技术工艺，但由于原材料价格、生产工艺复杂、能耗高、污染等因素使得该类型的电池生产成本较高，并且从提高光电转换效率的角度来说，尚须进一步改进技术。薄膜太阳电池原材料来源广泛、生产成本低、质量轻、可柔性，因而具有广阔的市场前景。与晶体硅太阳电池相比，非晶硅薄膜太阳电池的优点体现在：原材料成本低，所用硅材料少，厚度为微米级，只有晶体硅电池厚度的1/100；可采用玻璃、不锈钢和塑料等廉价衬底材料，生长薄膜的主要原材料SiH4和H2，来源丰富，无毒，材料与器件同步完成，采用低温制造工艺，因此耗能比晶体硅电池低得多，便于大面积连续化生产；外形美观，使用可靠，特别适合建筑一体化(BIPV)；硅薄膜电池产品尺寸可达1.4～5.7平方米，容易做成透明的，因此更容易与建筑结合在一起使用；硅基薄膜电池的高温性能好(非晶硅的电池效率温度系数较低，约为-0.1％/K，因此环境温度升高所引起的电池效率降低不明显。而晶体硅太阳电池的温度系数为-0.4％/K，随着组件的野外温度升高，电池效率会出现较大降低)；弱光性能好，在弱光下也能发电。非晶硅薄膜材料在可见光频率范围内，对可见光的吸收系数比晶体硅要大一个量级，并且非晶硅太阳电池的制造温度较低(200～300℃)、易于实现大面积生产，因而其在薄膜太阳电池的研发领域中占据首要地位。目前，非晶硅太阳电池的制作主要包括电子回旋共振，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，直流辉光放电(GD)，射频辉光放电，溅射和热丝化学气相沉积(HW-CVD)等方法。非晶硅太阳电池制作的基本原理，是将含有硅的烷气(主要是SiH4)采用化学方式沉积到非硅基板(如玻璃、不锈钢等材料)上，通过使用SiH4等离子体分解法，掺入乙硼烷B2H6和磷化氢PH3等气体而实现掺杂工艺，形成p型和n型导电类型的薄膜材料。

不同类型的异质结太阳电池在实验室研发已有多年历史，从晶体硅表面织构、缓冲层材料沉积、导电薄膜的沉积制备与优化到太阳电池器件的制造和工艺优化等方面都进行了广泛深入的研究。工业生产上比较成功的案例是日本三洋的HIT电池(非晶硅/晶体硅结构)，电池转换效率能达到20％以上。但这种结构的太阳电池面临的问题是缓冲层的生长技术、导电薄膜的工艺优化、低温条件下金属-硅的合金化以及电极优化，由于非晶硅缓冲层对晶体硅绒面和工艺条件非常敏感，因此其制作是产业化的极大挑战。此外，电池的吸收层采用非晶硅薄膜，将导致光劣化效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，结合了晶体硅太阳电池与硅基薄膜太阳电池的特点，可以充分有效的利用太阳光谱的短波光，提高电池的短波部分光谱相应，为光生载流子的产生、分离、输运和收集创造条件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种带隙可调控的硅基异质结太阳电池，包括n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层，所述的n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层、晶体硅材料层依序自上而下叠层结合；所述的n型非晶硅碳薄膜层、n型非晶硅薄膜层、n型微晶硅薄膜层掺杂浓度依次控制为n⁺⁺、n⁺与n；所述的晶体硅材料层为p型硅基底层或进行了n型掺杂扩散处理的p型硅基底；所述的n型非晶硅碳薄膜层与所述的n型非晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构，所述的n型非晶硅薄膜层与所述的n型微晶硅薄膜层之间形成一个异质结结构；所述的n型非晶硅碳薄膜层制有钝化膜和/或透明导电薄膜；所述的钝化膜和/或透明导电薄膜上有受光面接触电极；所述的晶体硅材料层的下表面有背表面场；所述的背表面场下有背电极。

所述的带隙可调控的硅基异质结太阳电池的分层导电类型还可以采用整体对应的方式以反型的方式实现，即采用p型非晶硅碳薄膜层、p型非晶硅薄膜层和p型微晶硅薄膜层，其掺杂浓度可依次控制为p⁺⁺、p⁺与p，采用的晶体硅材料层为n型硅基底层或进行了p型掺杂扩散处理的n型硅基底。

所述的带隙可调控的硅基异质结太阳电池的非晶硅碳薄膜层、非晶硅薄膜层和微晶硅薄膜层的禁带宽度依次递减，形成窗口效应；所述的非晶硅碳薄膜层、非晶硅薄膜层、微晶硅薄膜层和晶体硅材料层的厚度为纳米量级并可调节。