[发明专利]一种晶体硅/硅基薄膜叠层电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种晶体硅/硅基薄膜叠层电池的制备方法。

背景技术

晶体硅太阳能电池具有转换效率高，生产技术成熟的优点，一直以来占据着太阳能电池世界总产量的绝大部分。虽然晶体硅太阳能电池的技术水平一直在稳步提升，但传统晶体硅太阳能电池生产过程中的高温扩散制结工艺及缺乏良好的表面钝化机制等限制了电池光电转换效率的进一步提升。图1示出了传统晶体硅电池的基本结构。

同时，业界一直在努力研究探索低成本、高产量、高效率的薄膜太阳能电池制造技术。氢化非晶硅（α-Si:H）太阳能电池生产工艺温度较低（300℃以下），其不使用硅片，可以在生产过程中节省大量硅材料，便于大规模生产，因此受到了普遍重视并得到迅速发展。但是，氢化非晶硅太阳能电池的光致退化问题始终没有得到很好的解决，同时其光电转换效率还有待进一步提高。

为提高太阳能电池的光电转换效率，更有效利用不同光谱的辐射，1994年Meier等人提出了非晶硅与微晶硅薄膜的叠层电池，如图2所示。这项技术在Oerlikon Solar的推动下，形成了完整的产业链，商业化的技术称为Micromorph^TM，即非晶硅与微晶硅薄膜电池组合。目前这项技术已经大规模生产，组件效率已超过10%。但由于非晶硅顶电池的光致衰减问题没有解决，叠层电池效率的提升受到了限制。

研究人员也一直探索把晶体硅和薄膜电池的优势结合起来形成更高效的电池。一种方法是用宽带隙的α-Si:H层作为窗口层或发射极，窄带隙的单晶硅、多晶硅片作衬底，形成所谓的异质结太阳电池。这种电池即利用了薄膜电池制造工艺的优势同时又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点，具有实现高效低成本硅太阳电池的发展前景。1983年，Hamakawa等人首先报道采用a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结构叠层太阳电池获得了12%的光电转换效率。参考图3，1991年，三洋（Sanyo）公司利用PECVD技术制备出光电转换效率超过16%的a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)结构的太阳能电池，他们把这种在p型a-Si:H和n型c-Si之间插入一薄层本征a-Si:H作为缓冲层（buffer layer）的结构称之为“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）结构”。

中国专利申请（申请号201210041796.6）中公开了一种叠层电池结构，该叠层电池中的薄膜电池为非晶硅电池，具有很大的光致衰减问题。此外，在该专利中，无论是异质结电池还是非晶硅薄膜电池都没有光陷结构，而公开文本中提到的80nm～100nm导电膜无法形成光陷作用，这将导致该电池在实际应用中遇到困难。

中国专利申请（申请号201210292308.9）公开了一种使用了p型硅片的异质结与非晶硅薄膜电池的叠层电池，该专利申请同样没有解决非晶硅薄膜电池的光致衰减问题。由于该叠层电池的异质结电池部分采用p型非晶硅材料，这样与p型硅片形成的高低结的开路电压会非常低，电池在实际应用中会有很大困难；此外，该专利用60nm～100nm溅射TCO层，这样的TCO层完全没有光陷作用。

中国专利申请（申请号201210292258.4）公开了一种叠层电池，但该结构的电池并没有实现串联，电压也无法叠加，实际上是一种双面异质结电池。该专利申请在硅片上做ZnO，目的是利用折射率的不同增加反射，但该结构完全失去了异质结的意义，实际上无法跨越ZnO层形成异质结。即该专利申请实际为异质结-异质结的叠层结构，这样的结构会导致电池无法工作。

中国专利申请（申请号200880107365.7）中公开的叠层电池中，硅基薄膜电池为非晶硅电池，同样存在光致衰减问题（在该专利申请中也提到了这个问题）。另外，该叠层电池工作时，光从非晶硅电池的n型层入射，这将严重降低载流子的收集效率，降低电池的光电转换效率。

综上，目前需要一种能够大规模生产具有良好的光陷作用、成本低、工艺简单的高效率叠层太阳能电池生产方法。

发明内容