[发明专利]一种含复合发射层硅异质结太阳电池的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及硅异质结太阳电池的制备方法，特别涉及一种含P型非晶硅/纳米晶硅复合发射层的太阳电池制备方法。

背景技术

光伏发电是国际公认的解决能源缺乏与环境污染问题的有效途径之一。光伏发电的载体是太阳电池，而能使太阳电池成为未来能源重要组成部分的关键是要将光伏发电成本降到与常规能源相当。硅异质结太阳电池因其转换效率高，制备过程低耗能，生产成本较为廉价等优点受到广泛关注。

硅异质结太阳电池通常采用掺杂的a-Si:H薄膜作为电池的发射层，相比于传统的单晶硅太阳电池，硅异质结太阳电池具有更高的开路电压。发射层材料质量的优劣直接决定电池的转换效率：一方面，发射层需要有较高的有效掺杂为电池提供足够的内建电场，减少电池的串联电阻；另一方面，作为窗口层材料也需要发射层具有较宽的带隙以降低材料的寄生吸收，提高电池的短波响应。

然而，若直接采用重掺杂的a-Si:H材料作为电池的发射层，由于其体内缺陷较多，吸收系数高，导致硅异质结太阳电池的寄生吸收较大，电池的短波响应并不高，降低了短路电流密度。而宽带隙的nc-Si:H薄膜虽然具有较宽的带隙和较高的透过率，但其高氢稀释和高功率制备条件中具有大量的高能粒子，这些高能粒子轰击本征a-Si:H薄膜会劣化薄膜的微结构，降低了本征a-Si:H薄层的钝化效果，使电池的开路电压有所降低。因此，理想的发射层应在降低电池的串联电阻和寄生吸收，增强电池p-n结内建电场的同时又不影响本征a-Si:H对c-Si钝化特性，从而提高硅异质结太阳电池的转换效率。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的问题，通过在太阳电池中引入宽带隙的nc-Si:H材料与a-Si:H构成非晶硅/纳米晶硅复合结构作为硅异质结太阳电池的发射层，以实现在保证材料高透过率的基础上，改善c-Si表面的钝化效果，实现提高电池输出特性与短波响应的目的，且其制备方法简单，易于实施。

本发明的技术方案：

本发明提供的硅异质结太阳电池，由正面金属栅线电极M1、透明导电薄膜T、p型发射层P、本征a-Si:H钝化层I、衬底C、背场N、背电极M2组成。衬底C既可以是p型掺杂也可以是n型掺杂，硅异质结太阳电池复合发射层，由硅薄膜P1和P2两层构成，其中P1层为具有宽带隙高电导的nc-Si:H薄膜，P2层为具有低掺杂低缺陷密度的a-Si:H薄膜材料，P1层的厚度控制在10-25nm，电导率为10^-2S/cm量级，光学带隙宽度为2.05-2.2eV。P2层的厚度控制在1-10nm左右，电导率为10^-7S/cm量级，光学带隙宽度为1.91-1.95eV。发射层的制备所需的三种气源如下：硅烷类源气体SiH₄、Si₂H₆或Si₃H₈中的一种，掺杂气体TMB为BF₃、B(CH₃)、PH₃或B₂H₆中的一种和稀释气体H₂。

其具体制备方法包括以下步骤：

1）            将衬底C放置于具有高真空度的沉积系统中，衬底温度为140℃的条件下在硅片正反表面沉积一层本征非晶硅I层，之后选定一面沉积n型非晶硅背场N，则另一面预备沉积p型发射层。

2）            将以上制备待处理样品放置在沉积p型发射层的腔室中，腔室的本底真空度为10^-6Pa，沉积温度为180℃，控制反应气体压强为1.5-2Torr，辉光功率密度控制在40~120mW/cm²，三种气体的流量之比为[硅烷类]: [H₂]: [TMB]=1:120:1~1:120:2.5，此时制备出高质量p型a-Si:H薄膜，即P2层。

3）            采用原位沉积的方法，将辉光功率密度调整为120~160mW/cm²，三种气体的流量之比为[硅烷类]: [H₂]: [TMB]=1:160:1-1:160:1.5，保证其他沉积条件不变，制备出p型nc-Si:H薄膜，即P1层。