[发明专利]一种结构为氧化物‑金属多层膜/硅基太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种具有氧化物-金属多层膜结构/硅基太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳电池最常见的结构是无机材料体系的p-n结类型的构造，根据材料异同可分为同质结与异质结。异质结(Heterojunction，HJ)是指两种不同的半导体材料组成的p-n结，在1951年由Gubanov等人提出了异质结的概念。异质结太阳电池可以避免高温扩散过程，在低温下通过蒸镀薄膜与硅衬底形成p-n结。目前硅基异质结太阳电池主要包括a-Si:H/c-Si异质结太阳电池(Heterojunction with intrinsic Thinlayer,HIT)、AZO/Si异质结太阳电池、IBC-SHJ太阳电池、β-FeSi2/Si异质结太阳电池。其中HIT太阳电池最初在1968年Grigorovici通过热蒸发的方法在硅表面沉积非晶硅，由于非晶硅薄膜的缺陷态密度较高，因此效率比较低。后来随着PECVD的技术发展，沉积的非晶硅中含有氢，能够对硅与非晶硅接触界面层实现很好的钝化，HIT电池于2014年取得了25.6％的效率。但是HIT太阳电池目前存在以下问题：一、设备昂贵，并且原材料属于高危险性化学物品。二、为获得低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺和设备要求比较高。三、非晶硅会对光具有寄生吸收，减少了短路电流密度。因此需要寻找新的材料，与硅结合形成新型异质结太阳电池。

近些年掺F的SnO₂(FTO)、掺In的Sn₂O₃(ITO)、掺Al的ZnO(AZO)、MoO₃等氧化物薄膜材料已经在太阳电池领域获得了广泛的应用。为了进一步改善薄膜的光学和电学特性，并且能够实现低温制备透明导电薄膜，通过在透明导电薄膜中间插入一层金属层，主要作为氧化物/金属/氧化物多层结构透明导电氧化物电极，例如MoO₃/Ag/MoO₃、ITO/Ag/ITO、AZO/Ag/AZO等。因为他们不仅有较低的电阻率，而且氧化物/金属/氧化物复合结构的薄膜能有效的阻止金属层的反射，因为金属层和氧化物层之间的等离子体耦合作用，使其在可见光范围增加的透过率。这种氧化物层中间内嵌金属层的三明治结构中，金属层的生长方式随着厚度的增加，从不连续的岛状结构，变成连续的薄膜，其获得较低的方块电阻。

但目前这种氧化物层中间内嵌金属层结构的透明导电薄膜，仅用于有机染料敏化太阳电池中，作为低温制备透明导电薄膜。该氧化物-金属多层膜尚未用于硅片或者硅薄膜中制成太阳电池。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，该太阳电池将氧化物-金属多层膜用于硅片或者硅薄膜中作为电池的发射极，形成的氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，可以避免传统的热扩散或者离子注入法制备发射极引起的俄歇复合和死层现象。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池的制备方法，该方法制作工序少，适合大规模生产，整个制备过程无需高温。

本发明的第一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种结构为氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，该太阳电池的结构从上至下依次包括：银电极、氧化物-金属多层膜、钝化层、硅基体和全铝背电极，所述的氧化物-金属多层膜由第一氧化物薄膜、金属薄膜和第二氧化物薄膜复合而成，所述的第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为MoO₃薄膜、掺锡In₂O₃薄膜、掺氟SnO₂薄膜或掺铝ZnO薄膜，所述的金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜或Al薄膜。

本发明通过将氧化物-金属多层膜与硅片或者硅薄膜结合形成氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，氧化物包括掺铝氧化锌(AZO)、MoO₃、氧化铟锡(ITO)、掺氟SnO₂薄膜等，金属包括Ag、Au或Al等，硅包括单晶硅、多晶硅或硅薄膜等。电池的光吸收层主要是硅，氧化物-金属多层膜起到发射极、减反射、导电的作用，并且整个制备工艺处于低温的状态，并且设备简单，成本较低，环境友好。

所述的第一氧化物薄膜的厚度优选为10～20nm，所述的金属薄膜的厚度优选为2～15nm，所述第二氧化物薄膜的厚度优选为30～50nm。

所述硅基体可以为单晶硅片、多晶硅片或硅薄膜。单晶硅片或多晶硅片为P型或N型单晶硅片或多晶硅片。