[发明专利]HIT太阳电池的硼掺杂发射极结构与制备方法

说明书

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及HIT太阳电池的硼掺杂发射极结构与制备方法。采用阶梯式硼原子掺杂浓度分布的薄膜，从高浓度逐步变为低浓度分布的硼原子，并且采用H₂等离子体处理阶梯式掺杂薄膜的界面，进一步引入CO₂或CH₄气体提高其光学带隙、降低掺硼薄膜的折射率。此结构能够有效地解决两个关键性问题：一、发射极的硼掺杂浓度增加，引起发射极缺陷态密度增加的问题，降低HIT太阳电池的开路电压；二、掺硼非晶硅薄膜的寄生性吸收问题，降低电池的前表面光学性能。最终，实现低复合、优越光学性能的掺硼发射极，提高HIT太阳电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及HIT太阳电池的硼掺杂发射极结构与制备方法。

背景技术

HIT （Heterojunction with intrinsic thin layer）太阳电池，具有较高的制备工艺难度，是将非晶硅（a-Si:H）和晶体硅技术相结合形成的高效电池结构，主要是由日本松下和三洋公司掌握核心技术和装备。相比于目前大面积产业化的PERC太阳电池，HIT太阳电池具有先进的光学结构：硅片双面制绒，采用透明导电薄膜（TCO）进行减反射，背面同样采用TCO薄膜，作为背反射器。HIT电池因其前后丝网印刷银浆料，所以可以制备成双面HIT电池和组件，进一步增强光伏系统的发电量。此外，HIT太阳电池具有先进的电学结构：采用掺杂非晶硅（a-Si:H）与晶体硅（c-Si）形成异质结结构，采用本征非晶硅（a-Si:H）来钝化硅片表面的悬挂键，降低异质结界面的缺陷态密度。a-Si:H （n⁺）/c-Si与a-Si:H （p⁺）/c-Si两种接触界面，属于载流子选择性接触，能够有效地进行单一载流子的界面传输。由于掺杂非晶硅的横向电导性较差，因此需要TCO进行载流子横向传输。非晶硅热稳定性较差，工艺温度不能超过250 - 300 ℃，因此需要采用丝网印刷低温银浆，后进行200 ℃低温烧结。因此，相比于目前效率为22%的PERC太阳电池，工业级HIT太阳电池能够在Cz硅片上，取得了超过25%的光电转换效率。

然而，HIT太阳电池的发射极主要存在如下两个问题，对电池性能进一步提升具有决定性作用：1） 掺硼非晶硅作为发射极，随着掺杂浓度的增加，导致掺硼非晶硅的缺陷态密度和发射极复合电流密度的增加，降低电池开路电压；而硼掺杂非晶硅浓度过低，虽然降低了体区缺陷态密度，但是电池的能带弯曲的量较小无法形成有效的内建电场，导致电池开路电压较低；2） 掺硼非晶硅的折射率（n = 3.75）比硅片自身更高，引起TCO/a-Si:H （p）接触界面高反射率。此外，掺硼非晶硅的光学带隙较窄（E_g= 1.96），随着掺杂浓度的增加，会导致其光学带隙变窄，增强了对短波和长波区域光子的寄生性吸收，降低电池短路电流密度。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的关键技术问题是，提供一种阶梯式硼原子掺杂方法，降低发射极缺陷态密度和体区复合，同时，引入CO₂或CH₄提高掺硼非晶硅薄膜的光学带隙，降低掺硼非晶硅薄膜的折射率，减少薄膜的光学寄生性吸收损失，并且，在薄膜膜层之间，采用H₂等离子体处理形成富硅层，进一步降低薄膜接触界面的复合。基于以上优化，最终实现低缺陷态密度、高光学带隙的发射极结构，进一步提高HIT太阳电池的光电转换性能。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种HIT太阳电池的硼掺杂发射极结构，该太阳电池的结构包括：n型硅片，a-Si:H （i）钝化层，透明导电薄膜（TCO），若干硼掺杂浓度的发射极，H₂等离子体处理薄膜接触界面形成的富硅层和无主栅结构的银细珊线，该太阳电池的结构是以高光学带隙、低掺硼非晶硅薄膜的折射率、低薄膜界面复合、低薄膜缺陷态密度的阶梯式掺杂发射极结构特征。