一种氧化物‑金属多层膜背接触晶体硅太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化物‑金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，包括晶体硅片，所述晶体硅片的前表面和背表面设有钝化层，背表面钝化层上设有发射极、发射极金属电极和基区金属电极，发射极由第一氧化物薄膜、金属薄膜和第二氧化物薄膜组成；其中第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为WO3薄膜、NiO薄膜或V2O5薄膜，金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜、Pd薄膜、Cu薄膜、Ni薄膜、Mo薄膜、W薄膜或Al薄膜；该电池前表面无金属栅线遮挡，原材料无易燃易爆有毒材料，环境友好；整个制备过程不需要光刻、激光等昂贵的设备和复杂的工艺流程，无需高温，工艺步骤简单，适合大规模生产；不需要使用透明导电薄膜，成本低廉，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池
，具体涉及一种氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池及其制备方法。
技术介绍
太阳电池最常见的结构类型是无机材料体系的p-n结类型，根据材料异同可分为同质结与异质结。异质结太阳电池可以避免高温扩散过程，在低温下制备薄膜与硅衬底形成p-n结。目前商业化的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(HeterojunctionwithintrinsicThinlayer,HIT)和叉指结构硅基异质结(Interdigitatedbackcontactsiliconheterojunction,IBC-SHJ)太阳电池。IBC-SHJ太阳电池前表面采用较大带系的半导体材料作为减反膜和钝化膜，以减少光的反射和寄生性吸收，因此比HIT太阳电池具有更高的电流密度。但是IBC-SHJ太阳电池目前存在以下问题：一、设备昂贵，并且原材料硅烷属于易燃易爆的化学物品。二、需要复杂的掩膜和精准的对位技术，例如：光刻、激光刻蚀等，防止电池发射极与基区连接造成电池短路。三、需要使用ITO等透明导电薄膜和低温银浆，成本高，难以进行大量生产。因此探索新材料、新结构、新制备工艺，简化工艺步骤、降低对设备的要求及适合大规模生产，获得高效率的新型异质结太阳电池，具有重要的意义。近些年WO3，NiO，V2O5等过渡金属氧化物材料，由于功函数高、带隙宽、光的寄生性吸收小等优点被广泛的应用于光电子器件中，如：有机发光二极管(OLED)、有机太阳电池(OPV)。然而，过渡金属氧化物属于绝缘材料，电阻率较高。为了改善薄膜的电学特性，并且能够低温制备，可以通过在氧化物薄膜中插入一层金属层来实现，形成氧化物/金属/氧化物多层膜结构，例如WO3/Ag/WO3、NiO/Ag/NiO、V2O5/Ag/V2O5等。这种多层膜的结构具有如下特点：一、拥有较低的表面方块电阻；二、优异的光学性能，氧化物/金属/氧化物复合结构的薄膜通过金属层和氧化物层之间的等离子体耦合作用，增加了在可见光范围的透过率，能够有效地阻止金属层的反射；三、较高的功函数。专利CN104916709A中，将金属多层膜与硅材料结合起来，在沉积有钝化层的硅片正面沉积氧化物/金属/氧化物多层膜，制备具有前结的氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池。但是前结的氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池具有以下缺点：(1)电池的发射极中含有一层金属膜，由于金属膜对光的反射和吸收，会极大地降低电池的光生电流；(2)前表面的金属电极和发射极仅部分接触(～8％)，串联电阻大，填充因子较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，该太阳电池将氧化物-金属多层膜作为发射极并设置于晶体硅片的背面，效率高，可以避免传统的热扩散、离子注入或者等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)制备非晶硅作为发射极引起的寄生性吸收、俄歇复合和“死层”等问题。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供上述氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池的制备工艺，该方法制作工序少，整个制备过程无需高温，适合大规模生产。本专利技术的第一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，包括晶体硅片，所述晶体硅片的前表面和背表面设有钝化层，所述背表面钝化层上设有发射极、发射极金属电极和基区金属电极，所述发射极由第一氧化物薄膜、金属薄膜和第二氧化物薄膜组成；其中第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为WO3薄膜、NiO薄膜或V2O5薄膜，所述金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜、Pd薄膜、Cu薄膜、Ni薄膜、Mo薄膜、W薄膜或Al薄膜。本专利技术通过将氧化物-金属多层膜作为发射极，与硅片或者硅薄膜结合形成氧化物-金属多层膜硅基背面接触太阳电池，电池的光吸收层主要是硅，电池前表明无金属栅线遮挡，氧化物-金属多层膜具有较高的功函数能够诱导硅表面能带弯曲产生空间电荷区、载流子收集与传输的作用，整个制备工艺处于低温的状态，设备简单，成本较低，环境友好。相比于商业化的硅基异质结背接触太阳电池，氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池有以下优点：一、低成本，由于采用低温工艺，不需要光刻、激光等昂贵设备，不需要透明导电薄膜和低温银浆，从而降低成本；二、工艺步骤简单，仅需两次金属网版掩膜，无商业化背接触电池复杂的工艺流程。因此，氧化物-金属多层膜硅基背面接触结构的太阳电池在实用化方面具有更广阔的前景。相比于前结氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池，氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池有以下优点：(1)电池的发射极中含有一层金属膜，由于金属膜对光的反射和吸收，会极大地降低电池的光生电流，而背接触结构的电池发射极在背面，不会对光生电流造成损失；(2)前表面的金属电极和发射极仅部分接触(～8％)，相比于背接触电池(金属电极和发射极全部接触)有更大的串联电阻，导致填充因子较低；(3)高效率，由于完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高电池的效率；(4)、低成本，由于采用低温工艺，可实现电池的薄片化，从而降低成本；因此，氧化物-金属多层膜硅基背面接触结构的太阳电池在实用化方面具有更广阔的前景。本专利技术所述第一氧化物薄膜的厚度优选为5～30nm，所述金属薄膜的厚度优选为2～20nm，所述第二氧化物薄膜的厚度优选为5～80nm。本专利技术所述第一氧化物薄膜和第二氧化物薄膜优选采用电阻式热蒸发、电子束蒸发或磁控溅射法制得；所述金属薄膜优选采用电阻式热蒸发法蒸镀制得。本专利技术所述晶体硅片优选为单晶硅片、多晶硅片或硅薄膜，单晶硅片或多晶硅片优选为P型或N型。本专利技术所述发射极金属电极与所述基区金属电极之间设有间隙。本专利技术所述晶体硅片的前表面钝化层上设有减反射薄膜。本专利技术的第二个技术问题是通过以下技术方案来实现的：上述背接触式氧化物-金属多层膜/硅基太阳电池制备方法，包括以下步骤：(1)选取晶体硅片，清洗后，在晶体硅片的前表面和背表面沉积钝化层；(2)在晶体硅片背面设置与基区金属电极图形相适配的掩膜版掩盖基区金属电极，在背表面沉积钝化层上沉积第一氧化物薄膜，在第一氧化物薄膜上沉积金属薄膜，在金属薄膜上沉积第二氧化物薄膜，形成发射极；(3)在第二氧化物薄膜上设置发射极金属电极；(4)在晶体硅片背面设置与发射极图形相适配的掩膜版掩盖发射极，在背表面钝化层上设置基极金属电极，即制得氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物‑金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，包括晶体硅片，所述晶体硅片的前表面和背表面设有钝化层，其特征是：所述背表面钝化层上设有发射极、发射极金属电极和基区金属电极，所述发射极由第一氧化物薄膜、金属薄膜和第二氧化物薄膜组成；其中第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为WO3薄膜、NiO薄膜或V2O5薄膜，所述金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜、Pd薄膜、Cu薄膜、Ni薄膜、Mo薄膜、W薄膜或Al薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，包括晶体硅片，所述晶
体硅片的前表面和背表面设有钝化层，其特征是：所述背表面钝化层上设有发射
极、发射极金属电极和基区金属电极，所述发射极由第一氧化物薄膜、金属薄膜
和第二氧化物薄膜组成；其中第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜为WO3薄膜、
NiO薄膜或V2O5薄膜，所述金属薄膜为Ag薄膜、Au薄膜、Pd薄膜、Cu薄膜、
Ni薄膜、Mo薄膜、W薄膜或Al薄膜。
2.根据权利要求1所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，其特
征是：所述第一氧化物薄膜的厚度为5～30nm，所述金属薄膜的厚度为2～20nm，
所述第二氧化物薄膜的厚度为5～80nm。
3.根据权利要求2所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，其特
征是：所述第一氧化物薄膜和第二氧化物薄膜采用电阻式热蒸发、电子束蒸发或
磁控溅射法制得；所述金属薄膜采用电阻式热蒸发法蒸镀制得。
4.根据权利要求1所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，其特
征是：所述晶体硅片为单晶硅片、多晶硅片或或硅薄膜。
5.根据权利要求1所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，其特
征是：所述发射极金属电极与所述基区金属电极之间设有间隙。
6.根据权利要求1所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池，其特
征是：所述晶体硅片的前表面钝化层上设有减反射薄膜。
7.权利要求1-5任一项所述的氧化物-金属多层膜背接触晶体硅太阳电池的
制备方法，其特征是包括以下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：沈辉，包杰，吴伟梁，刘宗涛，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44