Ga2O3/SiTOPCon光伏电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，包括n型硅片，n型硅片背面由近到远依次设置有隧穿层、n型多晶硅层、背电极；n型硅片正面由近到远依次设置有本征β

【技术实现步骤摘要】
Ga2O3/Si TOPCon光伏电池及制备方法


[0001]本专利技术属于光伏电池
，具体涉及一种Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，本专利技术还涉及一种Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法。

技术介绍

[0002]硅基太阳能电池的隧穿氧化钝化接触(TOPCon)因具有欧姆接触结构简单，光电转换效率高，易于工业化等特点，其理论极限效率高达28.7％，成为当前最受欢迎的商用晶硅太阳能电池之一。现有的TOPCon技术多应用于电池背表面，由一层极薄的氧化层和多晶硅薄层组成，对少数载流子有较好的钝化作用，对多数载流子有极好的导电性。正面以掺杂多晶硅作为发射极，Al2O3薄膜和SiN
x
薄膜分别作为钝化层和减反层。当前，制作在n型c
‑
Si晶圆上具有n
+
‑
poly
‑
Si/SiO
x
结构的n
‑
TOPCon因其具有优异的钝化质量和较高的光电转换效率被普遍应用。然而在传统TOPCon结构中，作为顶部光子吸收层的多晶硅的禁带宽度为1.1eV～1.7eV，因此在光捕获的过程中，有相当一部分的入射可见光会被正面的多晶硅层吸收，降低了电池对光的捕获能力，从而影响了电池的光电转换效率。
[0003]氧化镓(β
‑
Ga2O3)作为一种新型的直接带隙宽禁带半导体材料，与n
+
多晶硅相比具有更大的禁带宽度，可有效增加电池对可见光的捕获能力。同时，氧化镓(βr/>‑
Ga2O3)相比于(n)c
‑
Si具有更高的功函数，从而形成空穴选择性接触，从而降低了光吸收层和接触之间的复合损失。本专利技术设计的基于Ga2O3/Si的TOPCon光伏电池可显著提升n
‑
TOPCon电池的转换效率，具有巨大的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，解决了现有技术中存在的因正面的多晶硅层对入射可见光的吸收导致的光学损耗所引起的电池光电转换效率低的问题。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法。
[0006]本专利技术所采用的第一技术方案是，Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，其特征在于，包括n型硅片，n型硅片背面由近到远依次设置有隧穿层、n型多晶硅层、背电极；n型硅片正面由近到远依次设置有本征β
‑
Ga2O3层、钝化层、减反层；本征β
‑
Ga2O3层上还设置有一对顶电极，两个顶电极依次贯穿钝化层和减反层且伸出减反层外部。
[0007]本专利技术第一技术方案的特点还在于，
[0008]n型硅片的厚度为100μm～200μm，电阻率为0.1Ω
·
cm～5Ω
·
cm，隧穿层的材料为SiO2、Al2O3或SiC中的一种，厚度为1nm～3nm；所述n型多晶硅层厚度为100nm～200nm；本征β
‑
Ga2O3层为β
‑
Ga2O3(
‑
201)晶面、β
‑
Ga2O3(001)晶面、β
‑
Ga2O3(010)晶面材料中的一种，厚度为50nm～200nm；钝化层的材料为Al2O3，厚度为5nm～20nm，减反层的材料为Si3N4或Si2N2O中的一种，厚度为60nm～150nm。
[0009]本专利技术所采用的第二技术方案是，Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法，具体按
照以下步骤实施：
[0010]步骤1、对n型硅片进行碱性抛光；
[0011]步骤2、在步骤1抛光后的n型硅片正面制绒，形成表面金字塔结构；
[0012]步骤3、对步骤2得到的n型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；
[0013]步骤4、在步骤3清洗后的n型硅片背面进行氧化层生长；
[0014]步骤5、在步骤4得到的氧化层上沉积n型多晶硅层，并利用酸性腐蚀溶液去除n型硅片正面绕镀的氧化层和多晶硅层；
[0015]步骤6、在n型硅片正面进行本征β
‑
Ga2O3异质外延层生长；
[0016]步骤7、在步骤6得到的本征β
‑
Ga2O3异质外延层上沉积AlO
x
薄膜；
[0017]步骤8、在步骤7得到的AlO
x
薄膜上沉积SiN
x
薄膜；
[0018]步骤9、在步骤5得到的n型多晶硅层上制作背电极；
[0019]步骤10、在步骤8得到的SiN
x
薄膜上制备顶电极，最终形成所述Ga2O3/Si TOPCon光伏电池。
[0020]本专利技术第二技术方案的特点还在于，
[0021]步骤1中使用浓度为3％～5％的KOH溶液对n型硅片进行碱性抛光，去除表面锯损伤，所述步骤2中制绒时使用浓度为3％～5％的NaOH溶液对n型硅片表面均匀腐蚀。
[0022]步骤3中对n型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；具体清洗流程为：依次使用清洗液1、清洗液2、氢氟酸、酒精、去离子水逐步对n型硅片进行清洗，其中，清洗液1为NH3H2O、H2O2、去离子水按体积比1:1:5混合而成，清洗液2为HCl、H2O2、去离子水按体积比1:1:5混合而成，氢氟酸浓度为3％～6％、酒精浓度为99.9％。
[0023]步骤4生长氧化层时采用热硝酸氧化法，即将n型硅片置于65％～70％的HNO3溶液中处理10min～20min，HNO3溶液温度为90℃～110℃。
[0024]步骤5中氧化层上沉积n型多晶硅时使用射频PECVD系统进行等离子增强化学气相沉积，以SiH4和PH3的混合气体作为源气体，H2和Ar的混合气体作为稀释气体，控制射频功率为3W～15W；酸性腐蚀溶液为体积分数为5％的氢氟酸溶液。
[0025]步骤6中在n型硅片正面进行本征β
‑
Ga2O3异质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，惰性气体作为载气，O2作为生长源气体，具体如下：
[0026]步骤6.1、将金属镓源放入石英舟内，石英舟放入双温区石英管式炉内温区1中；
[0027]步骤6.2、步骤5得到的n型硅片作为衬底放在衬底托上，将载有衬底的衬底托放入石英管式炉内温区2中；将反应腔抽真空，抽真空后腔体压强为1pa；
[0028]步骤6.3、向石英反应腔内通入作为载气的惰性气体；
[0029]步骤6.4、同时加热管式炉内温区1中载有金属镓源的石英舟和温区2中的衬底；通过设置升温时间使温区1的工作温度和温区2中的工作温度同时达到相应设置的温度，温区1中金属镓源的工作温度为550℃～650℃；温区2中衬底的工作温度为700℃～1050℃；
[0030]步骤6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，其特征在于，包括n型硅片(8)，n型硅片(8)背面由近到远依次设置有隧穿层(1)、n型多晶硅层(2)、背电极(3)；n型硅片(8)正面由近到远依次设置有本征β
‑
Ga2O3层(4)、钝化层(5)、减反层(6)；本征β
‑
Ga2O3层(4)上还设置有一对顶电极(7)，两个顶电极(7)依次贯穿钝化层(5)和减反层(6)且伸出减反层(6)外部。2.根据权利要求1所述的Ga2O3/Si TOPCon光伏电池，其特征在于，所述n型硅片(8)的厚度为100μm～200μm，电阻率为0.1Ω
·
cm～5Ω
·
cm，所述隧穿层(1)的材料为SiO2、Al2O3或SiC中的一种，厚度为1nm～3nm；所述n型多晶硅层(2)厚度为100nm～200nm；所述本征β
‑
Ga2O3层(4)为β
‑
Ga2O3(
‑
201)晶面、β
‑
Ga2O3(001)晶面、β
‑
Ga2O3(010)晶面材料中的一种，厚度为50nm～200nm；所述钝化层(5)的材料为Al2O3，厚度为5nm～20nm，所述减反层(6)的材料为Si3N4或Si2N2O中的一种，厚度为60nm～150nm。3.Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、对n型硅片进行碱性抛光；步骤2、在步骤1抛光后的n型硅片正面制绒，形成表面金字塔结构；步骤3、对步骤2得到的n型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；步骤4、在步骤3清洗后的n型硅片背面进行氧化层生长；步骤5、在步骤4得到的氧化层上沉积n型多晶硅层，并利用酸性腐蚀溶液去除n型硅片正面绕镀的氧化层和多晶硅层；步骤6、在n型硅片正面进行本征β
‑
Ga2O3异质外延层生长；步骤7、在步骤6得到的本征β
‑
Ga2O3异质外延层上沉积AlO
x
薄膜；步骤8、在步骤7得到的AlO
x
薄膜上沉积SiN
x
薄膜；步骤9、在步骤5得到的n型多晶硅层上制作背电极；步骤10、在步骤8得到的SiN
x
薄膜上制备顶电极，最终形成所述Ga2O3/Si TOPCon光伏电池。4.根据权利要求3所述的Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1中使用浓度为3％～5％的KOH溶液对n型硅片进行碱性抛光，去除表面锯损伤，所述步骤2中制绒时使用浓度为3％～5％的NaOH溶液对n型硅片表面均匀腐蚀。5.根据权利要求3所述的Ga2O3/Si TOPCon光伏电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中对n型硅片进行清洗，并在氢氟酸HF中短浸；具体清洗流程为：依次使用清洗液1、清洗液2、氢氟酸、酒精、去离子水逐步对n型硅片进行清洗，其中，清洗液1为NH3H2O、H2O2、去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡继超，张子涵，贺小敏，孟佳琦，张奇，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：