本发明专利技术公开了一种梯度掺杂的硅基异质结太阳能电池及其制备方法，以晶体硅为衬底，在其表面上沉积数层掺杂浓度依次升高的非晶硅薄膜，最后沉积一定厚度的透明导电薄膜并制备电极，制得梯度掺杂硅基异质结太阳能电池。非晶硅薄膜与晶体硅接触具有很好的钝化效果，可以获得比较高的开路电压；梯度掺杂的多层非晶硅层可以形成较强的内电场，可以减少光生少子的复合损失，提高少数载流子的收集率，增加短路电流；与电极接触的掺杂非晶硅层掺杂浓度较高，电阻率低，可以减少与电极间的接触电阻，从而提高太阳能电池的填充因子。因此，与传统硅基异质结太阳能电池相比，梯度掺杂的硅基异质结太阳能电池具有更高的光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池
，涉及。
技术介绍
随着人类社会文明和生活水平的不断进步和提高，人类对能源的需求越来越大， 然而地球上的一次性能源资源(如石油、煤炭、天然气、核燃料等)却越来越少，最终将枯竭。同时，消耗一次性能源的同时也伴随着巨大的环境污染和大量温室气体的排放，这些均直接威胁到人类社会的可持续发展，因此发展可再生清洁能源技术是人类社会实现可持续发展的关键之一。太阳能电池能够将取之不尽、用之不竭的太阳光直接转换成电能，是一种清洁的可再生能源技术。目前，工业上规模化生产的太阳能电池绝大部分是晶体硅太阳能电池，这包括单晶硅电池和多晶硅电池。单晶硅电池的光电转换效率为18%左右，而多晶硅电池的光电转换效率为16%左右。近年来，基于薄膜技术的太阳能电池得到了较快的发展，这是因为薄膜太阳能电池的成本比晶体硅太阳能电池相对较低，同时也节省原材料。但是薄膜太阳能电池的光电转换效率却显著低于晶体硅太阳能电池，这也是薄膜太阳能电池所占的市场份额显著低于晶体硅太阳能电池的主要原因之一。比如，非晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率目前为8%左右，显著低于单晶硅电池的18%。当前工业上大规模生产的晶体硅太阳能电池的光电转换效率在保持成本不显著升高的条件下已很难进一步提高，当然采用实验室的复杂技术可以将单晶硅电池的光电转换效率提高到22%，但其制备成本极高，无法实用化。因此，研究人员一直在探索既能够提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率又不增大其制备成本的新技术。日本Sanyo公司的研究人员于1990年的第五届国际光伏会议上提出了一种将晶体硅太阳能电池技术和非晶硅薄膜电池技术组合起来的硅基异质结电池技术，他们采用 PECVD技术在η型单晶硅的前后表面先分别沉积一层IOnm厚的本征非晶硅薄膜，然后再分别沉积一层IOnm厚的ρ+型和η+非晶硅薄膜，最后分别沉积一定厚度的透明导电氧化物薄膜(TCO)收集电荷，他们将这种电池称为HIT电池，其中‘I’代表上述的本征非晶硅薄膜层。这种硅基异质结电池技术在近年来得到了迅速的发展，同时其制备成本也较低。Sanyo 公司的研究人员于2009年在Solar Energy Materials and Solar Cells专业期刊上发表石if究论文(Y. Tsunomura 等，Twenty-two percent efficiency HIT solar cell，，，Solar Energy Materials and Solar Cells，2009 年，第 93 卷第 6_7 期，第 670 页至 673 页)宣布他们制备的硅基异质结电池光电转换效率达到22. 3% ；他们于2011年又在该专业期刊上发表石if究论文(T. Mishima 等，Development status of high-efficiency HIT solar cells”，Solar Energy Materials and Solar Cells，2011 年，第 95 卷第 1 期，第 18 页至 21页)宣布他们制备的硅基异质结电池光电转换效率达到23%，并设定其目标将是25%。 目前，Sanyo公司处于该类硅基异质结电池技术的国际领先水平，其光电转换效率显著高于传统的晶体硅电池。近年来，在Sanyo公司所提出的硅基异质结电池结构的基础上，研究人员也提出了一些变异结构，比如不插入本征非晶硅薄膜层；或者在晶体硅的一面采用非晶硅薄膜，而在另一面则仍用传统的结构；也有采用微晶硅薄膜代替非晶硅薄膜的。在上述各种硅基异质结电池中，所采用的η+型或ρ+型掺杂非晶硅或微晶硅薄膜层均具有单一掺杂浓度的特点，亦即该薄膜层被均勻掺杂。在均勻掺杂的半导体中不存在内建电场，因此不能有效地将薄膜层内的少数载流子推向Pn结区域从而提高光电流。
技术实现思路
本专利技术针对当前硅基异质结电池中存在的上述弱点，提出了一种具有梯度掺杂浓度非晶硅薄膜层的硅基异质结电池，以及该种硅基异质结电池的制备方法，以提高硅基异质结电池的光电转换效率。为此，本专利技术采用如下技术方案(1)对晶体硅衬底进行表面处理，去除衬底表面的金属杂质、损伤层和氧化层并制绒；(2)梯度掺杂非晶硅薄膜的沉积采用PECVD技术在上一步骤中得到的晶体硅前表面上沉积掺杂非晶硅薄膜，衬底温度为150°C 250°C，通入氢气、硅烷、和氢气稀释的硼烷或磷烷作为反应气体，PECVD沉积室的压强控制在45 50Pa，其中硼烷或磷烷为掺杂源气体，如晶体硅为η型，则选择硼烷，如晶体硅为ρ型，则选择磷烷，硼烷或磷烷一般使用氢气稀释后储存于钢瓶中，其稀释度为95 98%，亦即硼烷或磷烷的含量为2 5%，通过控制硼烷或磷烷(含氢气)与硅烷之间的气体流量比例就可以控制非晶硅薄膜中硼或磷的掺杂浓度，使磷烷或硼烷在混合气体中的体积含量为0. 0005% 0. 35%，沉积三到五层掺杂浓度从下层到上层依次升高的非晶硅薄膜，其中硼或磷在非晶硅薄膜中的掺杂浓度范围为 0. 01% 2%，这样就完成了晶体硅前表面的梯度掺杂非晶硅薄膜的沉积；(3)透明导电薄膜的沉积在上述步骤中制得的梯度掺杂非晶硅薄膜上沉积 20nm SOnm的透明导电薄膜，透明导电薄膜具有既透光又能有效地收集光生载流子的效果，同时也能有效地降低反射率；透明导电薄膜可采用铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO) 或掺氟氧化锡(FTO)等透明导电氧化物薄膜材料，沉积方法采用磁控溅射等真空沉积技术；(4)栅线电极的沉积在步骤(3)中制得的透明导电薄膜上沉积栅线电极，制得梯度掺杂的硅基异质结太阳能电池，栅线电极的材料可采用银、铝、或其它合适金属，沉积方法可采用热蒸发、磁控溅射等真空沉积技术。上述方案中，在步骤C3)之前还可以先在晶体硅衬底的下表面沉积3 5层的梯度掺杂非晶硅薄膜，其工艺步骤与步骤( 类似，但掺杂元素与步骤( 不同，亦即如晶体硅为η型，则掺杂源气体为磷烷，如晶体硅为ρ型，则掺杂源气体为硼烷。上述方案中，还可以包括一在硅晶体衬底表面沉积本征非晶硅的步骤=PECVD沉积室抽真空到0. 5 X KT5Pa 2 X10_5Pa，衬底温度加热到150°C 250°C，通入氢气和硅烷的混合气体作为反应气体，反应气体中硅烷所占的体积比例为5% 15%，PECVD沉积室的压强控制在45 551^。步骤(1)所述的晶体硅衬底表面处理包括以下步骤(1)将晶体硅衬底放入去离子水、乙醇和丙酮按照体积比1 1 1配制的混合溶液中，超声清洗10-15分钟，120°C-20(TC下烘干衬底，再用盐酸和双氧水按照体积比1 1 混合溶液去除表面的金属杂质，用去离子水清洗后烘干；(2)将清洗过的晶体硅衬底放入氢氟酸(浓度40% wt)、硝酸(浓度67% wt)、醋酸(浓度99. 5% wt)按照体积比3 5 3配制的混合溶液中，浸泡5 20分钟，去除晶体硅的表面损伤层，用去离子水清洗后烘干；(3)将晶体硅衬底放入-5% wt的氢氟酸中浸泡2 10分钟之后取出，放入去离子水中超声清洗15分钟，然后将衬底取出放入烘箱中烘干；步骤⑵和(3)之间还可以将去除表面损伤层的晶体硅进行制绒，降低其光反射率。以单晶硅衬底为例，配制含有1 2% wt的NaOHUO 15% 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，包括晶体硅衬底、掺杂非晶硅薄膜、透明导电薄膜和栅线电极，所述的掺杂非晶硅薄膜沉积在晶体硅的上表面上，透明导电薄膜沉积在掺杂非晶硅薄膜上，栅线电极沉积在透明导电薄膜上，其特征在于，所述掺杂非晶硅薄膜为多层结构，其中各层掺杂非晶硅薄膜的掺杂浓度自晶体硅衬底向透明导电膜方向依次升高；当晶体硅衬底为ｎ型半导体时，所述掺杂非晶硅薄膜为ｐ型非晶硅薄膜；当晶体硅衬底为ｐ型半导体时，所述掺杂非晶硅薄膜为ｎ型非晶硅薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，包括晶体硅衬底、掺杂非晶硅薄膜、透明导电薄膜和栅线电极，所述的掺杂非晶硅薄膜沉积在晶体硅的上表面上，透明导电薄膜沉积在掺杂非晶硅薄膜上，栅线电极沉积在透明导电薄膜上，其特征在于，所述掺杂非晶硅薄膜为多层结构，其中各层掺杂非晶硅薄膜的掺杂浓度自晶体硅衬底向透明导电膜方向依次升高；当晶体硅衬底为η型半导体时，所述掺杂非晶硅薄膜为ρ型非晶硅薄膜；当晶体硅衬底为P型半导体时，所述掺杂非晶硅薄膜为η型非晶硅薄膜。2.根据权利要求1所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述晶体硅衬底的下表面上依次沉积掺杂非晶硅薄膜和透明导电薄膜；当晶体硅衬底为η型半导体时，沉积在下表面上的掺杂非晶硅薄膜为η型非晶硅薄膜，当晶体硅衬底为P型半导体时， 沉积在下表面上的掺杂非晶硅薄膜为P型非晶硅薄膜。3.根据权利要求1或2所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，在晶体硅衬底与掺杂非晶硅薄膜之间沉积有本征非晶硅薄膜。4.根据权利要求1或2或3所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述掺杂非晶硅薄膜数量为3 5层，其中每层的厚度为0. 5nm 5nm。5.根据权利要求4所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述掺杂非晶硅薄膜每层厚度为2nm 5nm。6.根据权利要求3所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述本征非晶硅薄膜的厚度为Inm 10nm。7.根据权利要求6所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述本征非晶硅薄膜的厚度为5nm 8nm。8.根据权利要求1所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，各层掺杂非晶硅薄膜掺杂浓度在0. 01 % 2 %范围内。9.根据权利要求1所述的梯度掺杂硅基异质结太阳能电池，其特征在于，所述的透明导电薄膜由ITO、AZO或FTO中的一种制成。...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜国平，齐立敏，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31
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