Azo-黑矽異質結太陽能電池及製備方法
2023-05-04 05:56:06
專利名稱：Azo-黑矽異質結太陽能電池及製備方法
技術領域：
本發明屬於太陽能電池製備技術領域，具體涉及一種AZO-黑矽異質結太陽能電池及製備方法。
背景技術：
太陽能電池產業中，矽太陽能電池以高達20%的轉換效率，成熟的製備工藝，在太陽能電池產業中佔據主導地位。但傳統的矽太陽能電池有製備工藝繁瑣，生產過程高能耗高汙染等缺點，造成其成本居高不下，嚴重製約著太陽能電池的大規模推廣與應用。在矽襯底上利用簡單工藝沉積一層透明半導體薄膜，從而製備異質結太陽能電池是一種具有潛在應用前景的構思。理論上此種異質結太陽能電池具有優良的光伏效應，且製作工藝簡單，制 備溫度較低，擁有較高的轉換效率。實際生產中多採用在P型晶矽表面沉積ITO薄膜的方式製備此種異質節太陽能電池。但是In屬於貴重金屬並具有毒性，在製備過程中容易造成汙染；晶矽的反射率較高，光子吸收效率低，生長氮化矽薄膜作為減反層，採用含有添加劑的鹼溶液對單晶矽各向異性腐蝕製備陷光結構或利用酸溶液在多晶矽表面製備的腐蝕坑來降低反射率的效果並不理
本巨
ο綜上所述，現有的異質結太陽能電池存在成本較高，光電轉換效率低，生產過程高汙染等缺陷。
發明內容
為解決現有的異質結太陽能電池成本高，光電轉換效率低等問題，本發明提供一種降低了生產成本、簡化了電池結構、光電轉換效率高的AZO-黑矽異質結太陽能電池及製備方法。為達到發明目的本發明採用的技術方案是AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於包括表面保護層、金屬柵電極、AZO薄膜、黑矽層、晶矽層和金屬背電極，所述表面保護層位於金屬柵電極之上，所述金屬柵電極位於AZO薄膜上，所述AZO薄膜位於黑矽層之上，所述黑矽層位於晶矽層之上，所述晶矽層位於金屬背電極上。進一步，所述AZO薄膜為η型透明導電半導體薄膜的鋁參雜氧化鋅薄膜，其鋁參雜量範圍為1%飛％，電阻範圍為1(Γ10_4Ω · Cm，可見光透過率大於等於85%，厚度範圍為5(Tl00nm。所述η型透明導電薄膜還可以由氧化鋅參雜至少一種其他元素構成。進一步，所述表面保護層是由二氧化矽、氮化矽、氧化鋁等氮化物或氧化物構成，其厚度為50 150nm。進一步，所述金屬柵電極和金屬背電極由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金製成。進一步，所述黑矽層為單晶黑矽的P型黑矽層；所述晶矽層為單晶矽的P型晶矽層。
或者，所述黑娃層為多晶黑娃的P型黑娃層；所述晶娃層為多晶娃的P型晶娃層。上述發明的製備方法，其步驟如下(I)利用等離子體浸沒離子注入工藝，在晶矽層表面製備黑矽層；(2)在所述黑矽層表面製備AZO薄膜；(3)在所述AZO薄膜表面製備金屬柵電極；
(4)在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層；(5)在所述晶矽層背面製備金屬背電極。進一步，步驟(5)中金屬背電極是通過絲網印刷或蒸鍍方式在所述黑矽層背面製備。進一步，步驟(2)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法或溶膠一凝膠法在所述黑矽層表面製備AZO薄膜。進一步，步驟(4)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法、溶膠一凝膠法或等離子蒸發法在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層。與現有技術方案相比，本發明技術方案有如下增益I、本發明提供的n-AZO/黑矽異質結太陽能電池，其中n-AZO薄膜不但可以與P-黑矽層形成pn結，還可以代替透明導電薄膜作為正面引出電極的一部分，在不犧牲轉化效率的前提下，降低了生產成本，簡化了電池結構；2、本發明提供的太陽能電池使用黑矽層作為減反層，它對近O. 25um 2. 5um的光，即紫外至近紅外波段的光幾乎全部吸收，具有良好的發光特性，非常適合用來取代目前矽基太陽能電池所使用的矽，不僅擴大吸收太陽能波長的範圍，而且大大提高對太陽光能的利用。
圖I是本發明實施例提供的AZO-黑矽異質結太陽能電池的結構示意圖。圖2是對使用等離子注入技術製備的P-Si黑矽進行標準液和氫氟酸清洗後的結構示意圖。圖3是在腔體中通入二乙基鋅(DEZ)與三甲基鋁(TMA)的混合氣體，二乙基鋅和三甲基鋁與表面Si-H鍵發生反應吸附在Si表面，並生成副產物CH4、C2H6的結構示意圖。圖4是在腔體中通入水蒸氣(H2O)的結構示意圖。圖5是水蒸氣與表面的甲基(CH3)和乙基(C2H5)發生反應生成氧化鋅(ZnO)和(Al2O3)並在表面形成H鍵，生成副產物CH4、C2H6的結構示意圖。圖6是發生全部反應後形成AZO薄膜的結構示意圖。 圖7是採用絲網印刷的方法在AZO薄膜表面製備金屬柵電極的結構示意圖。圖8是採用等離子蒸發法在正表面沉積一層二氧化矽層的結構示意圖。圖9是使用真空蒸鍍方法在P-Si表面製備Al金屬背電極的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例來對本發明進行進一步說明，但並不將本發明局限於這些具體實施方式
。本領域技術人員應該認識到，本發明涵蓋了權利要求書範圍內所可能包括的所有備選方案、改進方案和等效方案。實施例一參照圖1，AZO-黑矽異質結太陽能電池，包括表面保護層I、金屬柵電極2、AZO薄膜3、黑矽層4、晶矽層5和金屬背電極6，所述表面保護層I位於金屬柵電極2之上，所述金屬柵電極2位於AZO薄膜3上，所述 AZO薄膜3位於黑矽層4之上，所述黑矽層4位於晶矽層5之上,所述晶娃層5位於金屬背電極6上。所述AZO薄膜3為η型透明導電半導體薄膜的鋁參雜氧化鋅薄膜，其鋁參雜量範圍為1% 6%，電阻範圍為1(Τ (Γ4Ω ·ο ，可見光透過率大於等於85%，厚度範圍為5(Tl00nm。所述η型透明導電薄膜還可以由氧化鋅參雜至少一種其他元素構成。所述表面保護層I是由二氧化矽、氮化矽、氧化鋁等氮化物或氧化物構成，其厚度為 50 150nm。所述金屬柵電極2和金屬背電極6由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金製成。所述黑矽層4為單晶黑矽的P型黑矽層；所述晶矽層5為單晶矽的P型晶矽層。或者是所述黑矽層4為多晶黑矽的P型黑矽層；所述晶矽層5為多晶矽的P型晶矽層。本實施例中的金屬背電極6位於P型晶娃層5的背面,米用金屬Al作為背電極；p型黑矽層4位於P型晶矽層3之上，形成減反層，用於增加太陽光的吸收率，同時與N型AZO薄膜3形成pn異質結；ΑΖ0薄膜3位於p型黑矽層之上與其形成pn異質結，並作為正面引出電極的一部分；金屬柵電極2位於AZO薄膜3之上，採用金屬Al作為太陽能電池的正面引出電極；P型晶矽層5位於金屬背電極6之上，作為P型黑矽結構的襯底，也作為異質結太陽能電池的基區。實施例二AZO-黑矽異質結太陽能電池的製備方法，其步驟如下(I)利用等離子體浸沒離子注入工藝，在晶矽層表面製備黑矽層；(2)在所述黑矽層表面製備AZO薄膜；(3)在所述AZO薄膜表面製備金屬柵電極；(4)在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層；(5)在所述晶矽層背面製備金屬背電極。步驟(5)中金屬背電極是通過絲網印刷或蒸鍍方式在所述黑矽層背面製備。步驟(2)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法或溶膠-凝膠法在所述黑矽層表面製備AZO薄膜。步驟(4)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法或等離子蒸發法在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層。本實施例使用原子層沉積(ALD)法技術在黑矽層表面沉積AZO薄膜製備AZO-黑矽異質結太陽能電池，其具體步驟如下步驟01 :將使用等離子注入技術得到的黑矽基片使用標準液與氫氟酸進行清洗，去除表面汙染及氧化層並引入Si-H鍵，如圖2所示，將處理過的黑矽基片放入ALD設備的反應腔室內；步驟02 :開啟ALD設備，調整工作參數，達到實驗所需工作環境。向反應腔室內通入Al (CH3)3和Zn(C2H5)2, Al (CH3)3和Zn(C2H5)2與p型黑矽結構的襯底分別發生如下反應
Si-H+Al (CH3) 3 — Si-Al (CH3) 2+CH4S i -H+Zn (C2H5) 2 — S i -Zn_C2H5+C2H6形成Si-Al鍵和Si-Zn鍵吸附於p型黑矽結構的襯底表面，如圖3所示；步驟03 :待Al (CH3)3和Zn(C2H5)2與p型黑矽結構的襯底充分反應後，向腔體內通入水蒸氣，如圖4所示；步驟04 :水蒸氣與步驟02的生成物發生反應，其反應方程式如下 Si — Al(Cff3)2 + H2O — Si — ALg§ + CH4Si -Zn-C2H5+H20 — S i -Zn_0-H+C2H6反應生成氧化鋅與氧化鋁，並在薄膜表面生成H鍵，為下個循環做準備，如圖5所示；步驟05 :經過多個循環反應，在P型黑矽表面沉積生成AZO薄膜，如圖6所示；步驟06 :使用絲網印刷技術在AZO薄膜表面製備金屬Al柵電極，作為正面引出電極，如圖7所示；步驟07 :在AZO薄膜和金屬Al柵電極表面使用等離子蒸發技術沉積一層氧化矽作為太陽能電池的保護層，防止金屬腐蝕與AZO薄膜被還原，如圖8所示；步驟08，在P型晶矽層背面使用蒸鍍技術製備金屬背電極，本實例採用金屬Al作為電極材料，如圖9所示。按照以上步驟即可完成AZO-黑矽異質結太陽能電池的基本結構。
權利要求
1.AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於包括表面保護層、金屬柵電極、AZO薄膜、黑矽層、晶矽層和金屬背電極，所述表面保護層位於金屬柵電極之上，所述金屬柵電極位於AZO薄膜上，所述AZO薄膜位於黑矽層之上，所述黑矽層位於晶矽層之上，所述晶矽層位於金屬背電極上。
2.根據權利要求I所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於所述AZO薄膜為η型透明導電半導體薄膜的鋁參雜氧化鋅薄膜，其鋁參雜量範圍為1%飛％，電阻範圍為1(Τ (Γ4Ω · cm，可見光透過率大於等於85%，厚度範圍為5(Tl00nm。
3.根據權利要求I所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於所述表面保護層是由二氧化矽、氮化矽、氧化鋁等氮化物或氧化物構成，其厚度為5(Tl50nm。
4.根據權利要求I所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於所述金屬柵電極和金屬背電極由鋁、銅、銀、金、鉬或其合金製成。
5.根據權利要求f4之一所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於所述黑矽層為單晶黑矽的P型黑矽層；所述晶矽層為單晶矽的P型晶矽層。
6.根據權利要求f4之一所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池，其特徵在於所述黑矽層為多晶黑矽的P型黑矽層；所述晶矽層為多晶矽的P型晶矽層。
7.根據權利要求I所述的AZO-黑矽異質結太陽能電池的製備方法，其步驟如下 (1)利用等離子體浸沒離子注入工藝，在晶矽層表面製備黑矽層； (2)在所述黑矽層表面製備AZO薄膜； (3)在所述AZO薄膜表面製備金屬柵電極； (4)在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層； (5)在所述晶矽層背面製備金屬背電極。
8.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於步驟(5)中金屬背電極是通過絲網印刷或蒸鍍方式在所述黑矽層背面製備。
9.根據權利要求7或8所述的製備方法，其特徵在於步驟(2)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法或溶膠一凝膠法在所述黑矽層表面製備AZO薄膜。
10.根據權利要求9所述的製備方法，其特徵在於步驟(4)是採用原子層沉積法、化學氣相沉積法、溶膠一凝膠法或等離子蒸發法在所述金屬柵電極與AZO薄膜表面製備表面保護層。
全文摘要
本發明公開了一種AZO-黑矽異質結太陽能電池，包括表面保護層、金屬柵電極、AZO薄膜、黑矽層、晶矽層和金屬背電極，所述表面保護層位於金屬柵電極之上，所述金屬柵電極位於AZO薄膜上，所述AZO薄膜位於黑矽層之上，所述黑矽層位於晶矽層之上，所述晶矽層位於金屬背電極上。本發明的有益效果在黑矽結構表面沉積n型AZO薄膜，形成異質結太陽能電池，提高太陽能電池的開路電壓與短路電流，進而提高太陽能電池的轉化效率；並簡化了太陽能電池的結構，降低了生產成本。
文檔編號H01L31/0216GK102820348SQ20121031107
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者夏洋 申請人:夏洋