[發明專利]基于氫化微晶硅薄膜的晶體硅異質結太陽電池的制備方法

無效

• 申請號: 201010510107.2
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN101976710A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 孟凡英;汪建強;張松;程雪梅;韓濤;司新文;李翔;黃建華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/072;H01L31/0368
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種太陽能應用技術領域的方法，具體是一種基于氫化微晶硅薄膜的晶體硅異質結太陽電池的制備方法。

背景技術

二十一世紀，能源危機和環境污染已經成為全球關注的問題。開發綠色能源成為解決能源危機的主要方法。其中太陽電池的發展隨著全球對于新能源開發的重視而有長足的進步，無論是晶體硅電池還是薄膜電池，降低成本、提高效率是其發展的主流方向。晶體硅電池的成本受到硅材料的限制，成本降低的空間有限；薄膜電池由于轉換效率低并且易受到S-W效應的影響導致其穩定性較差。為了在獲得高效率的同時能夠降低成本，結合晶體硅高穩定性、高效率與非晶硅的低成本于一體的異質結電池成為研究開發的熱點。

經過對現有技術的檢索發現，1994年日本Sanyo集團開發出一種新型的電池結構，即在晶體硅與高摻雜的非晶硅層中加入一層本征非晶硅層，形成HIT(Heterojunction?with?intrinsic?thin?layer)結構。由于本征非晶硅中含有一定量的H，沉積到晶體硅表面時對晶體硅表面起到一定的鈍化作用，同時在晶體硅與高摻雜的非晶硅之間起到緩沖層的作用，有效提高了電池的效率并且制作過程中溫度低。

進一步檢索發現，Sanyo集團研發的以N型晶體硅為襯底的HIT電池實驗室已經獲得23％的轉換效率，并且產業化生產了一定量的HIT電池組件，效率也高達19％。由于界面特性是影響異質結電池性能的關鍵因素，除了Sanyo集團，其它研究單位均未能達到如此高的轉換效率，即使是在軟件模擬上也還是與Sanyo集團的實驗結果有一定距離。Sanyo集團是以N型晶體硅作襯底獲得很高的效率，然而由于制作高質量的P型非晶硅薄膜難度較大，且以N型晶體硅作襯底時，背面場不可以使用Al背場，因此考慮到工藝和成本上的因素，目前很多研究單位還是將研究重點放在以P型晶體硅為襯底的異質結電池上。非晶硅/晶體硅異質結電池由于電池發射區小于200℃的低沉積溫度，高開路電壓以及低溫度系數(＜-0.25％)使得該結構電池成為最近幾年研究的熱點。

目前晶體硅常用的鈍化薄膜是SiO₂、SiNx、a-SiC等薄膜，這些薄膜中高密度的正電荷對高摻雜P-type晶體硅的表面鈍化來說是不利的。這是因為高密度正電荷會引起電子的聚集，從而導致表面復合速率的增強。而對于輕摻雜P-type?c-Si來說，這些富含正電荷的介質在P-type晶體硅表面的鈍化對載流子注入水平有著明顯的依賴，且隨著載流子注入水平的降低其鈍化質量也隨之降低，而這對于在低注入水平條件下5·10¹⁴cm^-3，AM1.5工作的電池來說是不利的。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于氫化微晶硅薄膜的晶體硅異質結太陽電池的制備方法，結合了晶體硅與氫化硅基薄膜低溫工藝和物性可調控的特點，可實現P型硅片表面的有效鈍化和PN結制成，在硅片背表面采用原子層沉積(和等離子體增強的化學氣相沉積)制備Al₂O₃或Al₂O₃/SiO_x鈍化膜，由于Al₂O₃薄膜中負電荷的密度高達10¹¹cm^-2，該鈍化膜能降低光生少數載流子在背表面復合的幾率，提高電池的長波光量子效率，為光生載流子的輸運和收集創造條件，從而提高電池的光電轉換效率。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

第一步、采用堿溶液和酸溶液分別對P型單晶硅和多晶硅片進行表面預清洗織構處理，得到位于單晶硅表面的金字塔結構以及位于多晶硅表面的腐蝕坑。

所述的堿溶液為NaOH或KOH或其組合；

所述的酸溶液為HNO₃、HF或HCl或其組合。

所述的硅片的厚度為200μm，該硅片的面積為125×125mm²，其電阻率為1Ω·cm。

所述的表面預清洗織構處理是指：用1-5％的酸溶液去除硅片表面的SiO₂層，對P型單晶硅片在濃度小于5％的堿溶液在50-100℃左右制備金字塔形狀絨面，然后采用去離子水超聲清洗并吹干。