[發明專利]一種結構為氧化物?金屬多層膜/硅基太陽電池

有效

• 申請號: 201510291138.6
• 申請日: 2015-05-29
• 公開（公告）號: CN104916709B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 沈輝;吳偉梁;包杰
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司44104
• 代理人: 李海波

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及一種具有氧化物-金屬多層膜結構/硅基太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽電池最常見的結構是無機材料體系的p-n結類型的構造，根據材料異同可分為同質結與異質結。異質結(Heterojunction，HJ)是指兩種不同的半導體材料組成的p-n結，在1951年由Gubanov等人提出了異質結的概念。異質結太陽電池可以避免高溫擴散過程，在低溫下通過蒸鍍薄膜與硅襯底形成p-n結。目前硅基異質結太陽電池主要包括a-Si:H/c-Si異質結太陽電池(Heterojunction with intrinsic Thinlayer,HIT)、AZO/Si異質結太陽電池、IBC-SHJ太陽電池、β-FeSi2/Si異質結太陽電池。其中HIT太陽電池最初在1968年Grigorovici通過熱蒸發的方法在硅表面沉積非晶硅，由于非晶硅薄膜的缺陷態密度較高，因此效率比較低。后來隨著PECVD的技術發展，沉積的非晶硅中含有氫，能夠對硅與非晶硅接觸界面層實現很好的鈍化，HIT電池于2014年取得了25.6％的效率。但是HIT太陽電池目前存在以下問題：一、設備昂貴，并且原材料屬于高危險性化學物品。二、為獲得低界面態的非晶硅/晶體硅界面，對工藝和設備要求比較高。三、非晶硅會對光具有寄生吸收，減少了短路電流密度。因此需要尋找新的材料，與硅結合形成新型異質結太陽電池。

近些年摻F的SnO₂(FTO)、摻In的Sn₂O₃(ITO)、摻Al的ZnO(AZO)、MoO₃等氧化物薄膜材料已經在太陽電池領域獲得了廣泛的應用。為了進一步改善薄膜的光學和電學特性，并且能夠實現低溫制備透明導電薄膜，通過在透明導電薄膜中間插入一層金屬層，主要作為氧化物/金屬/氧化物多層結構透明導電氧化物電極，例如MoO₃/Ag/MoO₃、ITO/Ag/ITO、AZO/Ag/AZO等。因為他們不僅有較低的電阻率，而且氧化物/金屬/氧化物復合結構的薄膜能有效的阻止金屬層的反射，因為金屬層和氧化物層之間的等離子體耦合作用，使其在可見光范圍增加的透過率。這種氧化物層中間內嵌金屬層的三明治結構中，金屬層的生長方式隨著厚度的增加，從不連續的島狀結構，變成連續的薄膜，其獲得較低的方塊電阻。

但目前這種氧化物層中間內嵌金屬層結構的透明導電薄膜，僅用于有機染料敏化太陽電池中，作為低溫制備透明導電薄膜。該氧化物-金屬多層膜尚未用于硅片或者硅薄膜中制成太陽電池。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種結構為氧化物-金屬多層膜/硅基太陽電池，該太陽電池將氧化物-金屬多層膜用于硅片或者硅薄膜中作為電池的發射極，形成的氧化物-金屬多層膜/硅基太陽電池，可以避免傳統的熱擴散或者離子注入法制備發射極引起的俄歇復合和死層現象。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供上述結構為氧化物-金屬多層膜/硅基太陽電池的制備方法，該方法制作工序少，適合大規模生產，整個制備過程無需高溫。

本發明的第一個技術問題是通過以下技術方案來實現的：一種結構為氧化物-金屬多層膜/硅基太陽電池，該太陽電池的結構從上至下依次包括：銀電極、氧化物-金屬多層膜、鈍化層、硅基體和全鋁背電極，所述的氧化物-金屬多層膜由第一氧化物薄膜、金屬薄膜和第二氧化物薄膜復合而成，所述的第一氧化物薄膜或第二氧化物薄膜為MoO₃薄膜、摻錫In₂O₃薄膜、摻氟SnO₂薄膜或摻鋁ZnO薄膜，所述的金屬薄膜為Ag薄膜、Au薄膜或Al薄膜。

本發明通過將氧化物-金屬多層膜與硅片或者硅薄膜結合形成氧化物-金屬多層膜/硅基太陽電池，氧化物包括摻鋁氧化鋅(AZO)、MoO₃、氧化銦錫(ITO)、摻氟SnO₂薄膜等，金屬包括Ag、Au或Al等，硅包括單晶硅、多晶硅或硅薄膜等。電池的光吸收層主要是硅，氧化物-金屬多層膜起到發射極、減反射、導電的作用，并且整個制備工藝處于低溫的狀態，并且設備簡單，成本較低，環境友好。

所述的第一氧化物薄膜的厚度優選為10～20nm，所述的金屬薄膜的厚度優選為2～15nm，所述第二氧化物薄膜的厚度優選為30～50nm。

所述硅基體可以為單晶硅片、多晶硅片或硅薄膜。單晶硅片或多晶硅片為P型或N型單晶硅片或多晶硅片。