[發明專利]用溶液法制備的電子傳輸層及包括其的晶硅太陽電池

在審

• 申請號: 201810016983.6
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN110021679A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 丁江楠;劉明;周玉榮;劉豐珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0236;H01L21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用溶液法制備的電子傳輸層的制備方法，這種電子傳輸層材料采用的是金屬氧化物，金屬氧化物可以是氧化鋅或氧化錫。該電子傳輸層可用于作為晶硅太陽電池的電子傳輸層，它具有簡便、低成本、可批量生產等優點。本發明還公開了一種具有所述電子傳輸層的晶硅太陽電池，該電池具有成本較低且高效的優點。

技術領域

本發明涉及一種采用溶液法制備的金屬氧化物用于晶硅太陽電池的電子傳輸層的制作方法，屬于光伏和半導體器件制造技術領域。

背景技術

光電轉換效率的提高和成本的降低是光伏產業能夠大規模發展的關鍵因素。晶硅太陽電池是目前光伏產業的主體。選擇性發射極(selective emitter,SE)或局部背場(local back surface field,LBSF)等先進的結構方案是提高晶硅太陽電池光生載流子收集效率的有效方法。目前，基于這些先進的電池結構，晶硅太陽電池能夠獲得>23％的轉換效率。然而，這些先進結構的實現過程都需要成本密集的工藝，不利于太陽電池的大規模商業化。

另一種能夠提高硅太陽電池效率的方案是，采用合適的材料來形成載流子選擇性接觸(carrier selective contacts,CSCs)。這種接觸能夠只提取一種(電子或空穴)載流子，從而降低載流子的復合，實現光生載流子的有效收集。n型硅異質結太陽電池是公認的高效電池。該電池背表面的本征非晶硅和n型摻雜非晶硅，在實現有效的背表面鈍化的基礎上，可構成背表面場和較大的價帶帶階，有利于載流子的選擇性輸運。目前，基于硅異質結的選擇性接觸和背接觸電極相結合的太陽電池效率已經超過26％。

但硅異質結電池中的摻雜非晶硅薄膜會帶來額外的光吸收和載流子復合，不利于進一步提高電池效率，而其復雜的氣相摻雜工藝也不利于電池制備成本的降低。相比于硅異質結電池中常用的非晶硅薄膜，金屬氧化物具有更高的透過率，作為窗口層可以獲得更高的短路電流；另外氧化物種類較多，有不同功函數的材料可供選擇，以建立合適的能帶結構，實現載流子的選擇性收集；而且金屬氧化物的制備方法比較靈活，有利于降低工藝成本。因此，用氧化物半導體代替摻雜非晶硅作為發射極和背場層的新型硅異質結太陽電池越來越受到關注。如瑞士洛桑聯邦理工學院利用氧化鉬做空穴傳輸層，獲得了22.5％的效率。澳大利亞國立大學的Xinbo Yang等人利用原子層沉積(ALD)二氧化鈦作為硅異質結電池的電子選擇層，獲得了650mV的開路電壓和21.6％的光電轉換效率。

目前所報道的實驗研究中，主要是利用原子層沉積，磁控濺射(MR)和熱蒸發等技術來沉積氧化鋅(ZnO)等金屬氧化物薄膜。但由于這些方法都涉及了比較復雜的真空設備和技術，限制了其成本的有效降低。溶液法步驟簡單、成本低，制備的薄膜厚度可控，通過工藝的優化能夠獲得低缺陷態密度的氧化物薄膜，目前主要應用于有機太陽電池。我們提出采用溶液法制備氧化鋅或氧化錫(SnO₂)薄膜，并將其用做晶硅太陽電池的電子傳輸層，制備了新型硅異質結太陽電池。通過優化制備工藝，使得硅異質結太陽電池的光電轉換效率尤其是開路電壓，相比參考電池，有了很大的提高。

發明內容

本發明提出了一種將溶液法制備的金屬氧化物作為硅太陽電池的電子傳輸層的制作方法，目的是為了降低硅太陽電池的制備成本。本發明包含了兩種溶液法制備的金屬氧化物電子傳輸層，一種是氧化鋅薄膜，另一種是氧化錫薄膜。本制備方法在保持有效的載流子收集的基礎上，具有過程簡單、成本低廉等特點，便于大規模生產。

本專利還提供了包括該電子傳輸層的新型晶硅異質結太陽電池的制備方法。

根據本專利的一方面，用溶液法制備的電子傳輸層所采用的材料為金屬氧化物，所述金屬氧化物可以是氧化鋅或氧化錫。

當所述電子傳輸層采用的材料為氧化鋅時，其制備方法包括如下步驟：

第一，配置氧化鋅前驅體溶液；

第二，在覆蓋鈍化層的單晶硅襯底的背面制備氧化鋅的前驅體溶液薄膜；