[發明專利]HIT太陽電池的硼摻雜發射極結構與制備方法

在審

• 申請號: 201810861925.3
• 申請日: 2018-07-29
• 公開（公告）號: CN108922937A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 吳偉梁;朱彥斌;陶龍忠;楊灼堅;陳海鈞;肖文明
• 申請（專利權）人: 江蘇潤陽悅達光伏科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0747
• 分類號: H01L31/0747;H01L31/0352;H01L21/223;H01L31/20
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• 代理人: 暫無信息

本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及HIT太陽電池的硼摻雜發射極結構與制備方法。采用階梯式硼原子摻雜濃度分布的薄膜，從高濃度逐步變為低濃度分布的硼原子，并且采用H₂等離子體處理階梯式摻雜薄膜的界面，進一步引入CO₂或CH₄氣體提高其光學帶隙、降低摻硼薄膜的折射率。此結構能夠有效地解決兩個關鍵性問題：一、發射極的硼摻雜濃度增加，引起發射極缺陷態密度增加的問題，降低HIT太陽電池的開路電壓；二、摻硼非晶硅薄膜的寄生性吸收問題，降低電池的前表面光學性能。最終，實現低復合、優越光學性能的摻硼發射極，提高HIT太陽電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，具體涉及HIT太陽電池的硼摻雜發射極結構與制備方法。

背景技術

HIT （Heterojunction with intrinsic thin layer）太陽電池，具有較高的制備工藝難度，是將非晶硅（a-Si:H）和晶體硅技術相結合形成的高效電池結構，主要是由日本松下和三洋公司掌握核心技術和裝備。相比于目前大面積產業化的PERC太陽電池，HIT太陽電池具有先進的光學結構：硅片雙面制絨，采用透明導電薄膜（TCO）進行減反射，背面同樣采用TCO薄膜，作為背反射器。HIT電池因其前后絲網印刷銀漿料，所以可以制備成雙面HIT電池和組件，進一步增強光伏系統的發電量。此外，HIT太陽電池具有先進的電學結構：采用摻雜非晶硅（a-Si:H）與晶體硅（c-Si）形成異質結結構，采用本征非晶硅（a-Si:H）來鈍化硅片表面的懸掛鍵，降低異質結界面的缺陷態密度。a-Si:H （n⁺）/c-Si與a-Si:H （p⁺）/c-Si兩種接觸界面，屬于載流子選擇性接觸，能夠有效地進行單一載流子的界面傳輸。由于摻雜非晶硅的橫向電導性較差，因此需要TCO進行載流子橫向傳輸。非晶硅熱穩定性較差，工藝溫度不能超過250 - 300 ℃，因此需要采用絲網印刷低溫銀漿，后進行200 ℃低溫燒結。因此，相比于目前效率為22%的PERC太陽電池，工業級HIT太陽電池能夠在Cz硅片上，取得了超過25%的光電轉換效率。

然而，HIT太陽電池的發射極主要存在如下兩個問題，對電池性能進一步提升具有決定性作用：1） 摻硼非晶硅作為發射極，隨著摻雜濃度的增加，導致摻硼非晶硅的缺陷態密度和發射極復合電流密度的增加，降低電池開路電壓；而硼摻雜非晶硅濃度過低，雖然降低了體區缺陷態密度，但是電池的能帶彎曲的量較小無法形成有效的內建電場，導致電池開路電壓較低；2） 摻硼非晶硅的折射率（n = 3.75）比硅片自身更高，引起TCO/a-Si:H （p）接觸界面高反射率。此外，摻硼非晶硅的光學帶隙較窄（E_g= 1.96），隨著摻雜濃度的增加，會導致其光學帶隙變窄，增強了對短波和長波區域光子的寄生性吸收，降低電池短路電流密度。

發明內容

有鑒于此，本發明所要解決的關鍵技術問題是，提供一種階梯式硼原子摻雜方法，降低發射極缺陷態密度和體區復合，同時，引入CO₂或CH₄提高摻硼非晶硅薄膜的光學帶隙，降低摻硼非晶硅薄膜的折射率，減少薄膜的光學寄生性吸收損失，并且，在薄膜膜層之間，采用H₂等離子體處理形成富硅層，進一步降低薄膜接觸界面的復合。基于以上優化，最終實現低缺陷態密度、高光學帶隙的發射極結構，進一步提高HIT太陽電池的光電轉換性能。

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案是：一種HIT太陽電池的硼摻雜發射極結構，該太陽電池的結構包括：n型硅片，a-Si:H （i）鈍化層，透明導電薄膜（TCO），若干硼摻雜濃度的發射極，H₂等離子體處理薄膜接觸界面形成的富硅層和無主柵結構的銀細珊線，該太陽電池的結構是以高光學帶隙、低摻硼非晶硅薄膜的折射率、低薄膜界面復合、低薄膜缺陷態密度的階梯式摻雜發射極結構特征。