[發明專利]一種多交界面結太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010624819.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111653638A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 陳劍輝;嚴珺;萬露
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 張莉靜

本申請公開了一種多交界面結太陽電池及其制備方法，該多交界面結太陽電池包括第一摻雜類型襯底和混合維度功能層，混合維度功能層與第一摻雜類型襯底形成多交界面結，多交界面結包括至少一個第一功能異質結和至少一個第二功能異質結。該混合維度功能層一部分負責光生載流子的選擇性傳輸，增強了襯底和混合維度功能層之間界面對于光生載流子的輸運能力，另一部分起鈍化襯底和混合維度功能層之間界面的缺陷態的作用，降低了光生載流子在襯底和混合維度功能層之間界面與界面缺陷態復合的概率，這兩部分相互結合共同實現了光生載流子的選擇性傳輸，同時抑制光生載流子在界面缺陷態的復合損失，解決了太陽電池界面復合嚴重的問題。

技術領域

本申請涉及光伏技術領域，更具體地說，涉及一種“多交界面結”太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽電池（Solar Cell）又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。太陽能發電技術是新能源發展的一個重要領域，為提高單位發電量，采用高能量轉化效率的太陽電池至關重要。

太陽電池的基本物理結構為如圖1所示的PN結，PN結是由N型摻雜區20和P型摻雜區10緊密接觸構成的，接觸面稱為界面。在一塊完整的硅襯底上，利用不同的摻雜工藝使其形成N型摻雜區20，另一邊形成P型半導體10，我們稱兩種半導體交界面附近的區域為PN結。

經過研究發現，現有的太陽電池的結構大多存在PN結界面復合嚴重的問題，這嚴重制約著太陽電池的光電轉換效率。

具體地，由PN結構成的太陽電池需要通過高溫擴散或者離子注入工藝形成PN結，成本高，工藝復雜。同時內建電場很低，表面負荷很嚴重，影響了電池的性能。

為了克服以上缺點，研究人員開發了另一種基本的物理結構-PIN結，PIN結（隧穿結）結構如圖2所示，在P型摻雜區10與N型摻雜區20之間加入一層超薄絕緣層30，形成PIN結，該超薄絕緣層30一般為本征非晶硅（a-Si:H）或者氧化硅。與同質PN結結構不同的是，PIN結結構在c-Si之間加入了納米厚度的超薄絕緣層，使得帶隙更寬，寬帶隙增大了異質結處準費米能級的分離，提高了開壓；a-Si:H薄膜或者氧化硅薄膜使得c-Si表面的懸空鍵飽和，在兩個異質結界面為少數載流子建立了反射屏障。但是，異質結界面能帶匹配不是很好，絕緣層在異質結界面上對大多數載流子造成了阻塞性障礙，阻礙了多數載流子通過界面，不利于器件性能的提高；同時存在寄生吸收，抑制了光電轉換效率；絕緣層的制備一般采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等離子體增強化學氣相沉積法）等高真空設備，工藝復雜，制作成本高。

PN結界面處為兩種材料，載流子傳輸從一個界面到達另一個界面，表面復合嚴重，PN結的形成一般采用高溫擴散或者離子注入的方式，工藝復雜，成本高昂。PIN結為多層膜結構，存在寄生吸收，限制了光電轉換效率，同時每種材料之間存在能帶匹配問題，使得帶間復合嚴重，降低器件性能，超薄絕緣層一般采用PECVD等高真空技術，再次增加了制造成本。

發明內容

為解決上述技術問題，本申請提供了一種多交界面結太陽電池及其制備方法，以解決太陽電池界面復合嚴重的問題，實現提高太陽電池的光電轉換效率，提高太陽電池的單位發電量的目的。

為實現上述技術目的，本申請提供了如下技術方案：

一種多交界面結太陽電池，包括：第一摻雜類型襯底以及位于所述第一摻雜類型襯底表面的混合維度功能層；

所述混合維度功能層包括至少一種第一預設材料和至少一種第二預設材料，所述混合維度功能層與所述第一摻雜類型襯底形成多交界面結，所述多交界面結由所述第一預設材料與所述第二預設材料在納米層面與所述第一摻雜類型襯底交替接觸形成，且所述多交界面結包括至少一個第一功能異質結和至少一個第二功能異質結；