[發明專利]一種采用無摻雜發射極的太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202210806708.0
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115295665A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 高平奇;蔡倫;徐楊兵;龐毅聰;陳甜;梁宗存;洪瑞江
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 范偉民

本發明屬于晶體硅光伏電池技術領域，具體涉及一種采用無摻雜發射極的太陽電池及其制備方法。本發明的電池結構中的發射極采用低溫工藝實現，能耗低，能兼容薄硅片、不依賴于昂貴的管式擴散爐或PECVD裝備，降本優勢突出；電池結構中的發射極采用免摻雜的寬帶隙化合物材料且置于電池背面，無需用到TCO薄膜，寄生性光學吸收較小，能夠提升電池的短路電流密度。同時，電池的發射極無需摻雜，工藝大大簡化，無需用到高活性金屬以及易燃易爆的氣體摻雜劑，有助于改善電池的整體穩定性和提升制備流程的安全性；本發明成功實現了電學優化與光學優化的解耦，能有效改善傳統太陽電池結構電子選擇性傳輸效果較差的弊端，提升電池轉化效率。

技術領域

本發明屬于晶體硅光伏電池技術領域，具體涉及一種采用無摻雜發射極的太陽電池及其制備方法。

背景技術

高效低成本的光伏電池對于降低新能源的電力成本和加快實現全球碳中和目標具有重要意義。

當前，主流的電池技術是鈍化發射極背面接觸(PERC)技術，以及正在逐步實現大規模量產的隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)電池技術，但由于這兩種電池技術都是基于高溫(≥800℃)擴散工藝實現的，能耗較高且不兼容薄硅片，不利于后續的降本；并且由于硅片表面重摻雜或者含有重摻雜的、帶隙較窄的硅薄膜，帶來大的俄歇復合和光學寄生性吸收，不利于電池效率的進一步提升。而基于本征和摻雜硅薄膜的異質結電池(簡稱 HJT/SHJ/HIT/HDT等)具有絕佳的鈍化性能，并實現了高達750mV的開路電壓和最高 26.6％的電池效率。但是HJT電池(開路電壓高的異質結電池)的實際量產之路并不順利，主要是因為硅薄膜帶隙小、寄生性吸收高，在疊加TCO(透明導電氧化物)薄膜后光學損失較大，導致短路電流密度不易做高。同時，非晶硅薄膜摻雜效率低，尤其是p型結構；此外，硅薄膜的沉積設備昂貴且核心部件主要依賴進口。

為解決傳統高溫電池能耗高、工藝復雜、效率提升困難和HJT電池工藝窗口窄、成本高昂的不足，人們在大力研究新型的免摻雜異質結電池。目前，研究的免摻雜異質結電池大部分是基于n型硅片，且發射極采用過渡金屬氧化物薄膜(如氧化鉬、氧化鎢、氧化釩等)，存在的突出問題主要包括成本偏高(n型硅片比p型硅片更貴)、正面寄生性吸收大以及界面穩定性差等。另有少數工作是基于p型硅片作為襯底的，主要分為兩類，一類是采用常規高溫擴散發射極而背面采用免摻雜的空穴傳輸材料；另一類是正面發射極采用免摻雜材料(如熱蒸發的CdS、Ge薄膜、ZnS薄膜等)，并疊加AZO等透明導電薄膜(TCO) 而形成電子傳輸端。其中，第一類對降低電池成本的作用有限，因為高溫擴散型電池的關鍵就在于發射極；而第二類存在的問題依然是采用前結做發射極，且采用了化合物薄膜 +TCO+密柵的結構，會導致光學損失大。因此，有必要開發新型的免摻雜太陽電池結構，以解決上述技術問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的首要目的是提供一種采用無摻雜發射極制備太陽電池的方法，該方法無需依賴昂貴的鍍膜設備，膜層致密且厚度容易控制，不依賴于高溫擴散和危險的氣態源摻雜，實現成本相對低廉。

本發明的第二個目的是提供采用上述制備方法制備得到的太陽電池，該電池為基于p 型硅片、采用無摻雜發射極的太陽電池結構，該電池結構能夠簡化電池的制備工藝，降低硅片成本，同時有效降低電池的光學損失，可以充分利用合適功函數的金屬電極增強電學性能(增強電子的選擇性傳導)，從而提高電池的光電轉化效率。

本發明的第一個發明目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明提供了一種采用無摻雜發射極制備太陽電池的方法，所述太陽電池以p型單晶硅片為襯底，用于吸收陽光產生光生載流子，并采用低溫工藝制備無需摻雜且寬帶隙的化合物薄膜作為發射極，并將所述發射極置于電池的背面。

優選地，所述無需摻雜且寬帶隙的化合物薄膜為硫化鎘薄膜，所述硫化鎘薄膜的厚度為2-30nm。