[发明专利]基于N型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种基于N型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池。

背景技术

当今世界，常规能源的持续使用带来了能源紧缺以及环境恶化等一系列经济和社会问题，解决上述问题的最好途经是大力发展和推广可再生能源。在可再生能源中，太阳能发电由于地域性限制小、应用范围广、基本无污染、可持续利用率高等优点，成为世界各国竞相发展的目标。目前，太阳能发电在可再生能源中所占比重还很小，主要原因是使用成本过高。因此，开发高效率、低成本的太阳能电池，使其成本接近甚至低于常规能源成本，将有着举足轻重而又意义深远的作用。

目前，现有的各类太阳能电池中，晶体硅太阳电池占了90％的市场份额，其中单晶硅电池的转化效率超过了17％，多晶硅电池转化效率也在15～16％。尽管在实验室中小面积的晶体硅电池的最高转化效率接近25％，但由于其工艺与结构过于复杂，不利于规模化生产及应用。因此，在成本不太高，工艺不太复杂的前提下，各国都在从新的器件结构努力，开发效率更高的晶体硅类太阳电池及其产业化技术。其中，基于晶体硅的异质结太阳电池是一个热点的方向。如日本Sanyo株式会社开发了一种HIT结构的太阳能电池，参见附图1所示，包括依次叠层结合的受光面电极1、P型非晶硅层2、本征非晶硅层3、N型硅衬底4和背电极5。其实验室转化效率已经突破22％，产业化的电池片的转化效率也已经达到19％。该类电池具有如下几大优点：(1)由于非晶硅的带隙在1.7eV以上，与晶体硅的1.12eV相比更高，从而形成更强的内建电场，大幅度地提高开路电压；(2)采用低温(200℃以内)沉积方式形成PIN结，避免了常规硅电池工艺的高温扩散(约900℃)工艺，既减少了生产能耗，又避免了高温产生的形变及热损伤，减少了碎片率；(3)在沉积非晶硅层形成PIN结的同时，带来了很好的表面钝化作用。

然而，上述HIT结构的太阳能电池存在如下问题：(1)由于非晶硅材料有很多的界面态和缺陷，载流子迁移率比较低，影响了光生电流的收集；(2)非晶硅材料本身有光致衰退作用，要降低该类电池的效率衰减，必须尽可能地采用N型硅片为衬底，限制了其原材料的选择范围；(3)非晶硅材料和晶体硅材料的光吸收系数都不是很高，要提高长波响应，要求硅片的厚度不能太薄，也限制了电池向薄型化方向发展的潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于N型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池，以获得较高的转化效率。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于N型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池，包括依次叠层结合的受光面电极、透明导电层、P型黄铜矿半导体薄膜、N型晶体硅、N⁺背表面场和背金属电极，形成PNN⁺的异质结结构。

上文中，所述P型黄铜矿半导体薄膜与N型晶体硅形成异质PN结，有如下优点：(1)由于有高的光吸收系数，P型层可以比较薄，N型晶体硅的厚度也可以进一步减薄；(2)由于有高的光吸收系数，再加上透明导电层兼有减反射作用，P型层无需做类似绒面的陷光结构；(3)可以调整带隙，按照受光顺序形成从高到低的带隙梯度分布，以达到与太阳光谱匹配形成分段吸收的目的；这样既增加光生电流，又增大开路电压；(4)由于P型黄铜矿半导体薄膜本身载流子迁移率比较高，再加上可以做成很高结晶质量，因而可以更好地收集光生电流；(5)由于P型黄铜矿半导体薄膜和N型硅的光致衰退都很弱，因而该类异质结电池可以实现低衰退。

上述技术方案中，所述受光面电极为Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni、Al/Ni或Ti/Pd/Ag电极，其厚度为100nm～400μm。优选的厚度为20～200μm。该受光面电极主要起到收集电流的作用。

上述技术方案中，所述透明导电层为ITO、SnO₂：F(FTO)、CdSnO₄、CuGaO₂、CuInO₂、SrCu₂O₂、SnO₂、In₂O₃或掺杂的ZnO层，其厚度为80～1000nm。优选的厚度为100～500nm。所述掺杂的ZnO层为掺B、Al、Ga或In等的ZnO层。该透明导电层具有较高的透光性和电导率，除了起到收集电流的作用外，还可通过优化厚度起到良好的减弱表面反射的作用。