[发明专利]一种高效异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种高效异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源的短缺和气候变暖环境，太阳能发电等可再生能源正取代传统的火力发电成为当今能源领域研究的热点和发展的趋势。在太阳能电池的发展历史中，非晶硅薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池都已经历了近半个多世纪的发展历程。晶体硅太阳能电池效率较高，而非晶硅薄膜太阳能电池的制造成本较低，但二者优势结合起来形成效率更高、成本更低的第三代太阳能电池结构受到的关注却相对较少。如果能将新世纪的标志技术——异质结制造融合其中，形成第三代太阳能电池，将有助于解决长期困扰这两个领域的效率低，成本高的瓶颈问题，实现太阳能技术的飞跃。

在异质结太阳能电池结构的制备方面，日本三洋(Sanyo)公司1990年开始进行p型非晶硅/本征非晶硅/晶体硅衬底结构的HIT光伏电池的研究。1994年他们研究工作取得突破性进展，在1cm²面积上制备出转换效率20.0％的HIT光伏电池，并于1997年实现了HIT光伏电池的大规模生产。所生产的面积超过100cm²的HIT电池的效率可达到17.3％，更重要的是该电池的制备工艺温度不能高过200℃，降低了制造成本。2000年该公司在利用太阳级纯度硅材料制备高效HIT光伏电池的研究方面又有了新进展，在面积为100.5cm²的低成本n型太阳能级CZ-Si片上制备出开路电压为719mv，效率为20.7％的HIT光伏电池，该电池为双面结构，它构造了面积为100cm²的光伏电池转化效率最高的世界纪录。2009年，日本三洋公司宣布在厚度为98μm，面积为100.3cm²的衬底上，得到了光电转换效率达22.8％的电池，其开路电压高达743mV，在相同面积条件下，HIT电池每年的发电量可以比多晶硅太阳能电池高35％，因此具有很大的市场潜力。

此外，美国专利US2006/0065297，其结构参考附图1，中间层1为N型单晶硅衬底，在N型单晶硅衬底上用等离子体化学气相沉积(PECVD)法生长一层厚度在3～250nm的本征非晶硅薄膜2，之后再生长一层厚度为5nm的P型氢化非晶硅薄膜3，之上再生长一层厚度为100nm的ITO薄膜4，最上面是电极5。在衬底层1的背面同样用PECVD对称生长一层厚度为5～20nm的本征非晶硅薄膜6，之后再生长一层厚度为20nm的N型非晶硅薄膜7，之上再生长一层厚度为100nm的ITO薄膜8，最下面是电极9。这样就形成了HIT太阳能电池。总的来说，HIT光伏电池既有晶体硅光伏电池的高效、稳定，又有非晶硅光伏电池生产的低温、工艺时间短等优点，是一种优秀的异质结光伏电池。但为了进一步获得更高转换效率，有必要对电池结构进行稍许变化以增加对太阳光的吸收。

鉴于此，为了更有效的将异质结结构融入太阳能电池的应用领域，本发明提出了一种通过轻扩散解决非晶硅薄膜层无法全覆盖衬底的新型结构，形成第三代太阳能电池的雏形。本发明通过轻扩散解决非晶硅薄膜层无法全覆盖衬底的新型异质结太阳能电池结构的建立，具有与传统工艺兼容、不增加设备成本和实现增大开压等特点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种高效异质结太阳能电池及其制备方法，以弥补传统异质结电池中遇到的过薄的非晶硅薄膜层无法将衬底完全覆盖，以至于部分电极会直接接触晶硅衬底的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种高效异质结太阳能电池，包括：衬底6，该衬底6采用P型晶硅材料；在衬底6背面设置的铝背场7；在衬底6正面依次生长的n型扩散层5、i型本征非晶硅薄膜4、n型非晶硅薄膜3以及TCO薄膜2；以及在TCO薄膜2上设置的电极1。

上述方案中，所述衬底6采用p型单晶硅衬底、p型多晶硅衬底或p型冶金硅衬底，厚度为50μm～300μm，电阻率为1Ω·cm～100Ω·cm，晶格方向为100。

上述方案中，所述在衬底6背面设置的铝背场7是通过丝网印刷铝浆料烧结而成，铝浆料印刷厚度为9μm～100μm。

上述方案中，所述n型扩散层5的厚度为5nm～50nm，扩散浓度为6.0×10^-17～5.5×10^-19kg/cm³。

上述方案中，所述i型本征非晶硅薄膜4的厚度为3nm～50nm。

上述方案中，所述n型非晶硅薄膜3的厚度为5nm～100nm。