[发明专利]一种异质结电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地说涉及一种异质结电池的制备方法。

背景技术

近年来，太阳能电池应用取得了惊人的进步。晶体硅太阳能电池具有光电转换效率高，生产技术成熟等优点，一直以来占据着世界太阳能电池总产量的绝大部分。虽然晶体硅太阳能电池的生产工艺一直在不断进步，但是传统晶体硅太阳能电池生产中的高温扩散制pn结工艺导致的一系列发射极问题以及缺乏良好的表面钝化机制还没有得到很好地改善，因此限制了电池效率的提升。

同时，业界一直在努力探索低成本、高产量的高效率薄膜太阳能电池制造技术。由于氢化非晶硅（α-Si:H）太阳能电池生产工艺温度较低（400℃以下），且不使用硅片，便于大规模生产，因此受到了普遍重视并得到迅速发展。但是，氢化非晶硅太阳电池的光致退化问题始终没有得到很好的解决，此外其光电转换效率还有待进一步提高。

研究人员一直探索把晶体硅电池和薄膜电池的优势结合起来形成更高效的电池。一种方法是用宽带隙的氢化非晶硅层作为窗口层或发射极，窄带隙的单晶硅、多晶硅片作衬底，形成所谓的异质结太阳电池。这种电池利用了薄膜制造工艺优势的同时又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点，具有实现高效低成本硅太阳能电池的发展前景。1983年，Hamakawa等人首先报道了采用a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结构叠层太阳电池并获得了12%的光电转换效率。1991年，三洋（Sanyo）公司利用PECVD制备出转换效率超过了16%的a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)结构的太阳能电池，他们把这种在p型a-Si:H和n型c-Si之间插入一薄层本征a-Si:H作为缓冲层（buffer layer）的结构称之为“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）结构”。1994年，他们的研究工作取得了重大进展，在1cm²的面积上制备出了光电转换效率达到20.1%的HIT结构太阳电池。以此为基础，三洋公司很快开展了HIT^TM太阳能电池的产业化研究，并实现了HIT^TM太阳电池的大规模工业化生产。所生产的面积超过100cm²的HIT^TM阳电池的光电转换效率仍可高达17.3%，96片电池组件的输出功率为180W，该电池组件被命名为“HIT Power21”。2003年，三洋公司又把面积为100cm²的HIT^TM太阳电池的转换效率的最高记录改写为21.2%，大规模工业化生产也已获得18.5%的光电转换效率。

参考图1和图2，现有的异质结电池基本制备过程如下：1）首先采用与晶硅电池类似的工艺在硅片表面制备绒面结构以形成光陷作用；2）利用PECVD在具有绒面结构的n型CZ-Si片（180-250μm厚）的正面沉积一层5nm～10nm厚度的本征a-Si:H和p型a-Si:H层；3）然后再在c-Si片的背面沉积一层20nm的本征a-Si:H和n型a-Si:H层；4）利用溅射技术在电池的两面沉积TCO透明导电膜；同时它也具有抗反射作用；5）在电池的背面镀一层金属铝；6）然后再用丝网印刷技术在电池的正面制作Ag电极。整个制备过程都是在低于200℃下进行的。双面结构的HIT电池需要在步骤（4）时在背面也镀上ITO透明电极，然后到步骤（6）在正反两面做Ag电极。双面电池由于能接收到来自地面的反射光，不论地面是否光滑，它都能发出比单面电池更多的电能。

从上述基本工艺看，传统异质结电池还需要在硅片表面制备绒面结构以形成光陷作用，做法与晶体硅电池基本相同。这道工艺非常难控制，不但消耗大量宝贵的化学品，腐蚀反应还会消耗宝贵的硅片材料；同时由于表面形成的绒面非常粗糙，在形成异质结过程中极薄的本征和p型非晶硅膜（总厚度在10nm～30nm）很难完全覆盖这种粗糙表面，严重限制了开路电压的提升。另一方面，传统异质结电池采用溅射ITO作为导电氧化物（TCO）材料，ITO材料非常昂贵，这成了大规模生产和使用太阳能电池的瓶颈。异质结电池虽然效率高，但复杂的结构与工艺步骤，加上昂贵的材料严重阻碍了异质结电池的推广。目前需要一种可以降低生产成本，并提升电池光电转换效率的异质结电池的制备方法。

发明内容

本发明提供的方法大大简化了传统异质结电池的结构，在提升电池品质的同时降低了制造成本。在本发明提供的方法中采用新材料将电池的导电作用、光陷作用与减反射作用合为一体，并且均独立于硅片。本发明的具体技术方案如下：