[发明专利]硅异质结太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有硅异质结的太阳能电池以及用于制造所述电池的工艺。

背景技术

在硅异质结(Silicon heterojunction solar cell，SHJ)太阳能电池中，光伏效应所必需的内部电场是通过沉积在n型掺杂晶体硅衬底(一般表示为c-Si(n))上的p型掺杂氢化非晶硅层(一般表示为a-Si:H(p))而形成的，这不同于常规的同质结结构，在常规的同质结结构中，内部电场是经由p型掺杂硅/n型掺杂硅的结获得的。

相反地，还存在这样的硅异质结电池，其中晶体硅衬底是p型掺杂的而氢化非晶硅层是n型掺杂的。

一般而言，在衬底与掺杂的非晶硅层之间插入钝化层(例如，本征氢化非晶硅(一般表示为a-Si:H(i))，以便受益于极佳的a-Si:H(i)/c-Si(n或p)界面特性，并且增加太阳能电池的开路电压(Voc)。

在界面处的复合陷阱的低浓度可以通过在a-Si:H(i)层中不存在掺杂物杂质而得到解释。

为了限制光子在非晶层中的寄生吸收，这些层非常薄，而透明导电材料(例如，透明导电氧化物(TCO))层形成在正面，以便将光生电荷横向收集至旨在收集产生的电流的金属电极。

除了低电阻率外，透明导电材料层还必须具有与高产率需求相匹配的光学特性，即，首先具有在外部环境的指数与非晶硅的指数之间的光学指数n(以用于抗反射功能)，以及其次具有能够实现低的光子吸收的低光学指数k。

异质结可以位于电池的正面(即，暴露于太阳辐射的一侧)或与正面相对的背面。

一般而言，在衬底的与包括异质结的面相对的面，电池包括钝化层和掺杂类型与衬底相同的掺杂非晶硅层的堆叠。

图1是硅异质结太阳能电池的正面A的示意图。

晶体硅衬底由附图标记1指示。

在图1中为n型掺杂硅衬底，而p-n结在正面形成。

衬底1相继地由(例如本征非晶硅层的)钝化层和p型掺杂的非晶硅层涂覆，每层各为几纳米厚。这两个非晶层的组合使用附图标记2。

透明导电材料层3覆盖p型掺杂的非晶硅层。

最后，金属电极4设置在正面上，与透明导电材料层相接触。

在光子吸收的作用下，在衬底1中产生了电子e-/空穴h+对。

在异质结所形成的电场的影响下，空穴h+向正面移动，穿过非晶硅层2，并且被透明导电材料层3收集(箭头f1，基本垂直于正面A)。然后，空穴在层3中被导向金属电极4(箭头f2，基本平行于正面A)。

在文献中能够得知，很难实现在透明导电材料层的导电性与透明性之间的妥协[1]。

对于最广泛使用的透明导电氧化物，即氧化铟锡(ITO)，载流子浓度的调制是通过层的氧掺杂来确保的。

在沉积ITO层时大量的氧的存在减小了氧空位的数量，有助于载流子浓度的减小。

低载流子浓度导致更大的层的电阻率，但是也导致更好的透明性。

相反，低氧掺杂导致极佳的层的导电性(由于高的电子浓度)，但是也导致在红外区中的高吸收。

在对沉积方法进行数年的优化之后，对在ITO层的电学/光学特性的妥协方面的改进已经达到了极限。

ITO的替换材料，尤其是氧化铟(IO)、掺钨氧化铟(IWO)或掺锌氧化铟目前正进行研究，而且看起来很有前途。

但是，SHJ技术对于透明导电材料层的沉积条件有严格的限制：该沉积必须在低温低功率下进行，以便不损坏下面的非晶硅层。

这些制造限制因此局限了研发路径的范围。

本发明的一个目标为，进一步提高硅异质结太阳能电池的产率。

发明内容

根据本发明，提出了一种硅异质结太阳能电池，该太阳能电池相继地包括：

-掺杂的晶体硅衬底，

-钝化层，

-与衬底的掺杂类型相反的掺杂的非晶硅层，

-透明导电材料层，

所述电池的特征在于，在衬底与钝化层之间，所述电池包括具有所谓“高少数载流子迁移率”的晶体材料的层，在该层中，衬底少数载流子的迁移率(μ_m)大于所述少数载流子在衬底中的迁移率。

“本征硅”指的是不含任何掺杂物的硅，或至少在材料的形成期间没有故意添加掺杂物的硅。无论如何，如果硅的有效掺杂物的浓度小于1^E15/cm³，则认为其是本征的。

为此，非晶或晶体形态的本征硅的沉积是在没有受到掺杂物杂质污染的环境中进行的。