[发明专利]一种选择性接触晶体硅异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种选择性接触晶体硅异质结太阳能电池及其制备方法，电池结构分为若干层，自上而下为：Ag/ITO/MoO_x/SiO_y/n‑c‑Si/SiO_y/LiF_z/Al；制备时：利用硝酸氧化法在硅片前后表面生长一层超薄SiO_y层(1.0～1.3nm)，然后在硅片正面依次生长MoO_x、ITO、Ag，硅片背面依次生长LiF_x和Al。本发明分别利用MoO_x的高功函数、LiF_z的低功函数特性弯曲MoO_x/c‑Si和LiF_z/c‑Si异质结能带，实现对光生载流子进行选择性分离。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及了一种选择性接触的新型晶体硅异质结太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

在太阳能电池中，高效率的光生载流子(电子-空穴对)的分离、输运和收集对电池整体性能的提高至关重要。目前工业化量产的晶体硅太阳能电池片是通过p型硅片表面的磷扩散获得p-n结，光照产生的载流子在p-n结产生的内建电场作用下被分离，然后分别被硅片表面的前后两个电极收集。传统的晶体硅异质结太阳能电池主要以氢化非晶硅(a-Si:H)为掺杂层，但a-Si:H具有较高的缺陷态密度和较窄的禁带宽度(～1.8eV)，即使在太阳能电池中的厚度只有几纳米，也会在紫外光和可见光范围内导致显著的寄生光吸收，而这对光电流的产生没有作用，反而会影响器件的性能。此外，通常制备n型和p型a-Si:H需要使用PECVD并用到易燃易爆的特种气体—硅烷、磷烷和硼烷，使得工艺复杂并且成本较高。因此，选择一种可替代a-Si:H的低风险、易制备并能降低制造成本的材料是非常重要的。

假设能找到这样一种材料或结构，它满足：(1)拥有良好的表面钝化效果；(2)可以高效传输一种载流子。那么就可以把这一结构用于电池的表面，形成即满足钝化要求，又无需开孔即可传输电流的钝化接触。这种通过外加材料或结构来弯曲能带，而非电池吸收层本身掺杂，从而实现对载流子选择性通过的表面接触设计，这就是被称为选择性接触电池(即非掺杂电池)，而这一设计与传统的通过扩散得到p-n结电池有本质的不同。MartinGreen在1977年就提出了无需扩散p-n结的金属-绝缘层-半导体(MIS)结构太阳能电池。1985年，Eli Yablonovitch提出了理想的太阳能电池应该是“采用两个异质结来设计”，即将吸收材料置于两个宽带隙材料之间。SunPower的创始人之一Richard Swanson在2004年预测接近理论效率的晶体硅太阳能电池应“在硅和金属之间，放置一层宽带隙材料构成异质结”，这些结构都指向选择性接触电池。

过渡金属氧化物—三氧化钼(MoO₃)具有高功函数(～6.9eV)、宽带隙(～3.3eV)、低熔点(～795℃)等特点，并可以在低温下利用真空热蒸镀、化学溶液等低成本的方法制备，作为空穴传输层已经被成功应用于有机光电器件中。由于成本低、制备方法简单，氧化钼作为晶体硅异质结电池的空穴选择性接触材料还是有着很好的商业化应用前景。通过真空热蒸发三氧化钼固相粉末获得的非化学计量比的氧化钼(MoO_x,0<x<3)薄膜，在低于导带的位置形成氧空位衍生缺陷带，使得氧化钼薄膜表现出n型的半金属特征。由于在MoO_x/c-Si界面只存在微弱的费米能级扎钉效应现象，当MoO_x与晶体硅接触时，在p型晶体硅(p-c-Si)表面可以期望形成一个空穴堆积层，而在n型晶体硅(n-c-Si)表面形成空穴反型层，这有利于空穴从晶体硅中输运到外部电极，从而可以降低接触电阻，提高了载流子的收集效率。与HIT电池中高掺杂的非晶硅相比，MoO_x存在大量的本征氧空位，利用MoO_x取代HIT电池中的p型非晶硅层作为空穴选择性接触层，从而可以避免由于掺杂对电池性能造成的不利影响。同时，与非晶硅或微晶硅相比，MoO_x具有较大的带隙宽度，可以减少HIT电池和隧穿氧化层钝化接触电池中存在的寄生吸收损失。