[发明专利]一种基于双极性SnOX

说明书

本发明提出一种基于双极性的SnO_x晶硅太阳电池。本发明在晶硅太阳电池中借助一种技术手段，通过调控Sn和O元素的比例，即x值，同时引入了x≤1.8的双极性的SnO_x作为空穴选择性接触材料和x≥1.9的SnO_x作为电子选择性接触材料，简化工艺流程，同时也避免了高温扩散工艺或者高成本的制造工艺，降低成本；另一方面，无掺杂、宽带隙的载流子选择材料SnO_x引起较低的光学损失，有利于提高电池的光学性能。

技术领域

本发明涉及一种采用双极性的x≤1.8的SnO_x作为空穴选择性接触材料，又采用了x≥1.9的SnO_x作为电子选择性接触材料的晶硅电池，属于光伏和半导体器件制造技术领域。

背景技术

晶硅太阳电池目前仍在光伏市场占据主导地位，进一步提高光电转换效率和降低成本是推动其大规模发展的关键因素。在晶硅太阳电池中，金属电极与硅片直接接触区域存在严重的复合，成为制约其光电转换效率提升的重要因素。为了降低接触复合，一方面通过局部开孔技术来减小金属电极与硅片的直接接触面积，如：钝化发射层和背部(PERC)电池，钝化发射极和背部局部扩散(PERL)电池，钝化发射层和背部全扩散(PERT)电池。但是上述电池结构中金属与硅片的直接接触仍然存在；开孔工艺复杂，且在开孔处容易带来损伤；局部开孔限制了载流子的传输路径，使之偏离垂直于接触面的最短路径并拥堵在开口处，进而导致填充因子的损失。另一方面，对硅片表面进行全面积钝化，无需开孔也能有效分离和输运载流子，即载流子选择性钝化接触，进而实现载流子在两端电极之间的一维输运，获得高填充因子。如：硅异质结电池和隧穿氧化层钝化接触电池，分别采用i-a-Si:H/掺杂非晶硅和SiO_x/掺杂多晶硅的组合来同时实现全表面钝化和载流子选择性输运。但是，上述载流子选择材料-掺杂的硅薄膜相对较小的禁带宽度会增大对太阳光的寄生吸收，降低电池光学性能。同时，硅薄膜沉积设备昂贵，需要用剧毒的硼烷和磷烷作为原材料气体。

其次，钝化接触对于电子和空穴的选择性可以通过接触材料的功函数与晶硅的导带和价带匹配来实现。目前，空穴选择性接触材料大多数为过渡金属氧化物，如：MoO_x，WO_x，V₂O_x等。目前研究较多的空穴选择性接触材料是MoO_x，如：瑞士洛桑联邦理工学院Ballif组等人通过在入光面采用蒸发技术制备的MoO_x代替p型非晶硅，获得了认证值为23.5％光电转换效率。电子选择性接触材料主要包括TiO_x，LiF_x，MgO_x。目前研究较多的电子选择性接触材料是TiO_x，如：澳大利亚国立大学的杨新波等人采用TiO_x作为电子选择性接触材料，已获得了22.1％的光电转换效率。基于金属氧化物构建的无掺杂、选择性接触电池具有多方面的优势，如禁带宽度大有利于减少寄生吸收，进而提高电池的光学性能。并且大多数都可采用蒸发和磁控溅射等低成本技术来制备，避免使用有毒气体，安全性更高。然而，在晶硅电池中同时引入空穴和电子选择性接触材料的研究相对较少。瑞士洛桑联邦理工学院的钟思华等人在MoO_x作为空穴选择性接触材料的基础上，采用了ZnO/LiF_x/Al作为电子选择性接触材料，并获得了21.4％的光电转换效率。但整体工艺过程较为复杂，既需要用到蒸发技术制备MoO_x，又需要用到低压力化学气相沉积(LPCVD)制备ZnO。

基于此，无掺杂的载流子选择性接触材料用于晶硅电池主要存在以下两个问题：(1)未同时采用电子和空穴选择性接触材料，如仅选用MoO_x代替p型非晶硅，而电子选择性接触材料仍旧采用n型非晶硅，增加了整体的工艺复杂性。(2)源于空穴和电子选择性接触材料各自的制备技术差异，同时引入空穴和电子选择性接触材料的工艺过程较为复杂。

发明内容