[发明专利]一种SHJ太阳电池双层TCO薄膜结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种SHJ太阳电池双层TCO薄膜结构及其制备方法，包括与非晶硅层接触的柱状TCO层和与金属电极接触的等轴TCO层。本发明可以突破单层TCO薄膜的电学性能限制，兼顾了载流子的体纵向传输和表面横向传输，减少载流子复合，提升SHJ太阳电池转化效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种SHJ太阳电池双层TCO薄膜结构及其制备方法。

背景技术

硅异质结(SHJ)太阳电池是一种带有本征薄层的异质结太阳电池，其以单晶硅(c-Si)片作为主体，经过清洗和制绒处理，在正面第一受光面和背面第二受光面分别沉积氢化非晶硅(a-Si:H)层和透明导电氧化物薄膜(Transparent Conductive oxide：TCO)，之后丝网印刷金属电极，得到完整的SHJ太阳电池。其中，本征氢化非晶硅薄层插入到掺杂氢化非晶硅层和单晶硅衬底之间，有效钝化了c-Si/a-Si界面缺陷，使之获得很高的开路电压。SHJ太阳电池因其超高的转化效率、双面发电、低温工艺和环境友好等特点，在产业化进程中具有很强的市场竞争力。2021年，隆基已将SHJ太阳电池的转换效率提高至26.3％，使其再次备受业内关注。

在SHJ太阳电池中，氢化非晶硅的横向导电性极差，无法承担起横向传输载流子的重任，而TCO薄膜的光电特性刚好可以满足这一要求而又不会对光吸收造成损失，所以TCO在SHJ太阳电池得到了很好的应用。作为电学传输层和光学窗口层，TCO要同时具备高迁移率和高透过率，同时也要做到与整个电池体系兼容。工业上常用的TCO种类主要包括三个大类：In₂O₃、SnO₂和ZnO基TCO，以这三种材料为基础，多种掺杂元素被广泛使用，如Sn、Ti、Zr、Ga、W、F、Al等。目前，SHJ太阳电池的最终转换效率距硅基太阳电池的理论极限仍有部分提升空间。对于单层TCO薄膜来说，其性能优化已经比较成熟和完善，比如，选择有效的掺杂元素可以针对性地改善TCO的迁移率或透过率；通过对实验条件的控制如氧分压、沉积功率、沉积压强和温度可以显著改善TCO的光电性能；热处理的温度和氛围也可以影响TCO的表现。然而，TCO材料的电学和光学性能之间存在相互制约的关系，常规的调控手段在提升电学或光学特性的同时会明显降低另一方面的性能，从TCO材料的综合光电性能来说，现有调控手段难以突破单层TCO薄膜的性能极限。

为了进一步提高SHJ太阳电池的转换效率，增加SHJ太阳电池在光伏市场中的竞争力，提供一种新的技术思路来突破TCO薄膜目前存在的光电性能限制具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SHJ太阳电池双层TCO薄膜结构及其制备方法，该结构可以突破单层TCO薄膜的电学性能限制，优化纵向载流子在TCO层的传输路径，减少载流子复合，使SHJ太阳电池的串联电阻、短路电流和转化效率有效提高。

本发明提供了一种SHJ太阳电池双层TCO薄膜结构，所述SHJ太阳电池的正面和/或背面包括与非晶硅层接触的柱状TCO层和与金属电极接触的等轴TCO层。

所述TCO薄膜材料为锡掺杂氧化铟、钛掺杂氧化铟、钨掺杂氧化铟、锆掺杂氧化铟、镓掺杂氧化铟、钼掺杂氧化铟及多种阳离子共掺杂氧化铟中的一种或几种。

所述柱状TCO层的晶粒呈现柱状生长模式，平行或近似平行于硅片表面的晶界数量远少于垂直或近似垂直于硅片表面的晶界数量。

所述等轴TCO层的晶粒呈现块状生长模式，平行或近似平行于硅片表面的晶界数量与垂直或近似垂直于硅片表面的晶界数量相近。

所述柱状TCO层中与硅片表面平行的晶界远少于等轴TCO层中与硅片表面平行的晶界。

所述柱状TCO层厚度为5-90nm；所述等轴TCO层厚度为5-90nm；所述双层TCO薄膜的总厚度为30-150nm。

相同的薄膜厚底下，所述等轴TCO层的霍尔迁移率大于所述柱状TCO层的霍尔迁移率。