一种异质结太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

异质结太阳能电池由于其轻薄的物理特性以及较高的光电转换效率，在近年来已成为光伏行业研究和开发的重点方向之一。特别地，针对基于N型硅基体制备的背结结构的异质结太阳能电池，由于其具有更优异的导电效果，使其更受市场青睐。

但是，基于N型硅基体制备的背结结构的异质结太阳能电池，不论在正面发射极还是背面场，一般均选用N型透明导电薄膜比如铟掺杂导电薄膜(ITO)。但是，研究发现该铟掺杂导电薄膜(ITO)对水汽敏感较高，导致异质结太阳能电池容易被水汽侵蚀，易受外界潮湿环境影响而出现性能恶化的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种异质结太阳能电池及其制备方法，该异质结太阳能电池能够阻挡水汽侵蚀，以有效地提升异质结太阳能电池性能稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种异质结太阳能电池，包括：

N型硅基体；

基于所述N型硅基体第一主表面，顺序叠层设置的第一硅薄膜、P型掺杂硅层、叠层隧穿导电膜层；

基于所述N型硅基体第二主表面，顺序叠层设置的第二硅薄膜、N型掺杂硅层、第一N型导电膜层；

与所述叠层隧穿导电膜层电连接的第一金属电极；

以及，与所述第一N型导电膜层电连接的第二金属电极；其中，

所述叠层隧穿导电膜层包括：与所述P型掺杂硅层形成隧穿接触的第二N型导电膜层和与所述第二N型导电膜层形成隧穿接触的P型导电膜层。

第二方面，本发明实施例提供一种针对第一方面实施例提供的异质结太阳能电池的制备方法，包括：

步骤A、通过化学沉积方式在N型硅基体第一主表面顺序沉积第一硅薄膜和P型掺杂硅层；

步骤B、通过化学沉积方式在N型硅基体第二主表面顺序沉积第二硅薄膜和N型掺杂硅层；

步骤C、通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，分别在所述P型掺杂硅层和所述N型掺杂硅层沉积第二N型导电膜层和第一N型导电膜层；

步骤D、通过磁控溅射PVD、活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，在所述第二N型导电膜层沉积P型导电膜层，其中，所述第二N型导电膜层和所述P型导电膜层构成叠层隧穿导电膜层；

步骤E、通过印刷方式分别在所述P型导电膜层和所述第一N型导电膜层印刷第一金属电极和第二金属电极。

上述发明的第一方面的技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供的异质结太阳能电池，通过在P型掺杂硅层的外侧层叠叠层隧穿导电膜层，由于该叠层隧穿导电膜层包括：与P型掺杂硅层形成隧穿接触的第二N型导电膜层和与第二N型导电膜层形成隧穿接触的P型导电膜层，该叠层隧穿导电膜层的隧穿接触，使载流子能够在该叠层隧穿导电膜层传输的同时，该P型导电膜层能够阻挡水汽进入到异质结太阳能电池内，降低水汽对异质结太阳能电池的侵蚀，以有效地提升异质结太阳能电池性能稳定性，因此，通过该异质结太阳能电池制备出的光伏组件具有比较好的性能和稳定性。

附图说明

图1是根据本发明实施例的异质结太阳能电池的剖面结构示意图；

图2是根据本发明实施例的异质结太阳能电池制备方法的主要流程示意图；

图3是根据本发明实施例的对应于异质结太阳能电池制备方法中的步骤S201至步骤S203的异质结太阳能电池剖面结构变化示意图；

图4是根据本发明实施例的对应于异质结太阳能电池制备方法中的步骤S203至步骤S205的异质结太阳能电池剖面结构变化示意图；

图5是根据本发明实施例的与P型掺杂硅层接触的叠层隧穿导电膜层的功函数与异质结太阳能电池填充因子之间关系示意图。

附图标记如下：

10-N型硅基体；20-第一硅薄膜；20'-第二硅薄膜；30-P型掺杂硅层；40-叠层隧穿导电膜层；41-第二N型导电膜层；42-P型导电膜层；50-N型掺杂硅层；60-第一N型导电膜层；70-第一金属电极；70'-第二金属电极。

具体实施方式

本发明实施例所涉及剖面是指垂直于电极延伸方向切割异质结太阳能电池得到的部分切割面。

本发明实施例中所涉及的“第一”、“第二”等，是为了区分不同结构或者部件或者同一结构的不同位置，并不是对结构或者部件等的数量、顺序等的限定。比如，本发明实施例涉及的第一主表面和第二主表面一般是为了区分处于不同位置、连接结构不同的N型硅基体的两个主表面，其中，在第一主表面作为异质结太阳能电池的受光面的情况下，第二主表面作为异质结太阳能电池的背光面；在第一主表面作为异质结太阳能电池的背光面的情况下，第二主表面作为异质结太阳能电池的受光面。又比如，第一硅薄膜是指层叠于N型硅基体第一主表面的硅薄膜，第二硅薄膜是指层叠于N型硅基体第二主表面的硅薄膜等。

目前，亟待通过改进N型异质结电池结构设计，降低异质结太阳能电池的导电膜层中铟In的耗量，同时改善N型异质结电池的可靠性来推动异质结太阳能电池的降本增效。本发明实施例通过一种异质结太阳能电池及其制备方法，该异质结太阳能电池的结构能够有效地降低导电膜层中铟In的耗量，同时提升异质结太阳能电池的可靠性，实现异质结太阳能电池的降本增效。

其中，图1示出本发明实施例提供的异质结太阳能电池的剖面结构示意；图2示出本发明实施例提供的异质结太阳能电池制备方法的主要流程示意图，图3示出本发明实施例的对应于异质结太阳能电池制备方法中步骤S201至步骤S203的异质结太阳能电池的剖面结构变化示意图；图4示出本发明实施例的对应于异质结太阳能电池制备方法中步骤S203至步骤S205的异质结太阳能电池的剖面结构变化示意图；图5是本发明实施例的实施例1的异质结太阳能电池中与P型掺杂硅层接触的叠层隧穿导电膜层的功函数与异质结太阳能电池填充因子之间关系示意图。

如图1所示，本发明实施例提供一种异质结太阳能电池。该异质结太阳能电池可包括：

N型硅基体10；

基于N型硅基体10第一主表面，顺序叠层设置的第一硅薄膜20、P型掺杂硅层30、叠层隧穿导电膜层40；

基于N型硅基体10第二主表面，顺序叠层设置的第二硅薄膜20'、N型掺杂硅层50、第一N型导电膜层60；

与叠层隧穿导电膜层40电连接的第一金属电极70；

以及，与第一N型导电膜层60电连接的第二金属电极70'；其中，

叠层隧穿导电膜层40包括：与P型掺杂硅层30形成隧穿接触的第二N型导电膜层41和与第二N型导电膜层41形成隧穿接触的P型导电膜层42。

其中，N型硅基体10第一主表面可作为异质结太阳能电池的背光面；相应地，N型硅基体10第二主表面作为异质结太阳能电池的受光面。N型硅基体10第一主表面也可作为异质结太阳能电池的受光面；相应地，N型硅基体10第二主表面作为异质结太阳能电池的背光面。一个优选地实施例中，N型硅基体10第一主表面可作为异质结太阳能电池的背光面；相应地，N型硅基体10第二主表面作为异质结太阳能电池的受光面。以减少对异质结太阳能电池的受光面的遮挡，有效地提升异质结太阳能电池的光电转换效率。

其中，第一硅薄膜20和第二硅薄膜20'为本征的含硅薄膜，可以是微晶、纳米、非晶的硅、氧化硅或碳化硅等薄膜层中的性能相同的单层或性能不同的多层或者几种的叠层的含硅薄膜，其厚度可设置为1～50nm。

其中，P型掺杂硅层30为P型掺杂的含硅薄膜，可以是微晶、纳米、非晶的硅、氧化硅或碳化硅等薄膜层中的性能相同的单层或性能不同的多层或者几种的叠层的含硅薄膜，其厚度可设置为1～50nm。

其中，N型掺杂硅层50为N型掺杂的含硅薄膜，可以是微晶、纳米、非晶的硅、氧化硅或碳化硅等薄膜层中的性能相同的单层或性能不同的多层或者几种的叠层的含硅薄膜，其厚度可设置为1～50nm。

其中，叠层隧穿导电膜层40中的第二N型导电膜层41的厚度一般小于第一N型导电膜层60的厚度，相比现有的双面均设置相同或相近厚度的N型导电膜层相比，本实施例提供的结构中第二N型导电膜层41的厚度小于第一N型导电膜层60的厚度，可以有效地降低作为N型导电膜层的金属元素比如铟In的耗量，以降低异质结太阳能电池的制备成本。

其中，叠层隧穿导电膜层40包括的第二N型导电膜层41与P型掺杂硅层30形成隧穿接触，可以保证载流子在第二N型导电膜层41和P型掺杂硅层30之间传输，并且叠层隧穿导电膜层40包括的P型导电膜层42与第二N型导电膜层41形成隧穿接触可以保证载流子在第二N型导电膜层41和P型导电膜层42之间传输，以使异质结太阳能电池具有比较好的导流性。

针对图1所示的异质结太阳能电池，通过在P型掺杂硅层的外侧层叠叠层隧穿导电膜层，由于该叠层隧穿导电膜层包括：与P型掺杂硅层形成隧穿接触的第二N型导电膜层和与第二N型导电膜层形成隧穿接触的P型导电膜层，该叠层隧穿导电膜层的隧穿接触，使载流子能够在该叠层隧穿导电膜层传输的同时，该P型导电膜层能够阻挡水汽进入到异质结太阳能电池内，降低水汽对异质结太阳能电池的侵蚀，以有效地提升异质结太阳能电池性能稳定性，因此，通过该异质结太阳能电池制备出的光伏组件具有比较好的性能和稳定性。

其中，P型导电膜层42包括下述任一种含铜透明导电膜的单膜层结构或者包括下述至少一种含铜透明导电膜的叠层结构；

非晶态的含铜透明导电膜；

晶态的含铜透明导电膜。

其中，任一种含铜透明导电膜的单膜层结构是指，该单层膜结构为非晶态的含铜透明导电膜或者晶态的含铜透明导电膜。

其中，至少一种含铜透明导电膜的叠层结构是指，该叠层结构是由多层非晶态的含铜透明导电膜叠层形成，或者由多层晶态的含铜透明导电膜叠层形成，或者由多层非晶态的含铜透明导电膜和晶态的含铜透明导电膜叠层形成。

具体地，含铜透明导电膜包括下述化合物中的任意一种：

碘化亚铜、硫化铜，硫掺杂碘化亚铜(CuIxSy)及Cs掺杂的碘化亚铜。

其中，针对包含CuIxSy的所述含铜透明导电膜，0

通过上述含铜透明导电膜与非晶硅/微晶硅薄膜实现更好的能带匹配，有利于空穴的搜集。另外，在叠层隧穿导电膜层中，通过在P型导电膜层42和第一硅薄膜20之间引入第二N型导电膜层41，可以避免铜离子由于热扩散以及电迁移进入硅基体，可以有效地提升异质结太阳能电池制成的光伏组件的电性能。

另外，在叠层隧穿导电膜层中，由于上述含铜透明导电膜作为P型导电膜层42可以阻挡水汽通过叠层隧穿导电膜层进入到异质结太阳能电池内，提升了异质结太阳能电池的抗水汽性能，以有效地提升该异质结太阳能电池制备的光伏组件的使用寿命。

进一步地，上述第二N型导电膜层41的掺杂浓度高于1E18atom/cm^3。

进一步地，P型导电膜层42的掺杂浓度高于1E19atom/cm^3。

通过该第二N型导电膜层41的掺杂浓度和P型导电膜层42的掺杂浓度的调控，以保证耗尽区宽度足够低，使P型导电膜层42与第二N型导电膜层41形成隧穿接触，以保证载流子的传输。

其中，P型导电膜层42的厚度为1～100nm。即该P型导电膜层42的厚度可以设置为1～100nm范围内的任意一个值。

其中，N型导电膜层的厚度为1～100nm。即第一N型导电膜层60的厚度和第二N型导电膜层41的厚度可以为1～100nm范围内的任意一个值。如上所述，一般来说，第二N型导电膜层41的厚度小于第一N型导电膜层60的厚度，以有效地减小N型导电膜层中金属元素比如铟元素的消耗，降低异质结太阳能电池的生产成本。

在本发明实施例中，针对N型导电膜层可包括下述至少一种包含掺杂元素的金属氧化物和/或金属氮化物形成的单膜层结构或者叠层膜结构；其中，

掺杂元素为下述元素的任意一种：

铟、锡、钙、铝、镉、锌、铈及氟；

金属氧化物为氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化镉及氮化钛；

金属氮化物为氮化钛。

其中，至少一种包含掺杂元素的金属氧化物和/或金属氮化物一般是指，至少一种金属氧化物(该至少一种金属氧化物包括有任意一种或多种掺杂元素)或者至少一种金属氮化物(该至少一种金属氮化物包括有任意一种或多种掺杂元素)或者至少一种金属氧化物和至少一种金属氮化物的混合物(该混合物包括有任意一种或多种掺杂元素)。

进一步地，本发明实施例提供上述实施例提供的异质结太阳能电池的制备方法的主要流程示意图。如图2所示，该异质结太阳能电池的制备方法可包括如下步骤：

步骤S201：通过化学沉积方式在N型硅基体10第一主表面顺序沉积第一硅薄膜20和P型掺杂硅层30；

步骤S202：通过化学沉积方式在N型硅基体10第二主表面顺序沉积第二硅薄膜20'和N型掺杂硅层50；

步骤S203：通过磁控溅射PVD或者活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，分别在P型掺杂硅层30和N型掺杂硅层50沉积第二N型导电膜层41和第一N型导电膜层60；

步骤S204：通过磁控溅射PVD或者活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，在第二N型导电膜层41沉积P型导电膜层42，其中，第二N型导电膜层41和P型导电膜层42构成叠层隧穿导电膜层40；

步骤S205：通过印刷方式分别在P型导电膜层42和第一N型导电膜层60印刷第一金属电极70和第二金属电极70'。

其中，上述制备异质结太阳能电池过程中，步骤S201至步骤S203带来的结构变化如图3所示，步骤S203至步骤S205带来的结构变化如图4所示。

上述制备方法制备出的异质结太阳能电池，通过在P型掺杂硅层的外侧层叠叠层隧穿导电膜层，由于该叠层隧穿导电膜层包括：与P型掺杂硅层形成隧穿接触的第二N型导电膜层和与第二N型导电膜层形成隧穿接触的P型导电膜层，该叠层隧穿导电膜层的隧穿接触，使载流子能够在该叠层隧穿导电膜层传输的同时，该P型导电膜层能够阻挡水汽进入到异质结太阳能电池内，降低水汽对异质结太阳能电池的侵蚀，以有效地提升异质结太阳能电池性能稳定性，因此，通过该异质结太阳能电池制备出的光伏组件具有比较好的性能和稳定性。

另外，上述步骤S204通过含有下述任一种含铜化合物的单层或者叠层膜的非晶态或者晶态含铜透明导电膜；其中，

碘化亚铜、硫化铜，硫掺杂碘化亚铜(CuIxSy)及Cs掺杂的碘化亚铜。

通过该步骤S204制成的阻水性更好的含铜的非晶态/晶态导电薄膜，可防止水汽通过此区域进入异质结太阳能电池，可提升异质结太阳能电池的可靠性。另外，含铜的非晶态/晶态导电薄膜成本低，同时兼顾良好的导电性，可以有效降低异质结太阳能电池成本。

另外，通过使用含铜的非晶态/晶态导电薄膜与第二N型导电膜层41相配合，一方面，第二N型导电膜层41可以作为物理缓冲阻挡层，另一方面，和含铜的非晶态/晶态导电薄膜形成内建电场，此时会形成一个阻挡Cu离子向硅基体扩散的势垒，因此，通过该第二N型导电膜层41与P型导电膜层42相配合，可以有效地降低Cu离子向硅基体的扩散速率，并能够避免含铜的非晶态/晶态导电薄膜中的Cu元素扩散或者电致迁移进入硅中，从而可以避免P型导电膜层中的Cu元素在硅的禁带中成为深能级复合中心，以保证异质结太阳能电池的性能。

进一步地，通过针对本发明实施例提供的异质结太阳能电池所使用的叠层隧穿导电膜层40建立理论模型，得到如图3所示的叠层隧穿导电膜层40的功函数与第二N型导电膜层41及填充因子之间的关系，从图3可以看出，随着与P型导电膜层42接触的第二N型导电膜层41的功函数增加，异质结电池填充因子(FF)随之提升，因此本方案所提供的叠层隧穿导电膜层40结构有利于提升异质结太阳能电池的填充因子(FF)。

下面以实施例1和对比例1详细说明本发明实施例提供的异质结太阳能电池的性能。

实施例1：

步骤A、通过化学沉积方式在N型硅基体10第一主表面沉积厚度在1～50nm范围内的含有微晶硅和非晶硅的本征第一硅薄膜20，然后在本征第一硅薄膜20上沉积厚度在1～50nm范围内的含有微晶硅和非晶硅的P型掺杂硅层30，其中，第一主表面作为异质结太阳能电池的背光面；

步骤B、通过化学沉积方式在N型硅基体10第二主表面沉积厚度在1～50nm范围内的含有微晶硅和非晶硅的本征第二硅薄膜20'，然后在本征第二硅薄膜20'上沉积厚度在1～50nm范围内的含有微晶硅和非晶硅的N型掺杂硅层50，其中，第二主表面作为异质结太阳能电池的受光面；

步骤C、通过磁控溅射PVD或者活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，采用掺杂铟的氧化锡分别在P型掺杂硅层30和N型掺杂硅层50沉积厚度为10nm的第二N型导电膜层41和厚度为50nm的第一N型导电膜层60；

步骤D、通过磁控溅射PVD或者活化等离子溅射RPD或蒸镀方式，采用硫掺杂碘化亚铜在第二N型导电膜层41沉积P型导电膜层42，其中，第二N型导电膜层41和P型导电膜层42构成叠层隧穿导电膜层40；

步骤E、通过印刷方式分别在P型导电膜层42和第一N型导电膜层60印刷第一金属电极70和第二金属电极70'。

对比例1：

该对比例1的步骤A、步骤B和步骤C基本一致，其差别点仅在于在步骤C制备的第二N型导电膜层的厚度与第一N型导电膜层的厚度一致，均为50nm；并在制备出第二N型导电膜层和第一N型导电膜层后，直接在第二N型导电膜层和第一N型导电膜层印刷金属电极。

通过将实施例1和对比例1得到的异质结太阳能电池制备出不同的光伏组件然后对制备出的不同的光伏组件进行功率损耗测试，得到的测试结果如下表1所示。

其中，表1中的光伏组件1与光伏组件1'的结构相同，光伏组件2与光伏组件2'的结构相同，光伏组件3与光伏组件3'的结构相同，光伏组件4与光伏组件4'的结构相同，光伏组件5与光伏组件5'的结构相同，光伏组件6与光伏组件6'的结构相同，其中，结构相同是指光伏组件的电池片数量、电池片连接方式等相同。从表1可以看出，本发明实施例提供的异质结太阳能电池所制备的光伏组件的功率损耗减少。

表1

以上步骤所提供的介绍，只是用于帮助理解本发明的方法、结构及核心思想。对于本技术领域内的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也同样属于本发明权利要求保护范围之内。