一种异质结电池及其制备方法

技术领域

本申请属于太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种异质结电池及其制备方法。

背景技术

现在异质结电池的结构通常如图1所示，包含以下几部分：栅线150，透明导电层140，n型非晶硅层120，本征非晶硅层110，晶体硅100，p型非晶硅层130。

在异质结电池中，透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，简称TCO)作为构成透明导电层140的主要物质，既要求保证其良好的光学透过性，同时也要满足低电阻率的要求。现今提高太阳能电池效率仍为关键点，而非晶硅层120/130与透明导电层140的界面处接触严重影响电池的填充因子，因而需要进一步优化透明导电层140与非晶硅层120/130的接触界面，同时也要保证透明导电层140导电性以及光学透过性，这样才能有效提高电池效率，降低成本。

发明内容

本申请的目的是提供一种异质结电池及其制备方法，通过优化与微晶硅接触界面处的透明导电层，在保证光学透过性的情况下，改善透明导电层与微晶硅的接触，提升电池的填充因子，同时降低电阻率。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种异质结电池，包括晶体硅、在所述晶体硅的两侧设置的本征非晶硅层、微晶硅层，以及，至少一面具有包括第一导电层和第二导电层的复合导电层，所述第一导电层设置于所述第二导电层和所述微晶硅层之间，所述第一导电层的晶粒尺寸大于所述第二导电层的晶粒尺寸。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第二导电层的晶粒尺寸为5-10nm，所述第一导电层的晶粒尺寸为10-20nm。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第一导电层的厚度小于所述第二导电层的厚度。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第一导电层的厚度≤20nm，所述第二导电层的厚度≤70nm。

一种异质结电池的制备方法，包括：在晶体硅的两侧形成本征非晶硅层、微晶硅层、以及复合导电层的步骤，其中：形成所述复合导电层的步骤包括：

在任一微晶硅层的表面形成第一导电层；

在所述第一导电层的表面形成第二导电层；

在另一微晶硅层的表面形成另一所述第一导电层；

在另一微晶硅层表面形成的所述第一导电层的表面形成另一所述第二导电层；

其中：所述第一导电层的晶粒尺寸大于所述第二导电层的晶粒尺寸。

上述制备方法，所述第一导电层采用磁控溅射法在具有氢气分压控制的低压强、高氧流量的反应气氛下制备而成；

所述第二导电层通过采用磁控溅射法采用磁控溅射法在低压强、高氧流量制备而成。

上述制备方法，所述第一导电层制备的反应气氛的工艺气压控制在≤2.0mtorr，氧分压控制在≥0.8％，氢分压控制在1-3％，工艺功率控制在1-4kW。

上述制备方法，所述第二导电层制备的反应气氛的工艺气压控制在3-7mtorr，氧分压控制在0.2-0.7％，工艺功率控制在2-7kW。

上述制备方法，所述第一导电层的厚度小于所述第二导电层的厚度。

上述制备方法，所述第一导电层的厚度≤20nm，所述第二导电层的厚度≤70nm。

相比现有技术，本申请的有益效果包括但不限于：

1)本申请提供的具有复合导电层的异质结电池，在常规导电层和微晶硅层之间设置一具有大尺寸晶粒的过渡导电层(即第一导电层)，保证了与微晶硅在晶粒尺度上的匹配度，同时也对于透明导电层(即第二导电层)载流子迁移率有一定提升，改善了界面的接触，提高了复合导电层的电学和光学性能；

2)本申请提供的具有复合导电层的异质结电池的制备方法，在微晶硅层上首先采用低压强高氧含量的工艺气氛下溅射沉积大尺寸晶粒的第一导电层，保证了与微晶硅在晶粒尺度上的匹配度，然后在高压强低氧含量的工艺气氛下溅射沉积常规导电层，改善了界面的接触，提高了复合导电层的电学和光学性能。

附图说明

图1为现有异质结电池的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的异质结电池的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的异质结电池的复合导电层的制备流程图。

附图说明如下：

图1标记：晶体硅-100，本征非晶硅层-110，n型非晶硅层-120，栅线-150，p型非晶硅层-130，透明导电层-140；

图2标记：晶体硅-200，本征非晶硅层-210，n型微晶硅层-220，栅线-260，p型微晶硅层-230，第一导电层-240，第二导电层-250。

具体实施方式

现在异质结电池的结构通常如图1所示，包含以下几部分：栅线150，透明导电层140，n型非晶硅层120，本征非晶硅层110，晶体硅100，p型非晶硅层130。制备方法通常是：一般以晶体硅100为衬底，正面依次沉积本征非晶硅层110、n型非晶硅层120，背面依次沉积本征非晶硅层110、p型非晶硅层130，然后正反两面沉积透明导电层140；最后在透明导电层140上制备金属电极即丝印栅线150并固化。

作为透明导电层140，既要求保证其良好的光学透过性，同时也要满足低电阻率的要求。然而微晶硅层与透明导电层140的界面处接触严重影响电池的填充因子，为提高太阳能电池效率，需要进一步优化透明导电层140与非晶硅层的接触界面，同时也要保证透明导电层14 0的导电性以及光学透过性。

为此，本申请提供一种异质结电池及其制备方法。以下结合附图和实施例，来说明本申请的具体实施方式，目的在于更好地理解本申请，但并不限定本申请。

参照图2，一种异质结电池，包括晶体硅200、在晶体硅200的两侧设置的本征非晶硅层210、微晶硅层，以及，至少一面具有由第一导电层240和第二导电层250组成的复合导电层，所述第一导电层240设置于所述第二导电层250和微晶硅层之间，所述第一导电层240的晶粒尺寸大于所述第二导电层250的晶粒尺寸。

换言之，上述异质结电池中，第一导电层240为一过渡的薄层，该过渡导电层设置于第二导电层250和微晶硅层之间，过渡导电层的晶粒尺寸大于第二导电层250的晶粒尺寸。第二导电层250可以为常规导电层，过渡导电层的晶粒尺寸比常规导电层的晶粒尺寸大，与微晶硅层的接触更加匹配，改善了微晶硅层与透明导电层(即第二导电层)间的接触面,保证了透明导电层与微晶硅层在晶粒尺度上的匹配度，增加了晶化率，提高晶粒的数量，导电性有所提高。

本实施例中首先在n型微晶硅层220的表面形成第一导电层240，所述第一导电层240通过采用磁控溅射法在低压强、高氧流量的反应气氛下制备而成；更优选地，工艺气压控制在≤2.0mtorr(比如1.8mtorr、1.5mtorr、1.2mtorr、1.0mtorr、0.8mtorr、0.5mtorr等)，氧分压控制在≥0.8％(比如1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％等)，氢分压控制在1-3％(比如1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.2％、2.5％、2.8％等)，工艺功率1-4kW(比如1.2kW、1.5kW、2.0kW、2.5kW、3.0kW、3.5kW、3.8kW等)，即在工艺功率1-4kW下载板的移动速度。如工艺气压超过上述范围，则不易制备出较大尺寸的第一导电层240的晶粒，氧分压低于上述范围，则容易对第一导电层240的透过率造成不利影响。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第一导电层240的晶粒尺寸为10-20nm(比如12nm、14nm、16nm、18nm等)。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第一导电层240的厚度≤20nm(比如18nm、15nm、12nm、10nm、8nm、5nm等)，由于第一导电层240的高氧含量，其电阻率增加，因而其厚度要足够薄，同时如第一导电层240过厚也容易对光透过率造成不利影响，综合考虑将厚度限定在20nm以下，有利于保持一个比较好的平衡。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第二导电层250的厚度≤70nm(比如65nm、60nm、55nm、50nm、45nm、40nm、30nm等)。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述复合导电层的厚度为70-90nm(比如72nm、75nm、80nm、85nm、88nm等)；从成本和性能综合考虑，复合导电层的厚度即第一导电层240和第二导电层250的总厚度约80nm左右为最佳。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第二导电层250通过采用磁控溅射法制备而成，工艺气压控制在3-7mtorr(比如3.5mtorr、4.0mtorr、4.5mtorr、5.0mtorr、5.5mtorr、6.0mtorr、6.5mtorr等)，氧分压控制在0.2-0.7％(比如0.25％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.65％等)，工艺功率控制在2-7kW(比如2.2kW、2.5kW、3.0kW、3.5kW、4.0kW、4.5kW、5.0kW、5.5kW、6.0kW、6.5kW等)。

上述异质结电池，作为一种优选实施方式，所述第二导电层250的晶粒尺寸为5-10nm(比如6nm、7nm、8nm、9nm等)。

一种异质结电池的制备方法，包括在晶体硅的两侧形成本征非晶硅层、微晶硅层、以及复合导电层的步骤。参照图3，本实施例提供一种制备方法包括形成所述复合导电层的步骤，具体为以下步骤：

S100：任一微晶硅层的表面形成第一导电层。

S200：在所述第一导电层的表面形成第二导电层。

S300：在另一微晶硅层的表面形成另一所述第一导电层。

S400：在另一微晶硅层形成的所述第一导电层的表面形成另一所述第二导电层。

在步骤S100中，可以首先选择在n型微晶硅层220的表面形成第一导电层240，也可以首先在p型微晶硅层230的表面形成第一导电层240，本技术方案对于首先在正面或者背面形成第一导电层240不做限制。

作为一种优选实施方式，在步骤S100中，所述第一导电层240是通过采用磁控溅射法在低压强、高氧流量的反应气氛下制备而成；更优选地，工艺气压控制在≤2.0mtorr(比如1.8mtorr、1.5mtorr、1.2mtorr、1.0mtorr、0.8mtorr、0.5mtorr等)，氧分压控制在≥0.8％(比如1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％等)，氢分压控制在1-3％(比如1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.2％、2.5％、2.8％等)，工艺功率1-4kW(比如1.2kW、1.5kW、2.0kW、2.5kW、3.0kW、3.5kW、3.8kW等)。在低压强下，溅射出来的粒子碰撞几率低，具有较高的能量，在基体微晶硅层上具有很高的迁移率，晶体的结晶性较好；同时在高含量的氧气下，解离的高能O

作为一种优选实施方式，在步骤S100中，所述第一导电层240的厚度≤20nm(比如18nm、15nm、12nm、10nm、8nm、5nm等)，由于第一导电层240(过渡导电层)的高氧含量，其电阻率增加，因而其厚度要足够薄，将厚度限定在20nm以下，有利于保持一个比较好的平衡。

步骤S100完成后已经在n型微晶硅层220的表面形成了第一导电层240，接下来进行步骤S200，所述第二导电层250通过采用磁控溅射法制备而成，工艺气压控制在3-7mtorr(比如3.5mtorr、4.0mtorr、4.5mtorr、5.0mtorr、5.5mtorr、6.0mtorr、6.5mtorr等)，氧分压控制在0.2-0.7％(比如0.25％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.65％等)，工艺功率控制在2-7kW(比如2.2kW、2.5kW、3.0kW、3.5kW、4.0kW、4.5kW、5.0kW、5.5kW、6.0kW、6.5kW等)。因为在低压高氧工艺下的第一导电层240(过渡导电层)晶粒尺寸很大，在此基础上溅射沉积的第二导电层250的晶粒尺寸也会有一定增加，因而在透明导电层(即第二导电层250)迁移率会增加，降低了膜层的电阻率，增加透明导电层的导电性。

作为一种优选实施方式，步骤200中所述第二导电层250的厚度≤70nm(比如65nm、60nm、55nm、50nm、45nm、40nm、30nm等)。

作为一种优选实施方式，在步骤200中，所述第一导电层240和第二导电层250的总厚度为70-90nm(比如72nm、75nm、80nm、85nm、88nm等)；从成本和性能综合考虑，第一导电层240和第二导电层250的总厚度约80nm为最佳。

步骤S300和在p型微晶硅层230的表面形成另一第一导电层，其制备工艺、工艺参数均与步骤S100保持一致，以及步骤S400在步骤S300形成的第一导电层240表面形成第二导电层250的制备工艺、工艺参数均与步骤S200保持一致，在此不一一赘述。

上述制备方法中，作为一种优选实施方式。

以下提供一实施例便于更好地理解本申请，但并不限定本申请。

下述实施例中的试验方法和制备方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市场购买得到的。

实施例

本实施例提供一种异质结电池，采用了过渡导电层/导电层的复合结构，电池结构示意图参见图2，该异质结电池主要包含以下几部分：栅线260，第二导电层250，n型微晶硅层220，本征非晶硅层210；晶体硅200；p型微晶硅层230，第一导电层240。

上述异质结电池的制备方法相比常规异质结电池的制备方法的差异在于过渡导电层/导电层复合结构的制备，结合参照如图2，本实施例中具体如下：

1)利用直流磁控溅射在低压强高氧流量的反应气氛下，在n型微晶硅层220上溅射一定厚度的过渡导电层(即第一导电层240)，工艺条件控制在：工艺气压1.5mtorr，氧分压1％，氢分压2％，工艺功率1.5kW。因为在低压强下，溅射出来的粒子碰撞几率低，具有较高的能量，在基体即n型微晶硅层220上具有很高的迁移率，复合导电层晶体的结晶性较好。同时在高含量氧气气氛下，解离的高能O

2)利用直流磁控溅射在过渡导电层(即第一导电层240)上溅射一层第二导电层250，工艺气压5.0mtorr，氧分压0.3％，工艺功率2kW，保证第二导电层250的减反增透性，第二导电层250的厚度约60nm，晶粒尺寸为5-10nm。因为在低压高氧工艺下的过渡导电层(即第一导电层240)晶粒尺寸很大，在此基础上溅射沉积的第二导电层250相比传统工艺制得的单层导电层的晶粒尺寸也会有一定增加，因而在第一导电层240和第二导电层250迁移率会增加，降低了膜层的电阻率，增加透明导电层的导电性。

3)与n面类似，采用相同工艺，利用直流磁控溅射在低压强高氧流量的反应气氛下在p型微晶硅层230上溅射一定厚度的过渡导电层(即第一导电层240)，其中，工艺条件控制在：工艺气压1.5mtorr，氧分压1％，氢分压2％，工艺功率1.5kW，膜层厚度约20nm，晶粒尺寸为10-20nm；然后利用直流磁控溅射在过渡导电层(即第一导电层240)上溅射一层导电层(即第二导电层250)，其中，工艺条件控制在：工艺气压5.0mtorr，氧分压0.3％，工艺功率2kW，保证第二导电层的减反增透性，膜层厚度约60nm，晶粒平均尺寸为5-10nm。

由于在微晶硅层基体上首先采用低压强高氧含量的工艺气氛下溅射沉积大尺寸晶粒的第一导电层，保证了与微晶硅层在晶粒尺度上的匹配度，同时也对于第二导电层载流子迁移率有一定提升，改善了界面的接触，从而提高了复合导电层的电学和光学性能。

本实施例提供的复合导电层相比传统透明导电层具有如下优势：

1)电学优势：采用本实施例工艺制备的复合导电层与常规工艺制备的透明导电层的载流子浓度、载流子迁移率与方阻归一化后如表一所示。从表一中可以看出，采用本实施例工艺制备的复合导电层的方阻相较于常规工艺比，降低了约25％；载流子迁移率相较于常规工艺比，提高了约21％。

表一 透明导电层电学性能参数

2)具有本实施例提供的复合导电层的异质结电池与常规工艺制备的异质结电池的最大功率、效率、短路电流以及开路电压归一化后如表二所示。从表中可以看出，用此本实施例工艺制备的复合导电层的异质结电池与用传统工艺制备的透明导电层的异质结电池相比较，最大功率Pmax提升约7％，转换效率Eff提升约5％，短路电流Isc提升约2％，填充因子FF提升约6％。

表二硅异质结太阳能电池电学性能参数

最后，还需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管上面已经通过本申请的具体实施例的描述对本申请进行了披露，但是，应该理解，本领域技术人员可在所附方案的精神和范围内设计对本申请的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本申请所要求保护的范围内。