太阳电池及其制备方法

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及其制备方法。

背景技术

硅基异质结太阳电池（SHJ电池）是通过在掺杂非晶硅或微晶硅层与晶体硅衬底之间引入本征非晶硅或微晶硅层所构建的电池。SHJ电池采用了低温工艺，具有高效率和高稳定性的优势，近年来已经成为太阳电池的主要发展方向之一。由于掺杂非晶硅或微晶硅层的导电性较差，为了提高太阳电池的光电转换效率，可以在SHJ电池的制作过程中，在电极和掺杂非晶硅或微晶硅层之间加一层透明导电层，以起到陷光减反及收集光生载流子的双重作用。

然而，传统的透明导电层的材料一般为昂贵的氧化铟基材料，如掺锡氧化铟（ITO），该材料不仅成本高，而且在和N型或P型掺杂非晶或微晶硅层接触的时候，会产生接触电势导致接触电阻大，从而影响电池的光电转换效率的进一步提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种太阳电池及其制备方法。该太阳电池中，透明导电层和N型掺杂层或P型掺杂层接触的时候，接触电阻较小，能够实现太阳电池较高的光电转换效率。

第一方面，本申请提供一种太阳电池，包括：衬底；分别位于所述衬底的两相对表面上的本征半导体层；分别位于两个所述本征半导体层的远离所述衬底的表面上的N型掺杂层和P型掺杂层；位于所述N型掺杂层的远离所述衬底的表面上的第一透明导电层、位于所述P型掺杂层的远离所述衬底的表面上的第二透明导电层；

所述第一透明导电层包括具有如下化学通式的材料：Li

在一些实施例中，所述第一透明导电层的功函数为3.4eV~3.7eV。

在一些实施例中，所述第二透明导电层的功函数为3.7eV~4.5eV。

在一些实施例中，所述第二透明导电层包括具有如下化学通式的材料：Zn

在一些实施例中，所述第二透明导电层包括具有如下化学通式的材料：Mg

在一些实施例中，Li

在一些实施例中，Mg

在一些实施例中，所述第一透明导电层中Li

在一些实施例中，所述第二透明导电层中M

第二方面，本申请提供一种上述任一项所述的太阳电池的制备方法，包括：

于衬底的两相对表面上的分别制备本征半导体层；

分别于两个所述本征半导体层的远离所述衬底的表面上制备N型掺杂层和P型掺杂层；

于所述N型掺杂层的远离所述衬底的表面上制备第一透明导电层，于所述P型掺杂层的远离所述衬底的表面上制备第二透明导电层；

所述第一透明导电层包括具有如下化学通式的材料：Li

在一些实施例中，于所述N型掺杂层的远离所述衬底的表面上制备第一透明导电层包括：使用含Li的氧化锡靶材或者含Li和F的氧化锡靶材沉积所述第一透明导电层。

在一些实施例中，于所述P型掺杂层的远离所述衬底的表面上制备第二透明导电层包括：使用含M的氧化锡靶材或者含M和F的氧化锡靶材沉积所述第二透明导电层。

在一些实施例中，所述第一透明导电层的沉积温度为20℃~220℃。

在一些实施例中，所述第二透明导电层的沉积温度为20℃~220℃。

在一些实施例中，所述第一透明导电层的沉积功率为0.2W/cm

在一些实施例中，所述第二透明导电层的沉积功率为0.2W/cm

上述太阳电池中包括位于N型掺杂层表面的第一透明导电层和位于P型掺杂层表面的第二透明导电层，第一透明导电层包括具有如下化学通式的材料：Li

附图说明

图1为本申请实施例提供的太阳电池的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的硅片表面的金字塔型绒面的SEM图，其中a和b为圆滑处理前的绒面的SEM图，c和d为圆滑处理后的绒面的SEM图；

图3为本申请实施例1和实施例3中第一透明导电层Li

图4为为本申请实施例2和实施例3中第二透明导电层Zn

图5为本申请对比例1中ITO9010薄膜的UPS图；

图6为本申请实施例1、2和3中透明导电层Li

附图标记说明

100、衬底；210、第一本征半导体层；220、第二本征半导体层；310、N型掺杂层；320、P型掺杂层；410、第一透明导电层；420、第二透明导电层；510、第一电极；520、第二电极。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1，本申请一实施例提供一种太阳电池，包括：衬底100；分别位于衬底100的两相对表面上的本征半导体层；分别位于两个本征半导体层的远离衬底100的表面上的N型掺杂层310和P型掺杂层320；位于N型掺杂层310的远离衬底100的表面上的第一透明导电层410、位于P型掺杂层320的远离衬底100的表面上的第二透明导电层420；第一透明导电层410包括具有如下化学通式的材料：Li

上述太阳电池中包括位于N型掺杂层310的表面上的第一透明导电层410和位于P型掺杂层320的表面上的第二透明导电层420，第一透明导电层410包括具有如下化学通式的材料：Li

可以理解是的，上述太阳电池中，包括具有如下化学通式的材料的第一透明导电层410：Li

利用氧化锡基薄膜的间隙位掺杂来调控透明导电层的功函数，使得太阳电池的N掺杂层310和P型掺杂层320同时与透明导电层实现能带匹配，从而大幅降低接触电阻。处于氧化锡间隙位的锂原子是一个浅施主，锂掺杂使得氧化锡薄膜具有高的导电性以及低的功函数，利用F共掺杂可以进一步提升导电性。因此，在锂和氟共掺杂的氧化锡薄膜作为第一透明导电层410与N型掺杂非晶硅或微晶硅具有更好的功函数匹配，从而降低接触势垒并降低接触电阻。

与掺锂不同的是，锌、镁、钙、铍、钇或镧掺杂氧化锡可以提升氧化锡基薄膜的功函数。利用F共掺杂的辅助，进一步提升导电性。因此，在锌、镁、钙、铍、钇或镧和氟共掺杂的氧化锡薄膜作为第二透明导电层420与P型掺杂非晶硅或微晶硅具有更好的能带匹配，从而降低接触势垒并降低接触电阻。

可选地，x为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.008、0.01、0.015、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14或0.15。可选地，y为0、0.0001、0.001、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.091、0.092、0.093、0.094、0.095、0.099、0.0999或0.1。在该x和y的范围内，可以通过x和y的设置调整Li和F的掺杂浓度，进而对第一透明导电层410所需的功函数进行调节，以匹配N型掺杂层310的功函数。

可选地，a为0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.008、0.01、0.015、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14或0.15。可选地，b为0、0.0001、0.001、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.091、0.092、0.093、0.094、0.095、0.099、0.0999或0.1。在该a和b的范围内，可以通过a和b的设置调整M和F的掺杂浓度，进而对第二透明导电层420所需的功函数进行调节，以匹配P型掺杂层320的功函数。

在一些实施例中，第一透明导电层410的功函数为3.4eV~3.7eV。在该第一透明导电层410的功函数的范围内，第一透明导电层410的功函数能够与N型掺杂层310实现较好的匹配效果。可选地，第一透明导电层410的功函数为3.4eV、3.42eV、3.44eV、3.46eV、3.48eV、3.5eV、3.52eV、3.54eV、3.56eV、3.58eV、3.6eV、3.62eV、3.64eV、3.66eV、3.68eV或3.7eV。

在一些实施例中，第二透明导电层420的功函数为3.7eV~4.5eV。在该第二透明导电层420的功函数的范围内，第二透明导电层420的功函数能够与P型掺杂层320实现较好的匹配效果。可选地，第二透明导电层420的功函数为3.7eV、3.72eV、3.74eV、3.76eV、3.78eV、3.8eV、3.82eV、3.84eV、3.86eV、3.88eV、3.9eV、3.92eV、3.94eV、3.96eV、3.98eV、4eV、4.02eV、4.04eV、4.06eV、4.08eV、4.1eV、4.12eV、4.14eV、4.16eV、4.18eV、4.2eV、4.22eV、4.24eV、4.26eV、4.28eV、4.3eV、4.32eV、4.34eV、4.36eV、4.38eV、4.4eV、4.42eV、4.44eV、4.46eV、4.48eV或4.5eV。

可以理解的是，第一透明导电层410可以为上述氧化锡基薄膜和其他本领域常规的透明导电薄膜叠加得到的第一透明导电层410。在其中一些实施例中，第一透明导电层410的材料为Li

可以理解的是，第二透明导电层420可以为上述氧化锡基薄膜和其他本领域常规的透明导电薄膜叠加得到的第二透明导电层420。在其中一些实施例中，第二透明导电层420的材料为M

在一些实施例中，本征半导体层可以为本征非晶硅层或本征微晶硅层。

在一些实施例中，N型掺杂层310可以为N型掺杂非晶硅层或N型掺杂微晶硅层。

在一些实施例中，P型掺杂层320可以为P型掺杂非晶硅层或P型掺杂微晶硅层。

在一些实施例中，第二透明导电层420包括具有如下化学通式的材料：Zn

在一些实施例中，第二透明导电层420包括具有如下化学通式的材料：Mg

在一些实施例中，Zn

在一些实施例中，Mg

在一些实施例中，第一透明导电层410中Li

在一些实施例中，第二透明导电层420中M

在一些实施例中，本征半导体层的厚度为6nm~8nm。可选地，本征半导体层的厚度为6nm、6.2nm、6.4nm、6.6nm、6.8nm、7nm、7.2nm、7.4nm、7.6nm、7.8nm或8nm。

在一些实施例中，本征半导体层包括第一半本征导体层210和第二本征半导体层220，其中第一本征半导体层210位于N型掺杂层310和衬底100之间，第二本征半导体层220位于P型掺杂层320和衬底100之间。

在一些实施例中，太阳电池还包括位于第一透明导电层410远离衬底100的表面上的第一电极510，以及位于第二透明导电层420远离衬底100的表面上的第二电极520。

本申请又一实施例提供一种上述任一的太阳电池的制备方法，包括：于衬底100的两相对表面上的分别制备本征半导体层；分别于两个本征半导体层的远离衬底100的表面上制备N型掺杂层310和P型掺杂层320；于N型掺杂层310的远离衬底100的表面上制备第一透明导电层410，于P型掺杂层320的远离衬底100的表面上制备第二透明导电层420；第一透明导电层410包括具有如下化学通式的材料：Li

在一些实施例中，于N型掺杂层310的远离衬底100的表面上制备第一透明导电层410包括，使用含Li的氧化锡靶材或者含Li和F的氧化锡靶材沉积第一透明导电层410。

在一些实施例中，于P型掺杂层320的远离衬底100的表面上制备第二透明导电层420包括：使用含M的氧化锡靶材或者含M和F的氧化锡靶材沉积第二透明导电层420。

在一些实施例中，第一透明导电层410的沉积温度为20℃~220℃。高结晶度氧化锡基薄膜的生长温度在400℃以上，薄膜的非晶结构相比于多晶及单晶结构更有利于间隙位杂质产生的应变的弛豫，因此可以获得更高的间隙位杂质浓度，大幅提高了薄膜的载流子浓度，减小了薄膜的电阻率，因而具有非晶结构的氧化锡基薄膜具有更优异的导电性。在该温度范围内能够制备得到具有非晶结构的第一透明导电层410。可选地，第一透明导电层410的沉积的温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃、160℃、180℃、200℃、210℃或220℃。

在一些实施例中，第二透明导电层420的沉积温度为20℃~220℃。高结晶度氧化锡基薄膜的生长温度在400℃以上，薄膜的非晶结构相比于多晶及单晶结构更有利于间隙位杂质产生的应变的弛豫，因此可以获得更高的间隙位杂质浓度，大幅提高了薄膜的载流子浓度，减小了薄膜的电阻率，因而具有非晶结构的氧化锡基薄膜具有更优异的导电性。在该温度范围内能够制备得到具有非晶结构的第二透明导电层420。可选地，第二透明导电层420的沉积的温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、150℃、160℃、180℃、200℃、210℃或220℃。

在一些实施例中，第一透明导电层410的沉积功率为0.2W/cm

在一些实施例中，第二透明导电层420的沉积功率为0.2W/cm

在一些实施例中，通过磁控溅射或反应等离子体沉积制备第一透明导电层410和第二透明导电层420。

在一些实施例中，磁控溅射或反应等离子体沉积的气体氛围为惰性气体和氧化性气体的混合气体。

在一些实施例中，氧化性气体包括氧气。

在一些实施例中，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的至少一种。

在一些实施例中，沉积过程中的混合气体的气体压强为0.1Pa~10Pa。可选地，混合气体的气体压强为0.1Pa、0.2Pa、0.5Pa、1Pa、1.5Pa、2Pa、2.5Pa、3Pa、3.5Pa、4Pa、4.5Pa、5Pa、5.5Pa、6Pa、6.5Pa、7Pa、7.5Pa、8Pa、8.5Pa、9Pa、9.5Pa或10Pa。

在一些实施例中，惰性气体和氧化性气体的流量比为（5~150）:1。可选地，惰性气体和氧化性气体的流量比为5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1、100:1、105:1、110:1、115:1、120:1、125:1、130:1、135:1、140:1、145:1或150:1。

在一些实施例中，于衬底100的两相对表面上的分别制备本征半导体层之前还包括：对衬底100的表面进行制绒处理，以得到金字塔型绒面。

在一些实施例中，对衬底100的表面进行制绒处理之后还包括：对金字塔型绒面进行圆滑处理。

参照图2，其中a和b分别是制绒后的衬底100的表面和截面的SEM图。为了实现在硅片绒面上的本征半导体层的保角沉积，获得好的钝化效果，常规制绒工艺后还需要对绒面进行圆滑处理，去除金字塔顶上的尖刺，图2中c和d为圆滑处理后的绒面结构的SEM图。本征半导体层能够均匀沉积在圆滑处理后的绒面上，可以获得良好的钝化效果。

在一些实施例中，本征半导体层、N型掺杂层310和P型掺杂层320采用本领域公知的等离子体增强化学气象沉积法（PECVD）进行沉积。可以理解的是，上述各层的制备方法并不仅限于通过PECVD进行制备。

在一些实施例中，第一电极510和第二电极520通过丝网印刷进行制备。可以理解的是，第一电极510和第二电极520的制备方法并不仅限于丝网印刷。由于透明导电层均为非晶氧化锡基薄膜，具有高的化学稳定性，耐酸和碱的腐蚀，适合丝网印刷电极工艺和铜电镀工艺。

本申请利用锂掺杂的非晶氧化锡基薄膜具有低功函数，锌、镁、钙、铍、钇或镧掺杂的非晶氧化锡基薄膜具有高功函数的特点分别作为第一透明导电层410和第二透明导电层420，从而实现和N、P型掺杂层的良好接触。需要指出的是为制作高性能氧化锡基靶材而使用一些添加剂，而增加相应的一些杂质，并不改变上述要点，仍然属于本申请的保护范围。

以下为具体实施例

实施例1

再次参照图1，本实施例中的太阳电池具有如下结构：衬底100，本实施例中衬底100为N型单晶硅片，厚度为110μm~140μm，且其两个表面均有经过圆滑处理的金字塔型绒面。位于衬底100的一个表面上的第一本征半导体层210，以及位于衬底100的另一表面上的第二本征半导体层220，本实施例中第一本征半导体层210和第二本征半导体层220均为本征非晶硅层。位于第一本征半导体层210表面的N型掺杂层310和位于第二本征半导体层220表面的P型掺杂层320，本实施例中N型掺杂层310和P型掺杂层320均为掺杂非晶硅层。位于N型掺杂层310的表面的第一透明导电层410，以及位于P型掺杂层320表面的第二透明导电层420，本实施例中第一透明导电层410为Li和F共掺杂的Li

太阳电池的制备方法：

（1）于衬底100的表面进行制绒和圆滑处理，得到金字塔型绒面。

（2）在衬底100的一个表面上通过PECVD依次层叠制备第一本征半导体层210和N型掺杂层310。

（3）在衬底100的另一个表面上通过PECVD依次层叠制备第二本征半导体层220和P型掺杂层320。

（4）在N型掺杂层310的表面使用Li和F共掺杂的氧化锡靶材通过磁控溅射沉积LiSnOF第一透明导电层410。在P型掺杂层320的表面使用Sn掺杂的氧化铟靶材通过磁控溅射沉积ITO9010第二透明导电层420。

（5）在第一透明导电层410的表面形成第一电极510，在第二透明导电层420的表面形成第二电极520。

实施例2

实施例2和实施例1的太阳电池的结构基本相同，其区别在于，实施例2中的第一透明导电层410为ITO9010，第二透明导电层420为Zn和F共掺杂的Zn

太阳电池的制备方法：

实施例2和实施例1中太阳电池的制备方法基本相同，其区别在于，本实施例步骤（4）中，在N型掺杂层310的表面使用Sn掺杂的氧化铟靶材通过磁控溅射沉积ITO9010第一透明导电层410。在P型掺杂层320的表面使用Zn和F共掺杂的氧化锡基靶材通过磁控溅射沉积ZnSnOF第二透明导电层420。

实施例3

实施例3和实施例1的太阳电池的结构基本相同，其区别在于，实施例3中的第二透明导电层420为Zn和F共掺杂的Zn

太阳电池的制备方法：

实施例3和实施例1中太阳电池的制备方法基本相同，其区别在于，本实施例步骤（4）中，在P型掺杂层320的表面使用Zn和F共掺杂的氧化锡基靶材通过磁控溅射沉积ZnSnOF第二透明导电层420。

对比例1

对比例1和实施例1的太阳电池的结构基本相同，其区别在于，对比例1中的第一透明导电层410和第二透明导电层420均为ITO9010薄膜。

与对比例1相比，实施例1中采用本申请的Li和F共掺杂的LiSnOF非晶薄膜替代了ITO9010薄膜作为第一透明导电层410；而实施2则利用Zn和F共掺杂的ZnSnOF非晶薄膜替代了ITO9010薄膜作为第二透明导电层420；在实施例3中，第一透明导电层410为Li和F共掺杂的LiSnOF非晶薄膜，第二透明导电层420为Zn和F共掺杂的ZnSnOF非晶薄膜。

本申请的实施例1和实施例3采用了Li

本申请的实施例2和实施例3采用了Zn

作为对比，本申请在对比例1中采用了Sn

对实施例1、2和3以及对比例1中的太阳电池的性能进行测试，测试结果如下表1所示：

表1

上表中的第六行“差值”指的是实施例3和对比例1之间的性能指标之差，表中第七行“相对变化值”指的是第六行的差值除以第五行对比例1中相应的值。

通过上述测试结果可以看出，实施例1、2和3中的太阳电池相较于对比例1中的太阳电池，I

实施例2中的第二透明导电层420和P型掺杂层320的功函数匹配效果较好。相比于ITO9010层，ZnSnOF层具有更高的功函数，P型掺杂层320之间的接触电阻较低，且透明导电层具有较好的光学透明性能和导电性能。

实施例3中第一透明导电层410和第二透明导电层420分别采用了低功函数和高功函数的非晶氧化锡基薄膜，电池具有最高的光电转换效率。因而该电池具有成本低、性能好的优势。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。