阅读说明：本技术 一种叠层太阳能电池及其制备方法 (Laminated solar cell and preparation method thereof ) 是由 王建波 张琦忠 尹力 朱琛 吕俊 于 2019-02-19 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种叠层太阳能电池及其制备方法,涉及太阳能电池技术领域,能够解决叠层电池因重掺杂所导致的问题。本公开提供的叠层太阳能电池包括：底电池、顶电池、以及设置在底电池和顶电池之间的连接层,连接层按照从下到上的顺序包括隧穿氧化层、N型掺磷多晶硅薄膜和金属氧化层。(The invention provides a laminated solar cell and a preparation method thereof, relates to the technical field of solar cells, and can solve the problem of the laminated cell caused by heavy doping. The present disclosure provides a tandem solar cell comprising: the device comprises a bottom battery, a top battery and a connecting layer arranged between the bottom battery and the top battery, wherein the connecting layer comprises a tunneling oxide layer, an N-type phosphorus-doped polycrystalline silicon film and a metal oxide layer from bottom to top.)

一种叠层太阳能电池及其制备方法

技术领域

本公开涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

光伏发电技术被认为是解决能源危机、环境污染和全球变暖等问题的有效途径，在光伏市场，晶硅太阳能电池占据主导地位。目前，晶硅太阳能电池的功率转换效率(PowerConversion Efficiency，PCE)高达26.6％，已接近晶硅太阳能电池的理论效率极限29.4％。为了克服这种单结太阳能电池的S-Q极限(肖克利—奎伊瑟极限，Shockley–Queisser Limit)的有效方法就是整合晶硅和其他类型的太阳能电池，从而形成双结叠层(Tandem)太阳能电池，如，钙钛矿/PERC(发射极和背面钝化电池，Passivated Emitter andReal Cell)叠层电池。

如图1所示为钙钛矿/PERC叠层电池的结构示意图，其中，11-顶部钙钛矿电池，12-P++重掺杂复合层，13-底部晶硅电池N++重掺杂层，14-底部PERC电池。如图2所示为钙钛矿/PERC叠层电池中间连接层的能带示意图，为了保证电子与空穴在连接层位置复合，靠近钙钛矿的结合层的价带顶与靠近PERC电池结合层的导带底必须尽量接近，且两层直接的能带弯曲要尽量大从而导致其隧穿的路径最短，所以必须将PERC发射极重掺杂形成N++层，同时，在钙钛矿电池的HTL(空穴传输层，Hole-Transport Layer)与重掺杂发射极之间沉积一层重掺杂硼的多晶硅薄层作为P++层，P++层与N++层形成电子与空穴的隧穿效应，作为钙钛矿与PERC电池的复合连接层。这种结构虽然能够实现钙钛矿电池与PERC电池的连接，但是存在以下问题：(1)在PERC电池发射极重掺杂之后会严重降低晶硅少子寿命，使得表面复合速率增加，降低了底部PERC电池的性能；(2)由于硼的特性，重掺杂硼的纳米多晶硅薄层的制备难度较高，良品率较低。

发明内容

本公开实施例提供一种叠层太阳能电池及其制备方法，能够解决叠层电池因重掺杂所导致的问题。所述技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种叠层太阳能电池，该叠层太阳能电池包括：底电池、顶电池、以及设置在底电池和顶电池之间的连接层，连接层按照从下到上的顺序包括隧穿氧化层、N型掺磷多晶硅薄膜和金属氧化层。

本公开实施提供的叠层太阳能电池，无需对底电池进行重掺杂，避免了重掺杂导致底电池表面复合速率增加，体寿命下降的负面影响，而隧穿氧化层叠加N型掺磷多晶硅薄膜既可以保证载流子的传导，又对底电池具有优异的钝化效果；同时，通过降低N型掺磷多晶硅薄膜与金属氧化层的厚度来有效控制光的寄生吸收问题，从而保证了底电池与顶电池电流密度的匹配性；另外，金属氧化层可以采用ALD设备制备，成本低廉，且成膜均匀性较好，对比重掺杂的P型多晶硅薄膜制备方式简单且良率高。综上，该连接层在保证低制造成本的同时，有效降低了底电池的表面复合速率，提升了底电池的性能，进而提升了叠层电池的整体性能。

在第一方面的第一种可能实现方式中，隧穿氧化层的材质为二氧化硅SiO₂，厚度为1nm～6nm。

在第一方面的第二种可能实现方式中，N型掺磷多晶硅薄膜的掺杂浓度为5×10²⁰cm^-3～9×10²⁰cm^-3，薄膜厚度为30nm～150nm。

在第一方面的第三种可能实现方式中，金属氧化层的材质为氧化镍NiO，厚度为1nm～10nm。

在第一方面的第四种可能实现方式中，底电池包括P型晶体硅电池、PERC电池、IBC电池。

在第一方面的第五种可能实现方式中，顶电池包括钙钛矿电池、铜锌锡硫电池、三五族电池。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种叠层太阳能电池的制备方法，包括：

制备底电池；

在底电池的正面使用PECVD法依次制备隧穿氧化层和N型掺磷多晶硅薄膜；

采用蒸镀法在N型掺磷多晶硅薄膜上制备金属氧化层；

在金属氧化层上制备顶电池。

在第二方面的第一种可能实现方式中，制备底电池包括：对硅片进行清洗制绒、扩散、背面抛光、背面沉积叠层钝化膜、去正面磷硅玻璃、背面激光开孔、丝网印刷和烧结，得到底电池；在扩散中，扩散方阻为150Ω/sq～200Ω/sq，磷硅玻璃厚度为20nm～40nm。

在第二方面的第二种可能实现方式中，采用蒸镀法在N型掺磷多晶硅薄膜上制备金属氧化层包括：

利用热蒸镀设备在N型掺磷多晶硅薄膜上行金属氧化层的蒸镀，热蒸镀设备的蒸镀腔体温度为300℃～400℃，蒸镀时间为1min～3min。

在第二方面的第三种可能实现方式中，采用蒸镀法在N型掺磷多晶硅薄膜上制备金属氧化层之前，方法还包括：在退火炉中进行退火处理，退火温度为850℃，退火时间为15～20min。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开实施例提供的一种现有钙钛矿/PERC叠层太阳能电池的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种现有钙钛矿/PERC叠层太阳能电池中间连接层的能带示意图；

图3是本公开实施例提供的一种叠层太阳能电池的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的一种叠层太阳能电池中间连接层的能带示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开实施例提供一种叠层太阳能电池，如图3所示，该叠层太阳能电池包括：底电池35、顶电池31以及按照从下到上的顺序依次层叠设置在底电池和顶电池之间的隧穿氧化层34、N型掺磷多晶硅薄膜33、金属氧化层32。

根据图3所示的叠层太阳能电池，本公开实施例提供一种叠层太阳能电池的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：

制备底电池；

在底电池的正面使用PECVD法依次制备隧穿氧化层和N型掺磷多晶硅薄膜；

采用蒸镀法在N型掺磷多晶硅薄膜上制备金属氧化层；

在金属氧化层上制备顶电池。

具体的，制备底电池包括：对硅片进行清洗制绒、扩散、背面抛光、背面沉积叠层钝化膜、去正面磷硅玻璃、背面激光开孔、丝网印刷和烧结，得到底电池。在扩散中，扩散方阻为150Ω/sq～200Ω/sq，磷硅玻璃厚度为20nm～40nm；背面沉积叠层钝化膜包括在背面依次沉积氧化铝和氮化硅。

在本公开实施例中，采用蒸镀法在N型掺磷多晶硅薄膜上制备金属氧化层之前，该方法还包括：在退火炉中进行退火处理，退火温度为850℃，退火时间为15～20min。然后，利用热蒸镀设备在N型掺磷多晶硅薄膜上行金属氧化层的蒸镀，热蒸镀设备的蒸镀腔体温度为300℃～400℃，蒸镀时间为1min～3min。

根据上述所描述的叠层太阳能电池及其制备方法，在本公开实施例中，底电池包括P型或N型晶体硅电池，P型晶体硅电池包括P型常规电池、P型多晶硅PERC电池；N型晶体硅电池包括IBC(Interdigitated back contact，交叉背接触电池)电池。顶电池包括钙钛矿电池、铜锌锡硫电池、三五族电池。

在本公开实施例中，金属氧化层的材质为氧化镍NiO(nickelous oxide)，厚度为1nm～10nm。由于NiO的能带特性以及对空穴良好的传输能力，将其加在顶电池的空穴传输层(HTL，Hole-Transport Layer)与N型掺磷多晶硅薄膜之间，对于空穴来说是一个非常好的陷阱，顶电池空穴传输层中的空穴在此陷阱中被捕获，然后形成隧穿效应与N型掺磷多晶硅薄膜中的电子进行复合，N型掺磷多晶硅薄膜与NiO形成电子空穴隧穿复合层。在本公开实施例中，可以使用ALD(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)在N型掺磷多晶硅薄膜上制备一层金属氧化层NiO，该制备方法简单，且成膜均匀性较好，成本低廉，可适用于大面积量产。同时，在N型掺磷多晶硅薄膜与底电池的发射极之间设置的隧穿氧化层，在本公开实施例中，隧穿氧化层的材质为SiO₂(二氧化硅，Silicon dioxide)，其厚度为1nm～6nm，隧穿氧化层SiO₂既可以保证载流子的传导，还可以增加钝化效果。

需要说明的是，虽然N型掺磷多晶硅薄膜具有良好的电子传输性，但其同样具有较大的寄生吸收问题，为了解决寄生吸收问题，可以通过控制多晶硅薄膜的厚度与掺杂浓度来保证导电性能的同时有效降低其寄生吸收问题。在本公开实施例中，N型掺磷多晶硅薄膜的掺杂浓度为5×10²⁰cm^-3～9×10²⁰cm^-3，薄膜厚度为30nm～150nm，通过增加N型掺磷多晶硅薄膜的掺杂浓度，降低N型掺磷多晶硅薄膜的薄膜厚度来有效控制光的寄生吸收问题，从而保证了底电池与顶电池电流密度的匹配性。

本公开实施例提供一种叠层太阳能电池，包括底电池、顶电池、以及设置在底电池和顶电池之间的连接层，连接层按照从下到上的顺序包括隧穿氧化层、N型掺磷多晶硅薄膜和金属氧化层。与现有技术相比，无需对底部晶硅电池进行重掺杂，避免了重掺杂导致底电池表面复合速率增加，体寿命下降的负面影响，而隧穿氧化层叠加N型掺磷多晶硅薄膜既可以保证载流子的传导，又对底电池具有优异的钝化效果；同时，通过降低N型掺磷多晶硅薄膜与金属氧化层的厚度来有效控制光的寄生吸收问题，从而保证了底电池与顶电池电流密度的匹配性；另外，利用金属氧化层替代重掺杂的P型多晶硅薄膜，金属氧化层可以采用ALD设备制备，成本低廉，且成膜均匀性较好，对比重掺杂的P型多晶硅薄膜制备方式简单且良率高。综上所述，该连接层在保证低制造成本的同时，有效降低了底电池的表面复合速率，提升了底电池的性能，进而提升了叠层电池的整体性能。

根据图1所示的叠层太阳能电池和图2所示的叠层太阳能电池的制备方法，下面以底电池为PERC电池，顶电池为钙钛矿电池为例，对钙钛矿/PERC叠层电池及其制备方法进行具体说明。

具体的，通过在轻掺杂的PERC电池发射极上生长一层隧穿氧化层SiO2与高浓度掺磷的N型掺磷多晶硅(Polycrystalline Silicon，Poly-Si)薄膜，同时使用ALD(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)在N型掺磷多晶硅薄膜上制备一层金属氧化层NiO，然后在金属氧化层NiO上制备钙钛矿电池。采用隧穿氧化层，重掺磷的多晶硅纳米薄层与金属氧化层NiO作为P-i-N结构的钙钛矿电池与PERC电池的复合连接层。参考图4所示为钙钛矿/PERC叠层电池中间连接层的能带示意图，在本公开实施例中，轻掺杂用“+”表示，重掺杂用“++”表示。

该钙钛矿/PERC叠层电池的制备方法包括以下步骤：

(1)底部PERC电池在进行常规的制绒清洗工艺后，在磷扩工艺过程中，进行轻扩工艺，方阻控制在150～200Ω/sq，扩散完成之后在推进步骤通入大量氧气，延长推进时间，使表面的磷硅玻璃厚度控制在20～40nm；

(2)表面的磷硅玻璃作为保护层在背面抛光工艺中保留；

(3)进行常规的背面氧化铝沉积，背面氮化硅沉积；

(4)采用单面链式湿法设备进行正面磷硅玻璃的去除；

(5)进入PECVD设备进行正面超薄隧穿层的生长与掺磷非晶硅的生长；

(6)进入退火炉，进行850℃的退火，时间控制在15-20min；

(7)进行背面铝背场接触区域的激光开孔，随后进行背面铝背场的印刷与背面电极的印刷，随后进行烧结；

(8)进入热蒸镀设备进行金属隧穿氧化层的蒸镀，蒸镀腔体温度控制在300-400℃，蒸镀时间控制在1-3min；

(9)随后进行顶部钙钛矿电池其余膜层制备。

对于顶部钙钛矿电池其余膜层制备包括：在金属氧化层NiO薄膜制备完成后，依次进行修饰层PTAA和钙钛矿薄膜的制备，在钙钛矿薄膜进行低温退火之后，依次热蒸发一层1～5nm厚的LiF(氟化锂，lithium fluoride)膜、一层10～15nm厚的TiO2(二氧化钛，Titanium Dioxide)膜和一层10～15nm厚的PCBM膜；接着在PCBM膜的顶部，利用ALD沉积一层4～10nm厚的SnO2(氧化锡，stannic oxide)膜；通过直流溅射沉积110～150nm厚的IZO(铟锌氧化物)透明导电玻璃；最后在器件表面蒸发或溅射120～150nm厚的Ag电极，随后蒸发100～120nm厚的LiF作为减反层，这样整个钙钛矿/PERC电池结构的叠层太阳能电池就制备完成了。

与现有技术相比，本公开实施所提供的钙钛矿/PERC叠层太阳能电池具有以下优势：

1)无需对晶硅体区进行重掺杂，避免了重掺杂导致PERC电池表面复合速率增加，体寿命下降的负面影响，隧穿氧化层叠加N型掺磷多晶硅薄膜既可以保证载流子的传导，又对底部PERC电池具有优异的钝化效果。

2)采用NiO替代重掺杂的P++层，NiO可以采用ALD设备制备，成本低廉，且成膜均匀性较好，对比重掺硼的多晶硅薄膜制备方式简单且良率高。

3)通过降低多晶硅纳米层与NiO纳米层的厚度来有效控制光的寄生吸收问题，从而保证了PERC电池与顶部钙钛矿电池电流密度的匹配性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。