阅读说明：本技术 硅异质结太阳电池 (Silicon heterojunction solar cell ) 是由 赵晓霞 王伟 田宏波 王雪松 王恩宇 宗军 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种硅异质结太阳电池,包括：n型晶硅衬底；分别设置于n型晶硅衬底上表面的第一本征非晶硅层和下表面的第二本征非晶硅层；设置于第一本征非晶硅层上表面的p型掺杂非晶硅发射极层；设置于第二本征非晶硅层下表面的n型掺杂非晶硅背场层；设置于p型掺杂非晶硅发射极层上表面的第一TCO层；设置于n型掺杂非晶硅背场层下表面的第二TCO层；分别设置于第一TCO层上表面和第二TCO层下表面的铜栅线电极层。第一TCO层的功函数高于第二TCO层,这样正背面TCO薄膜不仅可分别与p型非晶硅发射极及n型非晶硅背场形成良好的接触,同时满足载流子输运的功函数要求,利于降低接触电阻,提高电池效率。(The invention provides a silicon heterojunction solar cell, which comprises: an n-type crystalline silicon substrate; the first intrinsic amorphous silicon layer and the second intrinsic amorphous silicon layer are respectively arranged on the upper surface and the lower surface of the n-type crystalline silicon substrate; the p-type doped amorphous silicon emitter layer is arranged on the upper surface of the first intrinsic amorphous silicon layer; an n-type doped amorphous silicon back field layer disposed on the lower surface of the second intrinsic amorphous silicon layer; the first TCO layer is arranged on the upper surface of the p-type doped amorphous silicon emitter layer; the second TCO layer is arranged on the lower surface of the n-type doped amorphous silicon back field layer; and the copper grid electrode layers are respectively arranged on the upper surface of the first TCO layer and the lower surface of the second TCO layer. The work function of the first TCO layer is higher than that of the second TCO layer, so that the front TCO film and the back TCO film can be respectively in good contact with the p-type amorphous silicon emitter and the n-type amorphous silicon back field, the work function requirement of carrier transportation is met, the contact resistance is reduced, and the cell efficiency is improved.)

硅异质结太阳电池

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别涉及一种硅异质结太阳电池。

背景技术

近年来硅异质结太阳电池技术发展迅速，引起了产业界的高度关注。对硅异质结太阳电池，全球范围内存在多种技术路线，这其中针对TCO(Transparent ConductiveOxide，透明导电氧化物)薄膜的材料和制备工艺也是多种方案共存。常用的TCO材料主要包括SnO₂体系、In₂O₃体系和ZnO体系。氟掺杂的SnO₂常用于薄膜太阳电池，沉积在大面积的浮法玻璃上。铝掺杂的ZnO由于其经济性上的优势，近年来的研究较为活跃。硅异质结太阳电池中最常用的TCO材料是锡等金属掺杂的In₂O₃，比较成熟的沉积掺杂In₂O₃的技术主要有PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)法制备ITO(Indium Tin Oxide氧化铟锡)薄膜和RPD(Rcactivc Plasma Diosition，反应等离子体沉积)法沉积IWO(氧化铟钨)薄膜。其中PVD法(主要为磁控溅射)技术更为成熟、工艺稳定，设备更经济、产能较大，所以目前为大多数厂家所采用，但该技术由于对衬底轰击较大导致薄膜性能仍有较大提升空间。RPD法主要是采用日本住友重工的RPD设备和其配套的IWO靶材来制备IWO薄膜，该技术对硅衬底轰击损伤较小且IWO本身光电性能优于ITO，但其大规模生产仍受限于昂贵的设备和靶材。

图1所示为目前现有技术中一种硅异质结太阳电池的结构示意图，以n型单晶硅片为衬底，在晶硅清洗制绒的硅片正面依次沉积本征非晶硅薄膜和p型掺杂非晶硅薄膜，从而形成p-n异质结。在硅片背面依次沉积本征非晶硅薄膜和n型掺杂非晶硅薄膜形成背表面场。在掺杂非晶硅薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物(TCO)薄膜起到收集电流的作用，最后在两侧TCO薄膜的顶层形成金属电极，即构成具有对称结构的硅异质结太阳电池。

在上述现有技术中，硅异质结太阳电池正面和背面的TCO通常均采用PVD或RPD制备的掺杂氧化铟作为接触传导层。但是电池正面和背面载流子输运对于正面和背面TCO薄膜的功函数要求是不同的。对电池正面，空穴的输运要求TCO薄膜有高的功函数，但电池背面则要求TCO薄膜具有低功函数。若电池正面和背面采用具有相同功函数的TCO薄膜，无法分别与p型非晶硅薄膜和n型非晶硅薄膜形成良好地匹配，严重影响电池效率的提升。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种硅异质结太阳电池，该电池正背面采用具有不同功函数的TCO薄膜，这样TCO薄膜不仅可分别与p型非晶硅发射极及n型非晶硅背场形成良好的接触，同时满足载流子输运的功函数要求，利于降低接触电阻，提高电池效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种硅异质结太阳电池，包括：n型晶硅衬底(1)；分别设置于n型晶硅衬底(1)上表面的第一本征非晶硅层(2)和下表面的第二本征非晶硅层(3)；设置于第一本征非晶硅层(2)上表面的p型掺杂非晶硅发射极层(4)；设置于第二本征非晶硅层(3)下表面的n型掺杂非晶硅背场层(5)；设置于p型掺杂非晶硅发射极层(4)上表面的第一TCO层(6)；设置于n型掺杂非晶硅背场层(5)下表面的第二TCO层(7)，其中，所述第一TCO层(6)的功函数高于第二TCO层(7)；分别设置于第一TCO层(6)上表面和第二TCO层(7)下表面的铜栅线电极层(8)。

另外，根据本发明上述实施例的硅异质结太阳电池还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述第一TCO层(6)采用功函数在5.0～6.8eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺杂杂物为锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈、氢中至少一种的掺杂氧化铟，该TCO薄膜的厚度为70～100nm。

在一些示例中，所述第二TCO层(7)采用功函数在3.6～4.9eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺锡氧化铟或掺钨氧化铟或掺锌氧化铝，该TCO薄膜的厚度为70～110nm。

在一些示例中，所述第一TCO层(6)和第二TCO层(7)通过磁控溅射、蒸发或RPD中的至少一种方式形成。

在一些示例中，所述第一TCO层(6)由缓冲层TCO-paSi(61)和功函数匹配层TCO-Cu(62)组成，TCO-paSi(61)设置在p型掺杂非晶硅发射极层(4)上表面，TCO-Cu(62)设置在TCO-paSi(61)上表面。

在一些示例中，所述第二TCO层(7)由缓冲层TCO-naSi(71)和功函数匹配层TCO-Cu(72)组成，TCO-naSi(71)设置在n型掺杂非晶硅背场层(5)下表面，TCO-Cu(72)设置在TCO-naSi(71)下表面。

在一些示例中，所述缓冲层TCO-paSi(61)和TCO-naSi(71)采用低损伤的工艺制备，厚度为3～8nm。

在一些示例中，所述TCO-paSi(61)和TCO-Cu(62)采用功函数在5.0～6.8eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺杂物为锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈、氢中至少一种的掺杂氧化铟，所述TCO-Cu(62)的TCO薄膜的厚度为70～100nm。

在一些示例中，所述TCO-naSi(71)和TCO-Cu(72)采用功函数在3.6～4.9eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺锡氧化铟或掺钨氧化铟或掺锌氧化铝，所述TCO-Cu(72)的TCO薄膜的厚度为70～110nm。

针对现有技术中硅异质结太阳电池正面和背面的TCO采用单一的掺杂氧化铟薄膜时，存在载流子输运对正背面薄膜功函数要求不一样的问题，本发明实施例的硅异质结太阳电池，其正背面TCO采用具有不同功函数的TCO材料，正背面TCO薄膜可分别与p型非晶硅发射极及n型非晶硅背场形成良好的接触，满足载流子输运的功函数要求，利于降低接触电阻，提高电池效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中硅异质结太阳电池的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的硅异质结太阳电池的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的第一TCO层的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的第二TCO层的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述本发明实施例的硅异质结太阳电池。

图2是本发明一个实施例的硅异质结太阳电池的结构示意图。

如图2所示，该硅异质结太阳电池，包括：n型晶硅衬底(1)；分别设置于n型晶硅衬底(1)上表面的第一本征非晶硅层(2)和下表面的第二本征非晶硅层(3)；设置于第一本征非晶硅层(2)上表面的p型掺杂非晶硅发射极层(4)；设置于第二本征非晶硅层(3)下表面的n型掺杂非晶硅背场层(5)；设置于p型掺杂非晶硅发射极层(4)上表面的第一TCO层(6)；设置于n型掺杂非晶硅背场层(5)下表面的第二TCO层(7)，其中，第一TCO层(6)的功函数高于第二TCO层(7)；分别设置于第一TCO层(6)上表面和第二TCO层(7)下表面的铜栅线电极层(8)。

在本发明的一个实施例中，第一TCO层(6)采用功函数在5.0～6.8eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺杂杂物为锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈、氢中至少一种的掺杂氧化铟，该TCO薄膜的厚度为70～100nm。

在本发明的一个实施例中，第二TCO层(7)采用功函数在3.6～4.9eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜的材料为掺锡氧化铟或掺钨氧化铟或掺锌氧化铝，该TCO薄膜的厚度为70～110nm。

在本发明的一个实施例中，第一TCO层(6)和第二TCO层(7)可通过磁控溅射、蒸发或RPD中的至少一种方式形成。

综上，本发明实施例的硅异质结太阳电池是具有高匹配TCO薄膜的硅异质结太阳电池，第一TCO层(6)和第二TCO层(7)分别采用不同功函数的TCO薄膜，与非晶硅形成良好匹配。具体地，第一TCO层(6)采用功函数在5.0～6.8eV范围的TCO薄膜，较高的功函数使TCO与a-Si:H(p)发射极形成的肖特基结的内建电场方向由a-Si:H(p)薄膜指向TCO，和a-Si:H/c-Si结的内建电场方向相一致，从而对空穴的输运起到加强作用。第二TCO层(7)采用功函数在3.6～4.9eV范围的TCO薄膜，较低的功函数有利于电池背面载流子的输运。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，第一TCO层(6)由缓冲层TCO-paSi(61)和功函数匹配层TCO-Cu(62)组成，TCO-paSi(61)设置在p型掺杂非晶硅发射极层(4)上表面，TCO-Cu(62)设置在TCO-paSi(61)上表面。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，第二TCO层(7)由缓冲层TCO-naSi(71)和功函数匹配层TCO-Cu(72)组成，TCO-naSi(71)设置在n型掺杂非晶硅背场层(5)下表面，TCO-Cu(72)设置在TCO-naSi(71)下表面。

在本发明的一个实施例中，缓冲层TCO-paSi(61)和TCO-naSi(71)采用低损伤的工艺制备，厚度为3～8nm。

在本发明的一个实施例中，TCO-paSi(61)和TCO-Cu(62)采用功函数在5.0～6.8eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜为掺杂物为锡、钨、钼、钛、镓、锌、铈、氢中至少一种的掺杂氧化铟，该TCO-Cu(62)的TCO薄膜的厚度为70～100nm。

在本发明的一个实施例中，TCO-naSi(71)和TCO-Cu(72)采用功函数在3.6～4.9eV范围内的TCO薄膜，该TCO薄膜的材料为掺锡氧化铟或掺钨氧化铟或掺锌氧化铝，该TCO-Cu(72)的TCO薄膜的厚度为70～110nm。

综上，本发明实施例的硅异质结太阳电池，第一TCO层(6)和第二TCO层(7)分别由两层TCO薄膜组成，设置在p型掺杂非晶硅发射极层(4)上表面的缓冲层TCO-paSi(61)和设置在n型掺杂非晶硅背场层(5)下表面的缓冲层TCO-naSi(71)，其制备过程对衬底轰击损伤非常小，可作为后续沉积功函数匹配层TCO-Cu(62)和TCO-Cu(72)的缓冲保护层，因而TCO薄膜与非晶硅发射极层或背场层形成的界面质量得到有效提升。

针对现有技术中硅异质结太阳电池正面和背面的TCO采用单一的掺杂氧化铟薄膜时，存在载流子输运对正背面薄膜功函数要求不一样的问题，本发明实施例的硅异质结太阳电池，其正背面TCO采用具有不同功函数的TCO材料，正背面TCO薄膜可分别与p型非晶硅发射极及n型非晶硅背场形成良好的接触，满足载流子输运的功函数要求，利于降低接触电阻，提高电池效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。