一种p型正结结构异质结太阳电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池，具体地说，涉及一种适用于空间或地面应用的p型正结结构异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、目前，主流的高效异质结太阳电池（hjt）多采用n型硅片作为光吸收层，并在其两侧沉积非晶硅薄膜以进行表面钝化，再通过沉积本征非晶硅和不同导电类型的纳米晶硅薄膜形成异质结和增强表面电场。然而，在太空光伏应用领域，该结构方案存在以下明显缺点：

2、缺点一：电阻率分布宽，性能分散。由于n型掺杂剂（如磷）在硅中的固溶度较低，导致n型硅片的电阻率分布范围较宽（通常分散在±30%以上），进而引起电池效率、开路电压等关键参数的一致性较差，影响后续光伏组件的性能与良品率。

3、缺点二：抗辐照能力差。在低地球轨道（leo）等空间应用中，卫星会持续受到高能电子辐射（1mev电子辐射剂量可达1015cm-2量级）。传统n型异质结电池在此环境下容易出现效率衰减，且衰减后难以恢复。更严峻的是，在超高注量的辐射累积下，n型硅甚至可能发生致命的型态反转——其电学特性从n型转变为p型，导致基于n型设计的pn结失效，整个电池功能崩溃。

4、缺点三：载流子收集效率不足。传统n型hjt多采用背结结构（pn结位于背光面），短波光生载流子在靠近受光面处产生后，需要穿过较厚的硅基体才能被pn结收集。在太空辐照环境下，硅基体中产生的辐照缺陷会显著增加载流子复合概率，降低短波响应和整体效率。

5、为解决以上缺点，现有技术中通常采用如下方案，但这些方案仍存在问题。

6、方案一：三结砷化镓电池。三结砷化镓（gainp/gaas/ge）电池是目前太空光伏的主流方案，初始效率可达30%以上，抗辐射性能优异。但其成本极其高昂（约为晶硅电池的10-50倍），且产能有限，难以满足低轨卫星星座大规模部署的需求。

7、方案二：n型hjt电池。n型hjt电池在地面光伏市场效率已突破26.5%，但其抗辐射性能较差。实验数据表明，经1mev电子辐照（注量1015cm-2）后，n型hjt电池效率衰减率可达25%-35%，且自愈率仅为60%-70%，无法满足太空长期运行需求。

8、方案三：传统p型perc电池。传统p型perc电池成本低、抗辐射性能优于n型电池，但效率天花板有限（量产效率约23%），且存在光致衰减（lid）问题，比功率（w/kg）不足，难以满足太空应用对轻量化的要求。

9、此外，在制备工艺方面，为了适配太空应用的轻量化需求，异质结电池的硅片厚度通常需要减薄至50-70µm。然而，超薄硅片在常规的高温、长时间管式磷吸杂工艺中，极易因热应力不均产生翘曲甚至严重碎片。同时，为了兼顾受光面陷光与背光面反射/电极接触需求，超薄硅片需要制备受光面绒面、背光面抛光的不对称表面结构。现有技术中，通常需要采用化学气相沉积或物理掩膜法在背光面预先生长一层致密的保护层，待受光面制绒结束后再通过湿法刻蚀将保护层洗去。这种传统的单面遮蔽制绒工艺步骤繁琐、辅助材料消耗大、生产成本高昂，且多次的沉积与洗脱过程进一步增大了50-70µm超薄硅片的碎片概率，难以实现规模化量产。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中异质结电池抗辐照能力差、电阻率分布宽、载流子收集效率不足，以及在利用超薄硅片制备不对称表面结构时工艺繁琐、碎片率高等技术问题，提供一种p型正结结构异质结太阳电池及其制备方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

2、一种p型正结结构异质结太阳电池，包括：

3、p型硅片，具有相对的受光面与背光面；

4、第一本征非晶硅钝化层和第二本征非晶硅钝化层，分别设置于所述p型硅片的受光面和所述背光面上；

5、第一掺杂层，设置于所述第一本征非晶硅钝化层上，所述第一掺杂层与所述p型硅片形成pn结；

6、第二掺杂层，设置于所述第二本征非晶硅钝化层上，所述第二掺杂层形成背表面场结构，所述第一掺杂层和第二掺杂层均为掺杂非晶硅与纳米晶硅的混合结构；

7、第一导电膜层，设置于所述第一掺杂层上；

8、第二导电膜层，设置于所述第二掺杂层上；

9、第一电极，设置于所述第一导电膜层上；

10、第二电极，设置于所述第二导电膜层上。

11、优选地，所述p型硅片的厚度为50-70µm，所述p型硅片为掺硼或掺镓的p型单晶硅片。

12、优选地，所述p型硅片的受光面为绒面结构，绒面尺寸为0.5-3µm；所述p型硅片的背光面为抛光面结构；所述p型硅片上形成受光面绒面、背光面抛光的不对称表面结构。

13、优选地，所述第一本征非晶硅钝化层和第二本征非晶硅钝化层的厚度为8-12nm；在所述第一掺杂层和第二掺杂层中纳米晶硅的含量为40%至60%；所述第一掺杂层的掺杂浓度为5×1019cm-3至1.5×1020cm-3；所述第二掺杂层的掺杂浓度为1×1019cm-3至3×1019cm-3。

14、优选地，所述第一导电膜层为ito层，厚度80-120nm；所述第二导电膜层为azo层或ito/azo叠层结构，厚度130-220nm。

15、优选地，所述第一电极和所述第二电极为银浆层或银包铜浆料固化层。

16、一种所述p型正结结构异质结太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

17、s1：对所述p型硅片进行预清洗；

18、s2：采用链式磷吸杂工艺处理清洗后的所述p型硅片，在双面涂覆含磷源，于700-900℃下处理1-5分钟，在所述p型硅片受光面和背光面原位形成磷硅玻璃层；

19、s3：先去除受光面磷吸杂后形成的磷硅玻璃层，随后对受光面进行制绒处理，背光面磷硅玻璃层在受光面制绒过程中被保留；在最终清洗时同步去除背光面磷吸杂后形成的磷硅玻璃层，形成受光面绒面、背光面抛光的不对称表面结构；

20、s4：在制绒后的所述p型硅片分别依次沉积所述第一本征非晶硅钝化层和第二本征非晶硅钝化层；

21、s5：在受光面沉积所述第一掺杂层，在背光面沉积所述第二掺杂层；

22、s6：沉积所述第一导电膜层和第二导电膜层；

23、s7：印刷所述第一电极和第二电极的浆料并固化；

24、s8：光注入处理。

25、优选地，所述步骤s2中磷源选自膦基聚羧酸、磷酸酯、有机磷化合物或含磷旋涂玻璃源中的至少一种；涂覆方式为双面滚涂。

26、优选地，所述步骤s2中吸杂炉入口和出口用氮气隔离，炉内通入氧气或过滤的压缩空气，所述p型硅片的传输速度3.0-5.0m/min。

27、优选地，所述步骤s3中受光面制绒后，采用氢氟酸和臭氧的混合溶液，室温下清洗2-3min。

28、相比现有技术，本发明提供一种p型正结结构异质结太阳电池，至少包括以下有益效果：

29、电阻率分布窄，性能一致性好。采用p型硅片，p型掺杂剂（硼）在硅中固溶度高，硅片电阻率控制更精确（分散可控制在±10%以内），电池效率分布更集中，有利于提升组件输出功率与可靠性。解决了现有技术中n型掺杂剂（磷）在硅中固溶度低，导致n型硅片电阻率分布宽（分散±30%以上），电池参数一致性差的问题。

30、抗辐照性能优异，具备自恢复能力。采用p型硅片作为光吸收层，p型异质结电池在低轨电子辐照后，效率自愈率可达97%以上。p型硅中的缺陷对少数载流子的捕获能力较弱，辐照后少数载流子寿命保持率更高，适用于长期运行于高辐照环境的航天任务。解决了现有技术中n型hjt电池在1mev电子辐照（1015cm-2）后效率衰减25%-35%，自愈率仅60%-70%；更严重的是n型硅在超高注量辐射下可能发生型态反转，导致pn结失效的问题。

31、正结结构优化短波载流子收集。采用正结结构（n+掺杂层位于正面受光面侧，与p型硅基体形成pn结），短波光生载流子在靠近受光面处产生后，可被正面pn结快速收集，载流子收集路径短，显著减少在辐照缺陷中的复合概率。结合超薄硅片（50-70μm），进一步缩短载流子传输距离，提升太空辐照环境下的效率保留率。解决了传统n型hjt多采用背结结构，短波光生载流子需穿过较厚硅基体才能被收集，在辐照环境下复合损失严重的问题。

32、双面钝化结构降低复合损失。在p型硅片双面均设置本征非晶硅钝化层（i-a-si:h），利用其中的氢原子饱和硅悬挂键，显著降低界面态密度和表面复合速率，提升开路电压和整体转换效率。解决了传统电池结构表面复合速率高，载流子在表面大量损失的问题。

33、非晶/纳米晶硅混合层增强电场。掺杂层采用非晶硅和纳米晶硅的混合结构，纳米晶硅的引入提高了掺杂层的电导率和载流子迁移率，同时保持了良好的表面钝化效果，兼顾了钝化质量与导电性能。解决了传统纯非晶硅掺杂层导电性不足，影响载流子传输效率的问题。

34、不对称导电膜层（tco）结构优化光电性能。受光面tco采用ito（优选为不大于100nm），优先保证透光性；背光面tco采用azo或ito/azo叠层（150-200nm），侧重导电能力。这种不对称结构分别满足受光面高透光和背光面高导电的需求，实现光电性能的更优平衡。解决了现有电池tco结构对称设计，无法同时优化受光面透光和背光面导电需求的问题。

35、超薄结构适配太空轻量化需求。p型硅片厚度可控制在50-70μm，配合正结结构的最短载流子收集路径，在保持高转换效率的同时实现高比功率（413w/kg，在厚度为60μm时），满足太空光伏轻量化需求。解决了传统晶硅电池硅片厚度偏厚（通常150-180μm），比功率（w/kg）不足，难以满足太空应用对轻量化要求的问题。

36、本发明还提供一种p型正结结构异质结太阳电池的制备方法，至少包括以下有益效果：

37、协同吸杂与不对称保护，极大地简化了工艺流程。在步骤s2吸杂过程中，于硅片受光面和背光面原位形成磷硅玻璃层，并在步骤s3中巧妙利用水平单面湿法控制，仅单面去除受光面磷硅玻璃层，保留背光面磷硅玻璃层作为受光面制绒过程中的天然耐酸保护层。整个过程无需额外沉积和去除二氧化硅等辅助掩膜层，实现了吸杂、制绒保护、去底抛光的一体化协同制造，简化了不对称表面的工艺流程，节约了生产成本。

38、链式短时热吸杂工艺，有利于降低超薄硅片处理过程中的破损风险。针对50-70µm的超薄硅片，采用双面滚涂磷源配合链式短时热处理。这种极短的高温工艺大幅降低了热预算，避免了超薄硅片在吸杂过程中的翘曲与变形，配合步骤s3中的水平单面链式传输，使50-70µm超薄硅片的生产碎片率得到了有效控制。

39、热光注入再生处理，激发了电学自恢复能力。步骤s8将固化后的电池片置于光注入设备中进行光注入处理，能够钝化晶体缺陷。通过热能与光子的协同激活，诱导本征非晶硅钝化层中的氢原子向p型硅片内部扩散并钝化深级复合中心，在硅片内部形成具有抗辐照自愈特性的氢钝化网络，使得电池成品在遭受太空高能电子辐照后表现出极佳的室温自恢复电学性能。

40、本发明所述的一种p型正结结构异质结太阳电池及其制备方法，其他优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。