异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法。


背景技术：

2.新一代硅基异质结(hjt，heterojunction)太阳能电池具有高的光电转换效率，高开路电压；且温度系数低，无光致衰减和电致衰减；另外制程中工艺温度低，更节能。异质结电池逐渐成为光伏最热门的研究方向。
3.现有hjt电池结构是在n型单晶硅上沉积非晶硅本征层和非晶硅掺杂层。其中，非晶硅掺杂层的主要作用是形成pn结和场钝化效应。同时，非晶硅本征层与非晶硅掺杂层以及非晶硅掺杂层与透明导电层例如tco(transparent conductive oxide，透明导电氧化物)层等界面间的载流子传输影响电池的光电性能，为了改善非晶硅掺杂层界面载流子传输以及电接触，提高hjt电池的光电转换效率，hjt电池结构有待进一步改进。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池可以降低本征层与掺杂层以及掺杂层与透明导电层界面间的接触电阻，提高光电转换效率。
5.本发明第二个目的在于提出一种制备异质结太阳能电池的方法。
6.为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的异质结太阳能电池，包括：衬底层；在衬底层的受光面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，其中，第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。
7.根据本发明实施例的异质结太阳能电池，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
8.衬底层为n型晶体硅片，在衬底层的受光面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，第一本征层主要作用是钝化硅表面的缺陷，第一掺杂层主要作用是形成pn结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，第一透明导电层主要作用是收集光生载流子，第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层，可以增强非晶硅掺杂层的场钝化性能，能有效改善界面间的载流子传输行为，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
9.在一些实施例中，至少三层掺杂子层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层靠近所述第一本征层，所述第三掺杂子层靠近所述第一透
明导电层，所述第二掺杂子层设置在所述第一掺杂子层和所述第三掺杂子层之间。通过采用三层掺杂层，可以获得与制备时通过调节与本征曾和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，提高载流子传输效率。
10.在一些实施例中，所述第一掺杂子层的厚度h1的取值范围为0nm《h1≤5nm，所述第一掺杂子层的载流子浓度μ1的取值范围为1e18《μ1≤1e21。
11.在一些实施例中，1nm≤h1≤3nm，5e19《μ1≤5e20。
12.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的厚度h2的取值范围为0nm《h2≤15nm，所述第二掺杂子层的载流子浓度μ2的取值范围为1e18《μ2≤1e21。
13.在一些实施例中，3nm≤h2≤10nm，5e18《μ2≤5e19。
14.在一些实施例中，所述第三掺杂子层的厚度h3的取值范围为0nm《h3≤5nm，所述第三掺杂子层的载流子浓度μ3的取值范围为1e18《μ3≤1e21。
15.在一些实施例中，1nm≤h3≤3nm，5e19《μ3≤5e20。
16.掺杂子层采用上面的厚度和载流子浓度的取值范围，可以使得掺杂层与本征层以及掺杂层与透明导电层更好的电接触，提高载流子传输效率。
17.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第一掺杂子层的厚度，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第三掺杂子层的厚度。
18.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的载流子浓度小于等于所述第一掺杂子层的载流子浓度，所述第二掺杂子层的载流子浓度小于等于所述第三掺杂子层的载流子浓度。
19.设置第一掺杂子层和第三掺杂子层的厚度较薄但载流子浓度较高，可以提高光吸收。
20.在一些实施例中，在所述衬底层的背面叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二tco层。
21.在一些实施例中，所述第一本征层的厚度h4取值范围为5nm≤h4≤11nm，所述第二掺杂层的厚度h5的取值范围为9nm≤h5≤21nm，所述第一透明导电层的厚度h6取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二透明导电层的厚度h7取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二本征层的厚度h8取值范围为5nm≤h8≤11nm。
22.为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的制备异质结太阳能电池的方法，包括：在衬底层的受光面上制备第一本征层；在所述第一本征层上制备第一掺杂层，其中，所述第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。
23.根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
24.在一些实施例中，在所述第一本征层上制备第一掺杂层，包括：在所述第一本征层上制备第一掺杂子层；在氧氛围中在所述第一掺杂子层上制备第二掺杂子层；在所述第二掺杂子层上制备第三掺杂子层。
25.在氧氛围中制备第二掺杂子层，可以增大第二掺杂子层的带隙，减小光吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。
26.在一些实施例中，所述方法还包括：在所述衬底层的背面上制备第二本征层；在所述第二本征层上制备第二掺杂层；在所述第一掺杂层上制备第一透明导电层，以及在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；在所述第一透明导电层上形成正面电极，以及，在所述第二透明导电层上形成背面电极。
27.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
28.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：
29.图1是根据本发明一个实施例的异质结太阳能电池结构的示意图；
30.图2是根据本发明一个实施例的制备异质结太阳能电池的方法流的程图。
31.附图标记：
32.异质结太阳能电池100、衬底层10、第一本征层20、第一掺杂层30、第一透明导电层40、第二本征层50、第二掺杂层60、第二透明导电层70、正面电极80、背面电极90、第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示处，其中自始至终相同或类似的元件标号表示相同或类似的元件具有相同或类似的功能的元件，参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，下面详细描述本发明的实施例。
34.下面结合附图描述本发明实施例异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法。
35.图1是根据本发明一个实施例的异质结太阳能电池结构的示意图。
36.如图1所示，本发明实施例的异质结太阳能电池100包括衬底层10、第一本征层20、第一掺杂层30、第一透明导电层40、第二本征层50、第二掺杂层60、第二透明导电层70、正面电极80、背面电极90、第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303。
37.其中，在实施例中，衬底层10可以为n型晶体硅片，在衬底层10的受光面上叠层设置有第一本征层20、第一掺杂层30和第一透明导电层40，其中，可以设置第一本征层20为非晶硅本征层，非晶硅本征层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合。可以设置第一掺杂层30为n型非晶硅掺杂层，n型非晶硅掺杂层的主要作用是形成pn结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，第一透明导电层40具有透光率和导电性，主要作用是收集光生载流子并且能让太阳光进入电池体内。第一掺杂层30包括叠层设置的至少三层掺杂子层，例如可以将第一掺杂层30设置成三层例如图1中的第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303，也可以根据需要设置三层以上的掺杂子层。
38.本发明实施例的异质结太阳能电池100，区别于现有的异质结太阳能电池主要是，
第一掺杂层30包括叠层设置的至少三层掺杂子层，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征曾和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
39.在本发明的一些实施例中，如图1所示，至少三层掺杂子层包括第一掺杂子层301、第二掺杂子层302和第三掺杂子层303，其中，第一掺杂子层301靠近所述第一本征层20，第三掺杂子层303靠近第一透明导电层40，第二掺杂子层302设置在第一掺杂子层301和第三掺杂子层303之间。设置三层掺杂子层结构，通过调节三层掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果。
40.在本发明的一些实施例中，设置第一掺杂子层301的厚度为h1，h1的取值范围为0nm《h1≤5nm，可以设置第一掺杂子层301的载流子浓度为μ1，μ1的取值范围为1e18《μ1≤1e21。例如，h1取值为1nm或3nm或5nm，μ1取值为5e18或者1e19或者1e21等。第一掺杂子层301的厚度比较小但载流子浓度较大，可以提高光吸收，利于提高本征层的光电转换。
41.在本发明的一些实施例中，可以设置h1的优选的取值范围为1nm≤h1≤3nm，可以设置μ1的优选的取值范围为5e19《μ1≤5e20。例如，h1取值为2nm或者3nm或者1nm，μ1的取值为9e19或者1e20或者4e20等。在此取值范围内，可以获得更好的第一掺杂子层与第一本征层之间的电接触，提高光吸收。
42.在本发明的一些实施例中，可以设置第二掺杂子层302的厚度为h2，h2的取值范围为0nm《h2≤15nm，可以设置第二掺杂子层302的载流子浓度为μ2，μ2的取值范围为1e18《μ2≤1e21。例如，h2的取值为5nm或者10nm或者15nm，μ2的取值为e19或者9e19或者e21等。
43.进一步地，在本发明的一些实施例中，可以设置h2的优选的取值范围为3nm≤h2≤10nm，可以设置μ2的优选的取值范围为5e18《μ2≤5e19。例如，h2的取值为5nm或者7nm或者9nm或者10nm，μ2的取值为9e18或者e19或者4e19等。
44.以上，第二掺杂子层的厚度较大，但是可以通过调整第二掺杂子层的带隙，减小该层对光的吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换，以及通过中间层即第二掺杂子层可以减少邻层的应力。
45.在本发明的一些实施例中，可以设置第三掺杂子层303的厚度为h3，h3的取值范围为0nm《h3≤5nm，可以设置第三掺杂子层303的载流子浓度为μ3，μ3的取值范围为1e18《μ3≤1e21。例如，h3的取值为2nm或者3nm或者4nm或者5nm等，μ3的取值可以为1e19或者7e19或者1e20或者1e21等。第一掺杂子层301的厚度比较小但载流子浓度较大，可以提高光吸收，利于提高本征层的光电转换。
46.在本发明的一些实施例中，h3的优选的取值范围为1nm≤h3≤3nm，μ3的优选的取值范围为5e19《μ3≤5e20。例如，h3的取值可以为1nm或者2nm或者3nm，μ3的取值可以为1e20或者3e20或者5e20。在此取值范围内，可以获得更好的第一掺杂子层与第一本征层之间的电接触，提高光吸收。
47.在本发明的一些实施例中，第二掺杂子层302的厚度大于等于第一掺杂子层301的
厚度，第二掺杂子层302的厚度大于等于第三掺杂子层303的厚度。
48.例如，第一层掺杂子层301的厚度为2nm，第二层掺杂子层302的厚度为6nm，第三层掺杂子层的厚度为2nm，可以满足，第二掺杂子层302的厚度6nm大于等于第一掺杂子层301的厚度2nm，第二掺杂子层302的厚度6nm大于等于第三掺杂子层303的厚度2nm。第一掺杂子层301和第三掺杂子层302的厚度相对于第二掺杂子层30比较薄，但掺杂层浓度较高，可以提高对光的吸收效果，透光性好，设置在中间的第二掺杂子层302的厚度最厚但可以通过调节带隙例如在氧氛围中制备为非晶氧化硅层，可以减小对光的吸收，提高光传输，提升本征层的光电转换效率。
49.在本发明的一些实施例中，第二掺杂子层302的载流子浓度小于等于第一掺杂子层301的载流子浓度，第二掺杂子层302的载流子浓度小于等于第三掺杂子层303的载流子浓度。例如，第一掺杂子层301的载流子浓度为2e20，第二掺杂子层302的载流子浓度为1e19，第三掺杂子层303的载流子浓度为2e20，即可以满足第二掺杂子层302的载流子浓度为1e19小于等于第一掺杂子层301的载流子浓度2e20，第二掺杂子层302的载流子浓度1e19小于等于第三掺杂子层303的载流子浓度2e20，并且，三层非晶硅掺杂层界面的载流子浓度无明显界限。第一掺杂子层301和第三掺杂子层303的载流子浓度高，可以增强对光的吸收效果，导电性好。在第一掺杂子层301、第二掺杂子层302和第三掺杂子层303的载流子浓度存在确定的取值范围范围和优选的取值范围范围条件下，在符合确定的取值范围范围和优选的取值范围范围条件下，可以将第一掺杂子层301、第二掺杂子层302和第三掺杂子层303的载流子浓度的取值范围设置为具体的数值，提高光吸收，提高掺杂层与本征层以及掺杂层与tco层的电导性，利于提高光电转换效率。
50.在本发明的一些实施例中，如图1所示，在衬底层10的背面叠层设置有第二本征层50、第二掺杂层60和第二透明导电层70。其中，可以设置第二本征层500为非晶硅本征层，非晶硅本征层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合。可以设置第二掺杂层60为p型非晶硅掺杂层，p型非晶硅掺杂层的主要作用是形成pn结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，第二透明导电层70具有透光率和导电性，主要作用是收集光生载流子并且能让太阳光进入电池体内。
51.在本发明的一些实施例中，可以设置第一本征层20的厚度为h4，h4的取值范围为5nm≤h4≤11nm，例如7nm或者9nm或者10nm；可以设置第二掺杂层的厚度为h5，h5的取值范围为9nm≤h5≤21nm，例如，10nm或者15nm或者18nm或者20nm；可以设置第一透明导电层40的厚度为h6，h6的取值范围为70nm≤h6≤120nm，例如，80nm或者100nm或者115nm；可以设置第二透明导电层的厚度为h7，h7的取值范围为70nm≤h6≤120nm，例如，80nm或者90nm或者110nm；可以设置第二本征层的厚度h8，h8的取值范围为5nm≤h8≤11nm，例如，7nm或者9nm或者10nm。每层的厚度可以根据具体需求进行制备。
52.例如，第一本征层20的厚度h4可以为7nm，第二掺杂层的厚度h5可以为9nm，第一tco层40的厚度h6可以为90nm，第二tco层的厚度h7可以为90nm，第二本征层的厚度h8可以为7nm。
53.下面参照附图描述根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法。
54.在实施例中，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法包括：在衬底层的受光面即正面上制备第一本征层，在第一本征层上制备第一掺杂层，例如，可以通过沉积方法
制备或者外延生长方法制备，具体制备方法在此不作具体限制。
55.其中，制备的第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。
56.根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
57.其中，以第一掺杂层包括三层掺杂子层为例，在实施例中，在第一本征层上制备第一掺杂层可以包括：在第一本征层上制备第一掺杂子层；在氧氛围中在第一掺杂子层上制备第二掺杂子层；在第二掺杂子层上制备第三掺杂子层。在氧氛围中制备第二掺杂子层，可以增大第二掺杂子层的带隙，减小光吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。
58.以及，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法还包括：在衬底层的背面上制备第二本征层；在第二本征层上制备第二掺杂层；在第一掺杂层上制备第一透明导电层，以及在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；在第一透明导电层上形成正面电极，以及，在第二透明导电层上形成背面电极。从而形成异质结太阳能电池结构，在实施例中，第二掺杂层可以采用单层或者双层或者三层甚至三层以上的掺杂子层，在此不作具体限制。
59.其中，通过本发明实施例的方法，通过设置或者调节相应的工艺参数制备出以上结构的异质结太阳能电池，其各个层的厚度和载流子浓度可以参照上文的说明。
60.图2是根据本发明一个实施例的制备异质结太阳能电池的方法的流程图。其中，第一本征层为非晶硅层，第一掺杂层为三层n型非晶硅掺杂子层，其中中间的掺杂子层可以为非晶氧化硅层，第二掺杂层为p型非晶硅层，透明导电层为tco层。
61.如图2所示，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法至少包括步骤s201-s209。
62.s201:选取n型晶硅基底进行制绒，清洗处理，n型晶硅基底即异质结电池的衬底层。
63.s202:在受光面沉积非晶硅本征层，可以在受光面沉积非晶硅本征层，沉积方法可以采用pecvd(plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)方法，利用pecvd方法可以减少太阳光的反射率，增加光电转换效率。可以将非晶硅本征层的厚度设置为7nm。
64.根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，第一掺杂层可以设置为n型非晶硅掺杂层，包括叠层设置的至少三层掺杂子层，第一掺杂层可以分别包括第一掺杂子层、第二掺杂子层、第三掺杂子层，该三层掺杂子层可以进行叠层设置。并且可以通过pecvd方法进行沉积，可以设置第一层掺杂子层的厚度为2nm，载流子浓度为2e20；可以设置第二层掺杂子层的厚度为6nm，载流子浓度为1e19；可以设置第三层掺杂子层的厚度为2nm，载流子浓度为2e20。
65.s203:在受光面沉积具有三层结构的n型非晶硅掺杂层，具体地，可以在氧氛围下通过pecvd方法在衬底层的受光面沉积具有三层结构的n型非晶硅掺杂层，例如在第一本征层外侧沉积第一掺杂子层，可以将第三掺杂子层靠近第一tco层侧，第二掺杂子层在第一掺
杂子层和第三掺杂子层之间。可以在沉积过程中分别设置好与三层掺杂子层相对应的厚度和载流子浓度。
66.在本发明的一些实施例中，可以在衬底层的背面上沉积第二本征层即非晶硅本征层，可以在第二本征层上沉积第二掺杂层即p型非晶硅掺杂层，沉积方法可以采用pecvd方法。
67.s204:在背光面沉积非晶硅本征层，可以通过pecvd方法在衬底层的背光面沉积本征非晶硅层，可以设置非晶硅本征层的厚度为7nm。
68.s205:在背光面沉积p型非晶硅掺杂层，可以通过pecvd方法在衬底层的背光面本征非晶硅层外侧沉积p型非晶硅掺杂层，可以设置p型非晶硅掺杂层厚度为9nm。
69.在本发明的一些实施例中，可以在第一掺杂层上沉积第一tco层，以及可以在第二掺杂层上沉积第二tco层，沉积方法可以采用rpd(reactive plasma deposition,反应等离子体沉积)或pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积)方法，这两种方法目前已经广泛应用于晶体硅、薄膜电池等多种太阳能电池的制备中，pvd方法具有制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点，rpd方法具有材料成本低，占地面积小、高操作性以及低表面损伤等多种优点。
70.s206:沉积tco导电层，tco导电层可以包括第一tco层以及第二tco层，第一tco层可以设置在靠近第三层掺杂子层外侧，第二tco层可以设置在p型非晶硅掺杂层外侧，可以设置tco导电层的厚度为90nm。
71.在本发明的一些实施例中，可以在第一tco层上设置正面电极，以及，在第二tco层上设置背面电极，电极设置可以通过丝网印刷的方式形成，丝网印刷方法工序简单，生产效率高，成本低，适用于大量生产，其中，正面电极和背面电极可以设置为银电极。
72.s207:通过丝网印刷形成正背面ag电极，即在第一tco层上通过丝网印刷形成正面电极，以及，在第二tco层上通过丝网印刷形成背面电极。
73.s208:烧结固化，通过烧结固化可以使得金属栅线与tco导电层之间形成良好的欧姆接触。
74.s209:测试电池的电性能。
75.总的来说，本发明实施例的异质结太阳能电池及其制备方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
76.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。或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
77.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
78.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物限定。