异质结太阳能电池及制备其的方法与流程

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一种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(heterojunction，hjt)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.现有技术中，hjt电池结构是在n型单晶硅上由内而外依次沉积非晶本征层、掺杂层和tco(transparent conductive oxide,透明导电氧化物)透明导电层。其中，掺杂非晶硅层由于较高的掺杂浓度，其对光的寄生吸收不可忽略，因此对掺杂非晶硅层的光学特性的调控也非常重要。
4.相关技术中，现有两层掺杂晶硅结构，为了保证足够场钝化效果，并且提高本征层/掺杂层和掺杂层/ito的界面载流子传输，往往对两层结构进行重掺杂，但是，会使得重掺杂层对光的寄生吸收提高，从而严重降低电池的jsc。


技术实现要素：

5.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掺杂层对光的寄生吸收，提升异质结太阳能电池性能。
6.本发明的目的之二在于提出一种制备异质结太阳能电池的方法。
7.为了解决上述问题，本发明第一方面实施例的异质结太阳能电池，包括衬底层；在所述衬底层的一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，在所述第一透明导电层上设置有正面电极；其中，所述第一掺杂层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，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；所述第二掺杂子层的光学带隙大于所述第一掺杂子层的光学带隙、所述第三掺杂子层的光学带隙。
8.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包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层的三层掺杂结构，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高钝化效果，且第二掺杂子层的光学带隙大于第一掺杂子层的光学带隙、第三掺杂子层的光学带隙，即第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
9.在一些实施例中，所述第一掺杂子层的光学带隙取值范围为1.5ev≤e1≤1.9ev，利于降低第一掺杂子层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
10.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的光学带隙取值范围为1.9ev≤e2≤2.2ev，利于降低第二掺杂子层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
11.在一些实施例中，所述第三掺杂子层的光学带隙取值范围为1.5ev≤e3≤1.9ev，利于降低第三掺杂子层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
12.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的光透过率大于等于85％，利于提高光吸收，提高异质结太阳能电池的转换效率。
13.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的厚度大于所述第一掺杂子层的厚度、所述第三掺杂子层的厚度，从而既可以降低第一掺杂子层和第二掺杂子层对光的寄生吸收，又可以保证场钝化效应。
14.在一些实施例中，所述第一掺杂子层的厚度取值范围为0nm＜h1≤5nm，所述第三掺杂子层的厚度为0nm＜h2≤5nm，所述第二掺杂子层的厚度取值范围为0nm＜h3≤15nm，即设置第一掺杂子层和第三掺杂子层的厚度小，以最大程度地降低第一掺杂子层和第三掺杂子层对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层的厚度大于其他两层，从而可以确保场钝化效应。
15.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的掺杂浓度小于所述第一掺杂子层的掺杂浓度、所述第三掺杂子层的掺杂浓度，从而既可以降低第一掺杂子层和第二掺杂子层界面接触电阻率，又可以降低光的寄生吸收。
16.在一些实施例中，在所述衬底层的另一面上叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二透明导电层，在所述第二透明导电层上设置有背面电极。
17.本发明第二方面实施例提供一种制备异质结太阳能电池的方法，包括：在衬底层的一面上制备第一本征层；在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第二掺杂子层的光学带隙大于所述第一掺杂子层的光学带隙、所述第三掺杂子层的光学带隙；在所述第三掺杂子层上沉积第一透明导电层；在所述第一透明导电层上形成正面电极。
18.根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，且第二掺杂子层的光学带隙大于第一掺杂子层的光学带隙、第三掺杂子层的光学带隙，也就是相较于现有技术中采用两层掺杂层的晶硅结构，本发明实施例采用三层掺杂层的晶硅结构，同时设计第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
19.在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，包括：在所述第一本征层上制备第一掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以h2为稀释气体，h2的体积占比取值范围为50％≤v1≤100％。
20.在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，包括：在所述第一掺杂子层上制备第二掺杂子层，其中，所述第二掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以co2和h2混合气体为稀释气体，co2和h2的体积比例取值范围为0.01≤v2≤10。
21.在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和
第三掺杂子层，包括：在所述第二掺杂子层上制备第三掺杂子层，其中，所述第三掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以h2为稀释气体，h2的体积占比取值范围为50％≤v3≤100％。
22.在一些实施例中，所述第二掺杂子层的厚度大于所述第一掺杂子层的厚度、所述第三掺杂子层的厚度，所述第二掺子层的掺杂浓度小于所述第一掺杂子层的掺杂浓度、所述第三掺杂子层的掺杂浓度。
23.在一些实施例中，所述方法还包括：在所述衬底层的另一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；在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；在所述第二透明导电层上形成背面电极。
24.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
25.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：
26.图1是根据本发明一个实施例的异质结太阳能电池的结构示意图；
27.图2是根据本发明一个实施例的制备异质结太阳能电池方法的流程图。
28.附图标记：
29.异质结太阳能电池10；衬底层1；第一本征层2；第一掺杂层3；第一透明导电层4；正面电极5；第二本征层6；第二掺杂层7；第二透明导电层8；背面电极9；
30.第一掺杂子层31；第二掺杂子层32；第三掺杂子层33。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
32.为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本发明第一方面实施例提出的异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池可以降低掺杂层对光的寄生吸收，提升异质结太阳能电池性能。
33.本发明第一方面实施例提出一种异质结太阳能电池，如图1所示，本发明实施例的异质结太阳能电池10包括衬底层1、第一本征层2、第一掺杂层3、第一透明导电层4、正面电极5、第二本征层6、第二掺杂层7、第二透明导电层8、背面电极9。
34.具体地，如图1所示，第一本征层2、第一掺杂层3和第一透明导电层4依次叠层设置在在衬底层1的一面上，以及，在第一透明导电层4上设置有正面电极5。其中，第一掺杂层3包括第一掺杂子层31、第二掺杂子层32和第三掺杂子层33，第一掺杂子层31靠近第一本征层3，第三掺杂子层33靠近第一透明导电层4，第二掺杂子层32设置在第一掺杂子层31和第三掺杂子层33之间。
35.在实施例中，本发明实施例的异质结太阳能电池10设置第二掺杂子层32的光学带隙大于第一掺杂子层31的光学带隙、第三掺杂子层33的光学带隙，即本发明实施例采用三层掺杂层的晶硅结构，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，
提高钝化效果，同时设计第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，使得在保证足够场钝化效果的前提下，可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
36.在实施例中，如图1所示，衬底层1可以为硅衬底，在衬底层1的受光面上叠层设置有第一本征层2、第一掺杂层3和第一透明导电层4，其中，可以设置第一本征层2为本征非晶硅层，本征非晶硅层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合，以及可以设置第一掺杂层3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，以及第一透明导电层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，以及正面电极可以设置为金属电极，如ag电极。
37.根据本发明实施例的异质结太阳能电池10，通过将第一掺杂层3设置为包括第一掺杂子层31、第二掺杂子层32和第三掺杂子层33的三层掺杂结构，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高钝化效果，且第二掺杂子层32的光学带隙大于第一掺杂子层31的光学带隙、第三掺杂子层33的光学带隙，即第二掺杂子层32具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
38.在一些实施例中，第一掺杂子层31的光学带隙取值范围为1.5ev≤e1≤1.9ev，例如，第一掺杂子层31的光学带隙e1可以为1.5ev、1.6ev、1.8ev等，优选的，第一掺杂子层31的光学带隙取值范围为1.7ev≤e1≤1.9ev，如1.7ev或1.88ev或1.9ev。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置第一掺杂子层31的光学带隙，利于降低第一掺杂子层31对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
39.在一些实施例中，第二掺杂子层32的光学带隙取值范围为1.9ev≤e2≤2.2ev，例如，第二掺杂子层32的光学带隙e2可以为1.98ev、2.0ev、2.15ev等，优选的，第二掺杂子层32的光学带隙取值范围为1.9ev≤e2≤2.05ev，如1.9ev或1.98ev或2ev。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置第二掺杂子层32的光学带隙，利于降低第二掺杂子层32对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
40.在一些实施例中，第三掺杂子层33的光学带隙取值范围为1.5ev≤e3≤1.9ev，例如，第三掺杂子层33的光学带隙e3可以为1.56ev、1.6ev、1.8ev等，优选的，第三掺杂子层33的光学带隙取值范围为1.7ev≤e3≤1.9ev，如1.75ev或1.85ev或1.9ev。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置第三掺杂子层33的光学带隙，利于降低第三掺杂子层33对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc。
41.在一些实施例中，第二掺杂子层32的光透过率大于等于85％，优选的，第二掺杂子层32的光透过率大于等于90％。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置第二掺杂子层32的光透过率，利于提高异质结太阳能电池的光吸收，提高异质结太阳能电池的转换效率。
42.在一些实施例中，第二掺杂子层32的厚度大于第一掺杂子层31的厚度、第三掺杂子层33的厚度，即本发明实施例设置第一掺杂子层31和第三掺杂子层33具有较小的厚度，以最大程度地降低第一掺杂子层31和第三掺杂子层33对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层32的厚度大于其他两层，且其光学带隙也大于其他两层，从而既可以确保场钝化效应，
又提升异质结太阳能电池性能。
43.在一些实施例中，第一掺杂子层31的厚度取值范围为0nm＜h1≤5nm，第三掺杂子层33的厚度为0nm＜h2≤5nm，第二掺杂子层32的厚度取值范围为0nm＜h3≤15nm，例如，第一掺杂子层31的厚度可以为1nm或3nm或5nm等，第二掺杂子层32的厚度可以为2nm或8nm或11nm等，第三掺杂子层33的厚度可以为2nm或3nm或4nm等。即本发明实施例设置第一掺杂子层31和第三掺杂子层33的厚度小，以最大程度地降低第一掺杂子层和第三掺杂子层对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层32的厚度大于其他两层，从而可以确保场钝化效应。
44.在一些实施例中，优选的，第一掺杂子层31的厚度取值范围为1nm＜h1≤3nm，如2nm或2.5nm或3nm；第三掺杂子层33的厚度为1nm＜h2≤3nm，如1.6nm或2.5nm或3nm；第二掺杂子层32的厚度取值范围为3nm＜h3≤10nm，如3.6nm或5nm或10nm。
45.在一些实施例中，第二掺杂子层32的掺杂浓度小于第一掺杂子层31的掺杂浓度、第三掺杂子层33的掺杂浓度，即本发明实施例中设置第一掺杂子层31和第三掺杂子层33为重掺杂层，以降低接触电阻率，提高本征层与掺杂层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，同时，第二掺杂子层32为轻掺杂层，且相较于第一掺杂子层31和第三掺杂子层33，其具有更宽的光学带隙，从而降低对光的寄生吸收。
46.在一些实施例中，如图1所示，本发明实施例中在衬底层1的另一面上叠层设置有第二本征层6、第二掺杂层7和第二透明导电层8，在第二透明导电层8上设置有背面电极9。
47.总而言之，相较于现有技术中采用两层掺杂层的晶硅结构，本发明实施例的异质结太阳能电池10通过设置第一掺杂层3采用三层掺杂子层的晶硅结构，其中，中间膜层即第二掺杂子层32的厚度和光学带隙大于顶层即第三掺杂子层33和底层即第一掺杂子层31膜层的厚度和光学带隙，且中间膜层的光学透过率大于等于85％，以及，顶层和底层为重掺杂层，以降低界面接触电阻率，同时厚度小，最大程度的降低对光的寄生吸收，同时中间层采用轻掺杂和更宽的光学带隙，降低光的寄生吸收，而且厚度较底层和顶层稍厚，保证场钝化效应，因此，根据本发明实施例的异质结太阳能电池10能够有效的降低掺杂层对光的寄生吸收，同时可以保证优异的场钝化性能，以及实现在透明导电层在沉积过程中对本征层保护的作用，提升异质结太阳能电池性能。
48.本发明第二方面实施例提供一种制备异质结太阳能电池的方法，如图2所示，本发明实施例的方法至少包括步骤s1-s4。
49.步骤s1，在衬底层的一面上制备第一本征层。
50.在实施例中，可以选取n型晶硅基底作为衬底层，对衬底层进行制绒、清洗处理，进而，可以通过pecvd(plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)方法在衬底层受光面沉积第一本征层。
51.步骤s2，在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层。
52.在实施例中，可以通过pecvd方法在第一本征层受光面沉积具有三层结构的第一掺杂层，即依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，第一掺杂层可以为n型掺杂非晶硅层。
53.其中，第二掺杂子层的光学带隙大于第一掺杂子层的光学带隙、第三掺杂子层的光学带隙，也就是相较于现有技术中采用两层掺杂层的晶硅结构，本发明实施例采用三层掺杂层的晶硅结构，同时设计第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂
层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
54.步骤s3，在第三掺杂子层上沉积第一透明导电层。
55.在实施例中，可以通过rpd(reactive plasma deposition，反应性等离子体沉积)或pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积)方法在在第三掺杂子层上沉积第一透明导电层。
56.步骤s4，在第一透明导电层上形成正面电极。
57.在实施例中，通过丝网印刷在第一透明导电层形成正面电极，正面电极可以为金属电极如ag电极，并通过烧结固化使得金属栅线与透明导电层之间形成良好的欧姆接触。
58.根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，且第二掺杂子层的光学带隙大于第一掺杂子层的光学带隙、第三掺杂子层的光学带隙，也就是相较于现有技术中采用两层掺杂层的晶硅结构，本发明实施例采用三层掺杂层的晶硅结构，同时设计第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
59.在一些实施例中，本发明实施例的方法，对于在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，可以包括，在第一本征层上制备第一掺杂子层，其中，第一掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以h2为稀释气体，h2的体积占比取值范围为50％≤v1≤100％。例如，h2的体积占比v1可以为50％或60％或90％等。
60.在一些实施例中，本发明实施例的方法，对于在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，可以包括，在第一掺杂子层上制备第二掺杂子层，其中，第二掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以co2和h2混合气体为稀释气体，co2和h2的体积比例取值范围为0.01≤v2≤10。例如，co2:h2体积比v2可以为0.2或0.33或4等。
61.在一些实施例中，本发明实施例的方法，对于在第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，可以包括，在第二掺杂子层上制备第三掺杂子层，其中，第三掺杂子层的制备条件满足：以sh4和ph3为反应气体，以h2为稀释气体，h2的体积占比取值范围为50％≤v3≤100％。例如，h2的体积占比v3可以为50％或60％或90％等。
62.在一些实施例中，第二掺杂子层的厚度大于第一掺杂子层的厚度、第三掺杂子层的厚度，第二掺子层的掺杂浓度小于第一掺杂子层的掺杂浓度、第三掺杂子层的掺杂浓度。即本发明实施例中第一掺杂子层和第三掺杂子层为重掺杂层，以降低界面接触电阻率，且厚度小，可以最大程度的降低对光的寄生吸收，同时，第二掺杂子层采用轻掺杂和更宽的光学带隙，降低光的寄生吸收，而且厚度较第一掺杂子层和第三掺杂子层稍厚，可以保证场钝化效应。
63.在一些实施例中，本发明实施例的方法还包括，在衬底层的另一面上制备第二本征层；在第二本征层上制备第二掺杂层；在第二掺杂层上制备第二透明导电层；在第二透明导电层上形成背面电极。
64.举例说明，可以通过pecvd方法在衬底层的背光面沉积第二本征层，并通过pecvd方法在第二本征层的背光面沉积第二掺杂层如p型掺杂非晶硅层，并通过rpd或pvd方法在第二掺杂层上沉积第二透明导电层，并通过丝网印刷形成背面电极，进而通过烧结固化使
得金属栅线与tco导电层之间形成良好的欧姆接触。
65.下面结合表1和表2对采用本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法制备的异质结太阳能电池的性能进行说明。其中，表1为分别以本发明实施例的方法和以现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构制备的太阳能电池的掺杂层参数表，表2为分别以本发明实施例的方法和以现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构制备的太阳能电池的电池测试性能参数表。
66.表1
[0067][0068]
表2
[0069] voc/mvisc/aff/％eta/％实施例1740.19.23981.822.89实施例2739.39.27181.7922.95实施例3739.59.30781.7123.02现有技术736.39.20981.7722.69
[0070]
如表1所示，其中，以本发明实施例的方法制备的异质结太阳能电池，对第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层分别选取不同的参数，作为实施例1、实施例2和实施例3，对实施例1、实施例2、实施例3与现有技术中采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池性能的各个参数进行测试，如表2所示，测试参数包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率。
[0071]
针对本发明列举的三个实施例分别与现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池进行测试，如表1和表2所示，通过参数对比，在保证场钝化效应的前提下，相较于现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池，本发明实施例的异质结太阳能电池的转换效率略有提升，因此，根据本发明实施例的异质结太阳能电池能够有效的降低掺杂层对光的寄生吸收，同时可以保证优异的场钝化性能，以及实现在透明导电层在沉积过程中对本征层保护的作用，提高异质结太阳能电池的jsc，提升异质结太阳能电池性能。
[0072]
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。
[0073]
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。