一種n型硅太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種η型硅太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅太陽能電池的表面缺陷對電池性能有著非常大的影響，電池的開路電壓(V。。)、短路電流(Jsc)、填充因子(FF)等主要參數(shù)很大程度上依賴于表面缺陷密度的高低。光生載流子的復(fù)合損失是太陽能電池效率損失的主要途徑之一，而表面復(fù)合是最主要的復(fù)合損失。降低表面缺陷密度，減少表面復(fù)合，是提高硅太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的重要手段。鈍化可有效降低載流子的復(fù)合，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。鈍化通常有化學(xué)鈍化和場鈍化兩種方法?；瘜W(xué)鈍化通常是指鈍化材料與硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，成鍵，進(jìn)而減少表面硅懸鍵，達(dá)到鈍化的目的；場鈍化是指利用鈍化材料中的帶電離子產(chǎn)生的庫侖場驅(qū)趕硅片近表面的電子或者空穴使其遠(yuǎn)離表面進(jìn)而減少它們的表面復(fù)合，從而實現(xiàn)鈍化的效果O
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中一般是在電池的正面和背面均采用鈍化材料制成鈍化層，以降低表面缺陷密度;并且在正面鈍化層上鍍減反射膜，絲網(wǎng)印刷電極漿料收集正面電荷，在背面鈍化層上局部開口后印刷非接觸性電極漿料或者采用物理氣相沉積法制備全背金屬電極用以收集背面電荷?，F(xiàn)在常用的鈍化材料包括Si02( 二氧化硅，簡稱氧化硅)、SiNxC氮化硅，也可寫作Si3N4)、Al203(三氧化二鋁，簡稱氧化鋁)、a-S1:H(氫化非晶硅)或者它們互相結(jié)合的疊層。其中S12是典型的化學(xué)鈍化材料，具有非常好的鈍化效果，但是需要約800-900°C的高溫工藝進(jìn)行熱氧化才能制備而成，嚴(yán)重耗能的同時影響了硅片內(nèi)部和表面的雜質(zhì)和缺陷。a-S1: H也具有很好的鈍化效果，但是其制備工藝要求低于200°C，與擴(kuò)散結(jié)晶體硅電池產(chǎn)業(yè)化工藝不兼容，通常不被考慮用于擴(kuò)散結(jié)晶體硅電池的表面鈍化。SiNx和Al2O3是基于場鈍化的原理，即SiNx內(nèi)部含有固定的正電荷，Al2O3含有負(fù)電荷，分別適用于鈍化η型和P型硅表面，具有一定的鈍化效果并且和產(chǎn)業(yè)兼容，但是這兩種材料都是很好的介電材料，具有非常差的電荷傳導(dǎo)能力，因此在集成到硅太陽能電池中后，需要激光開槽，形成金屬電極與硅的局部接觸和局部鈍化，增加工藝復(fù)雜性和制備成本的同時，不可避免地降低了太陽能電池的填充因子，限制了效率的進(jìn)一步提升。再有，激光開槽后，為了形成局部接觸，需要有選擇性地印刷非接觸性電子漿料，這將要求印刷機(jī)具有精準(zhǔn)的對準(zhǔn)技術(shù)(增加成本)，同時要消耗漿料(漿料在晶體硅太陽能電池制備過程中占據(jù)大部分成本)，這都不利于技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一就是提供一種η型硅太陽能電池，以解決現(xiàn)有的η型硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低的問題。
[0005]本發(fā)明的目的之二就是提供一種η型硅太陽能電池的制備方法，該制備方法可采用較低的制造成本制備出效率較高的η型硅太陽能電池。
[0006]本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的:一種η型硅太陽能電池，包括η型硅襯底，在所述η型硅襯底的正面由下至上依次制有P摻雜層、正面鈍化層和減反射層，所述正面鈍化層為氧化硅或氮化硅膜層；穿過所述減反射層和所述正面鈍化層制有正面電極，所述正面電極與所述P摻雜層相接;在所述η型娃襯底的背面通過摻雜形成有η+摻雜層，在所述η+摻雜層上制有背面鈍化層，所述背面鈍化層包括由鐵電薄膜材料或摻雜的鐵電薄膜材料制成的膜層，在所述背面鈍化層上制有全背金屬薄膜，該全背金屬薄膜構(gòu)成電池的背面電極。
[0007]所述背面鈍化層包括鋯鈦酸鉛膜層、鐵酸鉍膜層、鈦酸鋇膜層和鈦酸鍶鋇膜層中的一種或任意兩種相互結(jié)合的疊層。
[0008]所述背面鈍化層還包括由氧化硅或氮化硅材料制成的膜層，例如:背面鈍化層可以為PZT與S12或PZT與SiNx的疊層。
[0009]所述背面鈍化層的厚度為3nm?600nm。
[0010]所述背面鈍化層在η型硅襯底背面的覆蓋率為5%?100%。
[0011]本發(fā)明所提供的η型硅太陽能電池，在η型硅襯底的正面和背面分別制備鈍化層，正面鈍化層為采用現(xiàn)有的氧化硅或氮化硅鈍化材料制成的膜層;背面鈍化層包括由鐵電薄膜材料或摻雜的鐵電薄膜材料制成的膜層，鐵電薄膜材料作為一種功能氧化物薄膜材料，由于其內(nèi)部存在自發(fā)極化場，因此將其應(yīng)用于晶體硅太陽能電池的背表面作為主要的鈍化材料，可以很大程度上提高光生載流子的壽命，提升電池的開路電壓；另外，采用鐵電薄膜材料制作背面鈍化層，其除了擁有鈍化效果的作用外，還可增強(qiáng)硅太陽能電池的背反射，這在很大程度上改善了太陽能電池的短路電流;再者，鐵電薄膜材料雖然也屬于電介質(zhì)一類，材料本身電導(dǎo)率非常低，但是由于極化場的存在，導(dǎo)致極化電荷的產(chǎn)生，相比一般的鈍化材料而言，電池的填充因子(FF)得到了很好的改善;背面鈍化層與η型硅襯底之間形成了天然的局部接觸，完全避免了激光消融、開槽等復(fù)雜工藝的使用，即背面無需電子漿料，僅制備全背金屬電極即可實現(xiàn)背表面電荷的全部收集，這極大地簡化了工藝，降低了太陽能電池的制造成本，同時保證了電池效率的提升。
[0012]本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的:一種η型硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
a、選取η型硅襯底，對所述η型硅襯底進(jìn)行清洗及正面、背面制絨；
b、在所述η型娃襯底的背面通過摻雜制成η+摻雜層，在所述η型娃襯底的正面通過摻雜制成P摻雜層；
c、在所述P摻雜層上制備正面鈍化層，所述正面鈍化層為氧化硅或氮化硅膜層;在所述η+摻雜層上制備背面鈍化層，并在溫度為450°C~700°C的條件下退火處理Imin?90min，所述背面鈍化層包括由鐵電薄膜材料或摻雜的鐵電薄膜材料制成的膜層；
d、在所述正面鈍化層上制備減反射層；
e、通過絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)工藝制備正面電極，所述正面電極穿過所述減反射層和所述正面鈍化層與所述P摻雜層相接；
f、在所述背面鈍化層上制備全背金屬薄膜以作為背面電極；
g、對上述制備的η型硅太陽能電池進(jìn)行極化，具體極化工藝為:采用穩(wěn)壓電源對上述制備的η型娃太陽能電池施加一恒定電壓或恒定電流，恒定電壓范圍為IV?50V，恒定電流范圍為0.0lA?10Α，極化時間為Is?100s。
[0013]在步驟a之后步驟b之前還包括如下步驟:對所述η型硅襯底的背面進(jìn)行平坦化處理。
[0014]步驟c中所形成的背面鈍化層包括鋯鈦酸鉛膜層、鐵酸鉍膜層、鈦酸鋇膜層和鈦酸鍶鋇膜層中的一種或任意兩種相互結(jié)合的疊層。
[0015]步驟c中所形成的背面鈍化層在η型硅襯底背面的覆蓋率為5%?100%。
[0016]步驟C中所形成的背面鈍化層的厚度為3nm?600nm。
[0017]本發(fā)明所提供的η型硅太陽能電池的制備方法，在硅襯底的正面按照現(xiàn)有工藝制備氧化硅或氮化硅膜層作為正面鈍化層，在硅襯底的背面通過溶膠-凝膠法(sol-gel)、物理氣相沉積法(PVD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或激光脈沖沉積法(PLD)等制備背面鈍化層，并對背面鈍化層進(jìn)行退火處理，背面鈍化層包括由鐵電薄膜材料或摻雜的鐵電薄膜材料制成的膜層，例如背面鈍化層包括鋯鈦酸鉛(PZT)膜層、鈦酸鋇(BaT13,簡寫為ΒΤ0)膜層、鐵酸鉍(BFO)膜層或鈦酸鍶鋇(BST)膜層，還可以是PZT、BT0、BF0和BST膜層中的任意兩種或三種相互結(jié)合形成的疊層，還可以是摻雜(例如摻雜La或Ni等)的PZT、BTO、BFO或BST膜層等。現(xiàn)有技術(shù)采用的氧化硅或氮化硅鈍化層材料，工作原理是基于材料內(nèi)部的固定電荷產(chǎn)生的庫倫靜電場，本發(fā)明所采用的鐵電薄膜材料作為背面鈍化層的主要材料，是基于鐵電薄膜材料的鐵電特性，即材料內(nèi)部存在極化場，極化場的產(chǎn)生根源是由于鐵電薄膜材料特殊的結(jié)構(gòu)，即鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，由于正負(fù)電荷中心不重合而形成電偶極矩，在材料內(nèi)部產(chǎn)生極化場，這是這一類材料特殊的物理機(jī)制，將其應(yīng)用于晶體硅太陽能電池的背面作為鈍化材料，可以很好地改善電池的開路電壓、短路電流和填充因子，體現(xiàn)了優(yōu)良的鈍化效果。而且，在制備好正面電極和背面電極后，采用穩(wěn)壓電源對η型硅太陽能電池進(jìn)行極化，極化后電池的FF將得到明顯改善，進(jìn)一步提升了電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明中η型硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實施例2中形成PZT背面鈍化層后硅襯底背表面的SEM圖。
[0020]圖3是本發(fā)明實施例2中所制備的η型硅太陽能電池極化前后的1-V曲線示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明實施例2中所制備的η型硅太陽能電池的XRD測試圖。
[0022]圖5是本發(fā)明實施例2和對比例I分別制備的η型硅太陽能電池的1-V曲線示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明實施例2和對比例I分別制備的η型硅太陽能電池的透射率測試圖。
[0024]圖7是本發(fā)明實施例2和對比例I分別制備的η型硅太陽能電池的光電壓衰減測試圖。
【具體實施方式】
[0025]實施例1，一種η型硅太陽能電池。
[0026]如圖1所示，本實施例所提供的η型硅太陽能電池包括η型硅襯底5，在η型硅襯底5的正面由下至上依次制有P摻雜層4、正面鈍化層3和減反射層2，正面鈍化層3所采用的材料為氧化硅(S12)或氮化硅(Si3N4)。通過絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)工藝制備正面電極I，正面電極I穿過減反射層2和正面純化層3與P慘雜層4相接。
[0027 ]在η型娃襯底5的背面通過摻雜形成有η+摻雜層6，在η+摻雜層6上制有背面鈍化層7，背面鈍化層7的主要材料為鐵電薄膜材料，鐵電薄膜材料例如可以為鋯鈦酸鉛(PZT)Ji酸鋇(BTO )、鐵酸鉍(BF0)或鈦酸鍶鋇(BST )等，在鐵電薄膜材料里面還可以摻雜質(zhì)(例如摻La或Ni等)。背面鈍化層7可以為PZT膜層、BTO膜層、BFO膜層或BST膜層，也可以在上述膜層中摻雜質(zhì)，還可以是上述膜層中的任意兩種或兩種以上膜層相互結(jié)合在一