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CN102683468A - 一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构 - Google Patents

一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构 Download PDF

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黄海宾
周浪
高江
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Nanchang University
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Nanchang University
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Abstract

一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，它为双层梯度掺杂浓度的非晶硅薄膜（a-Si:H）构成的发射极结构，以重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层或重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层的复合结构作为a-Si:H/c-Si结构的晶硅异质结太阳电池的发射极，重掺杂层与导电层连接，浅掺杂层与晶体硅表面的本征a-Si:H层连接，当晶体硅为n-型，则发射极为：重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层结构；当晶体硅为p-型，则发射极为：重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层，本发明的双层结构可提高晶硅太阳电池的开路电压、短路电流，减少非晶硅层与导电层的接触势垒，提高太阳电池的转换效率。

Description

一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构。
背景技术
在化石能源等不可再生能源日益枯竭的今天，能源危机日益逼近，新的能源以及可再生能源技术亟待开发应用，太阳能是人类可利用的最重要的可再生清洁能源之一。在太阳能利用技术中，太阳能发电是非常重要且很具潜力的一类，而硅基太阳电池以其丰富的原材料来源及相对成熟的制备技术受到人们的广泛关注，是太阳电池的主流产品类别。现今硅基太阳电池的结构随着技术的发展不断的被改进优化。以晶体硅为基础的a-Si:H/c-Si结构的异质结太阳电池是目前具有大批量产业化生产技术水准的太阳电池中转换效率最高的一类，是目前业内攻关研发的重点之一。针对a-Si:H/c-Si结构的异质结太阳电池，目前关注的焦点在于晶体硅表面钝化层-本征a-Si:H的性能的改进。对于其发射极层-重掺杂的a-Si:H层采用与非晶硅薄膜太阳电池相同的单层p-（或n-）a-Si:H薄膜，厚度通常为10~20nm。发射极为太阳电池pn结结构中非常关键的一部分，其性能的优劣对太阳电池的性能具有决定性的影响。目前所采用的单层p-（或n-）a-Si:H薄膜结构，为满足形成优异内建电场，并且与外界导电层形成良好欧姆接触的要求，必须采用很高的掺杂浓度，一般高于2×1019cm-3。如此高的掺杂浓度会导致薄膜中的缺陷态密度过多，增加的光生载流子的复合概率，又导致太阳电池性能的劣化。这是相互矛盾的现象;这一问题尚未得到解决，现阶段业内也未有很好的解决这一矛盾的方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，它具有提高开路电压，欧姆接触良好，同时减少载流子的损耗，获得更高转换效率的太阳电池的优点。
本发明是这样来实现的，一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，其特征在于：它为双层梯度掺杂浓度的非晶硅薄膜（a-Si:H）构成的发射极结构，以重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层或重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层的复合结构作为a-Si:H/c-Si结构的晶硅异质结太阳电池的发射极，其中重掺杂层与导电层连接，浅掺杂层与晶体硅表面的本征a-Si:H层连接，发射极的掺杂类型由晶体硅的掺杂类型决定：晶体硅为n-型晶体硅，则发射极为：重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层结构；晶体硅为p-型晶体硅，则发射极为：重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层；所述的重掺杂p-a-Si:H层或重掺杂n-a-Si:H层的有效掺杂浓度范围为1×1019cm-3~5×1020cm-3，薄膜层的厚度为1~10nm；所述的浅掺杂p-a-Si:H层或浅掺杂n-a-Si:H层的有效掺杂浓度范围为1×1018cm-3~4×1019cm-3，薄膜层的厚度为5~30nm。
本发明的技术效果是：本发明的双层梯度掺杂的发射极结构，相比于单层发射极结构，具有以下方面的优点：1、浅掺杂层中掺杂浓度低，减少了发射极中的光生载流子的复合，提高太阳电池的光生电流和效率；2、重掺杂层的高掺杂浓度减少了发射极与TCO透明导电层的接触势垒，具有更好的欧姆接触特性，可提高电池的开路电压和填充因子。
附图说明
图1为本发明晶硅异质结的双层梯度掺杂发射极的一种结构示意图。
图2为本发明晶硅异质结的双层梯度掺杂发射极的另一种结构示意图。
图3为本发明模拟分析所得到的n-型晶体硅片上单层发射极与双层梯度掺
杂发射极的晶硅异质结太阳电池的AM1.5G光照条件下的IV曲线对比。
图4为本发明模拟分析所得到的p-型晶体硅片上单层发射极与双层梯度掺
杂发射极的晶硅异质结太阳电池的AM1.5G光照条件下的IV曲线对比。
在图中，1、导电层  2、重掺杂p-a-Si:H层3、浅掺杂p-a-Si:H层 4、本征a-Si:H层 5、n-型晶体硅 6、重掺杂n-a-Si:H层  7、浅掺杂n-a-Si:H层 
8、p-型晶体硅。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明是这样来实现的，一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，它为双层梯度掺杂浓度的非晶硅薄膜（a-Si:H）构成的发射极结构，以重掺杂p-a-Si:H层2/浅掺杂p-a-Si:H层3或重掺杂n-a-Si:H层6/浅掺杂n-a-Si:H层7的复合结构作为a-Si:H/c-Si结构的晶硅异质结太阳电池的发射极，其中所述重掺杂层与导电层1连接，所述浅掺杂层与晶体硅表面的本征a-Si:H层4连接，发射极的掺杂类型由晶体硅的掺杂类型决定：晶体硅为n-型晶体硅5，则发射极为：重掺杂p-a-Si:H层2/浅掺杂p-a-Si:H层结构3；晶体硅为p-型晶体硅8，则发射极为：重掺杂n-a-Si:H层6/浅掺杂n-a-Si:H层7；所述的重掺杂p-a-Si:H层2或重掺杂n-a-Si:H层6的有效掺杂浓度范围为1×1019cm-3~5×1020cm-3，薄膜层的厚度为1~10nm；所述的浅掺杂p-a-Si:H层3或浅掺杂n-a-Si:H层7的有效掺杂浓度范围为1×1018cm-3~4×1019cm-3，薄膜层的厚度为5~30nm。
实施例1：对于采用n-型硅片的晶硅电池，制备p-型层形成pn结，结合本发明的内容表述具体实施案例并结合附图，对本发明做进一步的说明。
p-型双层梯度掺杂发射极的制备顺序及性能参数如下所示：
1）将准备好的已经沉积了本征a-Si:H钝化层的晶硅片上沉积浅掺杂a-Si:H层；该层的厚度为15nm，掺杂浓度为2×1018cm-3。2）在浅掺杂的a-Si:H层上继续沉积重掺杂a-Si:H层；该层厚度为3nm，掺杂浓度为9×1019cm-3。
制备好梯度发射极后按照与单层薄膜构成的发射极一致的流程制备TCO透明导电膜、导电栅线等结构，以构成完整的太阳电池。
所获得的双层梯度掺杂发射极结构的晶硅异质结太阳电池与单层薄膜构成发射极的晶硅异质结太阳电池（发射极的非晶硅薄膜层厚度为18nm，掺杂浓度最优化情况）的AM1.5G光照条件下IV曲线的模拟分析所得到的结果得到附图3；通过附图3的数据可见双层发射极结构的晶硅异质结太阳电池相比于单层发射极结构的短路电流有明显提升，转换效率由单层的19.3%提升到了20.0%。
实施例2：对于采用p-型硅片的晶硅电池，制备n-型层形成pn结，
n-型双层梯度掺杂发射极的制备顺序及性能制备如下所示：
1）将准备好的已经沉积了本征a-Si:H钝化层的晶硅片上沉积浅掺杂a-Si:H层；该层的厚度为15nm，掺杂浓度为1.5×1018cm-3。2）在浅掺杂的a-Si:H层上继续沉积重掺杂a-Si:H层；该层厚度为3nm，掺杂浓度为9×1019cm-3。
制备好梯度发射极后安装与单层薄膜构成的发射极一致的流程制备TCO透明导电膜、导电栅线等结构。
所获得的双层梯度掺杂发射极结构的晶硅异质结太阳电池与单层薄膜构成发射极的晶硅异质结太阳电池（发射极非晶硅薄膜厚度为18nm，掺杂浓度最优化）的AM1.5G光照条件下IV曲线的对比结果得到附图4；通过附图4可见双层发射极结构的晶硅异质结太阳电池相比于单层发射极结构的短路电流有明显提升，转换效率由单层的17.7%提升到了19.0%。

Claims (3)

1.一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，其特征在于：它为双层梯度掺杂浓度的非晶硅薄膜（a-Si:H）构成的发射极结构，以重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层或重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层的复合结构作为a-Si:H/c-Si结构的晶硅异质结太阳电池的发射极，其中重掺杂层与导电层连接，浅掺杂层与晶体硅表面的本征a-Si:H层连接，发射极的掺杂类型由晶体硅的掺杂类型决定：晶体硅为n-型，则发射极为：重掺杂p-a-Si:H层/浅掺杂p-a-Si:H层结构；晶体硅为p-型，则发射极为：重掺杂n-a-Si:H层/浅掺杂n-a-Si:H层。
2.如权利要求1所述一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，其特征在于：所述的重掺杂p-a-Si:H层或重掺杂n-a-Si:H层的有效掺杂浓度范围为1×1019cm-3~5×1020cm-3，薄膜层的厚度为1~10nm。
3.如权利要求1所述一种晶硅异质结太阳电池的发射极结构，其特征在于：所述的浅掺杂p-a-Si:H层或浅掺杂n-a-Si:H层的有效掺杂浓度范围为1×1018cm-3~4×1019cm-3，薄膜层的厚度为5~30nm。
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