[go: up one dir, main page]

CN113948600B - 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113948600B
CN113948600B CN202111211726.6A CN202111211726A CN113948600B CN 113948600 B CN113948600 B CN 113948600B CN 202111211726 A CN202111211726 A CN 202111211726A CN 113948600 B CN113948600 B CN 113948600B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
ito
alxga1
xas
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111211726.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113948600A (zh
Inventor
王智勇
黄瑞
兰天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202111211726.6A priority Critical patent/CN113948600B/zh
Publication of CN113948600A publication Critical patent/CN113948600A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113948600B publication Critical patent/CN113948600B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/142—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising multiple PN homojunctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/148—Double-emitter photovoltaic cells, e.g. bifacial photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H10F77/488—Reflecting light-concentrating means, e.g. parabolic mirrors or concentrators using total internal reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池及其制备方法，包括：n‑Si层；n‑Si层的上下表面分别掺杂形成p+‑Si层和n+‑Si层，p+‑Si层上依次形成有第一隧道结和ITO分布式反射镜；ITO分布式反射镜上制备AlxGa1‑xAs子电池，AlxGa1‑xAs子电池和n+‑Si层上分别制备减反射层、欧姆接触层和金属电极。本发明的太阳能电池可以双面受光，内部设有多层ITO反射镜，可以将入射光在电池内部进行多次反射，有效提高对太阳光的吸收效率。

Description

一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
供应趋于紧张的能源始终是推动经济和社会发展的重要基础，当前利用可再生能源来代替被过度开采的不可再生能源已是国际在资源研究方面共同的努力方向。发展光伏产业已被国家与政府提高到了一个更高的层次，也必然会成为推动能源转型和落实能源生产与消费革命的关键动力之一。目前光伏行业应用的半导体材料较多，其中常见的直接带隙材料包括非晶硅和InSb，CdTe，GaAs等，间接带隙材料包括硅、锗等。直接带隙材料，在本征吸收限以上，随着入射光子能量的提高，吸收系数随之迅速变大，所以在光伏应用领域中，直接带隙材料适合制作薄膜类太阳能电池，只需要较薄厚度就能够完成吸收。虽然间接带隙材料对入射光子的吸收系数普遍低于直接带隙，但由于常见的硅材料具有合适的禁带宽度、非常成熟的制作工艺和很低的成本，间接带隙材料制成的晶硅太阳能电池仍是使用最广的光伏电池，其发电原理是基于光照条件下的半导体发电技术。当晶硅太阳能电池处于太阳光下时会产生光的入射吸收，同时伴随着光的折射、反射及透射过程，光吸收的机制就是在光照条件下非平衡载流子的激发。当光的吸收率越高，说明太阳能电池表面结构对光的利用率越高，故在制成太阳能电池的工艺过程中，要尽可能降低电池表面的反射率，提高入射率。
太阳能电池的吸收光谱范围主要受到电池材料性质、厚度和表面特性共同决定。由于只有能量高于半导体材料的禁带宽度的光子能被吸收，半导体材料的禁带宽度决定了材料能吸收的光子的最小能量，即最大波长。材料对光的吸收系数和厚度还共同决定了哪些波长的光可以被吸收，以晶硅电池为例，200μm厚度的电池，光在里面一次反射走过的总路径为400μm，这样可以基本保证900nm以下光的吸收，900nm以上的光由于在硅中的吸收系数太小，需要走过更长的距离才能被完全吸收。通过提高硅片内部的反射可以提高对光的吸收。因此可以在太阳能电池的内部增加反射部分，以此来提高对太阳能光的吸收。
现有技术制备的双面双结太阳能电池没有充分考虑到通过在结构内部增加反射部分来提高对太阳光的吸收效率。只考虑到通过增加不同的材料形成多结太阳能电池来实现对不同波长太阳光的吸收。这种方法不利于提高对太阳光的吸收效率，且制备工艺复杂，成本较高，不适合于大规模产业化生产。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池及其制备方法，本发明的太阳能电池可以双面受光，内部设有多层ITO反射镜，可以将入射光在电池内部进行多次反射，有效提高对太阳光的吸收效率。
本发明公开了一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池，包括：n-Si层；
所述n-Si层的上下表面分别掺杂形成p+-Si层和n+-Si层，所述p+-Si层上依次形成有第一隧道结和ITO分布式反射镜；
所述ITO分布式反射镜上制备AlxGa1-xAs子电池，所述AlxGa1-xAs子电池和所述n+-Si层上分别制备减反射层、欧姆接触层和金属电极。
作为本发明的进一步改进，所述ITO分布式反射镜包含多对交替生长的不同折射率的ITO薄膜。
作为本发明的进一步改进，所述ITO薄膜的周期数为20～40对。
作为本发明的进一步改进，所述AlxGa1-xAs子电池包括n-AlxGa1-xAs层，所述n-AlxGa1-xAs层的上下表面分别掺杂形成p+-AlxGa1-xAs层和n+-AlxGa1-xAs层，所述n+-AlxGa1- xAs层键合在所述ITO分布式反射镜上，所述p+-AlxGa1-xAs层上制备所述减反射层。
本发明还公开了一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池的制备方法，包括：
对n-Si层上下表面进行制绒；
对所述n-Si层的上表面进行p+型掺杂，形成p+-Si层；
对所述n-Si层的下表面进行n+型掺杂，形成n+-Si层；
在所述p+-Si层的上表面进行Si沉积，形成第一隧道结；
在所述第一隧道结的上表面交替生长折射率为n2的ITO薄膜和折射率为n1的ITO薄膜，形成ITO分布式反射镜；
对n-AlxGa1-xAs层的下表面进行n+型掺杂，形成n+-AlxGa1-xAs层；
将所述n+-AlxGa1-xAs层键合在所述ITO分布式反射镜上；
对n-AlxGa1-xAs层的上表面进行p+型掺杂，形成p+-AlxGa1-xAs层；
在所述p+-AlxGa1-xAs层和n+-Si层上分别沉积生长减反射膜，并分别制备正面电极和背面电极。
作为本发明的进一步改进，所述折射率为n1的ITO薄膜是通过用电子束蒸发生长的，厚度为100nm～300nm，气压为10-6mbar～10-7mbar，温度在400℃～600℃。
作为本发明的进一步改进，所述折射率为n2的ITO薄膜是通过用磁控溅射法生长的，厚度为100nm～300nm，气压为10-6mbar～10-7mbar，温度在400℃～600℃。
作为本发明的进一步改进，所述n-AlxGa1-xAs层的x的取值范围为0≤x≤0.8。
作为本发明的进一步改进，所述n-Si层和n-AlxGa1-xAs层的掺杂采用加热扩散或离子注入。
作为本发明的进一步改进，所述第一隧道结通过PECVD制备或通过激光脉冲沉积(PLD)法制备，沉积厚度为10nm～30nm，气压为1500mtorr～4500mtorr，功率在5000W～6500W，温度在400℃～500℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明主要通过在双面双结太阳能电池的内部沉积多层ITO分布式布拉格反射镜实现对入射光束的反射，提高对太阳光的吸收效率；在同等条件下，可以大大提高电池对太阳光的利用率；
本发明太阳能电池结构简单，制备成本低，有利于提高太阳能电池的光电转化效率，适合于大规模工业化的生产制造。
附图说明
图1为ITO分布式布拉格反射镜的工作原理图；
图2为本发明一种实施例公开的多层ITO反射的双面双结太阳能电池的结构示意图。
图中：
1.减反射层，2.正面电极，3.欧姆接触层，4.p+-AlxGa1-xAs层，5.n-AlxGa1-xAs层，6.n+-AlxGa1-xAs层，7.折射率为n1的ITO薄膜，8.折射率为n2的ITO薄膜，9.第一隧道结，10.p+-Si层，11.n-Si层，12.n+-Si层，13.背面电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池及其制备方法，其在太阳能电池内部沉积多层ITO形成分布式布拉格(Distributed Bragg Reflection，简称DBR)反射镜，典型的DBR反射镜是由1/4波长厚度的高折射率和低折射率材料交替组成(n为该层的折射率)，其折射率取决于组成对数、边界条件以及折射率差。DBR反射镜的工作原理如图1所示，根据反射原理，当光从光疏介质n1射向光密介质n2(折射率n2>n1)时，反射光会在界面处发生半波损失，相位产生π的变化。光进入DBR层，会在每层的上下表面各发生一次反射，根据DBR的设计原理，当DBR工作中心波长为λ0，厚度为d[d＝λ0/(4n)]时，则两次的反射光同相，叠加增强，即增加了总体的反射系数。一组DBR一般由20-40对薄膜组成。而DBR实际就是两种折射率的介质交替叠层，DBR的层数越多，反射率就越高，最终DBR的反射系数就可以达到很高的水平。DBR反射率由组成DBR的各层材料折射率差和DBR周期数决定的，其组带宽度取决于两种材料的折射率差以及DBR的中心波长λ0。
由于ITO薄膜的结构特征在很大程度上取决于其沉积工艺参数，因此可以形成具有不同的折射率的导电材料；例如，在加热至500℃的衬底上通过电子束蒸发生长的薄膜的有效折射率在波长为420nm-450nm范围内的折射率为1.34～1.36。同时，通过磁控溅射在冷衬底上沉积并在氮气氛围中在相同温度下退火的薄膜在相同波长范围内的折射率为2.06～2.11；在高温下利用电子束蒸发和磁控溅射对衬底进行ITO沉积，然后对沉积的ITO薄膜进行高温退火，可以获得具有不同密度和相应的不同折射率值的薄膜。
基于上述研究，如图2所示，本发明提供一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池，包括：减反射层1、正面电极2、欧姆接触层3、p+-AlxGa1-xAs层4、n-AlxGa1-xAs层5、n+-AlxGa1- xAs层6、折射率为n1的ITO薄膜7、折射率为n2的ITO薄膜8、第一隧道结9、p+-Si层10、n-Si层11、n+-Si层12和背面电极13；其中，
n-Si层11的上下表面分别掺杂形成p+-Si层10和n+-Si层12，p+-Si层10上依次形成有第一隧道结9和ITO分布式反射镜；其中，ITO分布式反射镜包含多对交替生长的不同折射率的ITO薄膜，ITO薄膜是由氧化铟锡材料沉积制得，ITO薄膜的周期数为20～40对；具体的，ITO分布式反射镜的下层(与第一隧道结9相接触侧)为折射率为n2的ITO薄膜8，上层为折射率为n1的ITO薄膜7，n2＞n1。ITO分布式反射镜上层制备AlxGa1-xAs子电池，AlxGa1-xAs子电池包括n-AlxGa1-xAs层5，n-AlxGa1-xAs层5的上下表面分别掺杂形成p+-AlxGa1-xAs层4和n+-AlxGa1-xAs层6，n+-AlxGa1-xAs层6键合在ITO分布式反射镜上层的折射率为n1的ITO薄膜7上。p+-AlxGa1-xAs层4上制备减反射层1、正面电极2和欧姆接触层3，n+-Si层12上制备减反射层1、背面电极13和欧姆接触层3。
进一步，减反射层1的材料可以为氮化硅、二氧化硅、二氧化钛等材料。
本发明提供一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池的制备方法，包括：
对n-Si层11上下表面进行制绒；
对n-Si层11的上表面进行p+型掺杂，形成p+-Si层10；
对n-Si层11的下表面进行n+型掺杂，形成n+-Si层12；
在p+-Si层10的上表面进行Si沉积，形成第一隧道结9；
在第一隧道结9的上表面交替生长折射率为n2的ITO薄膜8和折射率为n1的ITO薄膜7，形成ITO分布式反射镜；
对n-AlxGa1-xAs层5的下表面进行n+型掺杂，形成n+-AlxGa1-xAs层6；
将n+-AlxGa1-xAs层6键合在ITO分布式反射镜上；
对n-AlxGa1-xAs层5的上表面进行p+型掺杂，形成p+-AlxGa1-xAs层4；
在p+-AlxGa1-xAs层4和n+-Si层12上分别沉积生长减反射膜1，并分别制备正面电极2、背面电极13和欧姆接触层3。
具体制备方法，包括：
步骤1：n型Si衬底双面制绒。将单晶n型Si片放置在浓度为10％～20％的NaOH溶液中，温度设置为85℃±5℃，向溶液中加入一定量的乙醇溶液，待10min～30min后，将单晶Si片取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，以留作备用；
步骤2：p+-Si和n+-Si层的掺杂。取出制绒完毕的n型Si衬底，将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至800℃～1200℃，让反应持续至少1小时。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，将基座上的Si片翻转至另一面。接着向石英炉管中通入携带有AsH3或PH3的氮气和氧气的混合气体。将石英炉管内的温度升高至800℃～1200℃，让反应持续至少1小时。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Si片；
步骤3：第一隧道结的制备。当Si片掺杂完毕后，在p+-Si层上沉积第一隧道结。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在p+-Si层上沉积生长一层n+型Si层。沉积厚度为5nm～20nm，气压为1500mtorr～1700mtorr，功率在5000W～6500W，温度在400℃～500℃；
步骤4：ITO分布式布拉格反射镜的制备。在第一隧道结上制备ITO分布式布拉格反射镜。首先，利用磁控溅射法在第一隧道结上生长一层折射率为n2的ITO层，厚度为100nm～300nm，气压为10-6mbar～10-7mbar，温度在400℃～600℃。然后接着用电子束蒸发生长一层折射率为n1的ITO薄膜，厚度为100nm～300nm，气压为10-6mbar～10-7mbar，温度在400℃～600℃。以此类推，当沉积20～40对ITO薄膜时，将其放置在退火炉内退火1～2小时，退火温度为400℃～600℃；
步骤5：AlxGa1-xAs子电池的制备。取一块n型AlxGa1-xAs单晶棒，用细金刚丝将n型AlxGa1-xAs单晶棒切割成厚度为10μm～30μm的AlxGa1-xAs单晶片。将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有AsH3或PH3的氮气和氧气的混合气体。将石英炉管内的温度升高至800℃～1200℃，让反应持续至少1小时，形成n+-AlxGa1-xAs层。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的AlxGa1-xAs单晶片；
步骤6：键合和减薄。对n+-AlxGa1-xAs层进行抛光，使表面粗糙度小于0.5nm。将n+-AlxGa1-xAs层键合到ITO分布式布拉格反射镜上，施加的键合力为10kN～50kN，键合时间为1min～30min。键合完毕后，对n型AlxGa1-xAs单晶片进行减薄，使其厚度降低至1μm～2μm；
步骤7：p+-AlxGa1-xAs的制备。将键合完毕的n型AlxGa1-xAs单晶片放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至800℃～1200℃，让反应持续至少1小时，形成p+-AlxGa1-xAs层。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出太阳能电池；
步骤8：减反射层的制备。在太阳能电池的上下表面分别PECVD沉积一层减反射层，厚度为10nm～30nm，气压为1500mtorr～1700mtorr，功率在5000W～6500W，温度在400℃～500℃；
步骤9：欧姆接触层和电极的制备。在上下减反射层上分别制备欧姆接触层和正反面电极。然后用激光将太阳能电池切割成所需要的尺寸。
优选地，Si和AlxGa1-xAs单晶片的掺杂可以通过加热扩散的方式，也可以通过离子注入工艺实现；
优选地，AlxGa1-xAs单晶片中的x的取值范围为0≤x≤0.8；
优选地，ITO薄膜的制备方法也可以选择喷雾法、涂覆法、浸渍法、化学气相沉积法、真空蒸发法、测射法。
实施例1
步骤1：n型Si衬底双面制绒。将单晶n型Si片放置在浓度为10％的NaOH溶液中，温度设置为85℃，向溶液中加入一定量的乙醇溶液，待10min后，将单晶Si片取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，以留作备用；
步骤2：p+-Si和n+-Si层的掺杂。取出制绒完毕的n型Si衬底，将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至900℃，让反应持续2小时。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，将基座上的Si片翻转至另一面。接着向石英炉管中通入携带有PH3的氮气和氧气的混合气体。将石英炉管内的温度升高至900℃，让反应持续2小时。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Si片；
步骤3：第一隧道结的制备。当Si片掺杂完毕后，在p+-Si层上沉积第一隧道结。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在p+-Si层上沉积生长一层n+型Si层。沉积厚度为5nm，气压为1500mtorr，功率在5000W，温度在500℃；
步骤4：ITO分布式布拉格反射镜的制备。在第一隧道结上制备ITO分布式布拉格反射镜。首先，利用磁控溅射法在第一隧道结上生长一层折射率为n2的ITO层，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。然后接着用电子束蒸发生长一层折射率为n1的ITO薄膜，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。以此类推，当沉积20对ITO薄膜时，将其放置在退火炉内退火2小时，退火温度为500℃；
步骤5：Al0.1Ga0.9As子电池的制备。取一块n型Al0.1Ga0.9As单晶棒，用细金刚丝将n型Al0.1Ga0.9As单晶棒切割成厚度为10μm的Al0.1Ga0.9As单晶片。将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有PH3的氮气和氧气的混合气体。将石英炉管内的温度升高至900℃，让反应持续2小时，形成n+-Al0.1Ga0.9As层。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Al0.1Ga0.9As单晶片；
步骤6：键合和减薄。对n+-Al0.1Ga0.9As层进行抛光，使表面粗糙度小于0.5nm。将n+-Al0.1Ga0.9As层键合到ITO分布式布拉格反射镜上，施加的键合力为10kN，键合时间为1min。键合完毕后，对n型Al0.1Ga0.9As单晶片进行减薄，使其厚度降低至1μm；
步骤7：p+-Al0.1Ga0.9As的制备。将键合完毕的n型Al0.1Ga0.9As单晶片放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至900℃，让反应持续至少1小时，形成p+-Al0.1Ga0.9As层。反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出太阳能电池；
步骤8：减反射层的制备。在太阳能电池的上下表面分别PECVD沉积一层减反射层，材料为氮化硅，厚度为10nm，气压为1500mtorr，功率在5000W，温度在500℃；
步骤9：欧姆接触层和电极的制备。在上下减反射层上分别制备欧姆接触层和正反面电极。然后用激光将太阳能电池切割成所需要的尺寸。
实施例2
与实施例1相比，实施例2的注入区别在于通过离子注入实现对Si和AlxGa1-xAs进行掺杂。
步骤1：n型Si衬底双面制绒。将单晶n型Si片放置在浓度为15％的NaOH溶液中，温度设置为90℃，向溶液中加入一定量的乙醇溶液，待10min后，将单晶Si片取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，以留作备用；
步骤2：p+-Si和n+-Si层的掺杂。取出制绒完毕的n型Si衬底，将其放置在离子注入机内的基座上，向Si片注入硼离子，注入深度为200nm，注入剂量为1×1020/cm3。注入结束后，将基座上的Si片翻转至另一面。向Si片注入磷离子，注入深度为200nm，注入剂量为1×1020/cm3。注入完毕后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Si片；
步骤3：第一隧道结的制备。当Si片掺杂完毕后，在p+-Si层上沉积第一隧道结。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在p+-Si层上沉积生长一层n+型Si层。沉积厚度为10nm，气压为1500mtorr，功率在5000W，温度在500℃；
步骤4：ITO分布式布拉格反射镜的制备。在第一隧道结上制备ITO分布式布拉格反射镜。首先，利用磁控溅射法在第一隧道结上生长一层折射率为n2的ITO层，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。然后接着用电子束蒸发生长一层折射率为n1的ITO薄膜，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。以此类推，当沉积20对ITO薄膜时，将其放置在退火炉内退火2小时，退火温度为500℃；
步骤5：Al0.2Ga0.8As子电池的制备。取一块n型Al0.2Ga0.8As单晶棒，用细金刚丝将n型Al0.2Ga0.8As单晶棒切割成厚度为20μm的Al0.2Ga0.8As单晶片。将其放置在离子注入机内的基座上，向Al0.2Ga0.8As单晶片注入磷离子，注入深度为100nm，注入剂量为1×1020/cm3，形成n+-Al0.2Ga0.8As层。反应结束后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Al0.2Ga0.8As单晶片；
步骤6：键合和减薄。对n+-Al0.2Ga0.8As层进行抛光，使表面粗糙度小于0.5nm。将n+-Al0.2Ga0.8As层键合到ITO分布式布拉格反射镜上，施加的键合力为10kN，键合时间为1min。键合完毕后，对n型Al0.2Ga0.8As单晶片进行减薄，使其厚度降低至1μm；
步骤7：p+-Al0.2Ga0.8As的制备。将键合完毕的n型Al0.2Ga0.8As单晶片放置在离子注入机内的基座上，向Al0.2Ga0.8As单晶片注入硼离子，注入深度为100nm，注入剂量为1×1020/cm3，形成p+-Al0.2Ga0.8As层。反应结束后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出太阳能电池；
步骤8：减反射层的制备。在太阳能电池的上下表面分别PECVD沉积一层减反射层，材料为氮化硅，厚度为10nm，气压为1500mtorr，功率在5000W，温度在500℃；
步骤9：欧姆接触层和电极的制备。在上下减反射层上分别制备欧姆接触层和正反面电极。然后用激光将太阳能电池切割成所需要的尺寸。
实施例3
与实施例1相比，实施例3的注入区别在于通过激光脉冲沉积法(PLD)实现对第一隧道结进行制备。
步骤1：n型Si衬底双面制绒。将单晶n型Si片放置在浓度为15％的NaOH溶液中，温度设置为90℃，向溶液中加入一定量的乙醇溶液，待10min后，将单晶Si片取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，以留作备用；
步骤2：p+-Si和n+-Si层的掺杂。取出制绒完毕的n型Si衬底，将其放置在离子注入机内的基座上，向Si片注入硼离子，注入深度为200nm，注入剂量为1×1020/cm3。注入结束后，将基座上的Si片翻转至另一面。向Si片注入磷离子，注入深度为200nm，注入剂量为1×1020/cm3。注入完毕后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Si片；
步骤3：第一隧道结的制备。当Si片掺杂完毕后，在p+-Si层上沉积第一隧道结。利用激光脉冲沉积(PLD)法在p+-Si层上沉积生长一层n+型Si层。沉积厚度为15nm，气压为2000mtorr，功率在5500W，温度在450℃；
步骤4：ITO分布式布拉格反射镜的制备。在第一隧道结上制备ITO分布式布拉格反射镜。首先，利用磁控溅射法在第一隧道结上生长一层折射率为n2的ITO层，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。然后接着用电子束蒸发生长一层折射率为n1的ITO薄膜，厚度为100nm，气压为10-6mbar，温度在500℃。以此类推，当沉积20对ITO薄膜时，将其放置在退火炉内退火2小时，退火温度为500℃；
步骤5：Al0.2Ga0.8As子电池的制备。取一块n型Al0.2Ga0.8As单晶棒，用细金刚丝将n型Al0.2Ga0.8As单晶棒切割成厚度为20μm的Al0.2Ga0.8As单晶片。将其放置在离子注入机内的基座上，向Al0.2Ga0.8As单晶片注入磷离子，注入深度为100nm，注入剂量为1×1020/cm3，形成n+-Al0.2Ga0.8As层。反应结束后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Al0.2Ga0.8As单晶片；
步骤6：键合和减薄。对n+-Al0.2Ga0.8As层进行抛光，使表面粗糙度小于0.5nm。将n+-Al0.2Ga0.8As层键合到ITO分布式布拉格反射镜上，施加的键合力为10kN，键合时间为1min。键合完毕后，对n型Al0.2Ga0.8As单晶片进行减薄，使其厚度降低至1μm；
步骤7：p+-Al0.2Ga0.8As的制备。将键合完毕的n型Al0.2Ga0.8As单晶片放置在离子注入机内的基座上，向Al0.2Ga0.8As单晶片注入硼离子，注入深度为100nm，注入剂量为1×1020/cm3，形成p+-Al0.2Ga0.8As层。反应结束后，待腔室内的温度自然冷却至室温后，取出太阳能电池；
步骤8：减反射层的制备。在太阳能电池的上下表面分别PECVD沉积一层减反射层，材料为氮化硅，厚度为10nm，气压为1500mtorr，功率在5000W，温度在500℃；
步骤9：欧姆接触层和电极的制备。在上下减反射层上分别制备欧姆接触层和正反面电极。然后用激光将太阳能电池切割成所需要的尺寸。
本发明的优点为：
本发明主要通过在双面双结太阳能电池的内部沉积多层ITO分布式布拉格反射镜实现对入射光束的反射，提高对太阳光的吸收效率；在同等条件下，可以大大提高电池对太阳光的利用率；本发明太阳能电池结构简单，制备成本低，有利于提高太阳能电池的光电转化效率，适合于大规模工业化的生产制造。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多层ITO反射的双面双结太阳能电池，其特征在于，包括：n-Si层；
所述n-Si层的上下表面分别掺杂形成p+-Si层和n+-Si层，所述p+-Si层上依次形成有第一隧道结和ITO分布式反射镜；
所述ITO分布式反射镜上制备AlxGa1-xAs子电池，所述AlxGa1-xAs子电池和所述n+-Si层上分别制备减反射层、欧姆接触层和金属电极；
所述AlxGa1-xAs子电池包括n-AlxGa1-xAs层，所述n-AlxGa1-xAs层的上下表面分别掺杂形成p+-AlxGa1-xAs层和n+-AlxGa1-xAs层，所述n+-AlxGa1-xAs层键合在所述ITO分布式反射镜上，所述p+-AlxGa1-xAs层上制备所述减反射层；其中，所述n-AlxGa1-xAs层的x的取值范围为0≤x≤0.8；
所述p+-Si层和n+-Si层的制备过程包括：取出制绒完毕的n型Si衬底，将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至800℃~1200℃，让反应持续至少1小时；反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，将基座上的Si片翻转至另一面，接着向石英炉管中通入携带有AsH3或PH3的氮气和氧气的混合气体；将石英炉管内的温度升高至800℃~1200℃，让反应持续至少1小时；反应结束后，待石英炉管内的温度自然冷却至室温后，取出掺杂完毕的Si片；
所述ITO分布式反射镜包含多对交替生长的不同折射率的ITO薄膜，ITO分布式反射镜与第一隧道结相接触侧为折射率为n2的ITO薄膜，与n+-AlxGa1-xAs层相接触侧为折射率为n1的ITO薄膜，n2＞n1；所述折射率为n1的ITO薄膜是通过用电子束蒸发生长的，厚度为100nm~300nm，气压为10-6mbar~10-7mbar，温度在400℃~600℃；所述折射率为n2的ITO薄膜是通过用磁控溅射法生长的，厚度为100nm~300nm，气压为10-6mbar~10-7mbar，温度在400℃~600℃；所述ITO分布式反射镜沉积完成后，将其放置在退火炉内退火2小时，退火温度为500℃；
n+-AlxGa1-xAs层的制备过程包括：将n型AlxGa1-xAs单晶棒切割成厚度为10μm~30μm的AlxGa1-xAs单晶片，将其放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有AsH3或PH3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至800℃~1200℃，让反应持续至少1小时，形成n+-AlxGa1-xAs层；
p+-AlxGa1-xAs的制备过程包括：将键合完毕的n型AlxGa1-xAs单晶片放置在石英炉管内的基座上，向石英炉管中通入携带有BBr3的氮气和氧气的混合气体，将石英炉管内的温度升高至800℃~1200℃，让反应持续至少1小时，形成p+-AlxGa1-xAs层。
2.如权利要求1所述的双面双结太阳能电池，其特征在于，所述ITO薄膜的周期数为20~40对。
3.一种如权利要求1~2中任一项所述的双面双结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对n-Si层上下表面进行制绒；
对所述n-Si层的上表面进行p+型掺杂，形成p+-Si层；
对所述n-Si层的下表面进行n+型掺杂，形成n+-Si层；
在所述p+-Si层的上表面进行Si沉积，形成第一隧道结；
在所述第一隧道结的上表面交替生长折射率为n2的ITO薄膜和折射率为n1的ITO薄膜，形成ITO分布式反射镜；
对n-AlxGa1-xAs层的下表面进行n+型掺杂，形成n+-AlxGa1-xAs层；
将所述n+-AlxGa1-xAs层键合在所述ITO分布式反射镜上；
对n-AlxGa1-xAs层的上表面进行p+型掺杂，形成p+-AlxGa1-xAs层；
在所述p+-AlxGa1-xAs层和n+-Si层上分别沉积生长减反射膜，并分别制备正面电极和背面电极。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述n-Si层和n-AlxGa1-xAs层的掺杂采用加热扩散或离子注入。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一隧道结通过PECVD制备或通过激光脉冲沉积（PLD）法制备，沉积厚度为10nm~30nm，气压为1500mtorr~4500mtorr，功率在5000W~6500W，温度在400℃~500℃。
CN202111211726.6A 2021-10-18 2021-10-18 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法 Active CN113948600B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111211726.6A CN113948600B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111211726.6A CN113948600B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113948600A CN113948600A (zh) 2022-01-18
CN113948600B true CN113948600B (zh) 2024-06-14

Family

ID=79331362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111211726.6A Active CN113948600B (zh) 2021-10-18 2021-10-18 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113948600B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101197398A (zh) * 2006-12-08 2008-06-11 海德威电子工业股份有限公司 串叠式太阳能电池结构
KR20110106987A (ko) * 2010-03-24 2011-09-30 서울옵토디바이스주식회사 발광다이오드
CN110707172A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 扬州乾照光电有限公司 一种具有布拉格反射层的多结太阳电池及制作方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102931267B (zh) * 2012-11-20 2016-08-03 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种硅基异质结太阳能电池及其制备方法
CN106067493B (zh) * 2016-07-26 2018-05-22 中山德华芯片技术有限公司 一种微晶格失配量子阱太阳能电池及其制备方法
CN107706247B (zh) * 2017-08-22 2023-04-28 南昌凯迅光电股份有限公司 一种具有新型窗口层的高效三结级联砷化镓太阳电池及制造方法
CN111524992A (zh) * 2020-04-20 2020-08-11 中山德华芯片技术有限公司 一种GaInP/GaAs/HIT三结叠层太阳能电池及其制备方法
CN112466976B (zh) * 2020-12-16 2022-04-01 中山德华芯片技术有限公司 一种具有全角反射镜的超薄太阳电池芯片及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101197398A (zh) * 2006-12-08 2008-06-11 海德威电子工业股份有限公司 串叠式太阳能电池结构
KR20110106987A (ko) * 2010-03-24 2011-09-30 서울옵토디바이스주식회사 발광다이오드
CN110707172A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 扬州乾照光电有限公司 一种具有布拉格反射层的多结太阳电池及制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113948600A (zh) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6750394B2 (en) Thin-film solar cell and its manufacturing method
US7199303B2 (en) Optical energy conversion apparatus
US20030172967A1 (en) Solar battery cell and manufacturing method thereof
JP2002057359A (ja) 積層型太陽電池
JP2001308354A (ja) 積層型太陽電池
CN106531834B (zh) 一种hit太阳能电池及其制备方法
JP2003142709A (ja) 積層型太陽電池およびその製造方法
CN116487448B (zh) 薄膜及制备方法、太阳电池及制备方法与光伏组件
JP7109833B2 (ja) 半積層型フレキシブルシリコン系薄膜太陽電池、及びその製造方法
CN110993718A (zh) 一种高转化效率的异质结电池及其制备方法
CN102903775B (zh) 用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构及其制作方法
JP4789131B2 (ja) 太陽電池及び太陽電池の製造方法
CN113948600B (zh) 一种多层ito反射的双面双结太阳能电池及其制备方法
CN118398697A (zh) Ibc电池的背面结构、ibc电池及其制备方法
CN107681020A (zh) 一种提高平面硅异质结太阳电池长波长光响应的方法
WO2012171146A1 (zh) 包含新型减反射层的薄膜太阳能电池及其制造方法
CN103107240B (zh) 多晶硅薄膜太阳能电池及其制作方法
JP2002319688A (ja) 積層型太陽電池
JP5469298B2 (ja) 光電変換装置用透明導電膜、及びその製造方法
CN101521248B (zh) 硅基高效双结太阳能电池的制造方法
JP2002280590A (ja) 多接合型薄膜太陽電池及びその製造方法
CN105895712A (zh) 一种晶体硅非晶硅层叠电池及其制造方法
CN222547944U (zh) 太阳能电池及光伏组件
CN113948598B (zh) 一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN202996852U (zh) 一种采用新型中间层的叠层太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant