[发明专利]一种超高填充因子的太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏电池技术领域，具体涉及一种太阳电池及其制造方法。

背景技术

提高太阳电池的效率是人们研究的目标之一，而效率取决于开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)三者的乘积，因此提高FF是增加效率的重要因素。对于实际的太阳电池，影响FF的因素很多，主要与理想因子、串联电阻、并联电阻、开路电压、界面势垒等因素有关。

电池的串联电阻由金属电阻、方块电阻、接触电阻、体电阻等部分组成，一般通过栅电极的优化设计和快速热退火来减小串联电阻。并联电阻包括边缘缺陷或短路引起的漏电、内部缺陷或表面污染引起的复合电流等，一般通过减少工艺过程中引入的污染和边缘腐蚀或刻蚀来减少漏电流。开路电压Voc是影响FF的关键因素，在理想情况下，FF只与Voc有关，Voc越大，FF越高。实际上，Voc主要与材料带隙、材料质量、PN结结构、暗电流等因素有关。暗电流包括反向饱和电流、基区和发射区的漏电流，主要是由于在电池表面、电池PN结区和在工艺过程中引入的有害杂质或缺陷引起载流子复合。虽然非晶硅材料的带隙比单晶Si的带隙大，但是由于材料缺陷较多，导致电池FF较低。此外，界面势垒引入附加电场，抵消部分内建电场，会引起S-shapeJV曲线，导致电池FF显著降低，一般通过降低界面势垒高度来减小附加电场的影响。

即使基本解决了上述有问题，太阳电池的FF还是偏低，例如，目前PERL结构的Si电池的最大FF=0.828（UNSW，Voc=706mV，Jsc=42.7mA/cm²，25%），IBC电池的最大FF=0.8296(Sunpower，Voc=730mV，Jsc=41.22mA/cm²，25%)，HIT+IBC电池的最大FF为0.827（Panasonic，25.6%，Voc=740mv，Jsc=41.8mA/cm²）。可见目前最高效率的Si电池的FF小于0.84，已经十分接近理论最大值（0.85）。其它电池，目前已经获得的FF与理论最大值如下：GaAs单结电池的FF最大为0.88，理论最大值为0.89。CIGS的FF最大为0.79，理论最大值为0.84。CdTe的的FF最大为0.80，理论最大值为0.87。三结GaInP/GaAs/GaInAs的FF为0.87，理论最大值为0.89。可见，即使FF达到理论最大值，太阳电池的FF损失还是十分严重（大于10%），FF损失10%，效率也损失10%。

为解决上述存在的问题，需要对太阳电池的结构和制备工艺过程进行创新，减少FF损失，从而提高太阳电池的转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够减少FF损失、提高转换效率的太阳电池及其制备方法。

本发明提供的太阳电池，其结构组成如图1所示，由下而上依次为上电极1，界面层2，PN的发射层3，PN结的基区4，电池的钝化层5，下电极6；其中，界面层2的材料具有如下特点：

（1）界面层与发射层之间形成一个势垒；

（2）这个势垒方向与PN结方向相反；

（3）这个势垒高度最小为Eg-0.8eV，最大为Eg-0.4eV，Eg为PN结材料的带隙；

（4）形成这个势垒的材料向PN结区的扩散深度小于PN结的发射层厚度。

本发明中，所述界面层2与PN结的发射层3之间形成有一个附加结。该附加结可以是金属半导体结、半导体同质结或异质结等。

本发明还提供上述结构的太阳电池电池的制造方法，具体步骤为：

（1）采用200微米厚p-Si<100>的硅片作为基区4；采用旋涂法在硅片表面旋涂磷浆；

（2）硅片在氮气气氛中加热15min~60min，温度为820℃—920℃；从而在P型衬底上表面形成N层（发射层）3，这样PN结形成；

（3）清洗电池表面，去除表面氧化物等；

（4）蒸镀或生长界面层2，界面层2与N层（发射层）3形成一个附加结，这个附加结的势垒高度和方向由界面层的材料决定，这里可以选择Ag等金属。由于金属和N-Si之间的接触性质，从而金属与N层Si界面形成一个与PN结方向相反的势垒；

（5）在界面层2上蒸镀上电极1；

（6）在基区背面蒸镀或生长钝化层5；

（7）在钝化层上蒸镀下电极6；

（8）为了在界面层2与N层3之间形成高度适合的附加结势垒高度，通过在400℃-800℃温度范围退火，时间为1s—5min。