[发明专利]具有二维导电材料阵列嵌入式透明电极薄膜的太阳电池

说明书

本发明提出一种具有二维导电材料阵列嵌入式透明电极薄膜的晶硅异质结太阳电池。所述二维导电材料阵列嵌入式透明电极薄膜由置于p型及/或n型掺杂硅基薄膜上的第一层图案化二维导电材料阵列和覆盖于图案化二维导电材料阵列上的第二层透明的保护薄膜构成。该透明电极光透过率接近传统铟基氧化物透明导电薄膜，电阻率低于传统铟基氧化物透明导电薄膜。该透明电极薄膜可以与Smart Wire互连技术很好的匹配，减少贵金属Ag的用量，可以有效降低晶硅异质结太阳电池的成本。

技术领域

本发明属于一种太阳光伏技术领域，特别是涉及一种具有二维导电材料阵列嵌入式透明电极薄膜的异质结晶硅太阳电池。

背景技术

HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer)电池是最先由日本三洋公司推出的一种高效异质结硅基太阳电池。该电池的主要特征在于采用本征硅基薄膜对单晶硅片表面进行高质量的钝化。同时，掺杂和本征硅基薄膜与单晶硅形成异质结从而能够获得高达750mV的开路电压、39.5mA/cm²的短路电流以及24％以上的光电转换效率(Proceedings of the 28th EUPVSEC，2013，748-751)。其制作过程大致如下：利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在表面织构化后的n型单晶Si片的前表面依次沉积本征和p型硅基薄膜层，然后在硅片背表面依次沉积本征和n型硅基薄膜层；接着利用溅射方法在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，最后用丝网印刷的方法在TCO上制作Ag电极，或者采用光刻结合化学电镀的方法在TCO上制作Cu电极。

相对于同质结晶硅太阳电池，为了弥补掺杂非晶硅基薄膜层横向导电能力差的缺点，商用化的HIT电池一般都需要采用高导电性的TCO电极帮助收集光生载流子。同时，为了让更多的太阳光可以被硅片吸收，还要求TCO具有优异的光透过性能。目前，HIT电池中最常用的TCO是掺锡或掺W的氧化铟基薄膜(ITO或IWO)(Solar Energy MaterialSolar Cells，2016，295-314)，它具有导电性好、光透过率高、制备温度低等优异性能。但是，铟元素储量低，价格昂贵。并且，为了获得高质量的氧化铟基薄膜以提高电池效率，常需要用到复杂和昂贵的反应溅射沉积设备(ACS Applied MaterialsInterfaces 2015,7,26522-26529)，使得采用氧化铟基薄膜的成本较高，阻碍了电池成本的下降。因此，寻找可以替代氧化铟基薄膜的透明电极薄膜材料一直是研究的热点。

中国专利(申请号：201310405924.5)以及国际专利(WO 2013/161145 A1)提出p型和n型掺杂薄膜均位于电池背面的设计，从而在电池正面无需制备氧化铟基薄膜。但是，该种电池结构设计会增加HIT电池制备的工艺步骤，影响电池良率的提高。中国专利(申请号：201410586357.2)公开了一种异质结太阳电池及其制作方法，制作了p型非晶硅/金属薄膜层/TCO界面结构的异质结太阳能电池。该金属薄膜层为一层厚度0.1-10nm的连续的薄膜，较佳的厚度为2nm。该专利提出金属薄膜层的加入降低了TCO与p型非晶硅薄膜之间的接触电阻，有利于提高电池的填充因子。但是，由于金属薄膜是连续的，尽管其厚度较薄，仍然会阻碍一部分光线的透过。同时，由于连续的金属薄膜和非晶硅层直接接触，接触面积大，增大了载流子复合的几率，容易引起开路电压和短路电流的下降，降低电池的效率。中国专利(申请号：201310228162.6)提出在TCO上刻蚀出沟槽后再制备金属栅极，使金属栅极一部分延伸进入TCO中。这增加了栅极和TCO的接触面积，减少了接触电阻。同时，通过栅极与TCO之间的侧向接触在一定程度上改善了载流子输运，进而提高太阳电池的填充因子和转化效率。但是该电池结构的实现需要对TCO薄膜进行干法和湿法刻蚀，而干法刻蚀设备和工艺较为昂贵和复杂，湿法刻蚀工艺的控制精度又难以保证。

发明内容