[发明专利]一种采用无掺杂发射极的太阳电池及其制备方法

说明书

本发明属于晶体硅光伏电池技术领域，具体涉及一种采用无掺杂发射极的太阳电池及其制备方法。本发明的电池结构中的发射极采用低温工艺实现，能耗低，能兼容薄硅片、不依赖于昂贵的管式扩散炉或PECVD装备，降本优势突出；电池结构中的发射极采用免掺杂的宽带隙化合物材料且置于电池背面，无需用到TCO薄膜，寄生性光学吸收较小，能够提升电池的短路电流密度。同时，电池的发射极无需掺杂，工艺大大简化，无需用到高活性金属以及易燃易爆的气体掺杂剂，有助于改善电池的整体稳定性和提升制备流程的安全性；本发明成功实现了电学优化与光学优化的解耦，能有效改善传统太阳电池结构电子选择性传输效果较差的弊端，提升电池转化效率。

技术领域

本发明属于晶体硅光伏电池技术领域，具体涉及一种采用无掺杂发射极的太阳电池及其制备方法。

背景技术

高效低成本的光伏电池对于降低新能源的电力成本和加快实现全球碳中和目标具有重要意义。

当前，主流的电池技术是钝化发射极背面接触(PERC)技术，以及正在逐步实现大规模量产的隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池技术，但由于这两种电池技术都是基于高温(≥800℃)扩散工艺实现的，能耗较高且不兼容薄硅片，不利于后续的降本；并且由于硅片表面重掺杂或者含有重掺杂的、带隙较窄的硅薄膜，带来大的俄歇复合和光学寄生性吸收，不利于电池效率的进一步提升。而基于本征和掺杂硅薄膜的异质结电池(简称 HJT/SHJ/HIT/HDT等)具有绝佳的钝化性能，并实现了高达750mV的开路电压和最高 26.6％的电池效率。但是HJT电池(开路电压高的异质结电池)的实际量产之路并不顺利，主要是因为硅薄膜带隙小、寄生性吸收高，在叠加TCO(透明导电氧化物)薄膜后光学损失较大，导致短路电流密度不易做高。同时，非晶硅薄膜掺杂效率低，尤其是p型结构；此外，硅薄膜的沉积设备昂贵且核心部件主要依赖进口。

为解决传统高温电池能耗高、工艺复杂、效率提升困难和HJT电池工艺窗口窄、成本高昂的不足，人们在大力研究新型的免掺杂异质结电池。目前，研究的免掺杂异质结电池大部分是基于n型硅片，且发射极采用过渡金属氧化物薄膜(如氧化钼、氧化钨、氧化钒等)，存在的突出问题主要包括成本偏高(n型硅片比p型硅片更贵)、正面寄生性吸收大以及界面稳定性差等。另有少数工作是基于p型硅片作为衬底的，主要分为两类，一类是采用常规高温扩散发射极而背面采用免掺杂的空穴传输材料；另一类是正面发射极采用免掺杂材料(如热蒸发的CdS、Ge薄膜、ZnS薄膜等)，并叠加AZO等透明导电薄膜(TCO) 而形成电子传输端。其中，第一类对降低电池成本的作用有限，因为高温扩散型电池的关键就在于发射极；而第二类存在的问题依然是采用前结做发射极，且采用了化合物薄膜 +TCO+密栅的结构，会导致光学损失大。因此，有必要开发新型的免掺杂太阳电池结构，以解决上述技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种采用无掺杂发射极制备太阳电池的方法，该方法无需依赖昂贵的镀膜设备，膜层致密且厚度容易控制，不依赖于高温扩散和危险的气态源掺杂，实现成本相对低廉。

本发明的第二个目的是提供采用上述制备方法制备得到的太阳电池，该电池为基于p 型硅片、采用无掺杂发射极的太阳电池结构，该电池结构能够简化电池的制备工艺，降低硅片成本，同时有效降低电池的光学损失，可以充分利用合适功函数的金属电极增强电学性能(增强电子的选择性传导)，从而提高电池的光电转化效率。

本发明的第一个发明目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种采用无掺杂发射极制备太阳电池的方法，所述太阳电池以p型单晶硅片为衬底，用于吸收阳光产生光生载流子，并采用低温工艺制备无需掺杂且宽带隙的化合物薄膜作为发射极，并将所述发射极置于电池的背面。

优选地，所述无需掺杂且宽带隙的化合物薄膜为硫化镉薄膜，所述硫化镉薄膜的厚度为2-30nm。