[发明专利]一种低成本非掺杂异质结晶体硅太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本的非掺杂异质结晶体硅太阳能电池及其制备方法，所用的生长设备包括混气室和反应腔体，生长源溶液通过蒸发器蒸发并采用氢气携带的方式进入混气室，然后进入反应腔体，反应腔体内设有上下两个金属网格电极，射频电压加在上下两个金属网格电极之间。电池具备Ag/ITO/Mnsubgt;z1/subgt;MoOsubgt;y2/subgt;/MoOsubgt;y1/subgt;/SiOsubgt;p/subgt;/p‑c‑Si/SiOsubgt;p/subgt;/TiOsubgt;x1/subgt;/Mnsubgt;z2/subgt;TiOsubgt;x2/subgt;/Ca/Al的结构。本发明能提高氧化钛或氧化钼薄膜对晶体硅的钝化效果，且制备过程中大幅降低了等离子对薄膜的轰击，提升了薄膜的钝化性能。

技术领域

本发明属于晶体硅太阳能电池领域，涉及一种低成本非掺杂异质结晶体硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

为了提升晶体硅(c-Si)太阳能电池的效率，必须降低表面载流子复合、接触电阻、寄生吸收等损耗。在目前主流的发射极及背面钝化电池(PERC)中，金属电极与硅片之间的直接接触会导致光生电子和空穴的严重复合损失，尽管在接触电极的下方采用重掺杂可以显著降低载流子复合，但会导致俄歇复合和自由载流子吸收增加，从而降低了电池的性能。因此，为了消除金属与硅的直接接触，人们提出了全表面钝化和选择性载流子接触技术，进一步提高晶体硅太阳能电池的效率。

氧化钛(TiO_x)和氧化钼(MoO_y)具有较大的带隙能(E_g3.0eV)，与非晶硅的1.7eV的带隙相比，可以大幅降低寄生吸收。同时，由于氧化钛具有较低的功函数(3.8～4.2eV)，TiO_x/c-Si界面的导带偏移较小，价带偏移较大，因此很适合作为晶体硅异质结电池的电子选择性接触层。氧化钼具有较高的功函数(5.4～6.1eV)，TiO_x/c-Si界面的导带偏移较大，价带偏移较小，因此很适合作为晶体硅异质结电池的空穴选择性接触层。

与在晶体硅前后表面沉积一层本征氢化非晶硅薄膜和一层与掺杂种类相反的掺杂氢化非晶硅薄膜的异质结晶体硅(HIT)电池相比，目前TiO_x/c-Si/MoO_y结构的非掺杂异质结硅太阳能电池的效率还是偏低，主要原因是TiO_x和MoO_y薄膜的电阻率很大，使得作为钝化接触层用薄膜厚度一般要小于10nm，否则会导致较大的接触电阻，但是钝化层太薄，钝化效果就会变差，表面复合电流会增加。另外，随着氧化钛或氧化膜薄膜的沉积温度或随后的退火温度增加，薄膜从非晶态转化为晶态，对晶体硅表面的钝化效果变差。目前，氧化钛和氧化钼薄膜都是采用热蒸发或原子层沉积(ALD)方法制备，热蒸发方法很难较为精确控制薄膜厚度和氧的组分，原子层沉积方法沉积速率很慢，设备昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本非掺杂异质结晶体硅太阳能电池及其制备方法。

申请人研究发现，在氧化钛和氧化钼薄膜的生长过程中，当掺杂的锰离子半径与钛离子或钼离子的半径相差较大时，锰离子取代钛离子或钼离子会引起晶格畸变，这种由于畸变引起的应力会阻挡晶粒边界的移动，抑制了晶粒的长大。另一方面，替代钛离子或钼离子的掺杂锰离子随机地分布在晶格中钛离子或钼离子位置上，形成氧化钛-锰氧化物或氧化钼-锰氧化物，从而也抑制了晶粒的进一步生长。所以，在氧化钛或氧化钼中掺入锰离子，可以抑制氧化钛或氧化钼薄膜从非晶态相向晶态相的转变，或者说提高了相变转化温度，从而提高了氧化钛或氧化钼薄膜对晶体硅的钝化效果。