過步驟d處理后的硅單晶片迅速轉移到磁控濺射的樣品臺上固定，然后用機械栗抽真空到10—4 Pa，再利用射頻磁控濺射工藝在硅單晶片的正面上制備厚度為80 nm的ITO薄膜，形成透明半導體層;在制備ITO薄膜時，T⑶靶材采用直徑為77 mm的SnO2和In2O3復合的合金陶瓷革E，革E材的成分為質量百分比為1 wt.%的Sn02和90 wt%的Ιη2θ3組成，派射條件為:濺射功率為100W，工作氣體為高純Ar，工作壓強1.0Pa，襯底溫度250°C，靶基距7cm，濺射時間3分鐘；
f.在步驟e磁控濺射工藝過程中，同時在靶材上施加電位為695V的負偏壓，使ITO靶材中的O離子在偏壓加速下注入硅單晶片表面，在ITO薄膜和硅單晶片的界面處，將O離子注入硅單晶片的Si基體表層，使O離子與硅單晶片的淺層硅原子發生固相反應形成超薄S1x層，從而在ITO薄膜和硅單晶片之間形成厚度為1.4 nm的超薄S1x薄膜，形成超薄絕緣層；
g.在步驟e濺射結束后，將完成超薄S1x薄膜和ITO薄膜的樣品取出并放入真空熱蒸發設備中，再利用掩膜方法，在ITO薄膜上蒸發沉積制備圖案化的Ag/Al柵電極作為前電極，在硅單晶片的背面上蒸發沉積制備Al電極作為背電極，從而最終制成具有IT0/Si0x/n-Si層狀結構的硅基異質結SIS結構太陽電池片。
[0017]h.用WXQH160型金剛石外圓下切害U/劃片機，切去最終制備的硅基異質結SIS結構太陽電池片的邊緣部分，進行精整，防止光電池邊緣短路和增大并聯電阻，得到成品太陽電池片。
[0018]本實施例利用射頻磁控濺射法，制備出具有較高光伏轉換效率的IT0/Si0x/n-Si結構SIS太陽電池。磁控濺射沉積的ITO薄膜結晶度高，并且具有高的紫外一可見光透過率及優異的電學性能。ITO薄膜在整個器件中具有三個重要功能:①優異的增透減反作用，②優良的載流子收集層，③與n-Si基體共同作用形成內建電場。通過磁控濺射中離子淺注入混合技術形成的超薄S1x層不僅作為鈍化層降低界面態，而且可增強光生空穴隧穿。當前制備得到的新型硅基異質結SIS結構太陽電池的最高轉換效率可達到11.5%，本實施例從器件設計原理、模型數值計算和工藝優化的可能性，此器件的光電轉換效率還有較大的提升余地。綜上，本實施例制備的硅基異質結SIS結構太陽電池具有許多獨特的優點，有一定的發展前途，并有推廣應用之遠景。
[0019 ]圖2是本實施例制備的SIS結構太陽電池在光照下的電流-電壓、輸出功率特性曲線圖，從圖中可知，器件的轉化效率為11.5%，開路電壓、短路電流和填充因子分別為0.48V，34.22mA/cm2和69.99%。圖3是本實施例制備的SIS結構太陽電池ITO/Si界面高分辨TEM圖，從圖中可知，在ITO薄膜和硅單晶片之間形成厚度為1.4nm的超薄S1x薄膜。圖4是本實施例制備的SIS結構太陽電池內部元素化合態的XPS深度剖析圖，在在ITO薄膜和硅單晶片的界面處，O離子注入硅單晶片的Si基體表層，使O離子與硅單晶片的淺層硅原子發生固相反應形成超薄S1x層，通過XPS深度剖析，可知超薄S1x層是由Si20、S1、Si2O3和S12—系列硅氧化物復合而成的復合硅氧化物材料層。圖5是本實施例制備的SIS結構太陽電池中ITO薄膜的載流子濃度對器件開路電壓的影響關系圖，從圖中可知，SIS結構太陽電池中ITO薄膜的載流子濃度和器件開路電壓之間存在線性關系，表示隨著SIS結構太陽電池中ITO薄膜的載流子濃度的增加，器件開路電壓緩慢降低。圖6是本實施例制備的SIS結構太陽電池中電子和空穴隧穿因子對開路電壓的影響關系圖，從圖中可知，空穴隧穿因子越大，則開路電壓越大，而電子隧穿因子反之。圖7是本實施例制備的SIS結構太陽電池的外量子效率圖，從圖中可知，器件的光譜相應范圍在300?1100 nm，當波長在600 nm時，量子效率最高為98%。圖8是本實施例制備的SIS結構太陽電池的溫度響應關系圖，從圖中可知，器件的輸出功率具有良好的負溫度系數，系數為-0.34%/°C(優于晶硅電池，而略差于HIT電池)，開路電壓的負溫度系數為-0.3%/°C。圖9是本實施例制備的SIS結構太陽電池的時間穩定性驗證對比圖，從圖中可知，器件在長達一年的工作過程中，轉換效率沒有明顯衰退，基本維持在9.0%，說明該器件具有長時間的穩定性。本實施例采用晶硅表面處理非法、射頻磁控濺射沉積ITO工藝、離子淺注入混合工藝和熱蒸發金屬電極工藝制備硅基異質結SIS結構太陽電池，本實施例選用η-型電導、晶向為(100)、電阻率為1.0?2.0 Ω.cm、厚度為130?180 μπι的硅單晶片為襯底。經化學清洗及制絨后，利用射頻磁控濺射工藝制備ITO薄膜。在磁控濺射沉積ITO薄膜材料的工藝過程中，ITO靶材中的O離子在偏壓加速下，注入硅表面，產生固相反應，在硅表層納米尺度范圍形成超薄S1x薄膜。本實施例利用熱蒸發和掩膜技術，在ITO薄膜材料上制備Ag/Al柵電極，在硅襯底背面沉積Al電極。最后用金剛石外圓下切割/劃片機切去電池片邊緣部分，防止光電池邊緣短路。本實施例制備了半導體-絕緣體-半導體接觸SIS結構，顯示了較好的穩定性能和較高的光電轉換效率。
[0020]實驗測試分析:
對本實施例制備硅基異質結SIS結構太陽電池在AM1.5(100 mff/cm2), 25°C條件下進行測試，獲得最高的光電轉換效率達到11.5%，最高開路電壓為0.55 V，最大短路電流為34.22 mA/cm2，最好的填充因子為74.13%。在測量數據的基礎上，經過計算得到本實施例制備的硅基異質結SIS結構太陽電池的輸出功率和開路電壓的負溫度系數分別為-0.34%/°C和-0.30%/°C，并且顯示了較好的穩定性能。
[0021]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種娃基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟如下: a.采用η-型導電、晶向為(100)、電阻率為1.0?2.0Ω.cm且厚度為130?180 μπι的硅單晶片為襯底； b.將在所述步驟a中選取的硅單晶片經化學清洗及表面制絨后，利用射頻磁控濺射工藝在硅單晶片的正面上制備厚度為80?150 nm的ITO薄膜，形成透明半導體層； c.在所述步驟b磁控濺射工藝過程中，同時在靶材上施加電位為600?800V的負偏壓，使ITO靶材中的O離子在偏壓加速下注入硅單晶片表面，在ITO薄膜和硅單晶片的界面處，將O離子注入硅單晶片的Si基體表層，使O離子與硅單晶片的淺層硅原子發生固相反應形成超薄S1x層，從而在ITO薄膜和硅單晶片之間形成超薄S1x薄膜，形成超薄絕緣層； d.在所述步驟b濺射結束后，再利用熱蒸發或掩膜方法，在ITO薄膜上制備圖案化的Ag/Al柵電極作為前電極，在硅單晶片的背面上沉積制備Al電極作為背電極，從而最終制成具有IT0/Si0x/n-Si層狀結構的硅基異質結SIS結構太陽電池片。2.根據權利要求1所述硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于:在所述步驟c中，超薄S1x薄膜的厚度通過控制施加在靶材上的負偏壓的大小和時間負偏壓的持續作用時間進行控制。3.根據權利要求1或2所述硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于:在所述步驟c中，制備所述超薄S1x薄膜的厚度為0.5?2.0 nm。4.根據權利要求1或2所述硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于:在所述步驟b中，采用質量濃度為0.2-1.5 %的他0!1溶液作為腐蝕溶液，對經過化學清洗后的硅單晶片表面進行制絨，在硅單晶片表面形成絨面結構。5.根據權利要求4所述硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于:在所述步驟b中，在NaOH溶液中再加入質量比為0.2%的Na2S13配制成腐蝕溶液，并在對硅單晶片表面進行第一次制絨時使用。6.根據權利要求1或2所述硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，其特征在于:在所述步驟d中，將最終制備的硅基異質結SIS結構太陽電池片的邊緣部分進行切割精整。
【專利摘要】本發明公開了一種硅基異質結SIS結構太陽電池的制備方法，用n-型電導、晶向為（100）、電阻率為1.0~2.0Ω·cm、厚度為130~180μm的硅單晶片為襯底，經化學清洗及制絨后，利用磁控濺射工藝制備ITO薄膜，在磁控濺射過程中，ITO靶材中的O離子在偏壓加速下，注入硅表面，產生固相反應，在硅表層納米尺度范圍形成超薄SiOx薄膜，再利用熱蒸發和掩膜技術，在ITO薄膜材料上制備Ag/Al柵電極，在硅襯底背面沉積Al電極，得到太陽電池片。本發明結合磁控濺射沉積ITO工藝、離子淺注入混合方法和熱蒸發金屬電極工藝制備方法，制備了SIS結構太陽電池片，具有較好的穩定性能和較高的光電轉換效率。
【IPC分類】H01L31/06, H01L31/18
【公開號】CN105449041
【申請號】CN201511005854
【發明人】馬忠權, 杜匯偉, 楊潔
【申請人】上海大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月29日