本發(fā)明屬于微電子制造技術(shù)領(lǐng)域，也屬于新能源領(lǐng)域，更具體地，涉及一種帶DBRs(Distributed Bragg reflectors，分布式布拉格反射器)的HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，帶有本征薄層的異質(zhì)結(jié))太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

能源是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力，是社會發(fā)展之本。本世紀(jì)人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)峻形勢下人類如何進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展已成為全球熱點(diǎn)問題。人類一切活動均離不開能源，社會發(fā)展依賴能源。常規(guī)能源如煤、石油和天然氣匱乏不足，可支撐全球發(fā)展時間不多，更重要的是化石能源的開發(fā)利用帶來了如土地資源被毀、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題，對人類生活環(huán)境造成不可恢復(fù)的損傷。太陽能清潔污染、取之不盡用之不竭，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，符合未來新能源的發(fā)展要求。

目前，占主流的太陽能電池仍是晶體硅太陽能電池。雖然晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率目前已達(dá)到25％左右，但是成本還是太貴，原因是晶體硅太陽能電池需要經(jīng)過高溫擴(kuò)散工藝形成PN結(jié)，還需要許多復(fù)雜工藝來獲得高轉(zhuǎn)換效率。為了降低成本，同時保持高轉(zhuǎn)換效率，采用非晶硅/單晶硅異質(zhì)結(jié)是很好的選擇。HIT太陽能電池采用非晶硅薄膜/單晶硅襯底異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，綜合了單晶硅和非晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)，是充分發(fā)揮各自長處的最佳設(shè)計。

HIT太陽能電池一般通過PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)系統(tǒng)制備。其P型窗口層在低氫氣稀釋比(R_H)下制備，其光透過率和電導(dǎo)率都比較低；而在高R_H下制備，高能氫等離子會對本征非晶硅層造成損傷，使得界面復(fù)合增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提高HIT太陽能電池效率，旨在解決P型窗口層性能不佳的問題。

本發(fā)明提供了一種HIT太陽能電池，包括：N型單晶硅襯底、本征氫化非晶硅層、第一P型微晶硅層、第二P型微晶硅層、第一ITO透明導(dǎo)電薄膜、正面柵線電極、第二ITO透明導(dǎo)電薄膜和背電極；在N型單晶硅襯底的一面依次附著有本征氫化非晶硅層、第一P型微晶硅層、第二P型微晶硅層和第一ITO透明導(dǎo)電薄膜，在N型單晶硅襯底的另一面附著有第二ITO透明導(dǎo)電薄膜，在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜上設(shè)置有背電極；正面柵線電極設(shè)置在第一ITO透明導(dǎo)電薄膜上；所述第二P型微晶硅層的氫氣稀釋比R_H大于所述第一P型微晶硅層的氫氣稀釋比R_H。

更進(jìn)一步地，HIT太陽能電池還包括設(shè)置在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜上的DBRs，所述DBRs包括：依次附著在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜上的第一N型非晶硅薄膜、第一氮化硅薄膜，第二N型非晶硅薄膜、第二氮化硅薄膜，第三N型非晶硅薄膜和第三氮化硅薄膜。

更進(jìn)一步地，第一P型微晶硅層的厚度為4nm～10nm；第二P型微晶硅層的厚度為15nm～40nm。

更進(jìn)一步地，在所述DBRs中，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度d_a-Si＝λ/4n_a-si，第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的厚度其中λ為波長，n_a‐Si為N⁺非晶硅層的折射率，為氮化硅層的折射率。

更進(jìn)一步地，第一N型非晶硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜和第三N型非晶硅薄膜的厚度為57nm～78nm，第一氮化硅薄膜、第二氮化硅薄膜和第三氮化硅薄膜的厚度為99nm～136nm。

本發(fā)明還提供了一種HIT太陽能電池的制備方法，包括下述步驟：

(1)清洗硅片并制備絨面，得到潔凈并具有絨面的單晶硅片A；

(2)采用H等離子鈍化A的上表面、并用PECVD在A的上表面制備本征非晶硅層，得到帶有本征非晶硅薄膜的硅片B；

(3)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，并在B的上表面制備低R_H的P型微晶硅層，得到的硅片C；

(4)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在C的上表面制備高R_H的P型微晶硅層，得到的硅片D；

(5)在D的上表面和下表面分別制備ITO透明導(dǎo)電薄膜后獲得硅片E；

(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉積厚度為57nm～78nm重?fù)诫s的N型非晶硅和厚度為99nm～136nm氮化硅；并重復(fù)兩次后獲得帶DBRs的硅片F(xiàn)；

(7)在F的上表面制備鋁柵電極后獲得H；

(8)用掩模板遮住H的下表面制備了DBRs的區(qū)域，在H的下表面制備金屬鋁背電極，獲得帶DBRs的HIT太陽能電池。

更進(jìn)一步地，在步驟(3)中，BH₃/SiH₄＝0.01～0.03，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.7％～1.5％，時間30s～60s，功率80W～120W，溫度150℃～200℃，真空室壓強(qiáng)保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。

更進(jìn)一步地，在步驟(4)中，BH₃/SiH₄＝0.01～0.03，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.3％～0.5％，時間150s～300s，功率80W～120W，溫度150℃～200℃，真空室壓強(qiáng)保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。

本發(fā)明通過優(yōu)化P型窗口層既能減小對本征層的損傷，又能減少P型窗口層對光的吸收和提高導(dǎo)電性。并在電池的背表面設(shè)計一個DBRs，可以提高HIT太陽能電池對800nm～1100nm波段范圍的光的吸收，進(jìn)而能有更高的量子效率，提高開路電壓和短路電流，使電池的轉(zhuǎn)換效率有明顯的提升。從而HIT太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率更加接近傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的帶DBRs的HIT太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為第一ITO透明導(dǎo)電薄膜，2為高R_H的P型微晶硅層，3為低R_H的P型微晶硅層，4為本征氫化非晶硅層，5為N型單晶硅襯底，6為背電極，7為重?fù)诫sN型非晶硅薄膜，8為氮化硅薄膜，9為正面Al柵線電極，10為第二ITO透明導(dǎo)電薄膜。

圖2帶DBRs的HIT太陽電池工藝流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的目的是針對當(dāng)前HIT太陽能電池對近紅外光的吸收不足，設(shè)計了一種DBRs背反射結(jié)構(gòu)；以及對HIT太陽能電池窗口層進(jìn)行優(yōu)化，來降低界面缺陷，減小窗口層對光的吸收，并提高導(dǎo)電率，可以有效的提高電池的轉(zhuǎn)換效率。

HIT太陽能電池對800nm～1100nm波段范圍內(nèi)的太陽光吸收系數(shù)較低。在電池的背表面設(shè)計一個DBRs，可以提高HIT太陽能電池對這個波段范圍的光的吸收，進(jìn)而能有更高的量子效率，提高開路電壓和短路電流，使電池的轉(zhuǎn)換效率有明顯的提升。由N⁺-a-Si/Si₃N₄薄膜構(gòu)成的DBRs結(jié)構(gòu)，其中d_a-Si＝λ/4n_a-si,d_a-Si為N⁺非晶硅層的厚度，λ為波長，n_a‐Si為N⁺非晶硅層的折射率(約為3.5)，為氮化硅層的厚度，為氮化硅層的折射率(約為2.02)。該結(jié)構(gòu)對800nm～1100nm的光的反射率達(dá)到70％～90％，使得N型晶硅襯底能夠更好的吸收該波段范圍內(nèi)的光，從而其電池光電轉(zhuǎn)換效率更加接近傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池。

HIT太陽能電池中N型單晶體硅襯底作為吸收層，因此要減少P型窗口層對光的吸收。P型窗口層的晶化率越高，其導(dǎo)電性越好，吸收系數(shù)越小。通過控制氫氣稀釋比可以控制P型窗口層的晶化率，且氫氣稀釋比越大，其晶化率越高。但是，過高的氫氣稀釋比會對底下的本征層造成損傷。因此，通過先制備一層低R_H的P型微晶硅層，然后在其上制備高氫R_H的P型微晶硅層。這樣，既能減小對本征層的損傷，又能減少P型窗口層對光的吸收和提高導(dǎo)電性。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種HIT太陽能電池，包括：N型單晶硅襯底(N-c-Si)5、本征氫化非晶硅層(a-Si：H)4、第一P型微晶硅層3、第二P型微晶硅層2、第一ITO(indium tin oxide)透明導(dǎo)電薄膜1、正面柵線電極9、第二ITO透明導(dǎo)電薄膜10、背電極6；在N型單晶硅襯底5的一面依次附著有本征氫化非晶硅層4、第一P型微晶硅層3、第二P型微晶硅層2和第一ITO透明導(dǎo)電薄膜1，在N型單晶硅襯底5的另一面附著有第二ITO透明導(dǎo)電薄膜10，在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜10上設(shè)置有背電極6；正面柵線電極9設(shè)置在第一ITO透明導(dǎo)電薄膜1上。其中，第二P型微晶硅層的R_H大于第一P型微晶硅層的R_H。

HIT太陽能電池中N型單晶體硅襯底作為吸收層，因此要減少P型窗口層對光的吸收。P型窗口層的晶化率越高，其導(dǎo)電性越好，吸收系數(shù)越小。通過控制氫氣稀釋比可以控制P型窗口層的晶化率，且氫氣稀釋比越大，其晶化率越高。但是，過高的氫氣稀釋比會對底下的本征層造成損傷。因此先在本征層上制備低R_H的第一P型微晶硅層，來減小對H等離子體對本征層的損傷；再制備高R_H的第二P型微晶硅層，來提高窗口層的電導(dǎo)率和光透過率。

在本發(fā)明中，HIT太陽能電池還包括DBRs，設(shè)置在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜10上；且DBRs是由三層重?fù)诫sN型非晶硅薄膜7和氮化硅薄膜8相互交疊構(gòu)成，即在第二ITO透明導(dǎo)電薄膜10上依次附著有第一N型非晶硅薄膜、第一氮化硅薄膜，第二N型非晶硅薄膜、第二氮化硅薄膜，第三N型非晶硅薄膜和第三氮化硅薄膜。

針對HIT太陽能電池對800nm～1100nm波段范圍內(nèi)的太陽光吸收系數(shù)較低。在電池的背表面設(shè)計一個DBRs，可以提高HIT太陽能電池對這個波段范圍的光的吸收，進(jìn)而能有更高的量子效率，提高開路電壓和短路電流，使電池的轉(zhuǎn)換效率得到提升。

所述的HIT太陽能電池，從正面到背面，依次為正面Al柵線電極9、ITO透明導(dǎo)電薄膜1、高R_H的P型微晶硅層2、低R_H的P型微晶硅層3、本征氫化非晶硅層4、N型單晶硅襯底5、ITO透明導(dǎo)電薄膜10、第一N型非晶硅薄膜、第一氮化硅薄膜、第二N型非晶硅薄膜、第二氮化硅薄膜、第三N型非晶硅薄膜、第三氮化硅薄膜。HIT太陽能電池，低R_H的P型微晶硅層的厚度為4nm～10nm；高R_H的P型微晶硅層的厚度為15nm～40nm；N⁺非晶硅層的厚度為57nm～78nm，氮化硅的厚度為99nm～136nm。低R_H的P型微晶硅層的作用主要是保護(hù)本征非晶硅層，太厚會增加電池的串聯(lián)電阻和光學(xué)損失，太薄又起不到保護(hù)的作用；高R_H的P型微晶硅層需要一定厚度來形成PN結(jié)的勢壘區(qū)，太厚也會增加電池的串聯(lián)電阻和光學(xué)損失。選擇合適厚度的N⁺非晶硅層和氮化硅層，可以增加電池對800nm～1100nm波段范圍內(nèi)的太陽光的吸收。

如圖2所示，HIT太陽能電池的制備方法包括以下步驟：

(1)清洗硅片并制備絨面，得到潔凈并具有絨面的單晶硅片，記作A。

(2)采用H等離子鈍化A的上表面、并用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)在A的上表面制備本征非晶硅層，得到帶有本征非晶硅薄膜的硅片，記作B。

(3)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在B的上表面制備低R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.01～0.03，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.7％～1.5％，時間30s～60s，功率80W～120W，溫度150℃～200℃，真空室壓強(qiáng)保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm，得到的硅片記作C；

PECVD系統(tǒng)利用射頻輝光放電在兩電極間產(chǎn)生低溫等離子體，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。

通過控制BH₃摻雜濃度、沉積功率、溫度、壓強(qiáng)和氣體流量可以制備高質(zhì)量P型微晶硅薄膜，沉積時間主要是用來控制薄膜厚度，SiH₄/(H₂+SiH₄)在0.7％～1.5％這個范圍內(nèi)為低R_H。

(4)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在C的上表面制備高R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.01～0.03，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.3％～0.5％，時間150s～300s，功率80W～120W，溫度150℃～200℃，真空室壓強(qiáng)保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm，得到的硅片記作D；

通過控制BH₃摻雜濃度、沉積功率、溫度、壓強(qiáng)和氣體流量可以制備高質(zhì)量P型微晶硅薄膜，沉積時間主要是用來控制薄膜厚度，SiH₄/(H₂+SiH₄)在0.3％～0.5％這個范圍內(nèi)為高R_H。

(5)在D的上表面和下表面分別制備ITO透明導(dǎo)電薄膜，得到的硅片記作E；

(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉積厚度為57nm～78nm重?fù)诫s的N型非晶硅和厚度為99nm～136nm氮化硅；

(7)重復(fù)步驟(6)兩次，制備帶DBRs的硅片，記作F；

(8)在F的上表面制備鋁柵電極，得到H；

(9)用掩模板遮住H的下表面制備了DBRs的區(qū)域，在H的下表面制備金屬鋁背電極，從而最終得到帶DBRs的HIT太陽能電池。

本發(fā)明通過優(yōu)化P型窗口層既能減小對本征層的損傷，又能減少P型窗口層對光的吸收和提高導(dǎo)電性。并在電池的背表面設(shè)計一個DBRs，可以提高HIT太陽能電池對800nm～1100nm波段范圍的光的吸收，進(jìn)而能有更高的量子效率，提高開路電壓和短路電流，使電池的轉(zhuǎn)換效率有明顯的提升。從而HIT太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率更加接近傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施例提供的帶DBRs的HIT太陽電池示意圖。低R_H的P型微晶硅層的厚度為4nm～10nm；高R_H的P型微晶硅層的厚度為15nm～40nm；N⁺非晶硅層的厚度為57nm～78nm，氮化硅的厚度為99nm～136nm。

現(xiàn)借助具體實例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明提供的帶DBRs的HIT太陽電池制備技術(shù)：

實例1：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗工藝處理N型單晶硅襯底，去除表面的顆粒物、有機(jī)物和金屬雜質(zhì)，其中硅片厚度為250um；并采用1.1wt％NaOH、3vol％IPA和1.1wt％Na₂SiO₄的混合溶液在80℃條件下腐蝕N型單晶硅襯底25min，獲得潔凈并具有絨面的單晶硅片，記作A；

(2)在PECVD系統(tǒng)中通入NH₃，用H等離子轟擊A的上表面來達(dá)到鈍化效果，流量控制在25sccm，真空室壓強(qiáng)保持在1Pa，時間30s，功率60W，溫度100℃，；在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄，流量控制在40sccm，真空室壓強(qiáng)保持在133Pa，時間30s,功率80W，溫度180℃，在A的上表面制備本征氫化非晶硅層，得到B；

(3)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在B的上表面制備低R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.015，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.9％，時間30s，功率100W，溫度180℃，真空室壓強(qiáng)保持在100Pa，流量控制在40sccm，得到C；

(4)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在C的上表面制備高R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.015，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.4％，時間150s，功率100W，溫度180℃，真空室壓強(qiáng)保持在100Pa，流量控制在40sccm，得到D；

(5)采用磁控濺射的方法在D的上表面和下表面分別制備80nm的ITO透明導(dǎo)電薄膜，得到E；

(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉積厚度為57nm重?fù)诫s的N型非晶硅和厚度為99nm氮化硅；

(7)重復(fù)步驟(6)兩次，得到F；

(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在F的上表面印刷銀漿，膜的厚度為10um，然后低溫?zé)Y(jié)制成電極，燒結(jié)溫度為300℃，時間為2小時，形成鋁柵電極，得到G；

(9)用掩模板遮住G的下表面制備了DBRs的區(qū)域，在G的下表面，熱蒸發(fā)制備厚度為150nm的金屬鋁背電極，并在H₂氣氛下退火，退火溫度為450℃，退火處理時間為30min，從而最終得到帶DBRs的HIT太陽能電池。

實例2：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗工藝處理N型單晶硅襯底，去除表面的顆粒物、有機(jī)物和金屬雜質(zhì)，其中硅片厚度為250um；并采用1.1wt％NaOH、3vol％IPA和1.1wt％Na₂SiO₄的混合溶液在80℃條件下腐蝕N型單晶硅襯底25min，獲得潔凈并具有絨面的單晶硅片，記作A；；

(2)在PECVD系統(tǒng)中通入NH₃，用H等離子轟擊A的上表面來達(dá)到鈍化效果，流量控制在25sccm，真空室壓強(qiáng)保持在1Pa，時間30s，功率60W，溫度100℃；在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄，流量控制在40sccm，真空室壓強(qiáng)保持在133Pa，時間30s,功率80W，溫度180℃，在A的上表面制備本征氫化非晶硅層，得到B；

(3)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在B的上表面制備低R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.01，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.7％，時間45s，功率100W，溫度200℃，真空室壓強(qiáng)保持在150Pa，流量控制在30sccm，得到C；

(4)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄、H₂和BH₃，在C的上表面制備高R_H的P型微晶硅層，BH₃/SiH₄＝0.02，SiH₄/(H₂+SiH₄)＝0.4％，時間225s，功率100W，溫度200℃，真空室壓強(qiáng)保持在150Pa，流量控制在30sccm，得到D；

(5)采用磁控濺射的方法在D的上表面和下表面分別制備80nm的ITO透明導(dǎo)電薄膜，得到E；

(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉積厚度為63nm重?fù)诫s的N型非晶硅和厚度為109nm氮化硅；

(7)重復(fù)步驟(6)兩次，得到F；

(8)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在F的上表面印刷銀漿，膜的厚度為10um，然后低溫?zé)Y(jié)制成電極，燒結(jié)溫度為300℃，時間為2小時，形成鋁柵電極，得到G；

(9)用掩模板遮住G的下表面制備了DBRs的區(qū)域，在G的下表面，熱蒸發(fā)制備厚度為150nm的金屬鋁背電極，并在H₂氣氛下退火，退火溫度為450℃，退火處理時間為30min，從而最終得到帶DBRs的HIT太陽能電池。

由于制備太陽能電池的步驟是相同的，各個實施例之間的區(qū)別僅僅是各個參數(shù)的區(qū)別的，為了節(jié)省篇幅，上述實例僅僅給出了個別實施例中的參數(shù)；具體實例如下表1所示，表1示出了HIT太陽能電池的制備方法實施例。

表1

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。