技術領域

本發明涉及新能源領域，尤其涉及一種基于硅襯底的徑向同質異質結太陽電池及其制備方法。

背景技術

隨著環境污染以及傳統能源面臨枯竭的問題，太陽電池作為新能源的一個重要發展方向越來越受到世界各國的關注。提高效率，降低成本是發展太陽電池的永恒話題。對硅電池而言，硅材料成本是電池成本的重要部分。因此使用低級硅片和減小硅片厚度可以有效降低硅太陽電池的成本。例如，冶金級硅成本僅為1.75-2.30$/kg，遠遠低于目前的太陽能級硅，但其純度不能滿足常規晶體硅電池的要求。

2005年美國加州理工學院Kayes等人提出徑向PN結線陣列太陽電池概念，使這種低成本但低質量的硅材料具有在太陽電池領域應用的可能。研究表明，當滿足（1）少數載流子擴散長度小于光吸收厚度時，（2）耗盡區的載流子復合速率不是太大（對于硅，意味著載流子在耗盡區中的壽命要大于10ns）時，徑向PN結線陣列太陽電池表現出比平面PN結太陽電池更大的優勢。此外由于表面是線陣列結構，具有優越的光學減反性能，而且光的吸收方向和載流子的分離方向互相垂直，因此硅襯底可以非常薄，幾十微米即可。

為了提高徑向PN結線陣列太陽電池的性能，大部分研究者采用摻雜非晶硅覆蓋在晶硅表面來形成PN結，中間是本征（I）非晶硅薄膜，用以鈍化線陣列表面大量的懸掛鍵，也就是HIT電池結構在徑向PN結電池中的應用。

然而本征非晶硅薄膜的引入，在減小了界面態密度的同時，也增加了電池的串聯電阻（由于本征非晶硅薄膜的高電阻率特性）。此外徑向PN結電池的線陣列表面結構，不利于非晶硅薄膜的均勻沉積，這將影響界面態密度，而HIT結構的電池性能對界面態密度極為敏感。因此，目前利用HIT結構的徑向PN結線陣列電池效率并不高。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種更有效的界面鈍化方式，來提高徑向PN結線陣列電池效率，同時不增加電池的串聯電阻。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種既能夠提高基于低質量硅片的太陽電池性能及其穩定性，又能夠降低硅太陽電池的成本和對生產工藝的要求的硅基徑向同質異質結太陽電池及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種硅基徑向同質異質結太陽電池，包括：硅襯底和所述硅襯底上的硅線陣列；所述硅線陣列中的各個硅線皆包括內層、中間層和外殼層，在各個所述硅線的所述內層和所述中間層之間形成徑向PN結，在各個所述硅線的所述中間層和所述外殼層之間形成徑向異質結；所述PN結為同質結，所述同質結為晶體硅PN結、PP⁺或NN⁺濃度結，所述異質結為晶體硅/非晶硅PP⁺、P⁺P⁺⁺、N⁺N⁺⁺、NN⁺濃度結或NI、PI結。

進一步地，所述硅線陣列為亞微米或微米硅線陣列；各個所述硅線的所述外殼層為非晶硅薄膜，所述中間層和所述內層為晶體硅。

在本發明的較佳實施方式中，其中，所述硅襯底為P型單晶硅；各個所述硅線的所述內層為P型單晶硅，所述中間層為N型摻雜的單晶硅，所述外殼層為N+型非晶硅薄膜；所述硅襯底的正面形成所述硅線陣列；所述硅襯底的背面依次為本征I型非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜，構成HIT結構。

在本發明的另一較佳實施方式中，其中，所述硅襯底為P型單晶硅；各個所述硅線的所述內層為P型單晶硅，所述中間層為N型摻雜的單晶硅，所述外殼層為N⁺型非晶硅薄膜；所述硅襯底的正面形成所述硅線陣列；所述硅襯底的背面依次為P⁺型摻雜的單晶硅和P⁺⁺型非晶硅薄膜，形成PP⁺同質濃度結和P⁺P⁺⁺異質濃度結。

在本發明的另一較佳實施方式中，其中，所述硅襯底為N型單晶硅；各個所述硅線的所述內層為N型單晶硅，所述中間層為P型摻雜的單晶硅，所述外殼層為P⁺型非晶硅薄膜；所述硅襯底的正面形成所述硅線陣列；所述硅襯底的背面依次為本征I型非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，構成HIT結構。