技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于異質(zhì)結(jié)太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅基硫化鋅異質(zhì)結(jié)太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽能是人類取之不盡，用之不竭的可再生能源，同時(shí)也是不產(chǎn)生任何環(huán)境污染的清潔能源。充分有效地利用太陽能，對于解決能源短缺及環(huán)境污染有著重要的意義。

不管是常規(guī)晶體硅太陽電池還是高效晶體硅太陽電池，都需經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散工藝制備pn結(jié)，由此將給晶體硅帶來晶格損傷和各種缺陷，引入復(fù)合中心從而降低太陽電池效率。采用非晶硅與晶體硅結(jié)合形成的pn異質(zhì)結(jié)太陽電池則無需高溫工藝，可在低于300℃的條件下制備。1983年Koji Okuda等人采用非晶硅和多晶硅疊層結(jié)構(gòu)在200-300℃條件下制備了效率超過12％的異質(zhì)結(jié)太陽電池。1992年三洋機(jī)電的Makoto Tanaka等人在非晶硅與晶體硅層之間插入了一層本征非晶硅層，在低于200℃的條件下制備了效率超過18％的異質(zhì)結(jié)太陽電池，此電池就是如今的HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer)太陽電池。

HIT太陽電池經(jīng)過多年的研究，取得了25.6％的世界最高效率。近年來國內(nèi)對于HIT太陽電池的研究越來越多，制備出來的電池效率相比三洋機(jī)電的電池效率還有一定差距。HIT電池難點(diǎn)在于無法制備出性能優(yōu)良的本征非晶硅層。而且由于非晶硅的寄生吸收，導(dǎo)致HIT太陽電池的短路電流比其他高效太陽電池的更小。因此需要另辟蹊徑尋找一種寄生吸收小的新材料與晶體硅結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)制備高效太陽電池。

ZnS是重要Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙半導(dǎo)體，具有兩種晶體結(jié)構(gòu)，α-ZnS的晶體結(jié)構(gòu)為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，室溫下光學(xué)帶隙為3.9eV；β-ZnS為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，室溫下光學(xué)帶隙為3.6eV，于1020℃轉(zhuǎn)化為α型。ZnS具有較高的激子束縛能(40meV)，在短波長半導(dǎo)體激光器、發(fā)光二極管、紫外光電探測器等短波長光電器件領(lǐng)域有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。目前ZnS在太陽電池領(lǐng)域的應(yīng)用主要是利用其無毒無污染的特性替代CdS用在CIGS薄膜太陽電池中用作緩沖層，目前采用ZnS作為緩沖層的CIGS太陽電池的世界最高效率為18％；另外ZnS也作為光電陽極應(yīng)用在染料敏化太陽電池中。

閃鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnS晶格常數(shù)為0.541nm，與晶體硅的晶格常數(shù)(0.543nm)，晶格失配小，與晶體硅可以形成很好的異質(zhì)結(jié)。硫化鋅屬于寬帶隙低功函數(shù)材料，對可見光的吸收小，能減小寄生吸收；硫化鋅成本低廉，制備簡單，無毒無污染。

現(xiàn)有技術(shù)中硫化鋅還幾乎沒有應(yīng)用在異質(zhì)結(jié)太陽電池當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)室研究中偶有涉及類似結(jié)構(gòu)的電池方面，但硫化鋅厚度大，性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種硅基硫化鋅異質(zhì)結(jié)太陽電池，該太陽電池中各層厚度尤其是硫化鋅厚度較薄，電池的性能有了明顯的提升。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供上述硅基硫化鋅異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備方法，該制備方法成本和能耗低，避免了高溫過程。

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種硅基硫化鋅異質(zhì)結(jié)太陽電池，所述硅基硫化鋅異質(zhì)結(jié)太陽電池的結(jié)構(gòu)為銀前電極/氫摻雜AZO透明導(dǎo)電膜/硫化鋅薄膜/硅基體/鋁背場/鋁電極，所述硫化鋅薄膜為n型硫化鋅發(fā)射極，所述硅基體為p型單晶硅，所述n型硫化鋅發(fā)射極與所述p型單晶硅形成異質(zhì)結(jié)太陽電池。

所述銀前電極的厚度優(yōu)選為300～1000nm，所述氫摻雜AZO透明導(dǎo)電膜的厚度優(yōu)選為80～280nm，所述硫化鋅薄膜的厚度優(yōu)選為10～150nm，所述鋁背場/鋁電極的厚度優(yōu)選為1～5μm。

其中采用氫摻雜AZO(摻鋁氧化鋅)透明導(dǎo)電膜具有更低的電阻率以及更高的透過率，用做電池的透明導(dǎo)電膜可以減小電池的串阻，增大電池的短路電流，從而提高電池效率。同樣，采用Ag作為前電極的導(dǎo)電性比采用Al作為前電極好很多。

其中各層的厚度，對于電池的性能影響很大，主要是各層的厚度尤其是硫化鋅薄膜的厚度影響電池的串聯(lián)電阻和填充因子，從而影響電池的效率。

本發(fā)明將硫化鋅薄膜與硅襯底(優(yōu)選p型單晶硅基體，尤其是(100)晶向的p型單晶硅襯底)相結(jié)合，在p型(100)晶向的單晶硅襯底上沉積硫化鋅薄膜，形成ZnS(n)/c-Si(p)異質(zhì)結(jié)太陽電池，硫化鋅作為發(fā)射極的同時(shí)還作為窗口層，可以減少寄生吸收，增加電池量子效率，從而提高短路電流。硫化鋅與硅晶格匹配好，界面態(tài)缺陷少可以減小界面復(fù)合增大開壓。而且能夠低溫形成p-n結(jié)，節(jié)約能源，硫化鋅本身價(jià)格低廉，制備簡單，而且無毒無污染，是一種潛在的高效太陽電池。