10001551_溶液法ZnO作为硅太阳电池电子选择传输层的研究-solarbe文库

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溶液法 ZnO作为硅太阳电池电子选择传输层的研究丁江楠 1，周玉荣 1，刘明 2，刘丰珍 12 1 中国科学院大学材料学院，北京 100049；2 中国科学院大学中丹学院，北京 100049 摘要本文在织构的硅异质结太阳电池背光面，通过溶液法制备ZnO或ZnOAl作为硅异质结 SHJ太阳电池的电子选择传输层。研究了 ZnO前驱体溶液浓度、掺杂量对太阳电池性能的影响，实现了18.46的效率和672mV的开路电压。除了电子选择传输功能外，本征 ZnO还具有一定的钝化能力。具有ZnO/ZnOAl 双层结构的 SHJ太阳电池的开路电压达到645mV。关键字硅异质结太阳电池；电子选择传输层；氧化锌；钝化通讯作者周玉荣，光电子薄膜领域，zhouyurongucas.ac.cn ；刘丰珍，光电子薄膜领域， liufzucas.ac.cn。 1 研究背景利用氧化物半导体代替硅异质结太阳电池的载流子选择传输层越来越受到关注 [1-3]。瑞士洛桑联邦理工学院 [4]利用氧化钼做空穴传输层，硅异质结太阳电池上获得了 22.5 的效率。澳大利亚国立大学的 Xinbo Yang[5, 6] 等人利用原子层沉积ALD 二氧化钛作为硅异质结太阳电池的电子选择传输层ESTL，获得了 650mV 的开路电压和 21.6的光电转换效率。本文通过采用成本较低、较简便的溶液法制备了氧化锌薄膜作为电子选择传输层，制备了硅异质结太阳电池。 2 实验本文通过旋涂乙酸锌ZAD的醇DME 溶液制备氧化锌前驱膜，在空气中 200 摄氏度退火 30min 获得氧化锌薄膜。太阳电池使用 N 型 CZ 织构硅片做衬底，正面利用等离子增强化学气相沉积制备 P 型非晶硅膜作为发射极，并沉积透明导电膜和栅线。背面用非晶硅钝化后，制备氧化锌电子选择传输层。 3 结果和讨论 3.1 氧化锌薄膜的覆盖情况旋涂在织构衬底上的氧化锌薄膜如图 1 所示，从能量散射谱（EDS）中可以看出旋涂法制备的 ZnO 薄膜能够完全覆盖金字塔。 3.2 ZnO与c-Si 之间的界面特性以溶液法制备的氧化锌作为电子选择传输层，比较了几种不同钝化层对太阳电池性能的影响，结果如图 2 所示。从图 2 可以看出，与参考电池相比，具有 ZnO 层的太阳电池具有较高的开路电压，说明 ZnO 能够有效分离电子和空穴，起到了选择电子的作用。非晶硅钝化效果最佳，溶液法制备的本征 ZnO 对晶硅也具有一定的钝化作用。 a b c 图1 ZnO覆盖的金字塔Si表面的SEM俯视图和EDS图；a ZnO覆盖的金字塔Si表面的SEM 图；b和 c分别为相应的 Si和Zn的EDS元素映射图。图2 具有ZnO电子选择传输层和不同钝化层的硅异质结太阳电池光J-V特性曲线。其中 SiOx/-电池为参考电池，没有电子选择传输层。 3.3 薄膜厚度对电池性能的影响通过改变氧化锌前驱体溶液的浓度，获得不同厚度的氧化锌膜，用于电池结果如图 3 所示。可以看到随着前驱体浓度的降低，电池性能显著提高。尤其是填充因子，得到了较大的提升。在浓度为 ZADDME1g 60ml时，电池效率达到 18.46，开路电压达到 672mV。图3 具有不同前驱体浓度的掺铝氧化锌电子选择传输层的太阳电池光J–V曲线。 3.4 ZnO 钝化层对太阳电池性能的影响直接在 N 型单晶硅衬底的背面制备双层氧化锌（ZnO/ZnOAl ）薄膜，具备该背场层的太阳电池 J-V 曲线如图 4 所示；同时还制备了只有 ZnOAl 电子传输层的参考电池。从图 4 中可以看出，双层氧化锌薄膜作为背场层的太阳电池具有更大的开路电压645mV，说明本征 ZnO 薄膜具有一定的钝化作用。图4 以ZnO/ZnOAl和ZnOAl 作为背场层的太阳电池光J-V特性曲线。 4 结论本文在织构的硅衬底上通过溶液法制备 ZnO 作为电子选择传输层，电池开路电压达到 672mV，效率达到 18.46；同时发现本征 ZnO 具有一定的钝化作用。表明 ZnO 在制备高效率、低成本硅太阳电池中的潜力。我们的研究结果为开发高效、低成本的硅太阳能电池提供了一种可能的途径。参考文献 [1] Moldovan A, Feldmann F, Zimmer M, et al. Tunnel oxide passivated carrier-selective contacts based on ultra-thin SiO2 layers[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2015, 142 123-127. [2] Battaglia C, De Nicolas S M, De Wolf S, et al. Silicon heterojunction solar cell with passivated hole selective MoOx contact[J]. Applied Physics Letters, 2014, 10411 113902. [3] Bullock, James, et al. Efficient silicon solar cells with dopant-free asymmetric heterocontacts[J] Nature Energy 1.3 2016 15031. [4] Geissbühler, Jonas, et al. “22.5 efficient silicon heterojunction solar cell with molybdenum oxide hole collector.“ Applied Physics Letters 107.8 2015 081601. [5] Yang, Xinbo, et al. “Silicon heterojunction solar cells with electron selective TiOx contact.“ Solar Energy Materials and Solar Cells 150 2016 32-38. [6] Yang, Xinbo, et al. “High‐Performance TiO2‐Based Electron‐Selective Contacts for Crystalline Silicon Solar Cells.“ Advanced Materials 28.28 2016 5891-5897.