一种HIT太阳能电池及其制备方法技术领域
本发明属于微电子制造技术领域，也属于新能源领域，更具体地，涉及一种带DBRs
(Distributed Bragg reflectors，分布式布拉格反射器)的HIT(Heterojunction with
Intrinsic Thin-layer，带有本征薄层的异质结)太阳电池及其制备方法。
背景技术
能源是人类社会经济发展的动力，是社会发展之本。本世纪人类面临着实现经济
和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环境保护的严峻形势下人类如何进行可持续
发展已成为全球热点问题。人类一切活动均离不开能源，社会发展依赖能源。常规能源如
煤、石油和天然气匮乏不足，可支撑全球发展时间不多，更重要的是化石能源的开发利用带
来了如土地资源被毁、环境污染和温室效应等问题，对人类生活环境造成不可恢复的损伤。
太阳能清洁污染、取之不尽用之不竭，既可免费使用，又无需运输，符合未来新能源的发展
要求。
目前，占主流的太阳能电池仍是晶体硅太阳能电池。虽然晶体硅太阳能电池的转
换效率目前已达到25％左右，但是成本还是太贵，原因是晶体硅太阳能电池需要经过高温
扩散工艺形成PN结，还需要许多复杂工艺来获得高转换效率。为了降低成本，同时保持高转
换效率，采用非晶硅/单晶硅异质结是很好的选择。HIT太阳能电池采用非晶硅薄膜/单晶硅
衬底异质结结构，综合了单晶硅和非晶硅太阳能电池的优点，是充分发挥各自长处的最佳
设计。
HIT太阳能电池一般通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，
等离子体增强化学气相沉积)系统制备。其P型窗口层在低氢气稀释比(RH)下制备，其光透
过率和电导率都比较低；而在高RH下制备，高能氢等离子会对本征非晶硅层造成损伤，使得
界面复合增加。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提高HIT太阳能电池效率，旨在解决P型
窗口层性能不佳的问题。
本发明提供了一种HIT太阳能电池，包括：N型单晶硅衬底、本征氢化非晶硅层、第
一P型微晶硅层、第二P型微晶硅层、第一ITO透明导电薄膜、正面栅线电极、第二ITO透明导
电薄膜和背电极；在N型单晶硅衬底的一面依次附着有本征氢化非晶硅层、第一P型微晶硅
层、第二P型微晶硅层和第一ITO透明导电薄膜，在N型单晶硅衬底的另一面附着有第二ITO
透明导电薄膜，在第二ITO透明导电薄膜上设置有背电极；正面栅线电极设置在第一ITO透
明导电薄膜上；所述第二P型微晶硅层的氢气稀释比RH大于所述第一P型微晶硅层的氢气稀
释比RH。
更进一步地，HIT太阳能电池还包括设置在第二ITO透明导电薄膜上的DBRs，所述
DBRs包括：依次附着在第二ITO透明导电薄膜上的第一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。
更进一步地，第一P型微晶硅层的厚度为4nm～10nm；第二P型微晶硅层的厚度为
15nm～40nm。
更进一步地，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da-Si＝λ/4na-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为波长，na‐Si为N+非晶硅层的折射率，为氮化硅层的折射
率。
更进一步地，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
度为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为99nm～
136nm。
本发明还提供了一种HIT太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：
(1)清洗硅片并制备绒面，得到洁净并具有绒面的单晶硅片A；
(2)采用H等离子钝化A的上表面、并用PECVD在A的上表面制备本征非晶硅层，得到
带有本征非晶硅薄膜的硅片B；
(3)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，并在B的上表面制备低RH的P型微晶硅层，得
到的硅片C；
(4)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在C的上表面制备高RH的P型微晶硅层，得到
的硅片D；
(5)在D的上表面和下表面分别制备ITO透明导电薄膜后获得硅片E；
(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉积厚度
为57nm～78nm重掺杂的N型非晶硅和厚度为99nm～136nm氮化硅；并重复两次后获得带DBRs
的硅片F；
(7)在F的上表面制备铝栅电极后获得H；
(8)用掩模板遮住H的下表面制备了DBRs的区域，在H的下表面制备金属铝背电极，
获得带DBRs的HIT太阳能电池。
更进一步地，在步骤(3)中，BH3/SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.7％～
1.5％，时间30s～60s，功率80W～120W，温度150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～
150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。
更进一步地，在步骤(4)中，BH3/SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.3％～
0.5％，时间150s～300s，功率80W～120W，温度150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～
150Pa，流量控制在30sccm～60sccm。
本发明通过优化P型窗口层既能减小对本征层的损伤，又能减少P型窗口层对光的
吸收和提高导电性。并在电池的背表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对800nm～
1100nm波段范围的光的吸收，进而能有更高的量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池
的转换效率有明显的提升。从而HIT太阳能电池光电转换效率更加接近传统晶体硅太阳能
电池。
附图说明
图1是本发明的带DBRs的HIT太阳电池结构示意图。其中，1为第一ITO透明导电薄
膜，2为高RH的P型微晶硅层，3为低RH的P型微晶硅层，4为本征氢化非晶硅层，5为N型单晶硅
衬底，6为背电极，7为重掺杂N型非晶硅薄膜，8为氮化硅薄膜，9为正面Al栅线电极，10为第
二ITO透明导电薄膜。
图2带DBRs的HIT太阳电池工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
本发明的目的是针对当前HIT太阳能电池对近红外光的吸收不足，设计了一种
DBRs背反射结构；以及对HIT太阳能电池窗口层进行优化，来降低界面缺陷，减小窗口层对
光的吸收，并提高导电率，可以有效的提高电池的转换效率。
HIT太阳能电池对800nm～1100nm波段范围内的太阳光吸收系数较低。在电池的背
表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对这个波段范围的光的吸收，进而能有更高的
量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池的转换效率有明显的提升。由N+-a-Si/Si3N4薄
膜构成的DBRs结构，其中da-Si＝λ/4na-si,da-Si为N+非晶硅层的厚度，λ为波
长，na‐Si为N+非晶硅层的折射率(约为3.5)，为氮化硅层的厚度，为氮化硅层的折
射率(约为2.02)。该结构对800nm～1100nm的光的反射率达到70％～90％，使得N型晶硅衬
底能够更好的吸收该波段范围内的光，从而其电池光电转换效率更加接近传统晶体硅太阳
能电池。
HIT太阳能电池中N型单晶体硅衬底作为吸收层，因此要减少P型窗口层对光的吸
收。P型窗口层的晶化率越高，其导电性越好，吸收系数越小。通过控制氢气稀释比可以控制
P型窗口层的晶化率，且氢气稀释比越大，其晶化率越高。但是，过高的氢气稀释比会对底下
的本征层造成损伤。因此，通过先制备一层低RH的P型微晶硅层，然后在其上制备高氢RH的P
型微晶硅层。这样，既能减小对本征层的损伤，又能减少P型窗口层对光的吸收和提高导电
性。
如图1所示，本发明提供了一种HIT太阳能电池，包括：N型单晶硅衬底(N-c-Si)5、
本征氢化非晶硅层(a-Si：H)4、第一P型微晶硅层3、第二P型微晶硅层2、第一ITO(indium
tin oxide)透明导电薄膜1、正面栅线电极9、第二ITO透明导电薄膜10、背电极6；在N型单晶
硅衬底5的一面依次附着有本征氢化非晶硅层4、第一P型微晶硅层3、第二P型微晶硅层2和
第一ITO透明导电薄膜1，在N型单晶硅衬底5的另一面附着有第二ITO透明导电薄膜10，在第
二ITO透明导电薄膜10上设置有背电极6；正面栅线电极9设置在第一ITO透明导电薄膜1上。
其中，第二P型微晶硅层的RH大于第一P型微晶硅层的RH。
HIT太阳能电池中N型单晶体硅衬底作为吸收层，因此要减少P型窗口层对光的吸
收。P型窗口层的晶化率越高，其导电性越好，吸收系数越小。通过控制氢气稀释比可以控制
P型窗口层的晶化率，且氢气稀释比越大，其晶化率越高。但是，过高的氢气稀释比会对底下
的本征层造成损伤。因此先在本征层上制备低RH的第一P型微晶硅层，来减小对H等离子体
对本征层的损伤；再制备高RH的第二P型微晶硅层，来提高窗口层的电导率和光透过率。
在本发明中，HIT太阳能电池还包括DBRs，设置在第二ITO透明导电薄膜10上；且
DBRs是由三层重掺杂N型非晶硅薄膜7和氮化硅薄膜8相互交叠构成，即在第二ITO透明导电
薄膜10上依次附着有第一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。
针对HIT太阳能电池对800nm～1100nm波段范围内的太阳光吸收系数较低。在电池
的背表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对这个波段范围的光的吸收，进而能有更
高的量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池的转换效率得到提升。
所述的HIT太阳能电池，从正面到背面，依次为正面Al栅线电极9、ITO透明导电薄
膜1、高RH的P型微晶硅层2、低RH的P型微晶硅层3、本征氢化非晶硅层4、N型单晶硅衬底5、ITO
透明导电薄膜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太阳能电池，低RH的P型微晶硅层的厚度为
4nm～10nm；高RH的P型微晶硅层的厚度为15nm～40nm；N+非晶硅层的厚度为57nm～78nm，氮
化硅的厚度为99nm～136nm。低RH的P型微晶硅层的作用主要是保护本征非晶硅层，太厚会
增加电池的串联电阻和光学损失，太薄又起不到保护的作用；高RH的P型微晶硅层需要一定
厚度来形成PN结的势垒区，太厚也会增加电池的串联电阻和光学损失。选择合适厚度的N+
非晶硅层和氮化硅层，可以增加电池对800nm～1100nm波段范围内的太阳光的吸收。
如图2所示，HIT太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
(1)清洗硅片并制备绒面，得到洁净并具有绒面的单晶硅片，记作A。
(2)采用H等离子钝化A的上表面、并用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition)在A的上表面制备本征非晶硅层，得到带有本征非晶硅薄膜的硅片，记作B。
(3)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在B的上表面制备低RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.7％～1.5％，时间30s～60s，功率80W～120W，温度
150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm，得到的硅片
记作C；
PECVD系统利用射频辉光放电在两电极间产生低温等离子体，样品置于低气压下
辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气
体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。
通过控制BH3掺杂浓度、沉积功率、温度、压强和气体流量可以制备高质量P型微晶
硅薄膜，沉积时间主要是用来控制薄膜厚度，SiH4/(H2+SiH4)在0.7％～1.5％这个范围内为
低RH。
(4)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在C的上表面制备高RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.01～0.03，SiH4/(H2+SiH4)＝0.3％～0.5％，时间150s～300s，功率80W～120W，温
度150℃～200℃，真空室压强保持在80Pa～150Pa，流量控制在30sccm～60sccm，得到的硅
片记作D；
通过控制BH3掺杂浓度、沉积功率、温度、压强和气体流量可以制备高质量P型微晶
硅薄膜，沉积时间主要是用来控制薄膜厚度，SiH4/(H2+SiH4)在0.3％～0.5％这个范围内为
高RH。
(5)在D的上表面和下表面分别制备ITO透明导电薄膜，得到的硅片记作E；
(6)用掩膜板遮住E的部分下表面，采用PECVD的方法，在E的下表面依次沉积厚度
为57nm～78nm重掺杂的N型非晶硅和厚度为99nm～136nm氮化硅；
(7)重复步骤(6)两次，制备带DBRs的硅片，记作F；
(8)在F的上表面制备铝栅电极，得到H；
(9)用掩模板遮住H的下表面制备了DBRs的区域，在H的下表面制备金属铝背电极，
从而最终得到带DBRs的HIT太阳能电池。
本发明通过优化P型窗口层既能减小对本征层的损伤，又能减少P型窗口层对光的
吸收和提高导电性。并在电池的背表面设计一个DBRs，可以提高HIT太阳能电池对800nm～
1100nm波段范围的光的吸收，进而能有更高的量子效率，提高开路电压和短路电流，使电池
的转换效率有明显的提升。从而HIT太阳能电池光电转换效率更加接近传统晶体硅太阳能
电池。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的带DBRs的HIT太阳电池示意图。低RH的P型微晶硅层的
厚度为4nm～10nm；高RH的P型微晶硅层的厚度为15nm～40nm；N+非晶硅层的厚度为57nm～
78nm，氮化硅的厚度为99nm～136nm。
现借助具体实例进一步详细说明本发明提供的带DBRs的HIT太阳电池制备技术：
实例1：
(1)采用标准RCA清洗工艺处理N型单晶硅衬底，去除表面的颗粒物、有机物和金属
杂质，其中硅片厚度为250um；并采用1.1wt％NaOH、3vol％IPA和1.1wt％Na2SiO4的混合溶液
在80℃条件下腐蚀N型单晶硅衬底25min，获得洁净并具有绒面的单晶硅片，记作A；
(2)在PECVD系统中通入NH3，用H等离子轰击A的上表面来达到钝化效果，流量控制
在25sccm，真空室压强保持在1Pa，时间30s，功率60W，温度100℃，；在PECVD系统中通入
SiH4，流量控制在40sccm，真空室压强保持在133Pa，时间30s,功率80W，温度180℃，在A的上
表面制备本征氢化非晶硅层，得到B；
(3)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在B的上表面制备低RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.015，SiH4/(H2+SiH4)＝0.9％，时间30s，功率100W，温度180℃，真空室压强保持在
100Pa，流量控制在40sccm，得到C；
(4)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在C的上表面制备高RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.015，SiH4/(H2+SiH4)＝0.4％，时间150s，功率100W，温度180℃，真空室压强保持在
100Pa，流量控制在40sccm，得到D；
(5)采用磁控溅射的方法在D的上表面和下表面分别制备80nm的ITO透明导电薄
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的下表面依次沉积厚度
为57nm重掺杂的N型非晶硅和厚度为99nm氮化硅；
(7)重复步骤(6)两次，得到F；
(8)采用丝网印刷技术在F的上表面印刷银浆，膜的厚度为10um，然后低温烧结制
成电极，烧结温度为300℃，时间为2小时，形成铝栅电极，得到G；
(9)用掩模板遮住G的下表面制备了DBRs的区域，在G的下表面，热蒸发制备厚度为
150nm的金属铝背电极，并在H2气氛下退火，退火温度为450℃，退火处理时间为30min，从而
最终得到带DBRs的HIT太阳能电池。
实例2：
(1)采用标准RCA清洗工艺处理N型单晶硅衬底，去除表面的颗粒物、有机物和金属
杂质，其中硅片厚度为250um；并采用1.1wt％NaOH、3vol％IPA和1.1wt％Na2SiO4的混合溶液
在80℃条件下腐蚀N型单晶硅衬底25min，获得洁净并具有绒面的单晶硅片，记作A；；
(2)在PECVD系统中通入NH3，用H等离子轰击A的上表面来达到钝化效果，流量控制
在25sccm，真空室压强保持在1Pa，时间30s，功率60W，温度100℃；在PECVD系统中通入SiH4，
流量控制在40sccm，真空室压强保持在133Pa，时间30s,功率80W，温度180℃，在A的上表面
制备本征氢化非晶硅层，得到B；
(3)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在B的上表面制备低RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.01，SiH4/(H2+SiH4)＝0.7％，时间45s，功率100W，温度200℃，真空室压强保持在
150Pa，流量控制在30sccm，得到C；
(4)在PECVD系统中通入SiH4、H2和BH3，在C的上表面制备高RH的P型微晶硅层，BH3/
SiH4＝0.02，SiH4/(H2+SiH4)＝0.4％，时间225s，功率100W，温度200℃，真空室压强保持在
150Pa，流量控制在30sccm，得到D；
(5)采用磁控溅射的方法在D的上表面和下表面分别制备80nm的ITO透明导电薄
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的下表面依次沉积厚度
为63nm重掺杂的N型非晶硅和厚度为109nm氮化硅；
(7)重复步骤(6)两次，得到F；
(8)采用丝网印刷技术在F的上表面印刷银浆，膜的厚度为10um，然后低温烧结制
成电极，烧结温度为300℃，时间为2小时，形成铝栅电极，得到G；
(9)用掩模板遮住G的下表面制备了DBRs的区域，在G的下表面，热蒸发制备厚度为
150nm的金属铝背电极，并在H2气氛下退火，退火温度为450℃，退火处理时间为30min，从而
最终得到带DBRs的HIT太阳能电池。
由于制备太阳能电池的步骤是相同的，各个实施例之间的区别仅仅是各个参数的
区别的，为了节省篇幅，上述实例仅仅给出了个别实施例中的参数；具体实例如下表1所示，
表1示出了HIT太阳能电池的制备方法实施例。
表1
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以
限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。