專利名稱：二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的電池，特別是一種二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池。
背景技術(shù)：
自從第一塊實(shí)用的硅太陽電池在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，晶體硅(包括單晶硅和多晶硅)太陽電池經(jīng)過長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，其缺點(diǎn)也在發(fā)展中凸顯，第一，材料損失大，可用的硅厚度僅僅是硅片厚的1％，硅材料還加重了電池的重量；第二，能耗大，硅錠制備、和體硅電池的加工都要在接近1000度的高溫下進(jìn)行，使得晶體硅太陽電池的成本依然居高。人們一直在探討薄膜的技術(shù)路線，因?yàn)楸∧ぬ栯姵乜稍诓牧系睦煤湍芎纳隙急染w硅太陽電池具有明顯的優(yōu)勢，為了達(dá)到薄膜太陽電池的目標(biāo)，人們首先考慮到采用異質(zhì)結(jié)的技術(shù)先降低能耗，即依然用硅片為基底，將高溫制備同質(zhì)結(jié)的工藝，用低溫的異質(zhì)結(jié)工藝來代替，如日本的三洋電器株式會社開發(fā)的HIT太陽電池；采用金屬氧化物薄膜與硅片構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的太陽電池的生產(chǎn)工藝不但比傳統(tǒng)的晶體硅擴(kuò)散結(jié)太陽電池簡單，而且設(shè)備上也比HIT太陽電池所用的設(shè)備簡單，制造成本費(fèi)用更低。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國的專利U.S.pat.No.4.366.335介紹了采用氧化銦薄膜與硅構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的太陽電池。但該太陽電池具有如下缺點(diǎn)第一，銦屬貴金屬，由此構(gòu)成的氧化銦薄膜成本高；第二，因?yàn)殡姵氐谋畴姌O鈍化問題沒有很好地解決，效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，使其在n型硅襯底上沉積SnO2:F薄膜，制成二氧化錫與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，相對于氧化銦薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池來說，因?yàn)樗鼪]有銦，成本大為降低；其次，通過對半導(dǎo)體氧化物SnO2摻雜，改善了電池的串聯(lián)電阻，使其光電轉(zhuǎn)化效率超過了13％。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明包括電池迎光面柵線電極、摻氟的二氧化錫層、二氧化硅層、n型硅基底、本征非晶硅薄膜、磷摻雜非晶硅薄膜以及鋁背電極。電池迎光面柵線電極設(shè)置在電池的迎光面上，電池迎光面柵線電極在摻氟的二氧化錫層之上，摻氟的二氧化錫層與n型硅基底的正面之間夾了一層二氧化硅層，n型硅基底的背面依次沉積本征非晶硅薄膜和磷摻雜非晶硅薄膜以及鋁背電極。
所述的電池迎光面柵線電極為正面光電流收集電極。
所述的摻氟的二氧化錫層，是厚度大約在70nm～90nm的摻氟二氧化錫薄膜，所以該薄膜既是異質(zhì)結(jié)的一部分又起到光學(xué)減反射薄膜的作用。
所述的二氧化硅層，厚度范圍為1～3nm，起到正面摻氟的二氧化錫層與硅之間的鈍化作用。
所述的本征非晶硅薄膜、磷摻雜非晶硅薄膜以及鋁背電極構(gòu)成電池的背面，本征非晶硅薄膜和磷摻雜非晶硅薄膜與n型硅基底構(gòu)成高低結(jié)背面緩沖層，既增加了電池的開路電壓又有利于背面鋁電極形成歐姆接觸。
所述的n型硅基底，可以是單晶硅基底，也可以是多晶硅基底，厚度在240～350nm之間，電阻率為0.5～10Ω/□。
所述的二氧化硅層適用的厚度范圍為1～3nm，可以在電爐上高溫加熱得到，在自然條件下的氧化也已能滿足要求。
所述的本征非晶硅薄膜，厚度為2nm～5nm。
所述的磷摻雜非晶硅薄膜，厚度為10～30nm。
作為減反膜，薄膜的厚度和折射率都有嚴(yán)格的要求。通常是薄膜的厚度是λ/4的整數(shù)倍。(λ是光的波長)。減反膜的折射率應(yīng)為襯底折射率的平方。摻氟二氧化錫薄膜作為減反膜滿足這些要求。本發(fā)明使用的襯底和摻氟二氧化錫薄膜的折射率分別為4和2。同時(shí)，薄膜的厚度大約在70nm～90nm，達(dá)到干涉顏色為藍(lán)色。
本發(fā)明摻氟二氧化錫薄膜方塊電阻降到了90Ω/□，并且沒有霧化，獲得的薄膜可見光透過率可達(dá)85％以上。通常的SnO2薄膜的導(dǎo)電性能較差，如果采用SnO2薄膜與硅構(gòu)成異質(zhì)結(jié)太陽電池，可以發(fā)現(xiàn)，其串聯(lián)電阻將很大，導(dǎo)致太陽電池的輸出效率降低，摻氟二氧化錫薄膜本身及與硅構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)具有很強(qiáng)的抗環(huán)境腐蝕的能力，器件的穩(wěn)定性也大大提高。
硅太陽電池的正面為受光照面，正電極既要能將光生電流引出，又不至于遮擋太多的陽光以致減少了受光照射的面積，正面采用了柵線結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明，它不但優(yōu)化了表面覆蓋，還減少了電池的串聯(lián)電阻。
本發(fā)明摻氟的二氧化錫層起到光學(xué)減反射作用同時(shí)又與硅構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，摻氟的二氧化錫層是采用超聲波霧化工藝沉積、采用氟離子摻雜二氧化錫薄膜，降低了薄膜的串聯(lián)電阻；背面的本征非晶硅薄膜和磷摻雜非晶硅薄膜，是采用熱絲化學(xué)汽相沉積或等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積的工藝技術(shù)制備的，它們與n型硅基底構(gòu)成高低結(jié)，改善了電池的電輸出性能，工藝簡單，產(chǎn)業(yè)化成本低。在AM1.5，100mW/cm2標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下，本發(fā)明太陽電池的效率達(dá)13％以上。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括電池迎光面柵線電極1、摻氟的二氧化錫層2、二氧化硅層3、n型硅基底4、本征非晶硅薄膜5和磷摻雜非晶硅薄膜6以及鋁背電極7。電池迎光面柵線電極1設(shè)置在電池的迎光面上，電池迎光面柵線電極1在摻氟的二氧化錫層2之上，摻氟的二氧化錫層2與n型硅基底4的正面之間夾了一層二氧化硅層3，n型硅基底4的背面依次沉積本征非晶硅薄膜5和磷摻雜非晶硅薄膜6以及鋁背電極7。
所述的電池迎光面柵線電極1為正面光電流收集電極。
所述的摻氟的二氧化錫層2，是厚度大約在70nm～90nm的摻氟二氧化錫薄膜，折射率為2，該薄膜既是異質(zhì)結(jié)的一部分又起到光學(xué)減反射薄膜的作用。
所述的二氧化硅層3，厚度范圍為1～3nm，起到正面摻氟的二氧化錫層與硅之間的鈍化作用。
所述的n型硅基底4，為單晶硅基底，或者多晶硅基底，厚度在240～350nm之間，電阻率為0.5～10Ω/□。
所述的n型硅基底4，其折射率為4。
所述的本征非晶硅薄膜5和磷摻雜非晶硅薄膜6與n型硅基底4構(gòu)成高低結(jié)背面緩沖層，既增加了電池的開路電壓又有利于背面鋁電極7形成歐姆接觸。
所述的本征非晶硅薄膜5，厚度為2nm～到5nm。
所述的磷摻雜非晶硅薄膜6，厚度為10～30nm。
本發(fā)明的太陽電池由摻氟的二氧化錫層2與n型硅基底4構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，提供分離光生載流子的內(nèi)建電場，在n型硅基底4的背面由于在4和背面鋁電極7之間增加了本征非晶硅薄膜5和磷摻雜非晶硅薄膜6，既對硅背表面形成鈍化，又與n型硅基底4構(gòu)成背表面場，提高了電池的開路電壓，還可使背面鋁電極7形成與硅的歐姆接觸。正面的摻雜二氧化錫層2降低了電池的串聯(lián)電阻，以及背面的設(shè)計(jì)都有利于高效的電功率輸出。
實(shí)例n型硅基底4選用n型、電阻率為1Ωcm的直拉單晶硅片，硅片為(100)取向，單面拋光，厚度為250μm，所得太陽電池有效面積是2×2cm2，摻氟的二氧化錫層2的厚度76nm，本征非晶硅薄膜5和磷摻雜非晶硅薄膜6的厚度分別是3nm和30nm，二氧化硅層3的厚度是2nm。電池的性能測試結(jié)果是AM1.5，100mW/cm2標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)的照射下，該工藝程序制備的異質(zhì)結(jié)太陽電池的效率達(dá)14.2％，開路電壓達(dá)590mV，短路電流達(dá)36mA，填充因子達(dá)67％。
權(quán)利要求
1.一種二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太阻電池，包括電池迎光面柵線電極(1)、摻氟的二氧化錫層(2)、二氧化硅層(3)、n型硅基底(4)、本征非晶硅薄膜(5)和磷摻雜非晶硅薄膜(6)以及鋁背電極(7)，其特征在于，電池迎光面柵線電極(1)在摻氟的二氧化錫層(2)之上，摻氟的二氧化錫層(2)與n型硅基底(4)的正面之間夾了一層二氧化硅層(3)，n型硅基底(4)的背面依次沉積本征非晶硅薄膜(5)、磷摻雜非晶硅薄膜(6)以及鋁背電極(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的摻氟的二氧化錫層(2)，是厚度在70nm～90nm的摻氟二氧化錫薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的摻氟的二氧化錫層(2)的折射率為2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的二氧化硅層(3)，厚度范圍為1～3nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的n型硅基底(4)，為單晶硅基底，或者多晶硅基底，厚度在240～350nm之間，電阻率為0.5～10Ω/□。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的硅基底(4)的折射率為4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的本征非晶硅薄膜(5)，厚度為2nm～5nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征是，所述的磷摻雜非晶硅薄膜(6)，厚度為10～30nm。
全文摘要
一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的二氧化錫薄膜與硅異質(zhì)結(jié)太陽電池。本發(fā)明包括電池迎光面柵線電極、摻氟的二氧化錫層、二氧化硅層、n型硅基底、本征非晶硅薄膜、磷摻雜非晶硅薄膜以及鋁背電極。電池迎光面柵線電極在摻氟的二氧化錫層之上，摻氟的二氧化錫層與n型硅基底的正面之間夾了一層二氧化硅層，n型硅基底的背面依次沉積本征非晶硅薄膜和磷摻雜非晶硅薄膜以及鋁背電極。本發(fā)明降低了薄膜的串聯(lián)電阻，背面的本征非晶硅薄膜、摻磷非晶硅薄膜與硅片構(gòu)成高低結(jié)，改善了電池的電輸出性能，工藝簡單，產(chǎn)業(yè)化成本低。在AM1.5，100mW/cm
文檔編號H01L31/077GK1812136SQ20051011101
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者周之斌, 李友杰 申請人:上海交通大學(xué)