專利名稱：具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，尤其涉及一種硅基太陽(yáng)電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗急劇增長(zhǎng)。當(dāng)前，絕大多數(shù)能源是化石燃料，不 僅資源日漸減少，而且大量二氧化碳等氣體排放，使環(huán)境問題日益嚴(yán)重。因此，國(guó)內(nèi)外越來(lái) 越重視可再生能源，特別是光伏發(fā)電的開發(fā)利用。在過(guò)去的十年里全球太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)保 持了高速增長(zhǎng)，已逐步成為繼微電子產(chǎn)業(yè)之后驅(qū)動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展最主要的產(chǎn)業(yè)之一。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心是太陽(yáng)電池。目前，90%以上的太陽(yáng)電池是硅基太陽(yáng)電池。 但硅太陽(yáng)電池制造成本高，阻礙了光伏發(fā)電大量推廣使用，為此人們一直在努力改進(jìn)工藝、 減少硅材料的用量、提高太陽(yáng)電池的效率?，F(xiàn)在常用硅基太陽(yáng)電池分為晶體硅(包括單晶硅和多晶硅)太陽(yáng)電池和非晶硅太 陽(yáng)電池。晶體硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)通常為P型晶體硅硅片上擴(kuò)散摻雜磷形成PN結(jié)，P型晶體硅 上表層為N型的頂區(qū)，構(gòu)成一個(gè)PN結(jié)。頂區(qū)表面有柵狀的金屬電極，背表面為金屬底電極。 正面、背面電極分別與N區(qū)和P區(qū)形成歐姆接觸，整個(gè)上表面覆蓋著減反射膜。其生產(chǎn)技術(shù) 如中國(guó)專利(CN1441504)給出P型硅片(單晶和多晶硅)化學(xué)清洗、制絨；磷擴(kuò)散制備PN 結(jié)；等離子刻蝕周邊；淀積氮化硅薄膜；絲網(wǎng)印刷正、背面電極；正、背面電極同時(shí)金屬化燒 結(jié)及氮化硅薄膜燒穿。這種電池工藝已比較成熟，太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率一般只能做到 15 16%，即使近來(lái)采用選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)和工藝，其效率一般也只提高到16 17%。進(jìn) 一步提高效率和性價(jià)比的空間極其有限。非晶硅太陽(yáng)電池通常采用PIN結(jié)構(gòu)，即用不銹鋼(或帶ITO透明導(dǎo)電膜的玻璃) 作襯底。先沉積摻磷的N型a-Si層，沉積未摻雜的I層，再沉積摻硼的P型a-Si層，形成 PIN結(jié)構(gòu)。再蒸發(fā)IOOym厚的ITO透明導(dǎo)電膜。ITO透明導(dǎo)電膜的作用為作為正面電極 和減反射，并構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的一部分，最后蒸金屬電極。也有做成NIP結(jié)構(gòu)的非晶硅電池。這 類電池的制造成本較低，主要問題是效率不高，而且存在光致衰退效應(yīng)(S-W效應(yīng))，電池效 率衰減較快，通常穩(wěn)定效率只有6 7%。近年開發(fā)了多結(jié)非晶硅電池和非晶硅/微晶硅電 池，但穩(wěn)定效率也只有8 9%。進(jìn)一步提高效率和性價(jià)比已十分困難。日本三詳電機(jī)株式會(huì)社發(fā)明了一種硅基異結(jié)太陽(yáng)電池，其結(jié)構(gòu)形式為非晶硅/單 晶硅(a-s:/C-s)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。這種電池用電阻率為1 Ω ·αικ厚度200μπι的N型Cz硅片 制作。硅片表面制絨后，正面采用PECVD沉積很薄的本征a-Si :Η和P型a_S:H，背面沉積 薄的本征a-Si:H層和N型a-Si:H層；再兩面濺射沉積透明導(dǎo)電膜(TCO)和絲網(wǎng)印刷Ag 漿電極，形成雙面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。整個(gè)制造過(guò)程都在低于200°C的溫度條件下進(jìn)行，能耗 低。其主要問題是光電效率僅略高于普通擴(kuò)散結(jié)晶體硅太陽(yáng)電池，且為使光電性能一致，工 藝參數(shù)控制要求較高，特別是非晶硅層的厚度必須嚴(yán)格控制，否則仍有可能引起電池效率 的衰減。
另外，有一些電池結(jié)構(gòu)可獲得大于20%效率，如澳大利亞新南威爾斯大學(xué)開發(fā)的 刻槽埋柵太陽(yáng)電池(BCSC)、發(fā)射極鈍化及背面局部擴(kuò)散太陽(yáng)電池(PERL)以及叉指式背接 觸電極太陽(yáng)電池(IBC)等，但這些電池結(jié)構(gòu)和工藝復(fù)雜，與常規(guī)電池相比，制造成本太高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，該太陽(yáng) 電池在獲得高轉(zhuǎn)換效率和性價(jià)比的同時(shí)，改善電池光電性能的一致性與穩(wěn)定性；本發(fā)明的 另外一個(gè)目的是提供一種制造上述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池包括晶體硅硅片、硅基半 導(dǎo)體膜、透明導(dǎo)電膜、正面金屬電極和背面金屬電極，所述的晶體硅硅片為單晶硅片或多晶 硅片，在晶體硅硅片的正面或背面采用擴(kuò)散法形成所述的同質(zhì)結(jié)，同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)、PP_、PP+、 NN-或NN+濃度結(jié)；晶體硅硅片的正面設(shè)有所述的硅基半導(dǎo)體膜，硅基半導(dǎo)體膜為硅、硅/鍺 或碳化硅材料的非晶膜或納米膜，硅基半導(dǎo)體膜與具有同質(zhì)結(jié)的晶體硅硅片表層之間形成 所述的異質(zhì)結(jié)。作為優(yōu)選，上述的晶體硅硅片采用P型晶體硅硅片或N型晶體硅硅片，擴(kuò)散法采用 磷擴(kuò)散法或硼擴(kuò)散法形成所述的同質(zhì)結(jié)，擴(kuò)散同質(zhì)結(jié)的結(jié)深為0. 3 5微米；硅基半導(dǎo)體 膜為本征I型硅基膜、硼摻雜P型硅基膜或磷摻雜N型硅基膜，硅基半導(dǎo)體膜采用硅烷磷烷 PECVD沉積方法或硅烷硼烷PECVD沉積方法制備，膜層的厚度為0. 03 0. 3微米。作為再優(yōu)選，上述的晶體硅硅片采用P型晶體硅硅片，所述的同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)；同質(zhì) 結(jié)形成在晶體硅硅片的正面，硅基半導(dǎo)體膜為N+型硅基膜；或者，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片 的背面，硅基半導(dǎo)體膜為P+硅基膜。作為再優(yōu)選，上述的晶體硅硅片采用N型晶體硅，所述的同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)；同質(zhì)結(jié)形 成在晶體硅硅片的正面，硅基半導(dǎo)體膜為P+硅基膜；或者，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅基的背面， 硅基半導(dǎo)體膜為N+非晶硅膜。作為再優(yōu)選，上述的晶體硅硅片采用P型晶體硅硅片，所述的同質(zhì)結(jié)為PP—濃度 結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的正面，或者，同質(zhì)結(jié)為PP+濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片 的背面；硅基半導(dǎo)體膜為N硅基膜和I型硅基膜，I型硅基膜設(shè)置在N硅基膜和P型晶體硅 硅片之間。作為再優(yōu)選，上述的晶體硅硅片采用N型晶體硅硅片，所述的同質(zhì)結(jié)為NN_濃度 結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅片的正面，或者，同質(zhì)結(jié)為NN+濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的 背面；硅基半導(dǎo)體膜為P硅基膜和I型硅基膜，I型硅基膜設(shè)置在P硅基膜和N型晶體硅硅 片之間。本發(fā)明采用同質(zhì)濃度結(jié)與異質(zhì)PN結(jié)相結(jié)合或同質(zhì)PN結(jié)與異質(zhì)濃度結(jié)相結(jié)合的 雙結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，例如先在P型晶體硅(C-Si)片上形成擴(kuò)散型同質(zhì)結(jié)，再與非晶硅 (a-si)構(gòu)成異質(zhì)結(jié)(a-si/c-si)，制備成雙結(jié)電池。期望在獲得太陽(yáng)電池高轉(zhuǎn)換效率和性 價(jià)比的同時(shí)，改善其光電性能的一致性與穩(wěn)定性，并適合于制造薄硅片太陽(yáng)電池。研究表明不僅導(dǎo)電類型不同的二種晶體硅相接觸時(shí)可形成半導(dǎo)體PN結(jié)，當(dāng)導(dǎo)電 類型相同摻雜濃度不同的二種晶體硅相接觸時(shí)，同樣可形成具有電偶層和自建電場(chǎng)的濃度結(jié)(或稱梯度結(jié))以P型單晶硅為例，熱平衡時(shí)PP+濃度結(jié)界面處的接觸勢(shì)壘高度eVg為
N+
權(quán)利要求
1.具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池包括晶體硅硅片、硅基半導(dǎo) 體膜、透明導(dǎo)電膜、正面金屬電極和背面金屬電極，其特征在于晶體硅硅片為單晶硅片或 多晶硅片，在晶體硅硅片的正面或背面采用擴(kuò)散法形成所述的同質(zhì)結(jié)，同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)、PP_、 PP+、NN_或NN+濃度結(jié)；所述的硅基半導(dǎo)體膜設(shè)置在晶體硅硅片的正面，硅基半導(dǎo)體膜為硅、 硅/鍺或碳化硅材料的非晶膜或納米晶膜，硅基半導(dǎo)體膜與具有同質(zhì)結(jié)的晶體硅硅片表層 之間形成所述的異質(zhì)結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于晶 體硅硅片采用P型晶體硅硅片或N型晶體硅硅片，擴(kuò)散法采用磷擴(kuò)散法或硼擴(kuò)散法形成所 述的同質(zhì)結(jié)，擴(kuò)散的同質(zhì)結(jié)結(jié)深為0. 3 5微米；硅基半導(dǎo)體膜為本征I型硅基膜、硼摻雜 P型硅基膜或磷摻雜N型硅基膜，硅基半導(dǎo)體膜采用硅烷磷烷PECVD沉積方法或硅烷硼烷 PECVD沉積方法制備，膜層的厚度為0. 03 0. 3微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于晶 體硅硅片采用P型晶體硅硅片，所述的同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)；同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的正面，硅 基半導(dǎo)體膜為N+型硅基膜；或者，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的背面，硅基半導(dǎo)體膜為P+硅基 膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于晶 體硅硅片采用N型晶體硅，所述的同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)；同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的正面，硅基半 導(dǎo)體膜為P+硅基膜；或者，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅基的背面，硅基半導(dǎo)體膜為N+非晶硅膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于晶 體硅基采用P型晶體硅；所述的同質(zhì)結(jié)為PP—濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的正面，或 者，同質(zhì)結(jié)為PP+濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的背面；硅基半導(dǎo)體膜為N硅基膜和I型 硅基膜，I型硅基膜設(shè)置在N硅基膜和P型晶體硅硅片之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于晶 體硅基采用N型晶體硅；所述的同質(zhì)結(jié)為NN—濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅基的正面，或者， 同質(zhì)結(jié)為NN+濃度結(jié)，同質(zhì)結(jié)形成在晶體硅硅片的背面；硅基半導(dǎo)體膜為P硅基膜和I型硅 基膜，I型硅基膜設(shè)置在P硅基膜和N型晶體硅硅片之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于 晶體硅硅片的晶粒為20 200微米。
8.—種制造如權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙 結(jié)太陽(yáng)電池的方法，其特征在于該方法包括以下的步驟①將晶體硅硅片進(jìn)行化學(xué)清洗、腐蝕制絨面；②在晶體硅硅片的正面或背面采用磷擴(kuò)散或硼擴(kuò)散的方法制備同質(zhì)結(jié)；③在晶體硅硅片的上方采用PECVD沉積的方法制備硅基半導(dǎo)體膜；④在硅基半導(dǎo)體膜層上采用濺射或真空蒸鍍的方法制備透明導(dǎo)電膜；⑤在透明導(dǎo)電膜的上方和晶體硅硅片背面真空蒸鍍或絲網(wǎng)印刷的方法制備金屬電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種制造具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池的方法， 其特征在于磷擴(kuò)散時(shí)采用三氯氧磷液態(tài)源磷擴(kuò)散，恒溫區(qū)控制在800 1000°C，擴(kuò)散時(shí)間 約為10 50分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種制造具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池的方法，其特征在于硼擴(kuò)散時(shí)采用三溴化硼或硼酸三甲酯液態(tài)源硼擴(kuò)散，恒溫區(qū)控制在800 1050°C，擴(kuò)散時(shí)間約為10 50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，尤其涉及一種硅基太陽(yáng)電池及其制備方法。具有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的硅基雙結(jié)太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池包括晶體硅硅片、硅基半導(dǎo)體膜、透明導(dǎo)電膜、正面金屬電極和背面金屬電極，所述的晶體硅硅片為單晶硅片或多晶硅片，在晶體硅硅片的正面或背面采用擴(kuò)散法形成所述的同質(zhì)結(jié)，同質(zhì)結(jié)為PN結(jié)、PP-、PP+、NN-或NN+濃度結(jié)；晶體硅硅片的正面設(shè)有所述的硅基半導(dǎo)體膜，硅基半導(dǎo)體膜為硅、硅/鍺或碳化硅材料的非晶膜或納米膜，硅基半導(dǎo)體膜與具有同質(zhì)結(jié)的晶體硅硅片表層之間形成所述的異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明的太陽(yáng)電池在獲得高轉(zhuǎn)換效率和性價(jià)比的同時(shí)，改善電池光電性能的一致性與穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L31/028GK102064210SQ20101054149
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者陳哲艮 申請(qǐng)人:陳哲艮