專利名稱：一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶硅薄膜太陽能電池領(lǐng)域，尤其是一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制法。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種清潔的、沒有任何污染的能源，以太陽能發(fā)電做為動(dòng)力供應(yīng)主要來源之一的可能性，已日益引起人們關(guān)注。而解決這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵在于太陽能電池生產(chǎn)成本的降低和轉(zhuǎn)化效率的提高。光伏行業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了大量的技術(shù)創(chuàng)新及改進(jìn)。如一種結(jié)構(gòu)包括表層、緩沖層、含至少一個(gè)P-N結(jié)的光吸收區(qū)、過渡層、P或N型區(qū)的集電柵和電極的非晶硅薄膜太陽能電池。這是一種受光面可以得到充分利用的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，由于底部PN結(jié)的集柵型排布，增加了 PN結(jié)的有效長度，從而提高了薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，然而，其結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，重復(fù)性不好。一種利用N型晶體硅制成的單面電極太陽能電池，具有合理的結(jié)構(gòu)，較高的轉(zhuǎn)化效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)晶硅太陽能電池。然而，由于硅片的脆性，考慮到產(chǎn)品的良率，在大規(guī)模生產(chǎn)中不容易達(dá)到最理想的結(jié)構(gòu)尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種新型高效的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池及其制法。技術(shù)方案本發(fā)明中的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜電池結(jié)構(gòu)為a)電池最下層為透光率良好、相對(duì)于阻擋層有良好附著力的透明襯底b)襯底上設(shè)一層具有阻擋和鈍化作用的復(fù)合薄膜；c)復(fù)合薄膜上方設(shè)一層N型多晶硅薄膜并在薄膜表面絲印柵狀或者梳狀負(fù)電極， 多晶硅薄膜內(nèi)部設(shè)由鋁電極摻雜形成的與負(fù)電極形狀相適配的肖特基PN結(jié)d)晶硅薄膜表面設(shè)置與負(fù)電極形狀相適配的正電極，正負(fù)電極之間存在間隙。其中所選襯底為透光率良好，與阻擋層具有良好附著力的超白玻璃或者有機(jī)材料。其中一個(gè)優(yōu)選方案為襯底可通過腐蝕或者鍍膜方式形成一層增加光透率的絨面結(jié)構(gòu)。其鈍化層薄膜采用單層SiA薄膜、單層Si3N4薄膜或者SiA與Si3N4復(fù)合薄膜。其中一個(gè)優(yōu)選方案為不對(duì)襯底進(jìn)行絨面處理時(shí)，通過控制鍍膜工藝在薄膜表面生成絨面結(jié)構(gòu)。其中的多晶硅薄膜根據(jù)成膜方式不同，其晶粒尺寸大小可以是多晶硅、微晶硅、納米硅中的任意一種。其中一個(gè)優(yōu)選方案是調(diào)整鍍膜工藝，使多晶硅薄膜分成上下兩層，下層為低摻雜濃度薄膜，上層為高摻雜濃度薄膜。多晶硅薄膜的制備可以采用液相外延、真空鍍膜或者非晶硅薄膜轉(zhuǎn)化等多種制備方式。其中多晶硅薄膜厚度可以在1 μ m-40 μ m之間選擇，其最優(yōu)值為30 μ m。其中在多晶硅薄膜表面絲印柵狀或者梳狀鋁電極，使用強(qiáng)激光照射使部分鋁原子摻雜進(jìn)多晶硅薄膜內(nèi)部，以形成多個(gè)柵狀或梳狀肖特基結(jié)，其中摻雜結(jié)深在0. 1 μ m-1 μ m 之間。當(dāng)多晶硅薄膜分高低兩個(gè)濃度層時(shí)，其柵狀或者梳狀摻雜結(jié)深要穿透高濃度多晶硅層。其中柵狀或梳狀摻雜PN結(jié)的寬度主要根據(jù)絲印電極能達(dá)到的精度和最優(yōu)的PN結(jié)有效長度在0. 01mm-5mm之間選擇.當(dāng)多晶硅薄膜為單層時(shí)，可以優(yōu)選先對(duì)整個(gè)薄膜表面進(jìn)行同型高濃度摻雜，再絲印柵狀或者梳狀負(fù)電極進(jìn)行摻雜形成肖特基結(jié)，柵狀或梳狀摻雜要穿透同型高濃度摻雜層。根據(jù)負(fù)電極的形狀，絲印出與其形狀相適配的正電極，并進(jìn)行燒結(jié)形成歐姆接觸。 其中一個(gè)優(yōu)選方案為在絲印引出電極前，在多晶硅薄膜上表面鍍SiO2或者SiNx鈍化薄膜。其中一個(gè)優(yōu)選方案為同時(shí)印刷正負(fù)電極，利用選擇性加熱使部分正電極滲入電池內(nèi)部形成柵狀PN結(jié)。對(duì)薄膜的摻雜可以采用APCVD法、離子注入法、擴(kuò)散法、激光制薄膜PN結(jié)等摻雜方式。根據(jù)摻雜工藝的不同，雜質(zhì)來源可以為含雜質(zhì)源的混合氣體、漿料、液體、等離子體。其中激光摻雜為將薄膜基片放入真空室，通入一定流量的摻雜工藝氣體PH3、H2或者&H6、H2， 以強(qiáng)激光照射薄膜表面的摻雜方案。正電極可以為鋁電極、銀鋁電極、銀電極之中的任意一種。四、有益成果本發(fā)明提供了一種新型的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，在晶硅薄膜的膜面使用鈍化層，可以阻擋襯底材料向多晶硅薄膜擴(kuò)散，鈍化多晶硅薄膜表面的化學(xué)活性，減小載流子在薄膜表面的復(fù)合率，從而增加轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，由于避免了使用易碎的晶硅，在降低了使用材料的厚度，節(jié)省了材料和提高光電轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，也降低了生產(chǎn)的難度，易于形成大規(guī)模生產(chǎn)。由于PN結(jié)在背表面呈柵狀排列，形成連續(xù)的”η”型耗盡層，可以有效增加PN結(jié)的有效長度，這一點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)的晶硅或者薄膜電池都是極突出的優(yōu)點(diǎn)，可以大幅度提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。另外，背面的鋁背場有良好的陷光作用，可以將未被完全吸收的太陽光線折射回電池內(nèi)部進(jìn)行再次吸收利用。在進(jìn)行柵狀摻雜之前，在薄膜表面進(jìn)行同質(zhì)高濃度摻雜，或者在低濃度多晶硅薄膜表面鍍一層高濃度多晶硅薄膜，有利于與金屬電極形成歐姆接觸，并且由于其體電阻較小，有利于提高填充因子。柵狀電極穿透N+層，在多晶硅薄膜內(nèi)部形成加深加長的豎向N/ P結(jié)和Ν+/Ρ結(jié)，豎向Ν/Ρ結(jié)和Ν+/Ρ結(jié)及形成橫向的Ν+/Ν高低結(jié)可以提高光生載流子的收集率，從而提高電池的短路電流Isc。采用激光選擇性照射直接將鋁電極滲透入薄膜內(nèi)穿透N+層，形成柵狀或梳狀肖特基PN結(jié)。這種結(jié)構(gòu)的太陽能電池由于主要PN結(jié)為肖特基結(jié)，僅用一種載流子-電子-做輸送電荷，其短路電流會(huì)進(jìn)一步增大，同時(shí)節(jié)省了制程工藝，使本技術(shù)方案變得更為簡單。 這種電池將更適于用于低電壓，大電流的工作場所。另外，由于采用了薄膜結(jié)構(gòu)，這種電池也具有可以大面積生產(chǎn)，可以以劃線方式在基片上形成大量獨(dú)立的微型子電池，通過一定結(jié)構(gòu)組成電池集成，當(dāng)其中一部分電池被陰影遮擋后，不會(huì)影響其它部分正常工作的優(yōu)點(diǎn)。
五

附圖為本發(fā)明工作原理示意圖，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，使本發(fā)明變得更為清楚。附圖1為肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)附圖2為肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的梳狀電極結(jié)構(gòu)附圖3為肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的改進(jìn)結(jié)構(gòu)附圖4為肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的柵狀結(jié)構(gòu)圖
六具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種新型的單面電極太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制作方法。其電池結(jié)構(gòu)為電池最下層設(shè)為透光率良好、相對(duì)于阻擋層有良好附著力的透明襯底。襯底上設(shè)一層具有阻擋和鈍化作用的復(fù)合薄膜；襯底玻璃或者復(fù)合薄膜可以選擇形成增透的絨面結(jié)構(gòu)。復(fù)合薄膜上方設(shè)一層多晶硅薄膜并在薄膜表面絲印柵狀或者梳狀鋁負(fù)電極，通過選擇性加熱使部分鋁原子進(jìn)入多晶硅薄膜內(nèi)部形成柵狀或者梳狀肖特基結(jié)?；蛘?，在摻雜前，使多晶硅薄膜分為上下兩層，下層為低濃度摻雜多晶硅薄膜，上層為高濃度摻雜多晶硅薄膜層。進(jìn)行柵狀或者梳狀摻雜要穿透高濃度多晶硅薄膜層。兩層不同濃度的多晶硅薄膜可以由調(diào)節(jié)鍍膜工藝形成，也可以通過在多晶硅薄膜上進(jìn)行整體摻雜形成。然后在基片上沒有印刷鋁電極的部位印刷上鋁或者銀鋁引出電極，或者采用同時(shí)印刷正負(fù)電極，利用選擇性加熱使部分正電極滲入電池內(nèi)部形成柵狀PN結(jié)。下面將以具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，以使本發(fā)明變得更為清楚實(shí)施例一如附圖1、圖2所示，選擇300X 300X 3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽能電池襯底6。在超白玻璃表面鍍上一層約20nm的SW2做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜4，采用工藝手段，使薄膜與超白玻璃相接觸的界面具有絨面結(jié)構(gòu)5。在復(fù)合薄膜上設(shè)一層厚度為15μπι的N型多晶硅薄膜3。在薄膜內(nèi)部設(shè)N型梳狀摻雜2，形成摻雜深度為1 μ m，寬度為0. 5mm的肖特基PN結(jié)，在柵狀摻雜位置及未摻雜位置分別設(shè)梳狀鋁負(fù)電極11、鋁正電極12，作為太陽能電池的引出電極，電極寬度根據(jù)PN結(jié)寬度確定，確保正負(fù)電極不相接觸。本實(shí)施例是單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)，以透光率良好的超白玻璃做受光面，受光面無遮擋，可以最大程度接受太陽能。梳狀摻雜PN結(jié)的制備，使有效PN 結(jié)長度增加，增大光電轉(zhuǎn)換效率。由于采用薄膜結(jié)構(gòu)，使多晶硅層的厚度可控，光線達(dá)到PN 結(jié)的距離變短，光損失變小。同時(shí)，相比較采用晶硅片，可以形成大面積產(chǎn)品、其大規(guī)模生產(chǎn)也較容易實(shí)現(xiàn)高良率。實(shí)施例二 如附圖3、4所示，選擇100X 100X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽能電池襯底6。然后在超白玻璃表面設(shè)一層約20nm的SiO2做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜4，并在薄膜界面設(shè)絨面結(jié)構(gòu)5，在復(fù)合薄膜上方設(shè)一層厚度為10 μ m的低摻雜濃度N型多晶硅薄膜3。然后在多晶硅薄膜表面設(shè)柵狀鋁電極72、71，寬度為0. 5mm,在負(fù)電極72與多晶硅薄膜之間設(shè)柵狀肖特基結(jié)9，深度為0. 5μπι。在正電極71與多晶硅薄膜之間設(shè)0. 05 μ m厚度的N+摻雜層8本實(shí)施例中的太陽能電池結(jié)構(gòu)由于采用激光選擇性照射直接將鋁電極滲透入薄膜內(nèi)穿透N+層，形成柵狀鋁電極，這種鋁電極與基片形成N/P和N+/P豎向肖特基結(jié)，形成肖特基太陽能電池。這種太陽能電池由于主要PN結(jié)為肖特基結(jié)，僅用一種載流子-電子-做輸送電荷，除具有上述各方案的優(yōu)點(diǎn)外，其短路電流會(huì)進(jìn)一步增大，這種電池將更適于用于低電壓，大電流的工作場所。實(shí)施例三選擇300X300X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽能電池襯底。在超白玻璃表面鍍上一層約20nm的Si3N4做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜。在復(fù)合薄膜上鍍一層厚度為15μπι的N型多晶硅薄膜。在N型薄膜表面絲印柵狀鋁負(fù)電極，并采用強(qiáng)激光照射的方式在薄膜內(nèi)部形成N型柵狀摻雜，形成摻雜深度為1 μ m，寬度為0. 5mm的肖特基P N結(jié)，然后在多晶硅薄膜表面絲印柵狀銀鋁正電極，電極寬度根據(jù)PN結(jié)寬度確定，確保正負(fù)電極不相接觸。最后對(duì)薄膜電池進(jìn)行熱處理，使正電極與晶硅薄膜表面形成歐姆接觸。實(shí)施例四選擇100X100X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽能電池襯底。然后在超白玻璃表面鍍一層約20nm的Si&+Si3N4做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜，并在薄膜界面設(shè)絨面結(jié)構(gòu)，在復(fù)合薄膜上方鍍一層厚度為IOym的低摻雜濃度N型多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面再鍍一層摻雜濃度為N +的0.05 μ m厚度的多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面絲印梳狀正負(fù)鋁電極，采用強(qiáng)激光對(duì)負(fù)電極位置進(jìn)行選擇性照射，從而使鋁原子摻雜入多晶硅薄膜內(nèi)部形成N狀肖特基結(jié)，保證結(jié)深大于0. 05 μ m。然后采用燒結(jié)工藝，便正電極與多晶硅薄膜形成歐姆接觸，完成工藝。實(shí)施例五選擇100X 100X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽能電池襯底。然后在超白玻璃表面鍍一層約20nm的Si&+Si3N4做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜，并在薄膜界面設(shè)絨面結(jié)構(gòu)，在復(fù)合薄膜上方鍍一層厚度為10 μ m的低摻雜濃度N型多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面進(jìn)行摻雜濃度為N+的同型摻雜，摻雜厚度為0.05μπι。然后在多晶硅薄膜表面絲印梳狀正負(fù)鋁電極，采用強(qiáng)激光對(duì)負(fù)電極位置進(jìn)行選擇性照射，從而使鋁原子摻雜入多晶硅薄膜內(nèi)部形成N狀肖特基結(jié)，保證結(jié)深大于0. 05 μ m。然后采用燒結(jié)工藝，便正電極與多晶硅薄膜形成歐姆接觸，完成工藝。本發(fā)明提供了一種單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)及制作方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾， 這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，包括透明襯底，設(shè)于透明襯底一側(cè)的透明導(dǎo)電極，設(shè)于透明導(dǎo)電極上的鈍化層，設(shè)于鈍化層上方的N型多晶硅薄膜層，其特征在于，結(jié)構(gòu)為a)所述N型多晶硅薄膜上設(shè)置有與所述N型基片構(gòu)成肖特基結(jié)的負(fù)電極，所述電極部分參與光電轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)，部分引出電流。b)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與所述負(fù)電極形狀適配的正電極，所述正電極與所述N型基片形成歐姆接觸，做為引出電流的另一極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述多晶硅薄膜為N型多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜上表面與正電極之間設(shè)置N+摻雜層；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述多晶硅薄膜厚度為1μπι-40μπι。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池， 其特征在于，所述PN結(jié)摻雜寬度為0. Olmm 5mm，深度為0. 1 μ m 1 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述正導(dǎo)電極為銀電極、鋁電極、銀鋁電極中的一種。
6.由權(quán)利要求2所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池及其制法，其特征在于襯底可通過腐蝕或者鍍膜方式形成一層增加光透率的絨面結(jié)構(gòu)。
7.一種制備權(quán)利要求1所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的方法其特征在于，包括以下步驟a)所述鈍化層上方鍍摻雜濃度下層為N，上層為N+的多晶硅薄膜層做為光電轉(zhuǎn)換單元的主體部分。b)在所述多晶硅薄膜上表面絲印柵狀或者梳狀的負(fù)電極，使用強(qiáng)激光對(duì)其進(jìn)行選擇性照射，使部分鋁金屬摻雜進(jìn)多晶硅薄膜形成肖特基結(jié)，摻雜厚度穿透N+層，以形成多個(gè)“η” 形的柵狀或者梳狀PN結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化效應(yīng)c)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與負(fù)導(dǎo)電極形狀相適配的正電極，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。 其中正電極面積小于PN結(jié)摻雜區(qū)面積；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池，其特征在于，所述正導(dǎo)電極為銀電極、鋁電極、銀鋁電極中的一種。
9.一種制備權(quán)利要求1所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池的方法，其特征在于，包括以下步驟a)所述鈍化層上方設(shè)N型多晶硅薄膜層作為光電轉(zhuǎn)換單元的主體部分。b)對(duì)所述N型多晶硅薄膜層整體進(jìn)行N+摻雜，形成下層為N，上層為N+的薄膜結(jié)構(gòu)。c)在所述多晶硅薄膜上表面絲印柵狀或者梳狀的負(fù)電極，使用強(qiáng)激光對(duì)其進(jìn)行選擇性照射，使部分鋁金屬摻雜進(jìn)多晶硅薄膜形成肖特基結(jié)，摻雜厚度穿透N+層，以形成多個(gè)“η” 形的柵狀或者梳狀P N結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化效應(yīng)d)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與負(fù)導(dǎo)電極形狀相適配的正電極，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。其中正電極面積小于PN結(jié)摻雜區(qū)面積；
10.如權(quán)利要求7及權(quán)利要求9所述的一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池及其制法，其特征在于對(duì)薄膜的摻雜可以采用離子注入法、擴(kuò)散法、激光制薄膜PN結(jié)等摻雜方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種肖特基結(jié)的單面電極多晶硅薄膜太陽能電池及其制作方法，其結(jié)構(gòu)為以超白玻璃為襯底，其上設(shè)一層起阻擋鈍化作用的薄膜，薄膜上設(shè)一層N型多晶硅薄膜，其上設(shè)柵狀或梳狀鋁電極，在多晶硅薄膜內(nèi)部設(shè)由鋁電極滲透到多晶硅薄膜內(nèi)形成的柵狀或梳狀肖特基PN結(jié)。本發(fā)明還公開了制備方法清潔襯底，依次在其上以真空鍍膜方式鍍阻擋鈍化薄膜，以液相外延或真空鍍膜的方式鍍制N型多晶硅薄膜，然后印刷柵狀或梳狀引出電極，用強(qiáng)激光照射鋁負(fù)極使部分鋁滲入多晶硅薄膜內(nèi)部形成柵狀或梳狀肖特基結(jié)，最后燒結(jié)。由于PN結(jié)為柵狀或梳狀，有效PN結(jié)長度增加，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的太陽多晶硅薄膜電池提高了轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)簡化了生產(chǎn)過程。
文檔編號(hào)H01L31/07GK102479864SQ20101057008
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉瑩 申請人:劉瑩