專利名稱：一種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其是ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及其制法。
ニ背景技術(shù)：
太陽(yáng)能作為ー種清潔的、沒(méi)有任何污染的能源，以太陽(yáng)能發(fā)電做為動(dòng)カ供應(yīng)主要來(lái)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(yáng)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(yáng)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、含至少ー個(gè)P-N結(jié)的光吸收區(qū)、過(guò)渡層、P或N型區(qū)的集電柵和電極的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。這是ー種受光面可以得 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，増加了 PN結(jié)的有效長(zhǎng)度，從而提高了薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率，然而，其結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，重復(fù)性不好。ー種利用N型晶體硅制成的單面電極太陽(yáng)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(yáng)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)明的目的在于提供ー種新型高效的單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池及其制法。技術(shù)方案本發(fā)明中的ー種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)ー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)ー層多晶硅薄膜并在薄膜表面進(jìn)行柵狀或者梳狀摻雜d)晶硅薄膜表面按照摻雜形狀設(shè)置柵狀或者梳狀引出電極。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(guò)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SiO2薄膜、單層Si3N4薄膜或者SiO2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(guò)控制鍍膜エ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、納米硅中的任意ー種。其中一個(gè)優(yōu)選方案是調(diào)整鍍膜エ藝，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。其中多晶娃薄膜厚度可以在I U m-40 V- m之間選擇,其最優(yōu)值為30 u m。其中在多晶硅薄膜表面要進(jìn)行摻雜，以便形成多個(gè)柵狀或梳狀PN結(jié)，其中摻雜結(jié)深在0. I ii m-1 ii m之間。當(dāng)多晶硅薄膜分兩層時(shí)，其柵狀或者梳狀摻雜結(jié)深要穿透高濃度多晶硅層。所鍍多晶硅薄膜可以為N型或者P型，對(duì)N型薄膜進(jìn)行P型摻雜，對(duì)P型薄膜進(jìn)行N型摻雜。其中由于N型薄膜中光生載流子壽命較長(zhǎng),故其優(yōu)選方案為N型薄膜。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(zhǎng)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)選先寸整個(gè)薄膜表面進(jìn)行同型高濃度摻雜，再進(jìn)行柵狀或梳狀摻雜，柵狀或梳狀摻雜要穿透同型高濃度摻雜層。根據(jù)摻雜PN結(jié)的形狀，在其上面絲印出柵狀或者梳狀的正電極和負(fù)電扱。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。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)摻雜エ藝的不同，雜質(zhì)來(lái)源可以為含雜質(zhì)源的混合氣體、漿料、液體、等離子體。其中激光制薄膜PN結(jié)為將薄膜基片放入真空室，通入一定流量的摻雜エ藝氣體PH3、H2或者B2H6、H2,以強(qiáng)激光照射薄膜表面的摻雜方案。引出電極可以為鋁電極、銀鋁電極、銀電極之中的任意ー種。四、有益成果本發(fā)明提供了ー種新型的單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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。同吋，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”n”型耗盡層，可以有效増加PN結(jié)的有效長(zhǎng)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(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率。另外，背面的鋁背場(chǎng)有良好的陷光作用，可以將未被完全吸收的太陽(yáng)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ー層高濃度多晶硅薄膜，有利干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(zhǎng)的豎向N/P結(jié)和N+/P結(jié)，豎向N/P結(jié)和N+/P結(jié)及形成橫向的N+/N高低結(jié)可以提高光生載流子的收集率，從而提聞電池的短路電流I SC。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(guò)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(lái)進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明，使本發(fā)明變得更為清楚。附圖ー為單面電極多晶 硅薄膜太陽(yáng)能電池的典型結(jié)構(gòu)附圖ニ為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的梳狀電極結(jié)構(gòu)附圖三為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的改進(jìn)結(jié)構(gòu)ー附圖四為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的柵狀結(jié)構(gòu)圖
六具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了ー種新型的單面電極太陽(yáng)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)ー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)ー層多晶硅薄膜并在薄膜表面進(jìn)行柵狀或者梳狀摻雜形成PN結(jié)；晶硅薄膜表面按照摻雜形狀設(shè)置柵狀或者梳狀弓丨出電扱。或者，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)鍍膜エ藝形成，也可以通過(guò)在多晶硅薄膜上進(jìn)行整體摻雜形成。最后在多晶硅薄膜表面分別印刷上梳狀或者柵狀電扱。下面將以具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明，以使本發(fā)明變得更為清楚實(shí)施例一如附圖一、圖ニ所示，選擇300 X 300 X 3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池襯底6。在超白玻璃表面設(shè)ー層約20nm的SiO2做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜4，在薄膜與超白玻璃相接觸的界面設(shè)絨面結(jié)構(gòu)5。在復(fù)合薄膜上設(shè)ー層厚度為15 ii m的N型多晶硅薄膜3。在多晶硅薄膜內(nèi)部設(shè)P型梳狀摻雜2，形成摻雜深度為0. 5 ii m，寬度為0. 5mm的PN結(jié)21,在梳狀摻雜位置及未摻雜位置分別設(shè)梳狀招電極11、12，作為太陽(yáng)能電池的負(fù)導(dǎo)電極和正導(dǎo)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(yáng)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(wú)遮擋，可以最大程度接受太陽(yáng)能。梳狀摻雜PN結(jié)的制備，使有效PN結(jié)長(zhǎng)度増加，増大光電轉(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)施例ニ 選擇300X300X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池襯底。將玻璃表面做成絨面結(jié)構(gòu)，然后在超白玻璃表面設(shè)ー層約20nm的SiNX做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜，在復(fù)合薄膜上設(shè)ー層厚度為IOiim的P型多晶硅薄膜。在晶硅薄膜內(nèi)部設(shè)N型柵狀摻雜2,形成摻雜深度為I U m,寬度為0. 5mm的PN結(jié),在柵狀摻雜位置及未摻雜位置分別設(shè)柵狀銀鋁電極，作為太陽(yáng)能電池的正導(dǎo)電極和負(fù)導(dǎo)電扱，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。實(shí)施例三如附圖三、附圖四所示，選擇100X100X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池襯底6。然后在超白玻璃表面設(shè)ー層約30nm的SiNx+Si02做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜4，并在界面結(jié)合處設(shè)絨面結(jié)構(gòu)5。在復(fù)合薄膜上方設(shè)ー層厚度為10 y m的低摻雜濃度N型多晶硅薄膜3，然后在其上設(shè)P型柵狀摻雜，形成摻雜深度為I U m，寬度為0.05mm的柵狀PN結(jié)22。在柵狀摻雜位置及未摻雜位置分別設(shè)柵狀銀電極71、72，作為太陽(yáng)能電池的負(fù)導(dǎo)電極和正導(dǎo)電極，并在正電極與多晶硅薄膜之間設(shè)ー層厚度小于0. Iym的高濃度摻雜N+型多晶硅薄膜8，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。實(shí)施例四選擇300X300X3. Omm的超白玻璃一片做為單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池襯底。采用化學(xué)腐蝕エ藝將玻璃表面做成絨面結(jié)構(gòu)，然后在超白玻璃表面采用真空鍍膜方式鍍ー層約20nm的SiNx做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜，在復(fù)合薄膜上采用真空鍍膜エ藝鍍ー層厚度為IOym的P型多晶硅薄膜。然后從多晶硅薄膜表面向內(nèi)部以離子注入エ藝進(jìn)行N型柵狀摻雜,形成摻雜深度為I U m,寬度為0. 5mm的PN結(jié),在柵狀摻雜位置及未摻雜位置同時(shí)絲印柵狀銀鋁電極，作為太陽(yáng)能電池的正導(dǎo)電極和負(fù)導(dǎo)電扱，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。使用熱處理方式使電極與多晶硅膜層形成歐姆接觸，完成電池片制造エ藝。 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(yáng)能電池襯底。然后在超白玻璃表面以真空鍍膜方式形成ー層約30nm的SiNx+Si02做阻擋和鈍化復(fù)合薄膜。在復(fù)合薄膜上方以真空鍍膜方式鍍ー層厚度為IOiim的低摻雜濃度N型多晶硅薄膜，然后對(duì)其進(jìn)行同型雜質(zhì)摻雜，形成ー層厚度小于0. I y m的高濃度摻雜N型多晶娃薄膜，然后在其上使用擴(kuò)散方式做P型柵狀摻雜，形成摻雜深度為I U m,寬度為0. 05mm的柵狀PN結(jié)。在柵狀摻雜位置及未摻雜位置同時(shí)絲印柵狀銀電極，作為太陽(yáng)能電池的負(fù)導(dǎo)電極和正導(dǎo)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)電池片進(jìn)行燒結(jié)，使電極與多晶硅膜層形成歐姆接觸，完成電池エ藝。本發(fā)明提供了ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)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.ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，包括透明襯底，設(shè)于透明襯底ー側(cè)的透明導(dǎo)電極，設(shè)于透明導(dǎo)電極上的鈍化層，其特征在干，結(jié)構(gòu)為 a)所述鈍化層上方設(shè)ー層在其表面進(jìn)行柵狀或者梳狀摻雜的多晶硅膜層，以形成多個(gè)“n”形PN結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化效應(yīng) b)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與摻雜形狀相適配的第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電扱，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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第二金屬導(dǎo)電極之間設(shè)置N+摻雜層； 或者，所述多晶硅薄膜為P型多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜上表面與第二金屬導(dǎo)電極之間設(shè)置P+摻雜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述多晶硅薄膜厚度為I U m-40 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在干，所述PN結(jié)摻雜寬度為0. Olmm 5mm,深度為0. I y m I y m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電極為銀電扱、鋁電極、銀鋁電極中的ー種。
6.由權(quán)利要求2所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池及其制法，其特征在于襯底可通過(guò)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.ー種制備權(quán)利要求I所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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)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)換単元的主體部分。
b)在所述多晶硅薄膜上表面設(shè)摻雜厚度穿透N+層的柵狀或者梳狀P型摻雜形成PN結(jié)，以形成多個(gè)“n”形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)置與摻雜形狀相適配的第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電扱，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。其中第一金屬導(dǎo)電極面積小于PN結(jié)摻雜區(qū)面積； 或者 a)所述鈍化層上方設(shè)摻雜濃度下層為P，上層為P+的多晶硅薄膜層做為光電轉(zhuǎn)換単元的主體部分。
b)在所述多晶硅薄膜上表面設(shè)摻雜厚度穿透P+層的柵狀或者梳狀N型摻雜形成PN結(jié)，以形成多個(gè)“n”形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)置與摻雜形狀相適配的第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電扱，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。其中第一金屬導(dǎo)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所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電極為銀電扱、鋁電極、銀鋁電極中的ー種。
9.ー種制備權(quán)利要求I所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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)換単元的主體部分。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設(shè)摻雜厚度穿透N+層的柵狀或者梳狀P型摻雜形成PN結(jié)，以形成多個(gè)“n”形PN結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化效應(yīng) d)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與摻雜形狀相適配的第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電扱，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。其中第一金屬導(dǎo)電極面積小于PN結(jié)摻雜區(qū)面積； 或者 a)所述鈍化層上方設(shè)P型多晶硅薄膜層作為光電轉(zhuǎn)換単元的主體部分。
b)對(duì)所述N型多晶硅薄膜層整體進(jìn)行P+摻雜，形成下層為P，上層為P+的薄膜結(jié)構(gòu)。
c)在所述多晶硅薄膜上表面設(shè)摻雜厚度穿透P+層的柵狀或者梳狀N型摻雜形成PN結(jié)，以形成多個(gè)“n”形PN結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化效應(yīng) d)所述晶硅薄膜表面設(shè)置與摻雜形狀相適配的第一金屬導(dǎo)電極和第二金屬導(dǎo)電扱，以引出PN結(jié)產(chǎn)生的電流。其中第一金屬導(dǎo)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所述的ー種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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(kāi)了一種單面電極多晶硅薄膜太陽(yáng)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，薄膜上方設(shè)一層多晶硅薄膜，其上設(shè)柵狀或者梳狀PN結(jié)，最上方設(shè)與PN結(jié)形狀相適配的引出電極。其制備步驟為清潔玻璃襯底，依次在其上以真空鍍膜方式鍍阻擋鈍化層薄膜，以液相外延或者真空鍍膜方式鍍制多晶硅薄膜，然后通過(guò)熱擴(kuò)散、離子注入、激光摻雜等方式在多晶硅薄膜上制備柵狀或梳狀PN結(jié)，最后印刷引出電極，經(jīng)燒結(jié)完成工藝。由于PN結(jié)呈柵狀或者梳狀排布，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有效PN結(jié)長(zhǎng)度增加，提高了轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)，多晶硅層容易做得很薄，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK102738253SQ201110089358
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉瑩 申請(qǐng)人:劉瑩