專利名稱：一種太陽能電池及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽能電池及其制作方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是一種通過光伏效應(yīng)將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，其主要原料為硅片(多晶硅)。近年來，由于硅原料價格的快速上漲，成為制約光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。為了降低生產(chǎn)成本，太陽能電池逐漸向薄片化發(fā)展，如硅片的厚度由300 μ m(微米)降低到200 μ m，而且逐漸向100 μ m以下發(fā)展。然而，硅屬于非直接躍遷型材料，硅片的厚度越薄，入射光子從硅片背面透射出去的越多，這將導(dǎo)致入射光的利用率偏低，從而降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，而且開路電壓也會受到影響。其中，中國發(fā)明專利CN200810224180. 6 一種太陽能電池，是·在硅片不受光一側(cè)的表面制備了多孔硅布拉格反射器，通過多孔硅布拉格反射器延長光子在硅片中的光學(xué)路徑，以此來提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，這類太陽能電池存在以下缺點其一，多孔硅中存在大量的懸掛鍵和界面態(tài)，載流子在收集過程中容易復(fù)合，從而導(dǎo)致光生電流降低；其二，多孔硅形貌的穩(wěn)定性差，背反射效果容易降低；其三，多孔硅的制備工藝復(fù)雜、且難控制，很難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種太陽能電池，入射光可以在其內(nèi)發(fā)生多次反射，從而延長光子在晶體硅內(nèi)的路徑長度，以使該太陽能電池能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的光生電流，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制作工藝簡單。本發(fā)明還提供一種太陽能電池的制作方法，該方法不僅可以制備出光生電流和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的太陽能電池，而且工藝簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)。解決上述技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是提供一種太陽能電池，包括硅襯底以及在所述硅襯底背光面一側(cè)的背反射層，所述背反射層包括疊置地至少兩層硅含量不同的SiX層，其中，X表示碳、氧或氮。優(yōu)選地，所述SiX層中硅顆粒尺寸均為納米級。優(yōu)選地，多層所述SiX層中的硅含量交替變換。優(yōu)選地,每一所述SiX層中娃的重量百分比含量為40 80%。優(yōu)選地，所述硅襯底的厚度為50 200納米。優(yōu)選地，每一所述SiX層的厚度與折射率滿足布拉格反射中的四分之一波長定律。優(yōu)選地，在所述SiX層中的硅顆粒尺寸為80 120納米。本發(fā)明還提供一種太陽能電池的制作方法，包括以下步驟在娃襯底不受光一側(cè)的表面制作疊置的至少兩層娃含量不同的SiX層,其中,X表示碳、氧或氮。太陽能電池的制作方法還包括以下步驟在900 1250°C的溫度下對所述SiX層進(jìn)行退火工藝，從而使所述SiX層中形成納米級的娃顆粒。優(yōu)選地，每制作一層所述SiX層即對其實施退火工藝。優(yōu)選地，將所有所述SiX層制作完成之后再進(jìn)行退火工藝。優(yōu)選地，所述退火工藝是在900 1250°C的溫度下保溫10 30分鐘。優(yōu)選地，所述退火工藝采用激光退火工藝或熱退火。
優(yōu)選地，所述SiX層是通過化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積方式制作。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的太陽能電池，背反射層采用至少兩層硅含量不同的SiX層，而且每一 SiX層中的硅顆粒尺寸均為納米級，該背反射層具有良好的背場鈍化性能，從而可以減少載流子在傳輸過程中的復(fù)合，進(jìn)而可以提高太陽能電池的光生電流。另外，背反射層中的至少兩層硅含量不同的SiX層可以使光子被多次反射，延長了光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率。而且，納米級的硅顆粒是良好的上轉(zhuǎn)換媒介，可以使長波光子上轉(zhuǎn)換為能夠被硅襯底吸收的短波光子，從而可以進(jìn)一步提高太陽能電池光生電流。此外，該背反射層的制備工藝簡單，且易于操作，適于大規(guī)模生產(chǎn)；而且該背反射層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而可以使其反射效率保持穩(wěn)定，進(jìn)而使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率保持穩(wěn)定。另外，本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法不僅工藝簡單，且易于操作，適于大規(guī)模生產(chǎn)；而且制作的太陽能電池還具有以下優(yōu)點其一，制作出的太陽能電池的背反射層為至少兩層硅含量不同的SiX層，而且每一 SiX層中的硅顆粒尺寸均為納米級，該背反射層具有良好的背場鈍化性能，從而可以減少載流子在傳輸過程中的復(fù)合，進(jìn)而可以提高太陽能電池的光生電流。其二，背反射層中的至少兩層硅含量不同的SiX層可以使光子被多次反射，延長了光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率。其三，納米級的硅顆粒是良好的上轉(zhuǎn)換媒介，可以使長波光子上轉(zhuǎn)換為能夠被硅襯底吸收的短波光子，從而可以進(jìn)一步提高太陽能電池光生電流。其四，背反射層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以使其反射效率保持穩(wěn)定，從而使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率保持穩(wěn)定。


圖I為本發(fā)明提供的太陽能電池的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為本發(fā)明提供的一實施例中背反射層的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為本發(fā)明提供的變型實施例中背反射層的結(jié)構(gòu)簡圖；圖4為本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法的流程圖；圖5a為通過PECVD工藝制作的背反射層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為退火處理后背反射層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6a為通過本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法獲得的背反射層的截面SEM照片；以及圖6b為通過本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法獲得的背反射層的另一張截面SEM照片。
具體實施例方式為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的太陽能電池及其制作方法進(jìn)行詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明提供的太陽能電池的結(jié)構(gòu)簡圖。請參閱圖1，本實施例提供的太陽能電池包括硅襯底I、N型硅2、減反射層3、前電極4、背反射層5以及背面電極6。其中，N型硅2、減反射層3以及前電極4自硅襯底I起依次疊置在硅襯底I的受光面一側(cè)。背反射層5和背面電極6自娃襯底I起依次疊置在娃襯底I的背光面一側(cè)。而且，娃襯底I為P型硅襯底，其厚度為100 μ m，在硅襯底I和N型硅2之間形成PN結(jié)(圖中未示出)。圖2為本發(fā)明提供的一實施例中背反射層的結(jié)構(gòu)簡圖。請參閱圖2，背反射層5包括疊置設(shè)置的兩層硅含量不同的SiX層，而且每一 SiX層中硅顆粒尺寸均為納米級，其中，X 表示碳、氧或氮。每一 SiX層中硅的重量百分比含量在40 80%，硅顆粒尺寸為80 120內(nèi)米。而且，每一 SiX層的厚度與折射率滿足布拉格反射中的四分之一波長定律，從而使背反射層5具有兩重布拉格反射鏡的功能。本實施例中，背反射層5中的硅顆粒尺寸為納米級，納米晶硅顆粒可以使太陽能電池的光譜發(fā)生上轉(zhuǎn)換，即，將不能由硅襯底I吸收的長波長的紅外光子轉(zhuǎn)換為短波長的可見光光子，這可以使反射的長波長紅外光子以及由太陽能電池自身發(fā)熱輻射產(chǎn)生的長波長紅外光子上轉(zhuǎn)換為可見光光子，從而被硅襯底I吸收，產(chǎn)生二次載流子，進(jìn)而提高太陽能電池的光生電流。第一 SiX層51中硅的重量百分比含量為78.3%，厚度為86nm(納米)；第3丨父層52中硅的重量百分比含量為45. 6%，厚度為68nm。這種結(jié)構(gòu)的背反射層5可以使光子在太陽能電池片中被多次反射，延長了光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率，進(jìn)而提高光生電流。本實施例所述太陽能電池片可以將在900 IlOOnm波段的外量子效率提高10 15%。圖3為本發(fā)明提供的變型實施例中背反射層的結(jié)構(gòu)簡圖。請參閱圖3，作為上述實施例的一個變型實施例，背反射層5包括疊置的六層SiX層，六層SiX層的硅含量交替變化，即，第一 SiX層51、第二 SiX層52和第三SiX層53硅的重量百分比含量分別為40%、55%以及80%，厚度分別為50nm、75nm以及IOOnm ;第四SiX層54、第五SiX層55和第六SiX層56硅的重量百分比含量分別為40%、55%以及80%，厚度分別為50nm、75nm以及l(fā)OOnm。變型實施例所述的背反射層5可以使太陽能電池片在900 IlOOnm波段的外量子效率提高11 16%。需要說明的是，上述實施例中，背反射層5的結(jié)構(gòu)包括六層SiX層，而且硅含量交替變換，然而本發(fā)明并不局限于此。背反射層5只要包括兩層或兩層以上任意數(shù)量的SiX層，而且相鄰的兩層SiX層的硅含量不同，即可以使光子在太陽能電池片中被多次反射，延長了光子在娃襯底內(nèi)的路徑，從而提聞入射光的利用率，進(jìn)而提聞光生電流。還需說明的是，不論背反射層5中包含幾層硅含量不同的SiX層，所有各層SiX層的硅含量可以各不相同，也可以交替變換。當(dāng)背反射層5中各層SiX層的硅含量交替變換時，交替周期可以是兩層以上的任意層數(shù)。需要進(jìn)一步說明的是，雖然上述實施例中，硅襯底I的厚度為100 μ m，但即使硅襯底I的厚度為50μπι，采用上述實施例提供的背反射層結(jié)構(gòu)，同樣可以使太陽能電池在900 IlOOnm波段的外量子效率達(dá)到16. 5 18. 5%。不難理解，當(dāng)硅襯底I的厚度大于IOOm時，采用上述背反射層顯然可以延長 光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的主要優(yōu)點是即使硅襯底的厚度為50 200納米，也可以使太陽能電池在900 IlOOnm波段的外量子效率達(dá)到17. 5 18. 5%，從而提高提高入射光的利用率，進(jìn)而提聞光生電流。上述實施例提供的太陽能電池，背反射層采用至少兩層硅含量不同的SiX層，而且每一 SiX層中的硅顆粒尺寸均為納米級，該背反射層具有良好的背場鈍化性能，從而可以減少載流子在傳輸過程中的復(fù)合，進(jìn)而可以提高太陽能電池的光生電流。另外，背反射層中的至少兩層硅含量不同的SiX層可以使光子被多次反射，延長了光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率。而且，納米級的硅顆粒是良好的上轉(zhuǎn)換媒介，可以使長波光子上轉(zhuǎn)換為能夠被硅襯底吸收的短波光子，從而可以進(jìn)一步提高太陽能電池光生電流。此夕卜，該背反射層的制備工藝簡單，且易于操作，適于大規(guī)模生產(chǎn)；而且該背反射層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而可以使其反射效率保持穩(wěn)定，進(jìn)而使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率保持穩(wěn)定。本實施例還提供一種太陽能電池的制作方法。圖4為本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法的流程圖。請參閱圖4，本實施例提供的太陽能電池的制作方法包括以下步驟步驟Si，清洗硅襯底、并進(jìn)行制絨處理。硅襯底采用P型硅襯底。清洗、制絨的方法與現(xiàn)有技術(shù)完全相同，如，采用超聲清洗和/或等離子體清洗，目的是將硅襯底表面的灰塵等污染物去除。制絨可以采用酸或堿處理，以提高硅襯底的陷光作用。步驟s2，擴散、刻邊以及PSG處理。擴散的目的在于形成PN結(jié)。硅襯底為P型硅，摻入磷后可以使電子發(fā)生移動，從而形成PN結(jié)?？踢吿幚硎菍⒐璩恋磉吘壍腜N結(jié)斷開，防止短路。PSG(去磷硅玻璃工藝)處理是去除硅襯底表面的P-Si玻璃層，為制作減反射膜做準(zhǔn)備。擴散、刻邊以及PSG處理與現(xiàn)有技術(shù)完全相同，這里不再詳細(xì)描述。步驟s3，制作減反膜。減反射膜可以是ZnS/MgF2雙層減反膜，也可以是Si3N4膜，制作方法可以采用PECVD (化學(xué)氣相沉積)沉積技術(shù)，也可以采用其它蒸鍍技術(shù)，具體地的制作過程與現(xiàn)有技術(shù)相同，這里不再贅述。步驟s4，制作背反射層。通過PECVD(等離子體化學(xué)氣相沉積)工藝在硅襯底的背光面制作不同硅含量的SiX(X = C，0，N)層。SiX 可以是 SUx、SiOx 或者 SiNx，如 SiC、SiO2 或者 Si3N4。本實施例以制作兩層SiX層為例，第一 SiX層中硅的重量百分比含量為78. 3%，厚度為86nm;第二SiX層中硅的重量百分比含量為45. 6%，厚度為68nm。需要說明的是，SiX層也可以采用其它工藝制作，如物理氣相沉積等工藝制作，只要使SiX層的厚度和折射率能夠滿足布拉格反射中的四分之一定律即可。步驟s5，制作背面電極。背面電極的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)完全相同，這里不再贅述。步驟s6,退火處理。
退火處理是將PECVD工藝制作的第一 SiX層和第二 SiX層的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成納米晶硅顆粒結(jié)構(gòu)。退火溫度為950 1250°C，保溫時間10 30min。退火處理可以采用僅針對背反射層的激光，也可以通過其它熱退火方式。SiX(X = C，0，N)層的折射率取決于該層內(nèi)的硅含量，而且不同硅含量層經(jīng)退火后形成的納米晶硅顆粒數(shù)量也與該層的硅含量正相關(guān)，因此通過控制SiX(X = C，0，N)層內(nèi)的硅含量，可以同時調(diào)節(jié)折射率與納米晶硅顆粒的數(shù)量，從而調(diào)節(jié)背反射層的反射效果。圖5a為通過PECVD工藝制作的背反射層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5b為退火處理后背反射層的結(jié)構(gòu)示意圖。請一并參閱圖5a和圖5b，退火處理后背反射層的結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，式
(I)示出了 SiX層的轉(zhuǎn)變過程Si (0,N,C) X — (I)Si (02,N4/3,C) + (I-暑)Si(I) 圖6a為通過本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法獲得的背反射層的截面SEM照片。圖6b為通過本發(fā)明提供的太陽能電池的制作方法獲得的背反射層的另一張截面SEM照片。請參閱圖6a和圖6b，經(jīng)退火處理后，背反射層中的SiX轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米顆粒結(jié)構(gòu)。需要說明的是，本實施例是在背面電極制作完成后，對第一 SiX層和第二 SiX層進(jìn)行退火。然而，本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明也可以在第一SiX層和第二SiX層制作完成之后，背面電極制作之前進(jìn)行退火工藝。當(dāng)然，也可以在第一 SiX層制作完成后即對其進(jìn)行退火，然后再制作第二 SiX層，并對其進(jìn)行退火，之后再制作背面電極。太陽能電池制備完成后，在背面激光打孔，形成背面點接觸電池，然后進(jìn)行外量子效率的測試。測試表明，太陽能電池在900 IlOOnm波段的外量子效率達(dá)到16. 5 18. 5%。本實施例提供的太陽能電池的制作方法不僅工藝簡單，且易于操作，適于大規(guī)模生產(chǎn)；而且制作的太陽能電池還具有以下優(yōu)點其一，制作出的太陽能電池的背反射層為至少兩層硅含量不同的SiX層，而且每一 SiX層中的硅顆粒尺寸均為納米級，該背反射層具有良好的背場鈍化性能，從而可以減少載流子在傳輸過程中的復(fù)合，進(jìn)而可以提高太陽能電池的光生電流。其二，背反射層中的至少兩層硅含量不同的SiX層可以使光子被多次反射，延長了光子在硅襯底內(nèi)的路徑，從而提高入射光的利用率。其三，納米級的硅顆粒是良好的上轉(zhuǎn)換媒介，可以使長波光子上轉(zhuǎn)換為能夠被硅襯底吸收的短波光子，從而可以進(jìn)一步提高太陽能電池光生電流。其四，背反射層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以使其反射效率保持穩(wěn)定，從而使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率保持穩(wěn)定?？梢岳斫獾氖?，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，包括娃襯底以及在所述娃襯底背光面一側(cè)的背反射層，其特征在于，所述背反射層包括疊置地至少兩層硅含量不同的SiX層，其中，X表示碳、氧或氮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述SiX層中硅顆粒尺寸均為納米級。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，多層所述SiX層中的硅含量交替變 換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，每一所述SiX層中硅的重量百分比含量為40 80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池，其特征在于，所述硅襯底的厚度為50 200納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的太陽能電池，其特征在于，每一所述SiX層的厚度與折射率滿足布拉格反射中的四分之一波長定律。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的太陽能電池，其特征在于，在所述SiX層中的硅顆粒尺寸為80 120納米。
8.一種太陽能電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 在娃襯底不受光一側(cè)的表面制作疊置的至少兩層娃含量不同的SiX層,其中，X表不碳、氧或氮。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，方法，還包括以下步驟 在900 1250°C的溫度下對所述SiX層進(jìn)行退火工藝，從而使所述SiX層中形成納米級的娃顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，每制作一層所述SiX層即對其實施退火工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，將所有所述SiX層制作完成之后再進(jìn)行退火工藝。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，所述退火工藝是在900 1250°C的溫度下保溫10 30分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，所述退火工藝采用激光退火工藝或熱退火。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池的制作方法，其特征在于，所述SiX層是通過化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積方式制作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽能電池及其制作方法，該太陽能電池包括硅襯底以及在所述硅襯底背光面一側(cè)的背反射層，所述背反射層包括疊置地至少兩層硅含量不同的SiX層，其中，X表示碳、氧或氮。該太陽能電池不僅光生電流高，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而可以長期保持穩(wěn)定的光生電流。此外，本發(fā)明提供的太陽能電池的制備工藝簡單，且易于操作，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/0232GK102956720SQ201110245148
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者肖青平 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司