具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法制造技术

本发明专利技术提供了一种具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法。具体的，本发明专利技术提供了一种太阳电池，包括N型半导体衬底；上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，且该抗反射层位于所述上电极中；所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2。本发明专利技术的太阳电池以包含掺杂态氮化硅层的抗反射层作为感应层的组成部分，抗反射性能优异，制备方法简单，同时，可极大降低太阳电池的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法
本专利技术涉及光伏领域，具体地涉及一种具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法。
技术介绍
太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、无污染、使用方便等优势在各种可再生能源中占突出地位。对太阳能的利用主要以光伏发电为主，即利用太阳电池将太阳能直接转化为电能。目前，市场上销售的太阳电池大部分是以P型单晶硅或多晶硅为衬底，采用P-N结结构。由于P-N结一般通过高温磷扩散来实现，因此这种太阳电池存在以下几个缺点：1)发射区重掺杂导致禁带宽度变窄效应；2)扩散过程中在硅表面引入高浓度缺陷和复合中心，产生“死层”，引起电池光谱响应降低；3)高温过程使材料少子寿命降低。Metal-Insulator-Semiconductor/InversionLayerSolarCell，中文全称为金属-绝缘体-半导体/感应反型层太阳电池，简称为MIS/IL太阳电池，这类电池的一个显著特点是避免采用高温扩散方式形成P-N结，而是依靠覆盖在半导体表面上感应层中的固定电荷(以下简称电荷)，在半导体表面感应出反型层，从而形成一个同常规太阳电池P-N结功能相同的感应结，因此与常规太阳电池相比，MIS/IL太阳电池不但没有前面所提出的缺点，而且还由于结深较浅而具有良好的短波响应，同时还具有工艺简单、成本低等优点。感应层由绝缘层和抗反射层组成，一般采用氧化硅为绝缘层，氮化硅、氧化铝为抗反射层，其中氧化硅和氮化硅带正电荷，氧化铝带负电荷，感应层的电性决定了衬底使用哪种导电类型，如果感应层显正电性，则会吸引衬底的电子在半导体表面聚集，在半导体表面感应出N型层，因此衬底必须选择P型；如果感应层显负电性，则会吸引衬底的空穴在半导体表面聚集，在半导体表面感应出P型层，相应衬底要选择N型。反型层和衬底形成一个空间电荷区，光生载流子(电子和空穴)在空间电荷区的内建电场作用下分离，如果是P型衬底，空穴被下电极收集，电子先在反型层中横向运动到栅状电极下方，然后通过遂穿效应，穿过绝缘层，被上电极收集，为了克服反型层面电阻大而带来的损失，需要制备密栅结构或者增加感应层的电量。氮化硅不但含有大量正电荷(大于1012cm-2)，而且还兼有良好的抗反射作用(λ＝632.8nm时，折射率在1.8～2.5之间可调)和良好的钝化效果，此外采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)法制备氮化硅具有：沉积温度低、沉积速率快、工艺重复性和薄膜均匀性好等优点，使得低成本PECVD技术在常规太阳电池产业中得到了广泛的应用，因此目前大多数MIS/IL太阳电池都是以P型硅为衬底，用PECVD技术制备的氮化硅为抗反射层。早在1973年H.Fischer等人发现以P型硅为衬底的常规P-N结太阳电池在光照下有明显的性能衰减问题(10thIEEEPVSC.PaloAlto,CA,USA,1973)，这种现象称为光致衰减现象。1997年J.Schmidt等人证实该现象是由于硼氧对引起的(26thIEEEPVSC.NewYork,USA,1997)。由于N型硅材料硼含量极低，所以由硼氧对导致的光致衰减现象在以N型硅为衬底的常规P-N结太阳电池上不明显，可以忽略。近年来研究还发现，与P型晶体硅材料相比，N型硅材料具有更高的少子寿命和更高的金属污染容许度(22ndEuropeanPVSEC,Italy,2007)，因此N型电池有更高的光电转换效率，例如Sunpower、Sanyo公司生产的商品化N型电池效率已经达到20％以上，全球顶尖的光伏研究机构和企业都投入巨资进行高效N型电池的研发和产业化。结合MIS/IL电池和N型电池的优点，制备以N型硅为衬底的MIS/IL结构太阳电池，是这种太阳电池未来的发展方向。目前仅少数专利如“太阳能电池”(公开号：CN102257623A)用含负电荷的氧化铝为感应层，制备n型衬底的MIS/IL太阳电池，但这种电池有以下缺点：1)氧化铝的折射率偏低，抗反射效果不佳，降低电流密度；2)氧化铝与硅的界面态密度较高，光生载流子在界面处复合严重，降低电流密度；3)高质量氧化铝一般采用ALD技术(AtomicLayerDeposition，单原子层沉积)生长，该设备昂贵，增加电池制作成本。倘若能用低成本技术(例如：PECVD)制备带负电荷的感应层，并且电荷量大于1012cm-2量级，这样将进一步降低电池生产成本，必将成为光伏领域的一个重大技术突破。综上所述，目前尚缺乏令人满意的、具有高电荷量的以N型硅为衬底的MIS结构的太阳电池，因此，本领域迫切需要开发新的具有高电荷量的N型硅衬底的MIS结构太阳电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有带大量固定负电荷感应层的太阳电池及其制备方法。在本专利技术的第一方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池包括：N型半导体衬底；上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，所述抗反射层位于所述上电极中；且所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2。在另一优选例中，所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2是指每cm-2含有1012～1013个电子。在另一优选例中，所述的掺杂态氮化硅层包括：作为主体成分的氮化硅和任选的掺杂元素。在另一优选例中，所述N型半导体衬底包括选自下组的N型半导体材料：单晶硅、非晶硅、多晶硅、锗、III-VI族化合物、II-VII族化合物，或其组合。在另一优选例中，所述N型半导体衬底为单晶硅。在另一优选例中，所述N型半导体衬底的电阻率为0.1～10Ω·cm，较佳地，为0.3～5Ω·cm。在另一优选例中，所述上电极为透明电极结构或密栅结构，较佳地，为密栅结构。在另一优选例中，所述上电极包括：铝、镍、铬、金、钛、钯、银，或其组合，较佳地，为铝。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层中的掺杂元素包括：磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲，或其组合。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.01～35％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.5～30％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.5～10％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的厚度为10～200nm。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的厚度为75～80nm。在另一优选例中，所述抗反射层还包括一复合介质膜层；较佳地，所述的复合介质膜层选自下组：氧化铝层、非晶硅层、氧化钛层，或其组合。在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的含量为50～99.9wt％，以所述抗反射层的总重量计。在另一优选例中，所述感应层还包括绝缘层，所述的绝缘层位于上电极和衬底之间。在另一优选例中，所述绝缘层包括氮化硅和/或氮氧化硅，优选地，包括氮氧化硅。在另一优选例中，所述绝缘层的厚度为1～20nm。在另一优选例中，所述绝缘层的厚度为1～3nm，较佳地，为2nm。在另一优选例中，所述太阳电池还包括选自下组的任选一种结构：MIS/IL电池结构；MIS电池结构；MS电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池包括：N型半导体衬底；上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，所述抗反射层位于所述上电极中；且所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm‑2。

【技术特征摘要】
1.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池包括：N型半导体衬底；上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，所述抗反射层位于所述上电极中；并且，所述感应层是指能够在半导体近表面感应出反型层的薄膜；且所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2。2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述的掺杂态氮化硅层包括：作为主体成分的氮化硅和任选的掺杂元素。3.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述N型半导体衬底包括选自下组的N型半导体材料：单晶硅、非晶硅、多晶硅、锗、III-VI族化合物、II-VII族化合物，或其组合。4.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述N型半导体衬底的电阻率为0.1～10Ω·cm。5.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述上电极为透明电极结构或密栅结构。6.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述上电极包括：铝、镍、铬、金、钛、钯、银，或其组合。7.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层中的掺杂元素包括：磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲，或其组合。8.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.01～35％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。9.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层的厚度为10～200nm。10.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述抗反射层还包括一复合介质膜层。11.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层的含量为50～99.9wt％，以所述抗反射层的总重量计。12.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述感应层还包括绝缘层，所述的绝缘层位于上电极和衬底之间。13.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述绝缘层包括氮化硅和/或氮氧化硅。14.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1～20nm。15.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括选自下组的任选一种结构：MIS/IL电池结构；MIS电池结构；MS电池结构。16.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括选自下组的一种或多种层：反型层，所述反型层位于所述绝缘层和衬底之间；背电极，所述背电极位于所述衬底下方。17.根据权利要求16所述的太阳电池，其特征在于，所述背电极包括选自下组的金属：铝、镍、金、钛、钯、银，或其组合。18.一种如权利要求1所述太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：i)提供N型半导体衬底；ii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成上电极；iii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述步骤iii包括：利用气相沉积法在所述上电极中生成抗反射层。20.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述步骤ii)包括：通过掩膜板和光刻技术在所述N型半导体衬底的正表面上生成密栅结构的上电极。21.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，潘淼，高平奇，韩灿，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33