基于ＴＣＯ薄膜和键合技术的太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种基于ＴＣＯ薄膜和键合技术的太阳能电池，包括：一下电极；一Ｎ型材料层，该Ｎ型材料层制作在下电极上；一第一ＴＣＯ薄膜层，该第一ＴＣＯ薄膜层制作在Ｎ型材料层上；一第二ＴＣＯ薄膜层，该第二ＴＣＯ薄膜层键合在第一ＴＣＯ薄膜层上；一Ｐ型材料层，该Ｐ型材料层制作在第二ＴＣＯ薄膜层上；一上图形电极，该上图形电极制作在Ｐ型材料层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光伏器件与
，尤其涉及一种基于TCO薄膜和键合技术 的太阳能电池。
技术介绍
太阳能电池可以直接将太阳光能转变成电能，解决目前全球面临的能源危机，因 此构造低成本、高效率的太阳能电池成为国内外光伏行业的研究重点。目前具有单个或多 个PN结结构的半导体太阳能电池已经广泛应用航天、军事、卫星、景观照明和家庭用电等
太阳能电池利用了材料的光伏特效应，即器件暴露在光线下时产生电压的现象。 目前常用的太阳能电池多由半导体材料制成，采用PN结结构或肖特基势垒结构(包括MIS 和SIS电池结构)。单个PN结结构可以实现较高的转换效率，但电池制作工艺复杂，成本较 高；肖特基势垒(包括MIS和SIS结构)太阳能电池制作工艺简单，但转换效率较低，应用 范围较小。因此，构造一种工艺简单的新结构高效太阳能电池是其能够被广泛应用的关键。为实现太阳能电池高的转换效率，国内外都开始尝试采用多个结来构造太阳能 电池，结与结之间通过隧道结或晶片键合连接，这样可以有效的利用太阳光谱，提高电池 效率。文献 1 :"c. Μ. Fetzer, R. R. King, P. C. Colter, et al, J. Cryst. Growth 261 (2-3) (2004)341-348” 和文献 2 :‘‘R. R. King，D. C. Law，K. Μ. Edmondson，et al, Appl. Phys. Lett. 90(18) (2007) 183516 :1_3”中报导的多结太阳能电池具有较高的效率，但其生产工艺 复杂，成本较高，难以广泛利用；文献 3 :"J. Μ. Zahler, K. Tanabe，C. Ladous，et al, Appl. Phys. Lett. 91(1) (2007)012108 1-3” 和文献 4 :"M. J. Archer, D. C. Law, S. Mesropian, et al，Appl. Phys. Lett. 92(10) (2008) 103503 :1_3”中报道了一种利用键合技术制造单结和双 结电池的方法，利用这种方法可以降低材料成本，但其制作工艺复杂，效率提升不明显。因 此，半导体PN结太阳能电池还不能实现低成本高效率大规模的生产，也就无法得到推广。肖特基势垒(包括MIS和SIS电池结构)太阳能电池因为其简单的工艺，一直被人 们所研究，近几年SIS电池成为研究的热点之一。文献5 :"v. Μ. Botnaryuk, L. V. Gorchak, et al，Tech. Phys. 43(5) (1998)546-9”和文献 6 :‘‘0.Malik，F. J. De la Hidalga-ff,et al, Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 2472-2477” 报道了利用 ITO 制作的不同 半导体材料的SIS太阳能电池，其工艺简单，利于生产，但效率相对单个PN结要低很多，这 限制了其应用范围。综上所述，目前太阳能电池研究的两个目标是降低成本和提高转换效率，其中降 低成本包括使用较少、低廉的材料实现等价的输出功率和减少电池生产工艺步骤和工艺成 本；提高转换效率主要是通过多个不同带隙结的串联以更加有效的利用太阳光谱。因此借 助于现有生产手段，用最低的成本实现最大的输出效率是太阳能电池的未来发展趋势。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于TCO薄膜和键合技术的太阳能电 池结构，解决目前太阳能电池生产成本高和转化效率低的问题，达到同时降低生产工艺成 本和提高电池输出效率。为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于TCO薄膜和键合技术的太阳能电池，包括一下电极；一 N型材料层，该N型材料层制作在下电极上；一第一 TCO薄膜层，该第一 TCO薄膜层制作在N型材料层上；一第二 TCO薄膜层，该第二 TCO薄膜层键合在第一 TCO薄膜层上；一 P型材料层，该P型材料层制作在第二 TCO薄膜层上；一上图形电极，该上图形电极制作在P型材料层上。其中N型材料层和P型材料层为厚度不同的同种材料，或是带隙合理组合的异种 材料。其中N型材料层和P型材料层为单晶、多晶或非晶。其中第一、第二 TCO薄膜层是宽带隙透明导电材料。其中第一、第二 TCO薄膜层的材料为Sn02、In2O3或ΙΤ0。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术提供的这种基于TCO薄膜和键合技术的高效太阳能电池，由于上下两层 异型材料与TCO之间能形成肖特基势垒或SIS结构中的强型层，且两层半导体材料在光照 下产生的剩余电子向下(N型材料)运动，产生的剩余空穴向上(P型材料)运动，故相当于 两个电池是串联在一起。当上下两个子电池在串联状态下产生相同的光生载流子时，该结 构电池可以获得最大的输出效率，开路电压近似于两个子电池电压的叠加。即此种结构电 池有效的利用了太阳光谱，提高了输出电压。2、本专利技术提供的这种基于TCO薄膜和键合技术的高效太阳能电池，两层半导体材 料可以是同种材料，特别适用于间接带隙材料，如Si材料，合理选择上层材料厚度，使其有 效吸收短波长光子后产生的光生载流子等价于下层材料吸收长波长光子后产生的光生载 流子，则该电池可实现最大的转换效率。3、本专利技术提供的这种基于TCO薄膜和键合技术的高效太阳能电池，可根据TCO薄 膜的要求选择不同的材料和生长工艺，以使得子电池与其之间形成最大的势垒；半导体材 料也可以根据要求选择单晶、多晶或非晶。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施方式及附图详细说明如后，其 中图1为本专利技术提供的基于TCO薄膜和键合技术的高效太阳能电池垂直剖面结构示 意图；其中两层半导体中间为TCO薄膜，薄膜中间虚线代表键合界面，上电极为优化后的条 形电极需同时保证电池有效的受光面积和较低的接触电阻，部分电池结构中也可采用透明 电极。图2为本专利技术提供的基于TCO薄膜和键合技术的高效太阳能电池生产工艺步骤示意图。图3为本专利技术以半导体材料Si为例构造的高效太阳能电池能带结构图；其中图 3(a)为ITO和P型、N型硅的能级分布，图3(b)为该结构太阳能电池能带分布图。图4为本专利技术以P型GaAs和N型Si为例构造的高效太阳能电池能带结构图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术提供一种基于T⑶薄膜和键合技术的太阳能电池，包括一下电极 10;一 N型材料层20，该N型材料层20制作在下电极10上；一第一 TCO薄膜层30，该第一 TCO薄膜层30制作在N型材料层20上；一第二 TCO薄膜层40，该第二 TCO薄膜层40键合在第一 TCO薄膜层30上；所述的第一、第二 TCO薄膜层30、40是宽带隙透明导电材料，该第一、第二 TCO薄 膜层30、40的材料为SnO2、In2O3或ITO ；一 P型材料层50，该P型材料层50制作在第二 TCO薄膜层40上；所述的该N型材料层20和P型材料层50为厚度不同的同种材料，或是带隙合理 组合的异种材料，该N型材料层20和P型材料层50为单晶、多晶或非晶；一上图形电极60，该上图形电极60制作在P型材料层50上。再如图1所示，该太阳能电池包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＴＣＯ薄膜和键合技术的太阳能电池，包括：一下电极；一Ｎ型材料层，该Ｎ型材料层制作在下电极上；一第一ＴＣＯ薄膜层，该第一ＴＣＯ薄膜层制作在Ｎ型材料层上；一第二ＴＣＯ薄膜层，该第二ＴＣＯ薄膜层键合在第一ＴＣＯ薄膜层上；一Ｐ型材料层，该Ｐ型材料层制作在第二ＴＣＯ薄膜层上；一上图形电极，该上图形电极制作在Ｐ型材料层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马绍栋，郑婉华，陈微，周文君，刘安金，彭红玲，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]