晶体硅太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种晶体硅太阳能电池，其结构依次为正面栅状金属电极２２、窗口层２３、第二导电类型重掺杂层２４、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底２６、背面电极２７，本发明专利技术通过设置所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层２４就能够降低所述窗口层２３带来的复合损失，通过设置所述窗口层２３又能够降低所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层２４带来的欧姆损失，并同时降低所述正面栅状金属电极２２带来的遮挡损失，由此可将通常的晶体硅太阳能电池的转换效率提高至少１０％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种晶体硅(单晶硅或多 晶硅)太阳能电池。
技术介绍
目前，通常的晶体硅太阳能电池10，如图1所示，其典型结构 包括正面栅状金属电极12、减反射及钝化层13、 n+型重掺杂层14、 p型轻惨杂晶体硅衬底16、背面电极17，其中，正面栅状金属电极 12直接与n+型重掺杂层14连接并形成欧姆接触；n+型重掺杂层14 是在p型轻掺杂晶体硅衬底16的一个表面上通过扩散、离子注入或 外延等方法形成的，并且，n+型重掺杂层14和p型轻惨杂晶体硅衬 底16构成同质p-n结，并在其交界处形成p-n结耗尽区(d印letion region) 15;减反射及钝化层13由一种或多种非晶或多晶绝缘薄膜 构成。太阳光线11经过减反射及钝化层13入射到该电池内，被晶体 硅吸收后产生电子-空穴对，进而产生光生电动势，由此，晶体硅太 阳能电池就可以完成将光能转换为电能的功能。上述电池是一 p型晶体硅太阳能电池，也可以在n型晶体硅衬底 上制作太阳能电池，其结构与上述电池的结构类似。图1所示通常的晶体硅太阳能电池，其理论上的最大的转换效率 约是29%左右，但由于存在各种损耗，这个转换效率是达不到的，这 些损耗主要是光学损失和电学损失。其中，光学损失主要包括由于电 池表面对光的反射所引起的反射损失和由于金属前电极的遮挡造成电池吸收光的有效面积下降所引起的遮挡损失；电学损失主要包括由 于载流子的复合所造成的复合损失和由于引出电极(正面栅状金属电 极12以及背面电极17)之间的等效串联电阻所引起的欧姆损失。目 前面临的技术难题是，在不增加电池的欧姆损失的前提下，降低电池 的金属前电极的遮挡损失与降低电池的载流子的复合损失是有矛盾 的。上述矛盾，在图3所示的公开号为CN1416179A中国专利申请的 专利技术30中己被提出，并提供了一种解决办法，该专利技术30包括金属 电极32、高电导透明导电膜导电层33、高电阻透明导电膜阻挡层34、 n型掺杂层35、 p型晶体硅衬底37、背电极38， n型掺杂层35和p 型晶体硅衬底37在它们之间的交界处形成p-n结耗尽区36，该专利技术 30旨在通过采用高电导透明导电膜导电层33和高电阻透明导电膜阻 挡层34组合成的复合膜——透明导电膜前电极来取代上述的栅状金 属电极的一部分和减反射层，以达到增加入射光的通过、降低表层电 阻的目的。上述专利的技术方案确实在降低遮挡损失(增加了光的有效入射 面积)、降低欧姆损失(降低表层电阻)等方面具有积极的技术效果， 然而，现通过研究发现，它会同时带来其他问题，即带来大量的复合 损失，从而使整个晶体硅太阳能电池的损耗增加，原因如下.-1、高电导透明导电膜的特性决定了它并不能简单、直接地在晶 体硅太阳能电池得到应用。高电导透明导电膜在太阳能电池中的应用被发现，最先是被应用于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于高电导透明导电膜导电层是高掺 杂的简并半导体，因此由于高掺杂会产生强烈的复合过程，并且它又 是非晶或多晶薄膜，其中由于晶格的严重错位会形成大量的载流子的 复合中心，对于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于其各个层次都是非 晶或多晶薄膜，其中由晶格错位所造成的复合中心随处可见，因而透 明导电膜中的由于同样原因产生的复合中心就变得无关紧要。而在晶 体硅太阳能电池中，由于其各个层次的晶格都比较完整，其中由此产 生的复合损失是比较小的，如果在其中采用高电导透明导电膜，透明 导电膜中由晶格错位所造成的复合中心的复合作用就变得非常突出， 将会造成非常大的复合损失。2、高电导透明导电膜导电层33是一个比n+型重掺杂层14更 "死"的"死层"，其产生的复合损失比n+型重掺杂层14要大得多， 它会将连接着透明导电膜前电极的晶体硅掺杂层中所产生的几乎所 有的电子-空穴对复合损失掉。下面的分析是假定高电导透明导电膜导电层33是n型的，若该 导电层是P型，或者n型掺杂层35和p型晶体硅衬底37分别改成p 型的和n型的，其分析方法基本相似。由前述可知，高电导透明导电膜导电层33是一个具有大量复合 中心的透明导电膜，如果有电子-空穴对或空穴从其它区域注入到该 薄膜中，则会在该薄膜中非常迅速地复合损失掉，因此，当太阳光线 31照射到该专利技术30时，晶体硅就会产生电子-空穴对并形成光生电 动势，按照上述专利(公开号为CN1416179A)中的说法，高电阻透明导电膜阻挡层34对电子或空穴的运动几乎不起阻碍作用，因而n 型掺杂层35所产生的电子-空穴对中的大部分电子会因晶体硅中形 成的光生电动势做漂移(drift)运动而穿过高电阻透明导电膜阻挡 层34并注入到n型高电导透明导电膜导电层33中去，另外，n型掺 杂层35和p-n结耗尽区36都因吸收光而产生电子-空穴对，其空穴 浓度的变化是连续和缓慢的，而所形成的光电动势的电压比较小，一 般小于0.7V，其驱动能力比较小，因而n型掺杂层35所产生的空穴 向p-n结耗尽区36所做的扩散(diffusion)运动和漂移运动就要缓 慢得多，而由于n型高电导透明导电膜导电层33不会因吸收光而产 生电子-空穴对，其中原有的空穴浓度很低，n型掺杂层35所产生的 空穴的浓度与n型高电导透明导电膜导电层33中的空穴浓度就因此 而存在巨大的浓度差，因而在n型掺杂层35中靠近透明导电膜前电 极的区域所产生的电子-空穴对中的空穴就会因这一巨大的浓度差所 引起的扩散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n 型高电导透明导电膜导电层33中去，并与其中的电子迅速复合掉， 这样就会使得n型高电导透明导电膜导电层33中的空穴浓度依然是 很低的，同时使得在n型掺杂层35中靠近透明导电膜前电极的区域 的空穴浓度迅速降低，而这又会使得n型掺杂层35的内部所产生的 电子-空穴对中的空穴迅速扩散到在n型掺杂层35中靠近透明导电膜 前电极的区域，这种连锁反应会使得n型掺杂层35中一个少子扩散 长度的区域所产生的电子-空穴对中的大部分空穴会因扩散运动而迅 速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n型高电导透明导电膜导电层33中去，并与其中电子迅速复合掉，而上述n型掺杂层35 — 般是通过液态源扩散的，其结深小于lum，其少子寿命约为十几微 妙，因而其少子扩散长度至少是几十微米，这远远大于其结深。因此， n型掺杂层35所产生的几乎所有电子-空穴对会分别因漂移运动和扩 散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n型高电导 透明导电膜导电层33中去，并在其中被非常迅速地复合掉。在上面的叙述中没有提及由于晶体硅表面复合中心所造成的复 合损失，是因为这种损失比上述的损失要小得多。另外晶体硅中的复 合过程对上面的分析没有影响。相对于1 u m的深结,250nm的结深就应该算是浅结，甚至是500nm 的结深也应该算是浅结。以结深为250nm的采用上述专利技术的晶体 硅太阳能电池(以下简称专利电池)为例，由于采用了高电导透明导 电膜，在栅线密度为最小(0.5条/cm)的情况，其遮挡损失较通常 的晶体硅太阳能电池降低约4. 5%，即该专利电池会多吸收4. 5%的光 子数，250nm的结深意味着该专利电池中的n型扩散层要吸收10. 6% 的光子数，由于一个光子最多只能产生一对电子-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体硅太阳能电池，其结构依次为正面栅状金属电极（２２）、窗口层（２３）、第二导电类型重掺杂层（２４）、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底（２６）、背面电极（２７），所述的正面栅状金属电极（２２）和所述的窗口层（２３）相连接并形成欧姆接触，　 　其特征在于：　所述的第二导电类型重掺杂层（２４）是通过烧结合金、扩散、外延或离子注入等的方法在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底２６的一个主表面上形成的，并与所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底（２６）一起构成同质ｐ－ｎ结，所述的第 二导电类型重掺杂层（２４）的掺杂浓度≥６×１０↑［１８］／ｃｍ３，所述的第二导电类型重掺杂层（２４）的厚度为１０ｎｍ～１００ｎｍ，　所述的窗口层（２３）主要由一种或多种掺杂的化合物半导体的非晶或多晶薄膜构成，其方块电阻≤１００Ω／□， 其对ＡＭ１．５条件下的太阳光谱中波长在０．３９～１．１μｍ范围内的太阳光的透过率≥８０％，其中各种薄膜的电阻率≤０．８Ωｃｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄麟，
申请(专利权)人：黄麟，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]