晶体硅太阳能电池制造技术

本实用新型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、窗口层、第二导电类型重掺杂层、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底、第一导电类型重掺杂层、背面电极，本实用新型专利技术通过设置“薄”且高掺杂的第二导电类型重掺杂层以及“透明”且“导电”的窗口层，本实用新型专利技术的晶体硅太阳能电池结构，能降低复合损失、欧姆损失和遮挡损失，可将其转换效率提高至少１０％以上。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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型轻掺杂晶体硅衬底16、背面电极17，其 中，正面栅状金属电极12必须通过烧结工艺来穿透减反射及钝化层13，并与n+型重掺杂层 14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型轻掺杂晶体硅衬底16构成同 质P_n结，并在其交界处形成p_n结耗尽区(cbpletion 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并起着减反射的作用；P型轻掺杂晶体硅衬底16与背 面电极17形成欧姆接触。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。在这些损失中，如何降低复合损失是提高晶体硅太阳能电 池性能的主要难点之一。对于通常的晶体硅太阳能电池10来说，目前面临的技术难题是1、在通常的晶体硅太阳能电池10中，正面栅状金属电极12必须与n+型重掺杂层 14形成欧姆接触，而这是通过700 900°C的高温烧结工艺来完成的。在半导体技术中，我 们已经清楚，当金属烧结或合金温度在400°C左右时就会对晶体硅中的少子寿命有影响，因 而700 900°C的高温烧结工艺势必会大大降低晶体硅中的少子寿命，进而大大增加复合 损失。对这一问题的通常解决办法是采用光刻技术，但这会大大增加成本。2、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。这个矛盾的另一种表述是，在不增加电池的金属前 电极的遮挡损失的前提下，降低电池的欧姆损失与降低电池的载流子的复合损失是有矛盾 的。在通常的晶体硅太阳能电池10中，n+型重掺杂层14要完成3个功能a、吸收光 子以产生电子_空穴对；b、将载流子输运到正面栅状金属电极12中去的横向导电功能；c、 形成p-n结以分离电子-空穴对。若要降低遮挡损失，就要减少正面栅状金属电极12的电极条数，而这增加了电极之间的距离，要想保持欧姆损失不变，就必须降低n+型重掺杂层14 的方块电阻，进而必须增加n+型重掺杂层14的掺杂浓度，而这又会增加n+型重掺杂层14 中的复合损失。上述矛盾，在公开号为CN1416179A的中国专利申请中已被提出，并给出了如图2 所示的技术20来解决这一矛盾，该技术20包括金属电极22、高电导透明导电膜 导电层23、高电阻透明导电膜阻挡层24、n型掺杂层25、p型晶体硅衬底27、背电极28，n 型掺杂层25和p型晶体硅衬底27在它们之间的交界处形成p-n结耗尽区26，该技术 20旨在通过采用高电导透明导电膜导电层23和高电阻透明导电膜阻挡层24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，由于晶体硅中各个层次的晶格 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23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，它既包含了由于高掺杂所产生的复合损失， 这一点与n+型重掺杂层中的“死层”是一样的，同时又包含了 n+型重掺杂层14所没有的， 由于晶格的严重错位所形成的大量的载流子的复合中心所造成的更大的复合损失，所有这 些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23是n型的，若该导电层是p型，或 者n型掺杂层25和p型晶体硅衬底27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23是一个会产生大量复合损失的透明导 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。而对于n+型重掺杂层14，由于其晶格比较完整，并且通过良好的表面钝化， 因而只有高掺杂和少量的复合中心所引起的复合损失，而这些比高电导透明导电膜导电层 23所引起的复合损失就要少得多。因此，当太阳光线21照射到该技术20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 24对电子或空穴的运动几乎不起阻碍作用，因而n型掺杂层25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24并注入到n型高电导透明导电膜导电层23中去，另外，n型掺杂层25和p_n结 耗尽区26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25所产生的 空穴向P_n结耗尽区26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23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25所产生的空穴的浓度与n型高电导透明导电膜导电层23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25中靠近透明导电膜前电极的区域所产生 的电子-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（３２）、窗口层（３３）、第二导电类型重掺杂层（３５）、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底（３７）、背面电极（３９），其中，所述的第二导电类型重掺杂层（３５）与所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底（３７）一起构成同质ｐ－ｎ结，所述的窗口层（３３）对ＡＭ１．５条件下的太阳光谱中波长在０．３９～１．１μｍ范围内的太阳光的平均透过率≥７０％；所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻≤４Ω。

【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：实用新型
国别省市：33[]