薄膜太阳能电池结构、薄膜太阳能电池阵列及其制造方法技术

本发明专利技术提出一种薄膜太阳能电池结构和制作方法以及薄膜太阳能电池阵列。该薄膜太阳能电池结构的制造方法包括：从所述第一表面刻蚀半导体衬底形成至少两个第一沟槽，以及从所述第二表面刻蚀半导体衬底形成至少一个第二沟槽，每个所述第二沟槽位于相邻的两个所述第一沟槽之间；至少在所述第一沟槽的侧壁形成第一结构；至少在所述第二沟槽的侧壁形成第二结构；从所述第一沟槽和第二沟槽切割或拉伸所述半导体衬底以形成薄膜太阳能电池结构。通过本发明专利技术能够有效缩短电极之间的距离，减小电子与空位的复合几率，减小体复合电流及表面复合电流，以达到提高发电效率的目的。本发明专利技术所提出的薄膜太阳能电池结构和制作方法还可节省半导体用料和降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种新型、高效率、低成本的薄膜太阳 能电池结构、阵列及其制造方法。
技术介绍
薄膜太阳能电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用半导体材料极 少，因此更容易降低成本，同时它不仅是一种高效能源产品，而且也可作为一种新型的建筑 材料，更容易实现与建筑的完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳能 电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。目前，已经能进行产业化大规模生产的 薄膜电池主要有3种硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能 电池。由于薄膜太阳能电池用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势，因此得到了较快的 发展。如图1、图2所示，为现有技术的一种薄膜太阳能电池结构及将太阳能转化为电 能的示意图。从图1可以看出，现有技术在晶圆的厚度方向上形成的薄膜太阳能电池结构 200，其电极230分别在电池基板210的两侧，两电极230之间的区域为进光区220，电池基 板200内为PN结。图2为图1所示的薄膜太阳能电池结构200在AA’方向的视图，可以看 出，当电池基板210受光后，PN结中，N型半导体的空穴240往P型区移动，而P型区中的电 子241往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这 就形成了电源。参考图1、图2，对于这种结构的薄膜太阳能电池，其电极230面积小、电阻大；为 了提高太阳能的吸收面积需要增大进光区220的面积，而两个电极230之间的距离与进光 区220的宽度一样(一般大于0. 5mm)，这样会导致两个电极230间的复合区260加大，使体 电流和表面复合电流过大，从而导致发电效率低。另外，现有太阳能电池结构的投资成本较 高，因此也影响了薄膜太阳能电池的推广和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决两个电极之间复合区 加大而导致发电效率低的缺陷。为达到上述目的，本专利技术一方面提出一种薄膜太阳能电池结构的制造方法，所述 方法包括提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一掺杂类型，所述半导体衬底包括第一 表面和与其相对的第二表面；从所述第一表面刻蚀半导体衬底形成至少两个第一沟槽，以 及从所述第二表面刻蚀半导体衬底形成至少一个第二沟槽，每个所述第二沟槽位于相邻的 两个所述第一沟槽之间；至少在所述第一沟槽的侧壁形成第一结构；至少在所述第二沟槽 的侧壁形成第二结构；从所述第一沟槽和第二沟槽切割或拉伸所述半导体衬底以形成薄膜 太阳能电池结构，其中，所述第一沟槽和第二沟槽之间的半导体衬底形成所述薄膜太阳能 电池结构的半导体基板，所述第一结构、第二结构或其组合为所述薄膜太阳能电池结构的进光面。本专利技术另一方面还提出一种薄膜太阳能电池结构，所述结构包括半导体基板，所 述半导体基板具有第一掺杂类型，所述半导体基板包括第三表面和与其相对的第四表面； 位于所述半导体基板的第三表面上的第一结构，以及位于第四表面上的第二结构，所述第 一结构、第二结构或其组合为太阳能电池结构的进光面；以及位于半导体基板两侧及所述 第三表面和第四表面之间的侧墙。本专利技术再一方面还提出一种薄膜太阳能电池阵列，包括多个上述的薄膜太阳能电 池结构，其中每两个所述薄膜太阳能电池结构相并联。本专利技术再一方面还提出一种薄膜太阳能电池阵列，所述阵列包括多个薄膜太阳 能电池结构，所述太阳能电池结构包括具有第一掺杂类型的半导体基板，所述半导体基板 具有第三表面和与其相对的第四表面，以及位于第三表面上的第一结构和位于第四表面上 的第二结构，所述第一结构至少包括具有第二掺杂类型的第一半导体层和第一电极层，所 述第二结构至少包括第二电极层，所述第二掺杂类型与第一掺杂类型相反，所述第一结构、 第二结构或其组合为所述薄膜太阳能电池结构的进光面；多个可弯曲绝缘层，所述可弯曲 绝缘层形成在相邻基板相对的两个表面上并连接所述相邻基板；与所述多个可弯曲绝缘 层相匹配的多个第一导电层和第二导电层，所述第一导电层和第二导电层位于绝缘层的两 侧，所述第一导电层连接相邻两个薄膜太阳能电池结构的第一电极层，以及所述第二导电 层连接相邻两个薄膜太阳能电池结构的第二电极层。通过本专利技术的制造方法，有效地利用了衬底(或晶圆)的厚度，增大电极的有效面 积，并将电极与进光面设置在同一侧，从而能够有效减小复合距离，缩短电极之间的距离， 减小载流子的复合电流，提高发电效率。本专利技术的电池结构，在半导体基板的侧壁形成了绝 缘层，一方面，减少载流子在侧壁部分的复合，进一步提高发电效率，另一方面，绝缘层上还 可形成与电极相连接的导电层并隔离导电层，防止了两电极可能的短路，通过导电层实现 电池阵列中各个结构间为并联，减小了连接电阻，提高了发电效率。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中图1为现有技术的薄膜太阳能电池结构的示意图；图2为图1所示的薄膜太阳能电池结构在AA’方向的视图；图3为根据本专利技术实施例的薄膜太阳能电池结构的制造方法的流程图；图4-15为根据本专利技术实施例的薄膜太阳能电池结构的各个制造阶段的的剖面 图；图16为根据本专利技术实施例的太阳能电池的结构及工作原理图。 具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终7相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术主要在于通过利用衬底的厚度，在衬底厚度方向所在的平面上形成电极， 并将太阳能电池的电极和进光面设置在同一侧，从而能够有效减小复合距离，缩短电极之 间的距离，减小体复合电流，提高发电效率。并且，本专利技术的结构在电池基板的两侧具有绝 缘层，可以进一步减少载流子在侧面的复合，提高发电效率。如图3所示，为本专利技术实施例的形成薄膜太阳能电池结构的方法的流程图，包括 以下步骤步骤S301，提供半导体衬底，所述半导体衬底101具有第一掺杂类型，所述半导体 衬底101包括第一表面101-1和与其相对的第二表面101-2，参考图4、5。在本专利技术的一个 实施例中，半导体衬底101为单晶硅、单晶锗或单晶锗硅，优选地，表面101-1、101-2的晶 向为{110}或{112}，与第一表面和第二表面垂直的半导体衬底101的厚度方向的晶向为 {111}，在另外的实施例中，半导体衬底101还可以为多晶Si、多晶Ge、多晶SiGe、III-V或 II-VI化合物半导体或其组合。所述半导体衬底101具有第一掺杂类型，所述第一掺杂类型 可以为P型掺杂或η型掺杂，在一个本专利技术的实施例中，可以选择ρ型晶圆或者η型晶圆， 在其他实施例中，可通过在半导体衬底进行所需掺杂配置来形成。其中，该半导体衬底的厚 度可为0. 2-3mm。步骤S302，从所述第一表面101-1刻蚀半导体衬底101形成至少两个第一沟槽 123，以及从所述第二表面101-2刻蚀半导体衬底101形成至少一个第二沟槽124，每个所述 第二沟槽124位于相邻的两个所述第一沟槽12本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种薄膜太阳能电池结构的制造方法，所述方法包括：Ａ、提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一掺杂类型，所述半导体衬底包括第一表面和与其相对的第二表面；Ｂ、从所述第一表面刻蚀半导体衬底形成至少两个第一沟槽，以及从所述第二表面刻蚀半导体衬底形成至少一个第二沟槽，每个所述第二沟槽位于相邻的两个所述第一沟槽之间；Ｃ、至少在所述第一沟槽的侧壁形成第一结构；Ｄ、至少在所述第二沟槽的侧壁形成第二结构；Ｅ、从所述第一沟槽和第二沟槽切割或拉伸所述半导体衬底以形成薄膜太阳能电池结构，其中，所述第一沟槽和第二沟槽之间的半导体衬底形成所述薄膜太阳能电池结构的半导体基板，所述第一结构、第二结构或其组合为所述薄膜太阳能电池结构的进光面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱慧珑，骆志炯，尹海洲，
申请(专利权)人：朱慧珑，骆志炯，尹海洲，
类型：发明
国别省市：US[美国]