一种硅基埋栅薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种硅基薄膜太阳能电池，包括一顶电极、一与衬底连接的底电极、P型硅薄膜和N型硅薄膜，其中所述顶电极被N型硅薄膜所包裹，所述P型硅薄膜包裹在N型硅薄膜的周围，在P型硅薄膜与N型硅薄膜的结合面上形成闭合环状的PN结，所述底电极与N型硅薄膜连接。其制作步骤是：1）制备底电极；2）第一次淀积P型硅薄膜；3）第二次淀积P型硅薄膜；4）第一次淀积N型硅薄膜；5）形成欧姆接触区；6）制备顶电极；7）第二次淀积N型硅薄膜；8）激光刻蚀P型硅薄膜通槽；9）第三次淀积P型硅薄膜。优点是：提高了太阳能电池的受光面积，从而提高了电池的光电转换效率；同时制作容易，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池技术，尤其涉及一种硅基薄膜太阳能电池。
技术介绍
光子、电子和声子都是能量的载体。太阳能电池作为光电能量转换器件，主要是光子和电子之间相互交换能量，同时有声子参与这个交换过程。这种能量的相互作用主要发生在太阳电池材料表面数微米的范围内，这为制造薄膜太阳电池提供了物理基础。由于太阳光具有弥散性，为了获得数百瓦的电功率，往往需要数平方米的太阳电池器件。为了降低成本，发展大面积微米量级的薄膜太阳电池十分必要。薄膜太阳电池的基本工作原理是利用半导体材料构成的PN结，光照在太阳能电池内产生电子-空穴对，经过 PN结电场作用，通过电极引出形成光电流。与多晶硅及单晶硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池的转换效率较低，这与构成薄膜太阳能电池的材料为非晶硅材料有关。非晶硅材料中的缺陷密度大，导致光生载流子在薄膜中的复合率高，从而降低了电池的转换效率。但是， 由于薄膜太阳能电池的生产成本低，可以淀积在各种类型的衬底甚至可用柔性衬底，薄膜太阳能电池具有了性价比高的特点，成为了继晶体硅太阳能电池后的第二代太阳能电池。现在人们生产的主流薄膜太阳能电池的结构如图1所示，从上而下分别为透明顶电极1、底电极4、p型非晶硅2和N型非晶硅3及绝缘衬底5组成。P型非晶硅2和N型非晶硅3叠合连接，在叠合处构成一个PN结，顶电极1和底电极4分别置于P型非晶硅2 上端面和N型非晶硅3下端面，最终形成一单结非晶硅薄膜太阳能电池。目前主流工业化薄膜太阳能电池的转换效率大约为7%-10%，由于非晶硅薄膜材料性能提高十分困难，为了进一步提高薄膜太阳能电池的转换效率，设计新型薄膜电池结构显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有较高太阳能转换效率的硅基薄膜太阳能电池，上述目的由下述技术方案来实现所述硅基埋栅薄膜太阳能电池，包括一顶电极、一与衬底连接的底电极、P型硅薄膜和 N型硅薄膜，其中所述顶电极被N型硅薄膜所包裹，所述P型硅薄膜包裹在N型硅薄膜的周围，在P型硅薄膜与N型硅薄膜的结合面上形成闭合环状的PN结，所述底电极与N型硅薄膜连接。所述太阳能电池的进一步设计在于，所述P型硅薄膜和N型硅薄膜的为非晶硅或多晶硅薄膜。所述太阳能电池的进一步设计在于，所述顶电极和底电极为铝或银材料制成的电极，或掺氟氧化锌或氧化铟硒透明材料制成的电极。所述硅基埋栅薄膜太阳能电池的制作方法，包括如下步骤1)制备底电极；2)第一次淀积P型硅薄膜，在所述底电极上进行硅薄膜淀积，在淀积的同时进行P型杂质的重掺杂，在底电极上形成P+硅薄膜层；3)第二次淀积P型硅薄膜，在所述P+硅薄膜上继续淀积，在淀积的同时进行P型杂质的掺杂，在P+硅薄膜层上形成P-硅薄膜层；4)第一次淀积N型硅薄膜，在所述P-硅薄膜上继续淀积，在淀积的同时进行N型杂质的掺杂，在P-硅薄膜层上形成N-型硅薄膜层；5)形成欧姆接触区，将镂空有电极窗口的丝网覆盖于所述N-型硅薄膜上，在电极窗口处的N-型硅薄膜上进行N型杂质的重掺杂，在电极窗口处的N-型硅薄膜层上形成N+型硅薄膜；6)制备顶电极，在上述N+型硅薄膜上进行顶电极淀积，形成顶电极，去除丝网；7)第二次淀积N型硅薄膜，在去除丝网后的N-型硅薄膜层上及顶电极上继续硅薄膜淀积，同时进行N型杂质的掺杂，形成包围顶电极的N-型硅薄膜层；8)激光刻蚀P型硅薄膜通槽，在上述N型硅薄膜层两侧用激光刻蚀出连通所述P-硅薄膜层的通槽；9)第三次淀积P型硅薄膜，对上述通槽继续进行硅薄膜淀积，在淀积硅薄膜的同时进行P型杂质的掺杂，形成包围N型硅薄膜的P-硅薄膜层。所述太阳能电池制作方法的进一步设计在于，所述P型杂质的重掺杂所形成的 P-硅薄膜层，其硅薄膜中掺杂硼元素B的浓度达IO13 1015，所述P型杂质的掺杂所形成的 P+硅薄膜层，硅薄膜中掺杂硼元素B的浓度达IO17 1019，所述N型杂质的重掺杂所形成的 N-硅薄膜层，硅薄膜中掺杂磷元素P的浓度达IO13 1015，所述N型杂质的掺杂所形成的N 硅薄膜层，是指硅薄膜中掺杂磷元素P的浓度达IO17 1019。所述太阳能电池制作方法的进一步设计在于，所述第一、二、三次淀积P型硅薄膜和所述第一、二次淀积N型硅薄膜都采用等离子化学增强气相沉积仪进行的淀积。所述太阳能电池制作方法的进一步设计在于，所述通槽宽度与N型硅薄膜层的宽度比为 1 :22 1 :18ο所述太阳能电池制作方法的进一步设计在于，所述底电极是通过磁控溅射铝在衬底上形成导电的铝或银薄膜。所述太阳能电池制作方法的进一步设计在于，所述顶电极是采用磁控溅射方法进行制备的。本专利技术的薄膜太阳能电池与现有的薄膜太阳能电池相比，电池的顶电极位于N型薄膜区内，N型硅薄膜被P型硅薄膜所包裹，形成一个闭合环状的PN结，该闭合环形的PN结与底电极平行的上下两面都可以接受光的辐射，提高了太阳能电池的受光面积，从而提高了电池的光电转换效率。本专利技术的顶电极可以使用铝和银等金属材料，而不局限于主流薄膜太阳能电池的透明电极，可以减小电池电极的制作难度，提高电池电极的导电性。本专利技术的叠层太阳能电池的制备工艺与现有薄膜电池生产工艺兼容，可利用现有设备进行生产，产品更新换代所需投入的设备成本极低。附图说明图1是现有薄膜太阳能电池的结构示意图。图2是本专利技术的硅基埋栅薄膜太阳能电池的结构示意图。图3是制备底电极的工艺过程示意图。图5是第二次淀积P型硅薄膜的工艺过程示意图。图6是第一次淀积N型硅薄膜的工艺过程示意图。图7是形成欧姆接触区的工艺过程示意图。图8是制备顶电极的工艺过程示意图。图9是顶电极制备好后去掉覆盖丝网的工艺过程示意图。图10是第二次淀积N型硅薄膜的工艺过程示意图。图11是激光刻蚀P型硅薄膜通槽的工艺过程示意图。图12是形成本专利技术太阳能电池具体结构的示工艺过程意图。图13是本专利技术多晶硅薄膜太阳电池与普通薄膜电池光谱响应比较图。图14是本专利技术非晶硅、多晶硅薄膜太阳电池的光谱响应比较图。图15是本专利技术多晶硅薄膜太阳电池N型硅薄膜厚度对电池光谱响应的影响。图16是本专利技术多晶硅薄膜太阳电池N型硅薄膜杂质浓度对电池光谱响应的影响。图中，1-衬底，2-底电极，3-P型硅薄膜层，4-N型硅薄膜层，5-顶电极，6-PN结， 7-N型杂质，8丝网。具体实施例方式对照图2，本实施例的硅基埋栅薄膜太阳能电池主要由衬底1、底电极2、P型硅薄膜层3、N型硅薄膜层4和顶电极5组成。其中的N型硅薄膜层4和P型硅薄膜层3可以由非晶硅薄膜或多晶硅薄膜通过掺杂硼元素(P型)和磷元素(N型)杂质形成，该硅薄膜的禁带宽度大致为1. 1-1. 7ev。底电极2位于衬底5上并与P型硅薄膜层3连接。P型硅薄膜层3包裹在N型硅薄膜层4的周围，在P型硅薄膜与N型硅薄膜的结合面上形成闭合环状的PN结6，底电极2与P型硅薄膜层3连接。上述的硅基埋栅薄膜太阳能电池用下述工艺过程制作1)采用磁控溅射铝的方法来制备底电极。当然也可用磁控溅射银或氟氧化锌或氧化铟硒透明材料在衬底上形成导电铝薄膜，见图3。2)第一次淀积P型硅薄膜，在上述底电极上，用等离子化学增强气相沉积仪进行硅薄膜淀积，在淀积的同时进行P型杂质(硼元素B)的重掺杂，掺杂浓度在IO17 1019，在底电极上形成P+硅薄膜层，见图4。3)第二次淀积P型硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种硅基埋栅薄膜太阳能电池，包括一顶电极、一与衬底连接的底电极、Ｐ型硅薄膜和Ｎ型硅薄膜，其中所述顶电极被Ｎ型硅薄膜所包裹，所述Ｐ型硅薄膜包裹在Ｎ型硅薄膜的周围，在Ｐ型硅薄膜与Ｎ型硅薄膜的结合面上形成闭合环状的ＰＮ结，所述底电极与Ｎ型硅薄膜连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，朱海峰，花国然，章国安，陆健，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：32