一种提高太阳能光伏电池转换效率的技术制造技术

本发明专利技术属于半导体太阳能光伏电池技术领域，涉及一种提高太阳能光伏电池转换效率的技术。在太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层上增加包括透明的导电薄膜层的附加层，在透明的导电薄膜层上施加电压，向透明的负电荷俘获层注入电子，并被其俘获，达到改变位于太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层下面的半导体材料的表面电势，表面空间电荷区和表面能带。半导体的表面空间电荷区由耗尽(或反型)状态转变为堆积状态，和表面能带中的导带移动到远离禁带中央附近的界面缺陷能级，都有利于降低光生载流子的有效表面复合速率，更多地收集光生少数载流子，增加太阳能光伏电池的光电流输出，提高太阳能光伏电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体太阳能光伏电池的
，涉及一种新的提高太阳能光伏电池转换效率的技术。在太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层上，增加包括透明的导电薄膜层的附加层，在透明的导电薄膜层上施加电压，向具有电荷俘获能力的透明绝缘介质层中注入电子，被其俘获。被具有电荷俘获能力的透明绝缘介质层俘获的电子，会改变太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层下面半导体材料的表面电势，表面能带，和表面空间电荷区，达到降低光生载流子的有效表面复合速率，使更多的在半导体表面附近的光生少数载流子被收集，贡献到太阳能光伏电池的输出光电流中，太阳能光伏电池输出的光电流增加，提高了太阳能光伏电池的转换效率。
技术介绍
太阳能光伏电池属于太阳能利用的两种方式中的一种，有硅太阳能光伏电池， III-V族，和硫化镉等半导体化合物材料的太阳能光伏电池，以及有机高分子材料的太阳能光伏电池等。太阳能光伏电池还可分为单晶太阳能光伏电池，多晶太阳能光伏电池，微晶或非晶薄膜太阳能光伏电池等。在以N型单晶硅，或N型多晶硅半导体材料为衬底制造的P-N结(P在N上)硅太阳能光伏电池中，存在一个光生载流子的“死层”区域，且太阳短波段光产生的光生载流子多位于这个区域。由于在这类型太阳能光伏电池中的“死层”区域存在和界面复合的影响， 在这个“死层”区域和其邻近区域中的光生数载流子会复合掉，不产生光电流，对太阳能光伏电池的输出光电流没有贡献。结果是，其短波响应很差，限制了太阳能光伏电池转换效率的提高。采用氮化硅膜等钝化界面缺陷的技术，能降低光生载流子的有效表面复合速率， 达到提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池，都能降低了 “死层”区域的影响，改善电池的短波响应，达到提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。但这些技术都不能完全消除电池中“死层”区域的存在。而且，电池前表面的绝缘介质掩膜层与半导体交界面的界面缺陷能级，作为光生载流子的复合中心对半导体表面附近光生载流子的不利影响仍然存在。选用P型硅半导体材料作为衬底制造的太阳能光伏电池，避免了在p-n结(P在 N上)的太阳能光伏电池中的“死层”区域的影响，提高了太阳能光伏电池的转换效率。但是，电池前表面的Si半导体的界面缺陷能级，作为光生载流子的复合中心对半导体表面附近的光生载流子的不利影响仍然存在。而且，在实际生产中，不得不实施的η型重掺杂，还可能会半导体的表面附近形成俄歇复合的“死层”区域，对太阳能光伏电池转换效率有不利影响。2009年，Fraunhofer ISE宣布，开发出带负电荷的氧化铝(Al2O3)薄膜层，并替代S^2薄膜层作为η型Si衬底制造的太阳能光伏电池的表面掩膜层。带负电荷的氧化铝(Al2O3)薄膜层的应用，避免了 SiO2层中所含的氧化物电荷，如正离子钠(Na+)，对η型单晶硅太阳能光伏电池的转换效率的不利影响，提高η型单晶硅太阳能电池的转换效率到了 23.4%。然而，即使是氧化铝(Al2O3)薄膜层中的负电荷面密度达到IO1H2Am2，它也只能避免半导体中表面空间电荷区为耗尽层时对光生载流子的不利影响，但电池前表面的绝缘介质掩膜层与半导体交界面的界面缺陷能级，作为光生载流子的复合中心对半导体表面附近的光生载流子的不利影响仍然存在，限制了 η型单晶硅太阳能电池的转换效率的进一步提升。
技术实现思路
本技术专利技术的目的，提出了一种新的提高太阳能光伏电池转换效率的技术方法， 在太阳能光伏电池前表面的透明绝缘介质掩膜层上，增加包括透明的导电薄膜层的附加层，在透明的导电薄膜层上施加电压，作用电子隧道穿过势垒进入具有负电荷俘获能力的透明绝缘介质薄膜层(电荷俘获层)中，被其俘获。可以控制注入到电荷俘获层中的隧穿电子的数量，到达改变太阳能光伏电池前表面的透明绝缘介质掩膜层下面的半导体材料的表面电势和表面电场，将半导体材料表面空间电荷区由耗尽(反型)的状态变成堆积状态，即消除了半导体中表面空间电荷区为耗尽(反型)的状态对光生载流子的不利影响；还能达到使半导体的表面能带向上弯曲，表面能带中的导带远离禁带中央附近的界面缺陷能级， 减弱了界面缺陷能级作为光生载流子的复合中心对半导体附近光生载流子的不利影响；这都有利于降低光生载流子的有效表面复合速率。不仅如此，太阳光在半导体表面附近的区域中产生的光生少数载流子，在半导体表面电场的驱动下离开，向ρ-η结区域移动。这些光生少数载流子会被更多的收集成为光生电流，贡献到太阳能光伏电池的输出光电流中。 太阳能光伏电池输出的光电流增加，提高了太阳能光伏电池的转换效率。注入隧穿电子的方法可以反复实施，消除电荷俘获层中被俘获的隧穿电子的逃逸，对太阳能光伏电池的输出光电流和转换效率降低的不利影响。本专利技术的技术方案如下在N型半导体衬底制造的Ρ-η结(P在N上)太阳能光伏电池的太阳光入射面上， 即太阳能光伏电池前表面的氧化物介质掩膜层上面，依次增加包括透明的负电荷俘获层， 氧化物介质薄膜层和透明的导电薄膜层的附加层，附加层与太阳能光伏电池前表面的氧化物介质薄膜层一起，在电池前表面的半导体Ρ-η结上，构成透明的导电薄膜层(TC)-氧化物介质薄膜层(0)-电荷俘获层(N)-氧化物介质薄膜层(0)，即TC-O-N-O的结构。在TC-O-N-O 的结构中，一氧化物介质薄膜层(0)的厚度超薄，电子在电压的作用下能隧道穿过该层势垒；另一氧化物介质薄膜层(0)的厚度较厚，隧穿电子的阻挡层。透明的导电薄膜层的厚度，透明的负电荷俘获层的厚度，和较厚的物介质薄膜层(0)的厚度要调节，匹配较薄的物介质薄膜层(0)的厚度满足在太阳能光伏电池前表面抗太阳光反射的干涉相消的条件。对于附加层中氧化物介质薄膜层是厚度较薄的氧化物介质薄膜层，在透明的导电薄膜层上施加负电压，作用电子隧道穿过这层超薄的氧化物介质薄膜层的势垒，进入其下层的电荷俘获层，太阳能光伏电池前表面的氧化物介质掩膜层阻挡隧穿电子进入其下的半导体材料，隧穿电子在电荷俘获层中被俘获。被电荷俘获层俘获的隧穿电子，将改变P型半导体的表面电势和表面电场，使P型半导体表面的能带向上移动，表面空间电荷区中的耗尽层宽度减少。电荷俘获层俘获的隧穿电子越多，所带负电荷的面密度越高，P型半导体表面的能带经平带向上弯曲，表面空间电荷区中的耗尽层消失，变为堆积状态，太阳能光伏电池的“死层”区域基本消失。P型半导体的表面能带继续向上弯曲，表面能带中导带会远离禁带中央附近的界面缺陷能级，即P型半导体表面能带中的导带远离光生载流子的复合中心。半导体能带向上弯曲和耗尽层的消失都有利于光生载流子的有效表面复合速率迅速降低。 不论是短波段，还是长波段太阳光在P型半导体表面附近的区域中产生的光生少数载流子，会被更多的收集成为光生电流，并贡献到太阳能光伏电池的输出电流中，从而得到最大的太阳能光伏电池转换效率。附图说明图1.是-种提高太阳能光伏电池转换效率的技术的示意图。图2.是-种提高太阳能光伏电池转换效率的技术的实施方案-的示意图。图2.是-种提高太阳能光伏电池转换效率的技术的实施方案二的示意图。具体实施例方式下面结合附图2，以Si半导体材料的p-n结(P在N上)太阳能光伏电池示意图， 具体说明本专利技术的实施方式。实施例仅用于示例本专利技术，而不应该解释为限制本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种提高太阳能光伏电池转换效率的技术，其特征是，在太阳能光伏电池前表面的透明绝缘介质掩膜层表面上，增加包括透明的导电薄膜层的附加层，在透明的导电薄膜层施上加电压，向其下面的具有负电荷俘获能力的透明绝缘介质薄膜层注入电子，电子隧道穿过势垒进入具有负电荷俘获能力的透明绝缘介质薄膜层中，被其俘获。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石郧熙，
申请(专利权)人：石郧熙，
类型：发明
国别省市：83