专利名称：一种新结构的晶体硅太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种太阳能电池的新结构，属于太阳能应用领域。
背景技术：
晶体硅太阳能电池占据着世界光伏市场90％以上的份额。这种电池一般采用P型晶体硅，通过高温扩散形成N型发射区，属于同质PN结太阳能电池。但这种电池的缺点是高温扩散可能会使硅材料产生更多的缺陷，而且高温过程中若有污染则会极大地降低电池的效率，因此对材料和生产环境都提出了较高的要求。另外，这种电池的背表面没有有效的钝化，也没有有效的陷光结构，因而背表面的复合比较严重，还有一部分光穿透了电池活性区而未被吸收。这些都是限制常规太阳能电池效率提高的原因。
近年，日本Sanyo公司开发了一种非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池(HIT电池)。这种电池采用N型单晶硅片，在硅片表面沉积非晶硅薄膜。其中发射区为P型非晶硅薄膜，沉积在硅片的正面。电池的正面结构为金属栅线/透明导电薄膜(TCO)/P型非晶硅/本征非晶硅/单晶硅片。这一结构充分利用了非晶硅良好的表面钝化作用，制备的电池效率达到20％以上。
采用N型硅的优点是N型硅片的少数载流子寿命一般较长，比较容易获得高质量的硅片。N型硅对杂质的耐受程度也较P型硅强。对太阳能电池而言，P型硅电池在长时间光照后，会出现一定程度的效率衰减，这种衰减与材料中的硼-氧缺陷有关。采用N型硅后，这一问题不再存在。
采用非晶硅发射区的优点是非晶硅有良好的表面钝化作用。而且沉积温度低(200℃)、工艺比较简单，避免了高温过程，降低了电池制造成本。
然而，HIT电池也存在弱点。由于非晶硅发射区在正表面，非晶硅薄膜的厚度受到限制(一般在20μm)，若厚度增加则入射光损失增加。但是，一般认为非晶薄膜要达到50μm以上才能获得良好的表面钝化效果。如果非晶发射区过薄，甚至会出现发射区载流子完全耗尽的情况，使电池效率下降。另外，由于电池正面必须采用透明导电薄膜，也会带来10％左右的光损失(一般透明导电薄膜的透过率最高为90％)。
针对常规同质结电池及HIT电池存在的问题，本发明提出了一种新的电池结构采用薄膜硅背表面发射区的晶体硅太阳能电池。这种太阳能电池采用非晶硅(也可以是微晶硅或纳米硅)异质结发射区，并且把发射区沉积在硅片的背面。与HIT电池相比，这种电池首先避免了正面非晶硅层和透明导电薄膜带来的光损失，仅此就可使电池效率提高10％以上。此外薄膜硅层厚度不受限制，可以提供更好的表面钝化。电池背表面的薄膜硅/金属结构还可以提供良好的陷光作用。
这种新结构的电池由于将PN结放在了电池背面，对少数载流子寿命的要求较高，因此必须使用高质量的晶体硅材料。但电池效率的提高、工艺的简化可以弥补材料成本上升带来的不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电池结构的缺点，得到一种转换效率高、制作工艺简单的背表面发射区晶体硅太阳能电池。
本发明是通过以下技术方案实现的。在N型单晶硅背面沉积一层硅薄膜形成发射区(可以在N型单晶硅背面先沉积一层本征硅薄膜再沉积P型硅薄膜，也可以在N型单晶硅上直接沉积P型硅薄膜)。硅薄膜可以用任意沉积方法制备，硅薄膜可以是非晶硅、微晶硅或纳米晶硅薄膜。与常规同质结P型晶体硅太阳能电池相比，采用本结构不仅有效的避免了P型电池中硼-氧缺陷的影响，还有效地对背表面进行了钝化。另外，背表面的金属电极层可以将穿透电池的光重新反射回电池体内，增强电池对光的吸收率。与国外的非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池(HIT电池)相比，本结构的发射区在电池背面，正表面不再需要透明导电膜来收集电流，可以避免正面硅薄膜和透明导电薄膜对入射太阳光能量的吸收而造成的效率损失。采用本发明中的电池结构，电池效率可以达到20％以上。
四
附图为此种新型太阳能电池结构示意图。图中(1)背电极；(2)沉积法制备的硅薄膜；(3)N型晶体硅；(4)高掺杂N+层；(5)减反射层；(6)正电极。
五具体实施例方式
技术方案采用高质量N型单晶硅片(3)，厚度在300μm以下，电阻率在5-500Ωcm。采用标准工业工艺清洗表面并织构化后，先在正表面扩散一层高掺杂N+层(4)，薄层电阻为100-300Ω/□(该层的作用是利用掺杂浓度的变化钝化电池正表面，同时为正表面电极提供良好的欧姆接触)。在N+层上沉积或生长具有减反射效果的薄膜(5)，例如SiN或SiO2等，厚度在70-120nm。在N型单晶硅片(3)背面沉积硅薄膜(2)，例如非晶硅或微晶硅、纳米晶硅，厚度在20-200nm。最后在减反层(5)上制备正电极(6)，在硅薄膜上制备负电极(1)。
本发明采用的技术手段是在电池背面通过沉积硅薄膜实现发射区。与现在绝大部分工厂中采用的P型硅片扩散N型发射区相比，N型硅可以有效地降低在光照下硼-氧缺陷的产生和因此导致的转换效率衰减。另外，PN结采用低温沉积方法制备，避免了常规800～1000℃的扩散过程，这样的高温过程会使硅材料产生更多的缺陷或沾污从而影响电池效率的提高。另外，在硅片背面沉积的硅薄膜，不论是非晶硅、微晶硅还是纳米晶硅均可以起到对背面的钝化作用，从而提高电池效率。在本结构的正表面或背表面至少可以有一面做绒面(texturing)处理来减少光反射并提高陷光效应，这对提高电池光电转换效率是有帮助的。绒面上可制备一层减反射膜进一步提高电池的光电转换效率。
权利要求
1.一种异质结太阳能电池，其特征是发射区在电池的背面，同时形成异质PN结。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其结构为正电极/减反层/表面织构化的N型晶体硅/硅薄膜/背电极。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征是发射区在电池背面。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征是异质PN结。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其异质PN结的结构可以是N型晶体硅/P型硅薄膜，也可以是N型晶体硅/本征硅薄膜/P型硅薄膜。
6.如权利要求4所述的太阳能电池，其硅薄膜可以是非晶硅薄膜、微晶硅薄膜或者纳米晶硅薄膜。
全文摘要
采用薄膜硅背表面发射区的晶体硅太阳能电池属于一种新结构的光伏电池。其要点是在N型单晶硅衬底背面沉积一层硅薄膜形成异质PN结，来代替常规的扩散法在电池正面制备的同质PN结。本发明中沉积的硅薄膜可以是非晶、微晶、或者纳米晶薄膜。本发明中的异质PN结可以是在N型单晶硅上直接沉积P型硅薄膜，也可以在N型单晶硅上先沉积一层本征硅薄膜再沉积P型硅薄膜。采用本发明中的电池结构，电池效率可以达到20％以上。
文档编号H01L31/0747GK1949545SQ20061015305
公开日2007年4月18日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者励旭东, 李海玲, 许颖, 宋爽, 衡扬 申请人:北京市太阳能研究所有限公司