专利名称：高效多结太阳能电池的制造方法
技术领域：
本发明属于无机材料技术领域的太阳能电池领域，涉及一种高效多结太阳能电池的制造 方法。
背景技术：
太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，人类赖以生存的自然资源 几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础。
自1954年贝尔实验室开发出效率为6%的第一个多晶硅太阳电池，直至现在太阳电池市场以 每年35%的速度递增。
由于传统晶体硅电池具有相对较高的转换效率和相对较低的成本，逐渐成为市场的主导 产品。而其它种类的薄膜电池由于技术不是很成熟，似乎很难在短期内替代硅系太阳能电池。 市场上使用最多的是单晶硅和多晶硅太阳电池，而硅太阳电池转换效率的理论极限只有25%， 当前，单晶硅太阳电池的最高转换效率只有18%，要想再进一步提高己经非常困难，其它硅 太阳电池的效率更低，远远不能满足诸多领域的应用，如何进一步提高硅太阳电池的转换效 率具有重要的现实意义。
太阳的光谱非常宽，由于硅材料本身禁带宽度的限制，使得硅太阳能电池只能吸收一定 波段的光，其余的波段的光不能被吸收而浪费掉。针对太阳光谱，在不同的波段选取不同禁 带宽度的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多结太阳能电池， 从而可以极大程度地提高太阳能电池的转换效率。由于部分化合物半导体材料的禁带宽度可 调，因此，选取恰当的实验方法制备能够吸收不同波段的化合物半导体材料能够解决当今电 池效率相对较低的难题。
近年来，磁场强度超过10T的超导强磁场的应用已受到人们的广泛重视。强磁场因其强 大的磁化作用，可以使得非铁磁性物质也能显示出内禀磁性，如水、塑料、木材等可在强磁 场中悬浮。与普通磁场作用于宏观的物体不同，强磁场能够将高强度的磁能传递到物质的原 子尺度，改变原子的排列、匹配和迁移等行为，从而对材料的组织和性能产生深远的影响。 在材料制备中，磁场能控制材料生长过程中的形态、大小、分布和取向等，从而影响材料的 组织结构，最终获得具有优良性能的新材料。通过磁场的磁化效应制备多结太阳能电池的技 术尚没有出现。
发明内容
3本发明的目的是提供一种高效多结太阳能电池的制造方法，通过该方法可以在晶体硅电 池上再叠加制备两层子电池，从而解决目前传统电池效率较低的技术难题。
本发明的技术方案如下 一种高效多结太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池结构为 Si/GaAs/InGaP三层结构，基底子电池为Si的PN结电池、中间子电池为GaAs的PN结电池、 顶层子电池为InGaP的PN结电池，各子电池直接生长在硅电池衬底上，该方法具有以下工 艺步骤
a. 在磁场下釆用化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面，再在高温扩散炉 中扩散形成PN结形成底层电池，刻蚀后再清洗去掉硅片表面的磷硅玻璃；
b. 在制备好PN结的硅片N型面上使用MBE生长GaAs电池；
c. 在制备好GaAs电池的N型面上使用MBE生长InGaP电池；
d. 使用丝网印刷机在三层电池的硅片P型面制备形成电池的背电极和背电场，印刷的背 电极和背电场构成底层电极经烧结后形成欧姆接触；
e. 使用磁控溅射仪在电池的顶层制备顶层电极，在三层电池的InGaP层的N型面溅射金 属电极形成欧姆接触；
￡获得高效多结太阳能电池。
MBE (分子束外延)是目前生长各种半导体薄膜的重要方法之一，生长过程中可以通过 精确控制各个蒸发源的蒸发温度、蒸发时间等参数，并结合各种原位监控手段，实现对外延 薄膜的厚度、成分的控制，实现亚单原子层精度的生长。
进一步地，所述步骤a中磁场下采用化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒 面是指将单晶硅片放入配好反应液的絨面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器 放置于10T以下磁场中，所述反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05% 15%,乙醇或异丙醇的质量百分数为5% 30%，硅酸钠的质量百分数为0.05% 3%;反应液 的温度保持在50。C 100。C，绒面制备时间10~45分钟。
进一步地，所述步骤b中使用MBE生长GaAs电池是指先生长N型重掺杂的GaAs层 作为GaAs电池的背场，再生长P型重掺杂的GaAs层，最后生长N型重掺杂的GaAs层，形 成中间层子电池。
进一步地，所述步骤c中使用MBE生长InGaP电池是指先生长P型重掺杂的InGaP 层作为InGaP电池的背场，再生长P型重掺杂的InGaP层，最后生长N型重掺杂的InGaP层， 形成顶层子电池。
本发明的技术效果在于首先在磁场下采用化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长底层电
4池，然后通过MBE在硅电池上外延生长多结电池，通过MBE方式可以精确控制材料的生长及各层电池的厚度，由于三层不同的材料具有不同的禁带宽度，每种材料可以吸收不同波谱范围内的太阳光，电池的吸收光谱变宽，大量的太阳光被电池吸收，从而进一步提高了太阳能电池的光电转换效率。
图1为本发明的多结太阳能电池的结构示意图；附图标号说明
l一底层电极，2—底层电池，3—N型背场，4一中间子电池，5—P型背场，6—顶层子电池，7—顶层电极。
具体实施例方式
现结合附图对实施例做进一步描述
如图1所示，为多结太阳能电池的结构，为Si/GaAs/InGaP三层结构，底层电池2为Si的PN结电池、中间子电池4为GaAs的PN结电池、顶层子电池6为InGaP的PN结电池，各子电池直接生长在硅电池衬底上。
高效多结太阳能电池的制备方法
首先使用180pm厚的P型单晶硅通过化学腐蚀的方法制作太阳能电池,在磁场中进行高效绒面的制备，即将单晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于10T以下磁场中，所述反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05% 15%，乙醇或异丙醇的质量百分数为5% 30%，硅酸钠的质量百分数为0.05% 3%;反应液的温度保持在5(TC 10(rC，绒面制备时间10 45分钟。
之后在高温扩散炉中通过精确控制工艺条件进行PN结的制备，形成底层电池2，对扩散后的硅片刻蚀后，在氢氟酸溶液中清洗去掉硅片表面的磷硅玻璃。
将扩散好PN结的硅片底层电池2进行MBE生长，生长一层100nm厚N型掺杂浓度2xl(^cm—1的GaAs层作为GaAs电池的N型背场3，再生长一层2pm厚的P型掺杂浓度lxl0"cm'1的GaAs层，最后生长200nm厚的N型重掺杂浓度5xl0"cm'1的GaAs层，形成中间子电池4。
在GaAs子电池4上进行MBE生长，先生长一层100nm厚的P型掺杂浓度SxKTcm-1的InGaP层作为InGaP电池的P型背场5，再生长一层1.5pm厚的P型掺杂浓度lxl0"cm—1的InGaP层，再生长一层200nrn厚的N型掺杂浓度5><1018cm"的InGaP层，形成顶层子电池6。
使用丝网印刷技术在三层电池的硅片P型面上印刷两条lpm厚的导电银浆作为背电极，印刷一层lpm厚的铝浆作为背电场，印刷的背电极和背电场构成底层电极1，经烧结后形成欧姆接触。
将三层电池放入磁控溅射仪中，在N型重掺杂的InGaP层上溅射一层lOOnm厚的金属层，光刻后形成梳状顶层电极7，氮气中30(TC退火后形成欧姆接触。
通过上述方法制造的多结太阳能电池，使用太阳能模拟器测试后，结果表明多结太阳能电池的光电转换效率甚佳，电池效率大于35%。通过MBE技术在硅电池上外延生长多结电池，可以精确控制材料的生长及各层电池的厚度，从而进一步提高太阳能电池的效率。
权利要求
1. 一种高效多结太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池结构为Si/GaAs/InGaP三层结构，基底子电池为Si的PN结电池、中间子电池为GaAs的PN结电池、顶层子电池为InGaP的PN结电池，各子电池直接生长在硅电池衬底上，其特征在于该方法具有以下工艺步骤a. 在磁场下采用化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面，再在高温扩散炉中扩散形成PN结形成底层电池，刻蚀后再清洗去掉硅片表面的磷硅玻璃；b. 在制备好PN结的硅片N型面上使用MBE生长GaAs电池；c. 在制备好GaAs电池的N型面上使用MBE生长InGaP电池；d. 使用丝网印刷机在三层电池的硅片P型面制备形成电池的背电极和背电场，印刷的背电极和背电场构成底层电极经烧结后形成欧姆接触；e. 使用磁控溅射仪在电池的顶层制备顶层电极，在三层电池的InGaP层的N型面溅射金属电极形成欧姆接触；f. 获得高效多结太阳能电池。
2. 根据权利要求l所述的高效多结太阳能电池的制造方法，其特征在于-所述步骤a中磁场下采用化学腐蚀的方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面是指将 单晶硅片放入配好反应液的绒面制备反应器中使其反应，同时将绒面制备反应器放置于 10T以下磁场中，所述反应液的配比为氢氧化钠或氢氧化钾质量百分数为0.05% 15%， 乙醇或异丙醇的质量百分数为5% 30%，硅酸钠的质量百分数为0.05% 3%;反应液的 温度保持在50°C~100°C，绒面制备时间10 45分钟。
3. 根据权利要求1所述的高效多结太阳能电池的制造方法，其特征在于所述步骤b中使用MBE生长GaAs电池是指先生长N型重掺杂的GaAs层作为GaAs 电池的背场，再生长P型重掺杂的GaAs层，最后生长N型重掺杂的GaAs层，形成中间 层子电池。
4. 根据权利要求l所述的高效多结太阳能电池的制造方法，其特征在于-所述步骤c中使用MBE生长InGaP电池是指先生长P型重掺杂的InGaP层作为InGaP 电池的背场，再生长P型重掺杂的InGaP层，最后生长N型重掺杂的InGaP层，形成顶 层子电池。
全文摘要
本发明公开了一种高效多结太阳能电池的制造方法，其结构为Si/GaAs/InGaP三层结构，工艺步骤为在磁场下采用化学腐蚀方法在单晶硅片表面生长致密均匀的绒面，形成底层电池；再在制备好PN结的硅片N型面上使用MBE生长GaAs电池；再在制备好GaAs电池的N型面上使用MBE生长InGaP电池；然后在三层电池的硅片P型面制备形成电池的背电极和背电场，再次在电池的顶层制备顶层电极，从而获得高效多结太阳能电池。通过该方法可以在晶体硅电池上再叠加制备两层子电池，从而解决目前传统电池效率较低的技术难题。
文档编号H01L31/18GK101459206SQ20081020792
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者冯世军, 张根发, 杨文平, 苏青峰, 韩新江 申请人:上海联孚新能源科技有限公司