CN101924144A - 晶体硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池及其制造方法，属于太阳能电池技术领域，包括正面栅状金属电极、窗口层、第二导电类型重掺杂层、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底、第一导电类型重掺杂层、背面电极，本发明通过设置“薄”且高掺杂的第二导电类型重掺杂层以及“透明”且“导电”的窗口层，并且在电池制作过程中引入金属电极的低温烧结工艺，就可降低通常晶体硅太阳能电池的复合损失、欧姆损失和遮挡损失，因而可将其转换效率提高至少10％以上。同时通过在窗口层和第二导电类型重掺杂层之间增加一层杂质缺陷阻挡层，即可阻止晶体硅在电池制作过程中沾污杂质和引入缺陷，使得电池的制作更为方便成本更为低廉。

Description

晶体硅太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种晶体硅(单晶硅或多晶硅)太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，通常的晶体硅太阳能电池10，如图1所示，其典型结构包括：正面栅状金属电极12、减反射及钝化层13、n⁺型重掺杂层14、p型轻掺杂晶体硅衬底16、背面电极17，其中，正面栅状金属电极12必须通过烧结工艺来穿透减反射及钝化层13，并与n⁺型重掺杂层14形成欧姆接触；n⁺型重掺杂层14是在p型轻掺杂晶体硅衬底16的一个表面上通过扩散、离子注入或外延等方法形成的，并且，n⁺型重掺杂层14和p型轻掺杂晶体硅衬底16构成同质p-n结，并在其交界处形成p-n结耗尽区(depletion region)15；减反射及钝化层13由一种或多种非晶或多晶绝缘薄膜构成并起着减反射的作用；p型轻掺杂晶体硅衬底16与背面电极17形成欧姆接触。太阳光线11经过减反射及钝化层13入射到该电池内，被晶体硅吸收后产生电子-空穴对，进而产生光生电动势，由此，晶体硅太阳能电池就可以完成将光能转换为电能的功能。

上述电池是一p型晶体硅太阳能电池，也可以在n型晶体硅衬底上制作太阳能电池，其结构与上述电池的结构类似。

图1所示通常的晶体硅太阳能电池，其理论上的最大的转换效率约是29％左右，但由于存在各种损耗，这个转换效率是达不到的，这些损耗主要是光学损失和电学损失。其中，光学损失主要包括由于电池表面对光的反射所引起的反射损失和由于金属前电极的遮挡造成电池吸收光的有效面积下降所引起的遮挡损失；电学损失主要包括由于载流子的复合所造成的复合损失和由于引出电极(正面栅状金属电极12以及背面电极17)之间的等效串联电阻所引起的欧姆损失。在这些损失中，如何降低复合损失是提高晶体硅太阳能电池性能的主要难点之一。对于通常的晶体硅太阳能电池10来说，目前面临的技术难题是：

1、在通常的晶体硅太阳能电池10中，正面栅状金属电极12必须与n⁺型重掺杂层14形成欧姆接触，而这是通过700～900℃的高温烧结工艺来完成的。在半导体技术中，我们已经清楚，当金属烧结或合金温度在400℃左右时就会对晶体硅中的少子寿命有影响，因而700～900℃的高温烧结工艺势必会大大降低晶体硅中的少子寿命，进而大大增加复合损失。对这一问题的通常解决办法是采用光刻技术，但这会大大增加成本。

2、在不增加电池的欧姆损失的前提下，降低电池的金属前电极的遮挡损失与降低电池的载流子的复合损失是有矛盾的。这个矛盾的另一种表述是，在不增加电池的金属前电极的遮挡损失的前提下，降低电池的欧姆损失与降低电池的载流子的复合损失是有矛盾的。

在通常的晶体硅太阳能电池10中，n⁺型重掺杂层14要完成3个功能：a、吸收光子以产生电子-空穴对；b、将载流子输运到正面栅状金属电极12中去的横向导电功能；c、形成p-n结以分离电子-空穴对。若要降低遮挡损失，就要减少正面栅状金属电极12的电极条数，而这增加了电极之间的距离，要想保持欧姆损失不变，就必须降低n⁺型重掺杂层14的方块电阻，进而必须增加n⁺型重掺杂层14的掺杂浓度，而这又会增加n⁺型重掺杂层14中的复合损失。

上述矛盾，在公开号为CN1416179A的中国专利申请中已被提出，并给出了如图2所示的发明20来解决这一矛盾，该发明20包括：金属电极22、高电导透明导电膜导电层23、高电阻透明导电膜阻挡层24、n型掺杂层25、p型晶体硅衬底27、背电极28，n型掺杂层25和p型晶体硅衬底27在它们之间的交界处形成p-n结耗尽区26，该发明20旨在通过采用高电导透明导电膜导电层23和高电阻透明导电膜阻挡层24组合成的复合膜——透明导电膜前电极来取代上述的栅状金属电极和减反射层，以达到增加入射光的通过、降低表层电阻的目的。

上述专利的技术方案确实在降低遮挡损失(增加了光的有效入射面积)、降低欧姆损失(降低表层电阻)等方面具有积极的技术效果，然而，现通过研究发现，它会同时带来其他问题，即带来大量的复合损失，从而使整个晶体硅太阳能电池的损耗增加，原因如下：

1、高电导透明导电膜的特性决定了它并不能简单、直接地在晶体硅太阳能电池得到应用。

高电导透明导电膜在太阳能电池中的应用被发现，最先是被应用于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于高电导透明导电膜导电层是高掺杂的简并半导体，因此由于高掺杂会产生强烈的复合过程，并且它又是非晶或多晶薄膜，其中由于晶格的严重错位会形成大量的载流子的复合中心，对于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于其各个层次都是非晶或多晶薄膜，其中由晶格错位所造成的复合中心随处可见，因而透明导电膜中的由于同样原因产生的复合中心就变得无关紧要。而在晶体硅太阳能电池中，由于晶体硅中各个层次的晶格都比较完整，其中由此产生的复合损失是比较小的，如果在其中采用高电导透明导电膜，透明导电膜中由晶格错位所造成的复合中心的复合作用就变得非常突出，将会造成非常大的复合损失。

2、高电导透明导电膜导电层23是一个比n⁺型重掺杂层14更“死”的“死层”，其产生的复合损失比n⁺型重掺杂层14要大得多，它既包含了由于高掺杂所产生的复合损失，这一点与n⁺型重掺杂层中的“死层”是一样的，同时又包含了n⁺型重掺杂层14所没有的，由于晶格的严重错位所形成的大量的载流子的复合中心所造成的更大的复合损失，所有这些会将连接着透明导电膜前电极的晶体硅掺杂层中所产生的几乎所有的电子-空穴对复合损失掉。

下面的分析是假定高电导透明导电膜导电层23是n型的，若该导电层是p型，或者n型掺杂层25和p型晶体硅衬底27分别改成p型的和n型的，其分析方法基本相似。

由前述可知，高电导透明导电膜导电层23是一个会产生大量复合损失的透明导电膜，如果有电子-空穴对或空穴从其它区域注入到该薄膜中，则会在该薄膜中非常迅速地复合损失掉。而对于n⁺型重掺杂层14，由于其晶格比较完整，并且通过良好的表面钝化，因而只有高掺杂和少量的复合中心所引起的复合损失，而这些比高电导透明导电膜导电层23所引起的复合损失就要少得多。

因此，当太阳光线21照射到该发明20时，晶体硅就会产生电子-空穴对并形成光生电动势，按照上述专利(公开号为CN1416179A)中的说法，高电阻透明导电膜阻挡层24对电子或空穴的运动几乎不起阻碍作用，因而n型掺杂层25所产生的电子-空穴对中的大部分电子会因晶体硅中形成的光生电动势做漂移(drift)运动而穿过高电阻透明导电膜阻挡层24并注入到n型高电导透明导电膜导电层23中去，另外，n型掺杂层25和p-n结耗尽区26都因吸收光而产生电子-空穴对，其空穴浓度的变化是连续和缓慢的，而所形成的光电动势的电压比较小，一般小于0.7V，其驱动能力比较小，因而n型掺杂层25所产生的空穴向p-n结耗尽区26所做的扩散(diffusion)运动和漂移运动就要缓慢得多，而由于n型高电导透明导电膜导电层23不会因吸收光而产生电子-空穴对，其中原有的空穴浓度很低，n型掺杂层25所产生的空穴的浓度与n型高电导透明导电膜导电层23中的空穴浓度就因此而存在巨大的浓度差，因而在n型掺杂层25中靠近透明导电膜前电极的区域所产生的电子-空穴对中的空穴就会因这一巨大的浓度差所引起的扩散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层24并注入到n型高电导透明导电膜导电层23中去，并与其中的电子迅速复合掉，这样就会使得n型高电导透明导电膜导电层23中的空穴浓度依然是很低的，同时使得在n型掺杂层25中靠近透明导电膜前电极的区域的空穴浓度迅速降低，而这又会使得n型掺杂层25的内部所产生的电子-空穴对中的空穴迅速扩散到在n型掺杂层25中靠近透明导电膜前电极的区域，这种连锁反应会使得n型掺杂层25中一个少子扩散长度的区域所产生的电子-空穴对中的大部分空穴会因扩散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层24并注入到n型高电导透明导电膜导电层23中去，并与其中电子迅速复合掉，而上述n型掺杂层25一般是通过液态源扩散的，其结深小于1μm，其少子寿命约为十几微妙，因而其少子扩散长度至少是几十微米，这远远大于其结深。因此，n型掺杂层25所产生的几乎所有电子-空穴对会分别因漂移运动和扩散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层24并注入到n型高电导透明导电膜导电层23中去，并在其中被非常迅速地复合掉。

在上面的叙述中没有提及由于晶体硅表面复合中心所造成的复合损失，是因为这种损失比上述的损失要小得多。另外晶体硅中的复合过程对上面的分析没有影响。

相对于1μm的深结，500nm的结深应该算是浅结。以结深为500nm的采用上述专利技术的晶体硅太阳能电池(以下简称专利电池)为例，由于采用了高电导透明导电膜，在栅线密度为最小(1.25条/cm)的情况，其遮挡损失较通常的晶体硅太阳能电池降低约3.1％，即该专利电池会多吸收3.1％的光子数，500nm的结深意味着该专利电池中的n型扩散层要吸收17.4％的光子数，由于一个光子最多只能产生一对电子-空穴对，即光子数直接对应于电子-空穴对数，而该专利电池中由于透明导电膜前电极造成的复合损失会使得这些被吸收的几乎所有的光子变得毫无用处，因此，去掉因降低遮挡损失而多吸收的光子数，500nm结深的专利电池会多出接近14.8％的复合损失，如果结深再增大，其复合损失也会更大，这样高的复合损失反而会使该专利电池的转换效率低于具有同样结深的通常的晶体硅太阳能电池，这是因为，对于通常的晶体硅太阳能电池10，通过改善其n⁺型重掺杂层14的掺杂结构，例如，降低其掺杂浓度，使其约为5×10¹⁸/cm³，并使该层有足够小的方块电阻以完成导电功能，甚至不惜增加结深来达到这一目的，同时采用合适的减反射及钝化膜，例如半绝缘的氮化硅膜，以最大限度的降低表面复合损失，则该通常的晶体硅太阳能电池中的n⁺型重掺杂层所产生的电子-空穴对就会有大部分没有被损失掉。

综上所述，如果仅仅将高电导透明导电膜直接应用于晶体硅太阳能电池中，并不能有效解决通常的晶体硅太阳能电池中所存在的问题，在对p-n结的结构没有做具体说明的情况下，有时反而会增大复合损失，从而降低电池的转换效率。

发明内容

本发明的目的在于解决上述申请之缺陷，揭露晶体硅太阳能电池的复合损失的产生机理，以提供一种既能降低电池的欧姆损失，也能降低遮挡损失与复合损失的晶体硅太阳能电池。

本发明之一采用的技术方案为，一种如图3所示的晶体硅太阳能电池30，其结构依次为正面栅状金属电极32、窗口层33、第二导电类型重掺杂层35、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37、第一导电类型重掺杂层38、背面电极39，其中，一种选择是，若第一导电类型为p型，则第二导电类型为n型，另一种选择是，若第一导电类型为n型，则第二导电类型为p型，所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37是指掺有第一导电类型杂质的晶体硅，且是轻度掺杂的，它有两个基本是平的主表面。光线31经过窗口层33入射到该电池内，被作为吸收层的第二导电类型重掺杂层35、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37、第一导电类型重掺杂层38所吸收并产生电子-空穴对，进而产生光生电动势。

本发明的叙述方式，是为了表明，不论是p型轻掺杂晶体硅衬底还是n型轻掺杂晶体硅衬底都可以采用本发明来制作太阳能电池。

本发明之一的技术方案的一个最主要的改进是，所述的第二导电类型重掺杂层(35)是通过烧结合金、扩散、外延、离子注入或浸入式等离子体注入(Plasma Immersion Ion Implantation)等的方法在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)的一个主表面上形成的并掺入第二导电类型杂质的晶体硅，并与所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)一起构成同质p-n结，并在它们之间的交界处形成p-n结耗尽区36，可以要求，其掺杂浓度≥5×10¹⁸/cm³，优选≥5×10¹⁹/cm³，其厚度≤400nm，优选为10～300nm，更优选为10～200nm，当然，在保证上述厚度的前提下，并确保不引进过多缺陷和过多不需要的杂质的情况下，尽量提高第二导电类型重掺杂层35的掺杂浓度将会获得更佳的实施效果，特别是当所述第二导电类型重掺杂层35的导电类型与所述窗口层33的导电类型不一样的时候，尤为如此。

在下面的实施例中未给出结深为200nm的例子，但是，厚度为100nm的第二导电类型重掺杂层35约吸收7％左右的光子能量，厚度为200nm的第二导电类型重掺杂层35约吸收12％左右的光子能量，即，后者的电池的转换效率与前者相比最多降低5％左右的比例，因此，具有厚度为200nm的第二导电类型重掺杂层35的本发明的电池也是可行的。

本发明之一通过制作厚度足够“薄”(厚度≤400nm)和掺杂浓度足够“浓”(掺杂浓度≥5×10¹⁸/cm³)的第二导电类型重掺杂层35以后，具有如下优点：

1、所述的掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层35会在p-n结的冶金结(metallurgical junction)及其附近(p-n结耗尽区35)形成一个足够强的电场，它会最大程度地阻止p-n结耗尽区36和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37所产生的电子(对于n型衬底)或空穴(对于p型衬底)进入到所述窗口层33内而被复合掉。换句话说，由于在p-n结耗尽区35内形成一个足够强的电场，所述窗口层33只能将所述第二导电类型重掺杂层35所产生的电子-空穴对复合损失掉，而对p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38所产生的电子-空穴对的复合损失被降低到很小的程度。

现在考虑一用p型晶体硅衬底制作的本发明之一的电池，对于用n型晶体硅衬底制作的本发明之一的电池可以做同样分析。当太阳光线31经过窗口层33入射到电池内，通过与背景技术中类似的分析可知，所述第二导电类型重掺杂层35中因吸收光所产生的几乎所有电子-空穴对会注入到所述窗口层33而被复合损失掉；而对于p-n结耗尽区36中因吸收光所产生的电子-空穴对，其中的电子会因p-n结耗尽区36的内建电势做指向窗口层33的漂移运动，而其中的空穴除了会因p-n结耗尽区36与第二导电类型重掺杂层35之间存在的空穴浓度差做指向窗口层33的扩散运动以外，同时还会因p-n结耗尽区36的内建电势做远离窗口层33的漂移运动，因而其中的空穴是否会进入第二导电类型重掺杂层35就有赖于p-n结耗尽区36的内建电场的大小及分布，若该电场较强，则其中的空穴就会因较强的漂移运动而注入到第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37，若该电场较弱，则其中的空穴就会因较强的扩散运动而注入到第二导电类型重掺杂层35，进而被窗口层33复合损失掉；而对于第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37因吸收光所产生的电子-空穴对，其中的电子会因p-n结耗尽区36中靠近第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37的区域的电子浓度的下降而做扩散运动以及因光生电动势而做漂移运动并注入到p-n结耗尽区36，而其中的空穴则要看p-n结耗尽区36中靠近第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37的区域的空穴浓度是否下降而是否注入到p-n结耗尽区36，因而也有赖于p-n结耗尽区36的内建电场的大小及分布。

当第二导电类型重掺杂层35掺杂浓度足够“浓”时，就会形成单边突变结(one-side abrupt junction)，p-n结耗尽区35内就会形成一个足够强的电场，该“足够强的电场”就象一面“墙”一样，它会最大程度地阻止p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38所产生的空穴注入到第二导电类型重掺杂层35中去，进而这些被阻止的空穴也就不能被窗口层33的复合中心复合掉。

2、所述第二导电类型重掺杂层35的厚度足够“薄”，使得第二导电类型重掺杂层35因吸收光而产生的载流子的数量很少，进而由窗口层33和第二导电类型重掺杂层35造成的复合损失被降到很低。

由于第二导电类型重掺杂层35的厚度足够薄，这样第二导电类型重掺杂层35所吸收的太阳光的光子数达到可以忽略的程度，粗略的计算表明，10nm厚的第二导电类型重掺杂层35只能吸收大约0.6％的太阳光子数，30nm厚的第二导电类型重掺杂层35只能吸收大约1.7％的太阳光子数，这样少的吸收比例还不足电池对光的反射损失(约为2％)，而100nm厚的第二导电类型重掺杂层35只能吸收大约5％的太阳光子数，与本发明之一中通过将金属电极的间距做到8mm以后所降低的遮挡损失(约为3.2％)相当，进而大部分的光子都被p-n结耗尽区36和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37吸收，因此，即使第二导电类型重掺杂层35吸收的光子所产生的电子-空穴对，由于浓度差全部被注入到窗口层33内，并被其复合中心损失掉，其造成的复合损失对于电池的整体损耗而言也是微不足道的。

由上不难看出，在本发明之一中，所述的掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层35会形成单边突变结，它会在p-n结耗尽区36中形成一个足够强的电场以尽可能地阻止p-n结耗尽区36、所述第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38所产生的电子(对于n型衬底)或空穴(对于p型衬底)注入到所述第二导电类型重掺杂层35中去，使得在本发明之一的电池中只有第二导电类型重掺杂层35所产生的电子-空穴对能够被窗口层33和第二导电类型重掺杂层35复合损失掉，所述厚度足够“薄”的第二导电类型重掺杂层35又使得该层所吸收的光子数达到可以忽略的程度，这样，使得在本发明之一的电池中只有位于上述的“墙”的一面——第二导电类型重掺杂层35因吸收少量太阳光所产生的电子-空穴对会进入到窗口层33被复合损失掉，而位于“墙”的另一面——p-n结耗尽区36(大部分)、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38所吸收的大量光子则不会被窗口层33复合损失掉，从而使复合损失大大降低，这就可以使通常的晶体硅太阳能电池的性能得到明显的改善。

作为本发明之一的进一步改进：

在本发明之一中，所述的窗口层33没有采用上述的专利(CN1416179A)中所使用的名称“高电导透明导电膜导电层”，是因为，本发明之一认为，凡是具备所述的窗口层33所具有的特征的化合物半导体非晶或多晶薄膜就可以作为所述的窗口层33来使用，就能够发挥上述的专利(CN1416179A)中所提到的那几种高电导透明导电膜导电层所能发挥的作用，即：一是导电的，这使得通常晶体硅太阳能电池的n⁺型重掺杂层14所必须具备的横向导电功能，在本发明之一中则是不必要的，该功能可由窗口层33来完成；二是对太阳光几乎是透明的，这使得无论是“厚”还是“薄”的窗口层33都对可见太阳光几乎没有损失，进而可以兼顾电池的欧姆损失和遮挡损失的降低，而所述的第二导电类型重掺杂层35只需完成“形成p-n结”这一个功能就可以了，因此，所有这些就足以确保本发明之一能够采用上述的p-n结的结构，而上述的专利(CN1416179A)中所提到的那几种高电导透明导电膜导电层也是一些化合物半导体非晶或多晶薄膜。综上所述，这些所述的窗口层33所具有的特征是：所述的窗口层33主要是由一种或多种化合物半导体的非晶或多晶薄膜构成，或者主要是由多层一种或多种化合物半导体的非晶或多晶薄膜复合而成，可以要求，其对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥70％，优选≥85％，所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻≤4Ω，优选≤3Ω，更优选≤2Ω，通过这一参数来反映对窗口层33的导电能力的要求，当然，在可能的情况下，上述的串联电阻是越小越好，平均透过率是越大越好。

前述已经表明所述的窗口层33必须起着载流子的输运功能，而这就必然会对所述的晶体硅太阳能电池的串联电阻产生影响，本发明只是将通常的晶体硅太阳能电池中的各个层次所起的各种必要功能进行了重新分配，并未改变电池的串联电阻——这一综合参数必须满足的要求，这一综合参数的要求是任何晶体硅太阳能电池都必须满足的，而且只要所述的窗口层33的导电能力能够满足电池的串联电阻的要求，就不会引起过大的欧姆损失，而对电池的其它因素没有任何影响，因此让所述的晶体硅太阳能电池的串联电阻的要求来间接反映对窗口层33的导电能力的要求是可行的。所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻指的是所述的晶体硅太阳能电池的串联电阻与该电池的面积的乘积，任何太阳能电池都可以看作是许多小块电池的并联，因而该整块电池的串联电阻即为这些小块电池的串联电阻的并联，因此，所述的晶体硅太阳能电池的串联电阻与该电池的面积的乘积即是面积为1平方厘米的与该电池具有同样结构的太阳能电池的串联电阻。一般情况下，通常的晶体硅太阳能电池10的每平方厘米上的串联电阻约为1.5Ω，其变化很小，粗略的计算机模拟计算表明，当这个阻值为2Ω时，电池的转换效率降低的比例约为4％，当这个阻值为3Ω时，电池的转换效率降低的比例约为9％左右，当这个阻值为4Ω时，电池的转换效率降低的比例约为15％左右，因此，可以将这些数据作为本发明的要求，即，所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻≤4Ω，优选≤3Ω，更优选≤2Ω。

对透过率的要求则因为在设计晶体硅太阳能电池时，只需考虑波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光，即要求晶体硅太阳能电池中晶体硅上的薄膜对该范围的太阳光几乎是透明的，上面的叙述还要求该薄膜是导电的，即要求该薄膜至少是透明导电膜(TransparentConducting Oxide，TCO)，而目前一般要求透明导电膜对波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥75％，优选≥85％，因此，本发明之一也将此作为对所述的窗口层33的要求。实际上平均透过率≥70％也是可以的，因为，在制作晶体硅太阳能电池的时候，一般都要将晶体硅的表面进行织构化处理，即将晶体硅的表面做成倒金字塔结构，因而，光线在被电池反射以前都至少要被吸收两次，这样，电池的反射损失就小于9％，实验表明，本发明之一的电池转换效率比通常晶体硅太阳能电池的转换效率至少高出10％以上，因此本发明之一采用平均透过率≥70％的窗口层33是可行的。

为了确保所述的窗口层33的平均透过率≥70％，所述的窗口层33还必须有减反射功能，因此，在确定了何种材料作为所述的窗口层33来使用时，也即确定了其中的各种薄膜的折射率，此时还必须使该薄膜的厚度满足减反射条件。

当然，组成所述的窗口层33的化合物半导体的非晶或多晶薄膜，可以为满足上述特征的金属氧化物和金属硫化物半导体非晶或多晶薄膜，如：SnO₂:F、ZnO:Al、In₂O₃:Sn(ITO)、Zn₂SnO₄、SnO₂:Ga、ZnS:Al、SnO₂、ZnO、ZnS等非晶或多晶薄膜，这些膜的平均透过率≥85％，当把这些膜组成复合膜时，这些复合膜的方块电阻可以做到≤150Ω/□。在一般情况下，用上述薄膜制成的电池的每平方厘米上的串联电阻≤2Ω，上述的金属氧化物半导体非晶或多晶薄膜即含有通常所说的透明导电膜。

上述表明，在本发明之一的技术方案中，所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层35能够降低所述的“透明”且“导电”的窗口层33带来的复合损失，而所述的“透明”且“导电”的窗口层33又会降低所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层35带来的欧姆损失，并同时降低所述正面栅状金属电极32带来的遮挡损失，因而，所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层35和所述的“透明”且“导电”的窗口层33互为前提，互为结果，彼此相互支持，缺一不可，但它们都是通常的晶体硅太阳能电池的性能得以明显改善的必要前提，都是本发明之一的必要前提。而在上述的专利(公开号为CN1416179A)中，浅结是采用透明导电膜前电极以后的结果之一，因而对p-n结的结构不需要做任何说明。

所述正面栅状金属电极32与所述的窗口层33相连接并形成欧姆接触，并与通常的晶体硅太阳能电池的正面栅状金属电极12有着类似的形状，可以采用同样的材料，也可以采用其它的材料(见下面的叙述)，但是，由于采用了所述的窗口层33，其电阻率可以做得比较低，所述的正面栅状金属电极32的间距就可以更大些，例如，通常的晶体硅太阳能电池的正面栅状金属电极的金属栅线的间距一般选为2～3mm，而本发明之一所述的正面栅状金属电极32的间距则可以选为2～8mm之间，或更大一些，这样，正面栅状金属电极32的金属栅线的数量就减少了，进而晶体硅太阳能电池的遮挡损失就降低了。

所述背面电极39与所述第一导电类型重掺杂层38相连接并形成欧姆接触。

在本发明之一的技术方案中，由于采用了窗口层33，使得正面栅状金属电极32没有必要与第二导电类型重掺杂层35直接形成欧姆接触，只要与窗口层33形成欧姆接触就可以了，进而，若正面栅状金属电极32采用与通常的晶体硅太阳能电池相同的材料来制作，同时，窗口层33选择的合适，例如高纯ITO，烧结工艺就可以在500℃左右的温度下完成，因为，此时高纯ITO薄膜具有阻止或部分阻止杂质对晶体硅的沾污和在晶体硅中引入缺陷的能力。甚至，若正面栅状金属电极32和背面电极39都选择合适的导电浆料，例如含有合成树脂的金属导电浆料，这种浆料在通常的晶体硅太阳能电池中是不能使用的，就可以在150℃或以下的温度进行烧结或固化工艺，若窗口层33选择的合适，例如高纯ITO，甚至可以对这种浆料在300℃或以下的温度进行烧结或固化工艺，以确保正面栅状金属电极32与窗口层33以及第一导电类型重掺杂层38与背面电极39形成欧姆接触。如此低的温度处理对晶体硅中的少子寿命几乎没有影响。所有这些就解决了在背景技术中提出的在通常的晶体硅太阳能电池中存在的第一个问题。也正由于此，使得即使本发明之一中第二导电类型重掺杂层35的厚度增加到400nm甚至更厚，本发明之一的电池性能与通常的晶体硅太阳能电池的性能相比也会相差不大，这是因为，虽然本发明之一中的第二导电类型重掺杂层35的光电转换性能很低，但p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38的少子寿命却远高于通常的晶体硅太阳能电池的相同或类似区域的少子寿命，进而，p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38的光电转换性能会远高于通常的晶体硅太阳能电池的相同或类似区域的性能。

所述的第一导电类型重掺杂层38主要是由一种或多种掺有第一导电类型杂质的半导体组成，或者主要是由多层一种或多种掺有第一导电类型杂质的半导体复合而成，它可以是通过烧结合金、扩散、外延、离子注入或浸入式等离子体注入等的方法在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37的另一个主表面上掺入第一导电类型杂质而形成的，也可以是通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或涂膜等方法形成于第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37的另一个主表面之上的掺有第一导电类型杂质的非晶或多晶半导体，当然，还可以通过其它的方法予以制作，所述的第一导电类型重掺杂层38的掺杂浓度以轻度重掺杂为宜，例如，可以是≥5×10¹⁸/cm³，引进这一层的主要目的是为了让正面栅状金属电极32与窗口层33以及第一导电类型重掺杂层38与背面电极39形成欧姆接触能在低温(例如150℃)下进行更为方便，以及在某些情况下形成背面场。

基于本发明之一的技术方案的一些其他变化，如可以将第一导电类型重掺杂层38删除掉，让第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和背面电极39直接连接并形成欧姆接触，这样做以后，上述的本发明的特征几乎不会受到影响；或者，若所述的第一导电类型重掺杂层38是通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或涂膜等方法形成于第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37的另一个主表面之上的掺有第一导电类型杂质的非晶或多晶半导体，则还可以在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和所述的第一导电类型重掺杂层38之间插入一层氧化硅薄膜或掺氢的非晶硅薄膜或掺氮的非晶硅薄膜或掺氢掺氮的非晶硅薄膜以起着钝化表面以及阻止杂质和缺陷从背面进入晶体硅中去的作用。

在本发明之一的技术方案中，由于窗口层33是与第二导电类型重掺杂层35直接连接，就要求在制作窗口层33的时候应尽量避免额外的不需要的杂质的沾污，即尽量避免额外的不需要的杂质进入p-n结耗尽区36，或者进入到p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38中去的杂质及其数量不至于降低电池的转换效率，或降低的少，这就要求制作窗口层33的环境是高级别的超净环境，所采用的原材料是高纯度的，至少是99.999％或以上的纯度，这与电池的制作过程密切相关，当然，若超净环境的级别越高，原材料的纯度越高，则所制作出来的电池的转换效率就越高，另外，若窗口层33中的某些组成元素对晶体硅中的少子寿命有明显的影响，则同时还要求这些元素在晶体硅中有比较慢的热扩散速度，使这些元素在窗口层33的制作过程中不至于扩散到p-n结耗尽区36中去，或者扩散到p-n结耗尽区36、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底37和第一导电类型重掺杂层38中去的元素及其数量不至于降低电池的转换效率，或降低的少。正由于这些，本发明之一的技术方案的电池会有较高的光电转换性能，但这些也是对本发明之一的技术方案的比较高的限制，这无疑增加了制作成本。

通常市售的制作窗口层33的材料的纯度都是比较低的，例如ITO，其纯度一般为99.99％，其中铁元素(Fe)的含量接近10ppm，浓度接近10¹⁷/cm³，若在150℃的条件下处理30分钟，铁在硅中扩散的深度可达1μm，因此，若采用这样的材料来制作本发明之一的技术方案的电池，其转换效率就会非常低，因为若铁在晶体硅中的含量达到10¹⁵/cm³，就会对电池的性能产生坏的影响。实验结果也证明了上面的描述。

为解决上述问题，特提出本发明之二的技术方案，如图4所示，即在本发明之一的基础上，在所述的第二导电类型重掺杂层35和窗口层33之间插入一层杂质缺陷阻挡层34，以便改进上述的本发明之一的不足之处。

下面所述的“杂质”是指能够降低晶体硅中少子寿命并能降低采用本发明的技术方案制作的太阳能电池的转换效率的那些杂质。

首先，杂质缺陷阻挡层34主要是由一种或多种物质的薄膜组成，或者，主要是由多层一种或多种物质的薄膜复合而成。

其次可以要求杂质缺陷阻挡层34和窗口层43作为一个整体几乎是“透明的”，即对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥70％，优选≥85％，且是导电的，即所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻≤4Ω，优选≤3Ω，更优选≤2Ω。对于选取这些参数的描述与本发明之一的技术方案几乎完全一样。

再次可以要求，杂质缺陷阻挡层34应能在电池的制作过程中阻止或部分阻止杂质对晶体硅的沾污以及在晶体硅中引入缺陷，之所以有这样的要求，是因为，晶体硅中的杂质和缺陷一般是由电池的制作过程引入的。制作杂质缺陷阻挡层34和窗口层33的方法一般有高温氧化扩散、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶、涂膜等方法，制作正面栅状金属电极32和背面电极39的方法一般有物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、涂膜、丝网印刷及烧结等方法，而这些就包含由热效应引起的杂质扩散和由此引起的缺陷、由膜和晶体硅之间的应力差别所造成的应力损伤带来的缺陷以及由电磁效应引起的杂质离子注入和等离子体损伤，因此，上述要求包含两层意思：一层是，在制作杂质缺陷阻挡层34的时候，工艺过程本身应能阻止杂质对晶体硅的沾污以及在晶体硅中引入缺陷，或者，所能沾污的杂质在晶体硅中的扩散速度应足够低或者其数量应足够少，以及在晶体硅中所能引入的缺陷的数量应足够少，使得在电池制作过程完成以后，进入到晶体硅中去的杂质及其数量以及缺陷的数量不至于降低电池的转换效率，或降低的少；另一层是，在此后面的电池制作过程中，所能沾污的杂质和引入的缺陷在杂质缺陷阻挡层34中的扩散速度应足够低，使得在电池制作过程完成以后，杂质和缺陷不能穿过杂质缺陷阻挡层34，或者穿过以后，进入到晶体硅中去的杂质及其数量以及缺陷的数量不至于降低电池的转换效率，或降低的少。

从上面的描述可以看出，导致晶体硅太阳能电池转换效率下降的杂质的沾污和缺陷的引入是和制作该电池的工艺过程密切相关的，而控制这些工艺过程的方法一般是控制与这些工艺过程密切相关的各种宏观条件，但杂质的沾污和缺陷的引入却是一些微观活动，其随机性非常大，因此要想绝对避免杂质的沾污和缺陷的引入几乎是不可能的，或者需要花费非常大的代价；另外，导致晶体硅太阳能电池转换效率下降的杂质和缺陷是与其种类和数量密切相关的，现在已经清楚，对于晶体硅太阳能电池而言，当钽、钼、铌、锆、钨、钛、钒等元素的浓度超过10¹³/cm³时即对电池的转换效率产生影响，当镍、铝、钴、铁、锰、铬等元素的浓度超过10¹⁵/cm³时也会对电池的转换效率产生影响；第三，电池的光电转换性能是对各种有影响的因素的一个综合反映，而这些因素彼此之间往往又是相互矛盾的，例如，若所选择的杂质缺陷阻挡层34对杂质的沾污有非常强的阻挡能力，就意味着这种杂质缺陷阻挡层34是非常致密的，因而其应力与晶体硅的应力的差别往往就非常大，进而会带来非常多的由应力损伤所造成的缺陷。综上所述，选择杂质缺陷阻挡层34的原则是：所选择的杂质缺陷阻挡层34在电池的制作过程中应能尽量阻止杂质对晶体硅的沾污以及在晶体硅中引入缺陷，并且这种尽量的阻止能力应与工艺过程以及杂质和缺陷在晶体硅和杂质缺陷阻挡层34中的行为相匹配，以尽量提高电池的光电转换性能或使电池的光电转换性能达到最大化。

所有上述以及本发明允许在很低的温度(例如150℃的温度)下进行金属电极的烧结或固化工艺，使得对组成杂质缺陷阻挡层34的物质的选择有一个比较宽的范围：

对于导体膜，例如：钛钨合金(TiW)等薄膜，它们在半导体技术中被用作金属阻挡层，当其厚度减小到5～10nm的时候，或者再厚一些，就对太阳光几乎是“透明的”，因此它们可以用作组成杂质缺陷阻挡层34的物质。

对于半导体膜，可选的膜就比较多了。化合物半导体薄膜，特别是所有不含有害杂质或所含有害杂质数量较少的透明导电膜或电阻膜，例如：SnO₂:F、ZnO:Al、In₂O₃:Sn(ITO)、SnO₂:Ga、Zn₂SnO₄、ZnS:Al、SnO₂、ZnO、ZnS、GaN、AlN、TiN等都可以用作组成杂质缺陷阻挡层34的物质。

对于绝缘或半绝缘膜，可选的膜也比较多。在半导体技术中用作表面钝化的薄膜，例如：TiO₂、Al₂O₃、氮化锗、氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、掺氢非晶硅、掺氮非晶硅、掺氢掺氮非晶硅、氮化硅等，当这些薄膜的厚度减小到5～10nm的时候，或者再厚一些，由于存在量子隧穿现象(quantum tunneling phenomenon)，它们对载流子的阻碍作用就非常小了，因此，它们都可以用作组成杂质缺陷阻挡层34的物质。

若按上述方法选择杂质缺陷阻挡层34，则对窗口层33中的杂质含量就可以不作要求。虽然本发明之二增加了制作杂质缺陷阻挡层34的步骤，但这相对于低电阻的高纯度的窗口层33的制作却要容易得多，而窗口层33也要比窗口层33容易制作一些，因此，通过合理选择杂质缺陷阻挡层34，本发明之二的制作成本反而比本发明之一的制作成本要低些。另外，对于合适的杂质缺陷阻挡层34，例如，氮化硅膜，由于其有很强的阻挡作用，本发明之二的金属电极烧结工艺可以在600℃或甚至更高的温度下进行。

基于本发明之二的一些其他变化，还可以在第一导电类型重掺杂层38和背面电极39之间插入一层与杂质缺陷阻挡层34同样的或类似的薄膜，它也起着阻止杂质和缺陷向晶体硅中扩散的目的。

本发明相对于通常晶体硅太阳能电池10有如下改进：

1、通常晶体硅太阳能电池10的结深一般为300～500nm，这一部分将吸收16％～23％的光子能量，其中至少有一部分会损失掉，而在本发明中，这一部分就几乎没有损失。

2、对于晶体硅太阳能电池，其中的少子寿命是一个关键参数，它直接决定了光生电流的大小。对于通常晶体硅太阳能电池10，即使采用了半导体级的晶体硅片，其少子寿命比太阳能级的晶体硅片的少子寿命高出几十至几百倍，也无法做出高转换效率的电池，其主要原因之一就是采用了高温烧结工艺，以使金属电极穿过减反射膜，这会在晶体硅中引入大量的杂质和缺陷，进而大幅度降低少子寿命，而在本发明中，这部分损失会降低到最低限度。

3、由于采用了透明且导电的窗口层，这会降低由于栅状金属电极引起的遮挡损失，其比例接近4％。

对于本发明的两个技术方案，通过合理选择其中各层的各项参数及其制作工艺，即可有效降低通常的晶体硅太阳能电池的遮挡损失、复合损失和欧姆损失，并且维持反射损失不变或变化较小，进而本发明的电池的转换效率肯定高于通常的晶体硅太阳能电池的转换效率，其高出的比例至少是10％以上，通过技术的改进甚至可以提高20％以上。

根据上述可以给出本发明的一个制造方法，其步骤如下：

1、对提供的<100>晶向的第一导电类型轻掺杂的晶体硅片，在含有氢氧化钠的溶液中进行化学抛光处理，去掉损伤层。

2、在第一导电类型轻掺杂晶体硅片的两个主表面上通过扩散方法形成第一导电类型重掺杂层，而后将晶体硅片上的氧化硅膜去掉，可以要求其杂质浓度≥5×10¹⁹/cm³，其结深≥1μm，若第一导电类型选择的是p型，则掺杂剂材料可以是硼(B)，掺杂源优选BBr₃，若第一导电类型选择的是n型，则掺杂剂材料可以是磷(P)，掺杂源优选POCl₃。

3、从所述的已形成第一导电类型重掺杂层的晶体硅片的两个主表面上选择一个作为背面，另一面则就是正面，将该背面用氧化硅膜或采用其他方法予以保护，再在含有硝酸加氢氟酸的醋酸溶液或者其他可以腐蚀重掺杂硅的溶液中将正面的第一导电类型重掺杂层腐蚀掉，而后再在含有氢氧化钠和异丙醇的溶液中将正面进行织构化处理，最后将晶体硅片上的保护层去掉。

4、将两片所述的在背面已形成第一导电类型重掺杂层的晶体硅片的背面靠在一起并同时放入扩散炉中，对已进行织构化处理的正面通过扩散方法形成第二导电类型重掺杂层，可以要求其杂质浓度≥5×10¹⁹/cm³，其结深≤100nm，表面的氧化硅膜的厚度在5～20nm之间，若第二导电类型选择的是p型，则掺杂剂材料可以是硼(B)，掺杂源优选BBr₃，若第二导电类型选择的是n型，则掺杂剂材料可以是磷(P)，掺杂源优选POCl₃。

5、在所述的晶体硅片的已形成第二导电类型重掺杂层的正面上，通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶或涂膜等方法，沉积一层窗口层。

6、采用等离子刻蚀、激光刻蚀等方法将所述晶体硅片边缘的掺杂层和各种膜都去掉。

7、通过丝网印刷，在所述晶体硅片背面的第一导电类型重掺杂层上印刷一层大面积金属电极浆料，在所述晶体硅片正面的窗口层上印刷一层正面栅状金属电极浆料，通过烧结工艺，在所述晶体硅片的背面形成大面积欧姆接触层和金属焊接层，并在所述晶体硅片正面的窗口层上形成正面栅状金属电极欧姆接触层和金属焊接层。若所述的金属电极浆料选择的是通常晶体硅太阳能电池所使用的金属导电浆料，则所述的烧结工艺的温度可以是550℃或以下的某些温度；若所述的金属电极浆料选择的是含有合成树脂的金属导电浆料，则所述的烧结工艺的温度可以是150℃或以下的某些温度。

在上述步骤4中，由于是背靠背装片，并且扩散的温度和时间都远低于步骤2中的扩散温度和时间，因而，步骤4中的第二导电类型杂质对步骤2中形成的第一导电类型重掺杂层几乎没有影响，若步骤2中的掺杂浓度越高方块电阻越小，则这种影响就越小。另外，由于在上述步骤4中所产生的氧化硅膜的厚度非常小，由于存在量子隧穿现象，其对载流子的运动几乎没有阻碍作用，但对杂质和缺陷的热扩散具有一定的阻挡作用，因此，本制造方法对本发明之一和本发明之二都适用，只是，在采用本制造方法来制造本发明之一的电池时，可以让晶体硅衬底处于较高的温度下进行窗口层和正、背面电极的制作，例如300～550℃，而采用本制造方法来制造本发明之二的电池，晶体硅衬底就只能处于较低的温度下进行窗口层和正、背面电极的制作，例如150℃左右，此时氧化硅膜作为杂质缺陷阻挡层来使用。在上述步骤2和步骤4中，之所以选择BBr₃、POCl₃作为优选掺杂源，是因为这些源对晶体硅中的少子寿命有好处。

若在上述制造方法中，不使用氧化硅膜作为阻挡层，则可将这层膜去掉，在步骤4与步骤5之间增加一个制作杂质缺陷阻挡层的步骤，这些杂质缺陷阻挡层可以是Al₂O₃、掺氮非晶硅、掺氢掺氮非晶硅、氮化硅等膜，其厚度约为5～20nm，因为这些膜的阻挡杂质的能力都要强于氧化硅膜。

以下结合附图和具体实施方式对本发明之一、本发明之二和本发明的制造方法做进一步说明。

附图说明

图1是通常的晶体硅太阳能电池的示意图；

图2是公开号为CN1416179A的前述专利的结构示意图；

图3是本发明之一的结构示意图；

图4是本发明之二的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

按照本发明的制造方法制作本发明之一的电池，只是在进行步骤5之前，将晶体硅片上的氧化硅膜去掉。采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向p型单晶硅片，选择各工艺参数为：p型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的p⁺型重掺杂层，其方块电阻约为3Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为40nm，其掺杂浓度约为9×10¹⁹/cm³；窗口层是采用蒸发的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是99.9999％的高纯度InSn合金(比例为9∶1)，蒸发时将晶体硅片的温度加热到300℃，其方块电阻≤20Ω/□，其厚度约为150nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为5.5mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在200℃或以下的温度下完成的。该电池的转换效率可达到18.7％左右，远高于通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平。

实施例2：

按照本发明的制造方法制作本发明之一的电池，只是在进行步骤5之前，将晶体硅片上的氧化硅膜去掉。采用CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向n型单晶硅片，选择各工艺参数为：年型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的n⁺型重掺杂层，其方块电阻约为1Ω/□；正面的p⁺型重掺杂层，其厚度约为40nm，其掺杂浓度约为9×10¹⁹/cm³；窗口层是采用蒸发的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是99.9999％的高纯度InSn合金(比例为9∶1)，蒸发时将晶体硅片的温度加热到300℃，其方块电阻≤20Ω/□，其厚度约为150nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为5.5mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在200℃或以下的温度下完成的。该电池的转换效率可达到19.2％左右。

实施例3：

按照本发明的制造方法制作本发明之二的电池。采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向p型单晶硅片，选择各工艺参数为：p型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的p⁺型重掺杂层，其方块电阻约为3Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为10～20nm，其掺杂浓度约为5×10¹⁹/cm³，杂质缺陷阻挡层(氧化硅膜)的厚度约为7～15nm；窗口层是采用溅射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，溅射时晶体硅片的温度小于150℃，其方块电阻约为40Ω/□，其厚度约为150nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为2.85mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在150℃下完成的。该电池的转换效率可达到18.2％左右。

实施例4：

按照本发明的制造方法制作本发明之二的电池，此时需在步骤4与步骤5之间增加一个步骤，采用高温氧化的方法制作杂质缺陷阻挡层。采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向p型单晶硅片，选择各工艺参数为：p型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的p⁺型重掺杂层，其方块电阻约为3Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为100nm，其掺杂浓度约为5×10¹⁸/cm³；杂质缺陷阻挡层(氧化硅膜)的厚度约为7～15nm；窗口层是采用溅射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，溅射时晶体硅片的温度小于150℃，其方块电阻约为40Ω/□，其厚度约为150nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为2.85mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在150℃下完成的。该电池的转换效率可达到17.2％左右。

实施例5：

按照本发明的制造方法制作本发明之二的电池，此时需在步骤4与步骤5之间增加一个步骤，采用高温氧化的方法制作杂质缺陷阻挡层。采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向p型单晶硅片，选择各工艺参数为：p型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的p⁺型重掺杂层，其方块电阻约为3Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为300nm，其掺杂浓度约为10²⁰/cm³；杂质缺陷阻挡层(氧化硅膜)的厚度约为7～15nm；窗口层是采用溅射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，溅射时晶体硅片的温度小于150℃，其方块电阻约为≤20Ω/□，其厚度约为300nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为2.85mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在150℃下完成的。该电池的转换效率可达到16％左右。

实施例6：

按照本发明的制造方法制作本发明之二的电池，此时需在步骤4与步骤5之间增加一个步骤，采用高温氧化的方法制作杂质缺陷阻挡层。采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向p型单晶硅片，选择各工艺参数为：p型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的p⁺型重掺杂层，其方块电阻约为3Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为400nm，其掺杂浓度约为10²⁰/cm³；杂质缺陷阻挡层(氧化硅膜)的厚度约为7～15nm；窗口层是采用溅射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，溅射时晶体硅片的温度小于150℃，其方块电阻约为20Ω/□，其厚度约为300nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为2.85mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在150℃下完成的。该电池的转换效率可达到15.5％左右。

实施例7：

按照本发明的制造方法制作本发明之二的电池。采用CZ级别的0.2mm厚度的<100>晶向n型单晶硅片，选择各工艺参数为：n型单晶硅片的电阻率约为1Ωcm；背面的n⁺型重掺杂层，其方块电阻约为1Ω/□；正面的n⁺型重掺杂层，其厚度约为20nm，其掺杂浓度约为9×10¹⁹/cm³，杂质缺陷阻挡层(氧化硅膜)的厚度约为7～15nm；窗口层是采用溅射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，溅射时晶体硅片的温度小于150℃，其方块电阻约为40Ω/□，其厚度约为150nm；正面栅状金属电极的金属栅线的间距为2.85mm，正、背面电极采用的材料都是合成树脂导电银奖，固化是在150℃下完成的。该电池的转换效率可达到18.7％左右。

在上面的实施例中，所述窗口层或杂质缺陷阻挡层还可以采用其它的符合条件的薄膜，其效果是差不多的。另外，通过对各种参数的不同选择，就可以得到各种不同组合的本发明实施例，这些通过对本发明的上述描述已可简便获得，在此就不再赘述。

Claims (17)

1.一种晶体硅太阳能电池，其结构依次为正面栅状金属电极(32)、窗口层(33)、第二导电类型重掺杂层(35)、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)、背面电极(39)，光线(31)经过窗口层(33)入射到该电池内，被作为吸收层的第二导电类型重掺杂层(35)和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)、所吸收并产生电子-空穴对，进而产生光生电动势，其特征在于：

所述的第二导电类型重掺杂层(35)是通过烧结合金、扩散、外延、离子注入或浸入式等离子体注入等的方法在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)的一个主表面上形成的并掺入第二导电类型杂质的晶体硅，并与所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)一起构成同质p-n结，

所述的窗口层(33)主要是由一种或多种化合物半导体的非晶或多晶薄膜构成，或者主要是由多层一种或多种化合物半导体的非晶或多晶薄膜复合而成，所述的窗口层(33)对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥70％，

所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻≤4Ω。

2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的第二导电类型重掺杂层(35)的掺杂浓度≥5×10¹⁸/cm³，所述的第二导电类型重掺杂层(35)的厚度≤400nm。

3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的第二导电类型重掺杂层(35)的掺杂浓度为≥5×10¹⁹/cm³。

4.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的第二导电类型重掺杂层(35)的厚度为10～300nm。

5.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的第二导电类型重掺杂层(35)的厚度为10～200nm。

6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻为≤3Ω。

7.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的晶体硅太阳能电池的每平方厘米上的串联电阻为≤2Ω。

8.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的窗口层(33)对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥85％。

9.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：组成所述的窗口层(33)的化合物半导体的非晶或多晶薄膜是SnO₂:F、ZnO:Al、In₂O₃:Sn(ITO)、Zn₂SnO₄、SnO₂:Ga、ZnS:Al、SnO₂、ZnO、ZnS等非晶或多晶薄膜的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：在窗口层(33)与第二导电类型重掺杂层(35)之间增加一层杂质缺陷阻挡层(34)，

所述的杂质缺陷阻挡层(34)在所述的晶体硅太阳能电池的制作过程中能够阻止杂质对晶体硅的沾污以及在晶体硅中引入缺陷，所述的杂质缺陷阻挡层(34)主要是由一种或多种物质的薄膜组成，或者主要是由多层一种或多种物质的薄膜复合而成，

所述的杂质缺陷阻挡层(34)和所述的窗口层(33)作为一个整体，该整体对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥70％。

11.根据权利要求10所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的杂质缺陷阻挡层(34)和所述的窗口层(33)作为一个整体，该整体对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的平均透过率≥85％。

12.根据权利要求10所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的杂质缺陷阻挡层(34)中的组成物质是钛钨合金(TiW)等金属的一种或多种，或SnO₂:F、ZnO:Al、In₂O₃:Sn(ITO)、SnO₂:Ga、Zn₂SnO₄、ZnS:Al、SnO₂、ZnO、ZnS、GaN、AlN、TiN等化合物半导体的一种或多种，或TiO₂、Al₂O₃、氮化锗、氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、掺氢非晶硅、掺氮非晶硅、掺氢掺氮非晶硅、氮化硅等绝缘或半绝缘物质的一种或多种。

13.根据权利要求1～12所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：可以在背面电极(39)与第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(37)之间增加一层第一导电类型重掺杂层(38)，

所述的第一导电类型重掺杂层(38)主要是由一种或多种掺有第一导电类型杂质的半导体组成，或者主要是由多层一种或多种掺有第一导电类型杂质的半导体复合而成。

14.根据权利要求13所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于：所述的第一导电类型重掺杂层(38)的掺杂浓度≥5×10¹⁸/cm³。

15.一种晶体硅太阳能电池的制造方法，主要由如下步骤组成：

①、对提供的<100>晶向的第一导电类型轻掺杂的晶体硅片，在含有氢氧化钠的溶液中进行化学抛光处理，去掉损伤层；

②、在第一导电类型轻掺杂晶体硅片的两个主表面上通过扩散方法形成第一导电类型重掺杂层，而后将晶体硅片上的氧化硅膜去掉；

③、从所述的已形成第一导电类型重掺杂层的晶体硅片的两个主表面上选择一个作为背面，另一面则就是正面，将该背面用氧化硅膜或采用其他方法予以保护，再在含有硝酸加氢氟酸的醋酸溶液或者其他可以腐蚀重掺杂硅的溶液中将正面的第一导电类型重掺杂层腐蚀掉，而后再在含有氢氧化钠和异丙醇的溶液中将正面进行织构化处理，最后将晶体硅片上的保护层去掉；

④、将两片所述的在背面已形成第一导电类型重掺杂层的晶体硅片的背面靠在一起并同时放入扩散炉中，对已进行织构化处理的正面通过扩散方法形成第二导电类型重掺杂层；

⑤、在所述的晶体硅片的已形成第二导电类型重掺杂层的正面上，通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶或涂膜等方法，沉积一层窗口层；

⑥、将所述晶体硅片边缘的掺杂层和各种膜都去掉；

⑦、通过丝网印刷，在所述晶体硅片背面的第一导电类型重掺杂层上印刷一层大面积金属电极浆料，在所述晶体硅片正面的窗口层上印刷一层正面栅状金属电极浆料，通过烧结工艺，在所述晶体硅片的背面形成大面积欧姆接触层和金属焊接层，并在所述晶体硅片正面的窗口层上形成正面栅状金属电极欧姆接触层和金属焊接层。

16.根据权利要求15所述的一种晶体硅太阳能电池的制造方法，其特征在于：

在所述的步骤②中，对于第一导电类型重掺杂层，其杂质浓度≥5×10¹⁹/cm³，其结深≥1μm，若所述的第一导电类型选择的是p型，则掺杂剂材料可以是硼(B)，掺杂源优选BBr₃，若所述的第一导电类型选择的是n型，则掺杂剂材料可以是磷(P)，掺杂源优选POCl₃；

在所述的步骤④中，对于第二导电类型重掺杂层，其杂质浓度≥5×10¹⁹/cm³，其结深≤100nm，其上的氧化硅膜的厚度在5～15nm之间，若所述的第二导电类型选择的是p型，则掺杂剂材料可以是硼(B)，掺杂源优选BBr₃，若所述的第二导电类型选择的是n型，则掺杂剂材料可以是磷(P)，掺杂源优选POCl₃；

在所述的步骤⑦中，所述的烧结工艺的温度可以是550℃或以下的某些温度，若所述的烧结工艺的温度是150℃或以下的某些温度，则所述的金属电极浆料可以是含有合成树脂的金属导电浆料。

17.根据权利要求15或16所述的一种晶体硅太阳能电池的制造方法，其特征在于：

去掉所述的步骤④产生的氧化硅膜，再在所述的步骤④和所述的步骤⑤之间增加一个制作杂质缺陷阻挡层的步骤，这些杂质缺陷阻挡层可以是由Al₂O₃、掺氮非晶硅、掺氢掺氮非晶硅、氮化硅等膜组成，其厚度约为5～20nm。

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