CN102054889A - 一种双结太阳电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双结太阳电池及其制备方法。该双结太阳电池包括：第一导电类型衬底；在该第一导电类型衬底的迎光面上依序形成的迎光面第二导电类型层和介质钝化层，且介质钝化层表面为绒面；在该第一导电类型衬底的背光面上交替形成的背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；在该迎光面第二导电类型层上形成的第一电极；在该背光面第二导电类型区上形成的第二电极；在该背光面第一导电类型区上形成的第三电极；以及在该第二电极和该第三电极之间形成的背光面绝缘介质层。利用本发明，避免了充分光吸收与少子扩散距离有限的矛盾，避免了背结电池中光吸收区与载流子收集区不一致的矛盾，从而提高电池效率。

Description

一种双结太阳电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及Si光电子技术领域，尤其涉及一种双结太阳电池及其制备方法。

背景技术

硅太阳电池是当今光伏市场上的主体，而晶体硅太阳电池又是转化效率最高的，其商品的光电转换效率已达到17％，主要是通过浅结来吸收Si表层光生电子-空穴对，通过背面电场来推动在衬底内部吸收的光生电子-空穴中的少数载流子对向浅结扩散。

然而，晶体Si是间接带隙半导体材料，其带隙宽度为1.12eV，对应这一带隙的吸收边波长为1.107μm，吸收系数为2.78/cm，吸收距离为3.597mm，而电子-空穴对的扩散长度仅为200微米。这样，在吸收近红外光、并将其转换为有效电流方面，就产生了一对矛盾，即增加光吸收和增强光电流的矛盾。

另一方面，背结电池悄然兴起，其原理主要是将p和n掺杂区、以及相应的电极都放置Si衬底的背面，正面只是重掺，形成正面电场，以推动光生电子-空穴对向衬底背面移动，这样做的好处是消除了正面光栅对入射光的遮挡，其成品效率达到21％。然而，这样的设计与光生电子-空穴的分布正好相反，通常在Si表层的光生电子-空穴最多，随后减少；背结电池是要将绝大部分的光生电子-空穴推到背面去，其表面还有极大的静电。

在本发明中将浅结对表层光生电子-空穴的吸收与背结对红外光生电子-空穴有机地结构结合起来，从而避免了各自的不足，提高Si太阳电池的在红外光谱的转换效率，同时又避免了静电所导致的寿命降低。

参考文献：

[1]Martin A.Green，Solar Cells：Operating Principles，Technology，andSystem Applications，University of New South Wales(1986).

[2]熊绍珍、朱美芳，《太阳能电池基础与应用》，第二章：光伏原理基础，第三章：晶体硅太阳电池，科学出版社，第一版，2009年10月。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双结太阳电池及其制备方法，以提高Si太阳电池在红外光谱的转换效率，避免静电所导致的寿命降低。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双结太阳电池，该双结太阳电池包括：

第一导电类型衬底；

在该第一导电类型衬底的迎光面上依序形成的迎光面第二导电类型层和介质钝化层，且介质钝化层表面为绒面；

在该第一导电类型衬底的背光面上交替形成的背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；

在该迎光面第二导电类型层上形成的第一电极；

在该背光面第二导电类型区上形成的第二电极；

在该背光面第一导电类型区上形成的第三电极；以及

在该第二电极和该第三电极之间形成的背光面绝缘介质层。

上述方案中，所述第一导电类型衬底为Si；所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

上述方案中，所述背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙；所述背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si；所述背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区在同一平面内或不在同一平面内。

上述方案中，所述的背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si，所述的背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si，所述的背光面绝缘介质为SiN或SiO₂。

上述方案中，该双结太阳电池具有迎光面pn结和背光面pn结，形成pnp或npn双结电池，分别由第一电极、第二电极和第三电极三个电极输出，且第二电极与第一电极具有相同的电学特性。

上述方案中，进一步将相邻的该双结太阳电池的同种电极相互连接，总体并联，形成电池板组件的两端输出；其中：所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；所述总体并联，形成电池板组件的两端输出，是指电池组件内汇总后的第二总电极与电池组件内汇总后的第一总电极进行最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则第一电极与第二电极直接并连。

一种制备的双结太阳电池的方法，该方法包括：

在第一导电类型衬底迎光面上依序制备广谱减反结构和迎光面第二导电类型层；

在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；

对所述各层材料进行退火热处理；

在所述迎光面第二导电类型层上制备介质钝化层；

在所述背光面第二导电类型区和第一导电类型区上制备绝缘介质层；以及

在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，构成所述双结太阳电池。

上述方案中，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，从而在一个平面内交替形成两种导电类型区域。

上述方案中，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔区域内重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内形成两种导电类型区域。

上述方案中，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备背光面第二导电类型层；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成多个开口，暴露出所述第一导电类型衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备第一导电类型区，从而在凹凸的背光面内形成两种导电类型区域。

上述方案中，所述第一导电类型衬底为Si，所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

上述方案中，所述背光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的薄膜为Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

上述方案中，所述对各层材料进行退火热处理，是在电极制备之前进行，退火温度在300℃至1000℃之间，时间在1秒至60分钟以内。

上述方案中，在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，包括：采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，在介质钝化层上开口，暴露出迎光面第二导电类型层，这些开口相互连通；在绝缘介质层上开口，暴露出背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，且在背光面第二导电类型区上的开口相互连通，在背光面第一导电类型区上的开口相互连通；在暴露出的迎光面第二导电类型层表面、背光面第二导电类型区表面和背光面第一导电类型区表面，采用电阻热蒸发或电子束蒸发方法沉积铝Al、铬Cr、金Au、钨W、钛Ti、钯Pd、或银Ag金属材料，且进行退火热处理，最终形成欧姆接触电极；如果背面两个电极同所用金属相同，则采用光刻胶或SiO₂隔离，同时制备两个电极。

上述方案中，所述在第一导电类型衬底迎光面上制备迎光面第二导电类型层，包括：采用离子注入、热扩散、激光掺杂或外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Si薄膜；或采用外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Al_1-xGa_xAs、或Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1。

上述方案中，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用激光掺杂、离子注入或热扩散方法，在第一导电类型Si衬底背光面交替区域内分别掺入第二导电类型杂质和第一导电类型杂质。

上述方案中，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内制备第二导电类型区和第一导电类型区。

上述方案中，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成开口，暴露出所述第一导电类型Si衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备重掺第一导电类型杂质的Si区；以两个背光面主栅分别连接多个背光面第二导电类型区，和多个背光面第一导电类型区。

上述方案中，该方法进一步包括：将相邻电池的同种电极相互连接，调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出；其中，所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；所述调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出，是通过第一电极之间不同的串并联方式、或通过第二电极之间不同的串并联方式、或通过逆变器，使组件内第二电极相互连接后的总电压等同于组件内第一电极相互连接后的总电压，最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；

如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则直接将第一电极与第二电极连接，形成单电极片上第一电极与第二电极的并联。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，在常规晶体硅光伏电池的基础上通过对衬底厚度的控制，增加了Si电池对红外光线的吸收，通过衬底背面同质结或异质结来收集红外光生载流子并输出，因而提高了电池的光伏效率。

2、利用本发明，解决了背结电池表面静电过大的问题，电延长电池寿命，并解决了光吸收区与载流子收集区不一致的矛盾，更好更多地收集光生载流子。

3、利用本发明，通过对衬底厚度的控制来减少碎片率，提高成品率，从而降低了成本。

4、利用本发明，优化了双结太阳电池设计，具体包括：衬底厚度设计、背掺杂区域深度和宽度设计，以较大范围覆盖衬底的背面区域，同时满足光生电子-空穴的扩散距离，解决了光生载流子的输运；上下电极的对应设计，避免零电场区，使载流子收集更为有效。

5、利用本发明，简化了制备工艺：在现有高精度微电子工艺的基础上，不断向当前光伏工业过渡，从而达到简化工艺、降低成本的目的。

6、利用本发明，解决了封装问题：在三电极情况中，背面有两个电极，因此，电极的连接较为复杂，但终归是可以解决的。

附图说明

图1是双结光伏电池概念图；

图2是双结太阳电池三电极连接图；

图3是晶体硅双结太阳电池三电极连接图；

图4是依照本发明实施例制备双结太阳电池的工艺流程图；

图5是依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面局部交替重掺的双结太阳电池的结构图；

图6是依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面补偿重掺的双结太阳电池的结构图；

图7是依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面刻蚀、重掺的双结太阳电池的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明是将浅结对表层光生电子-空穴的吸收与背结对红外光生电子-空穴有机地结构结合起来，从而避免各自的不足，提高Si太阳电池的在红外光谱的转换效率，同时又避免静电所导致的寿命降低。本发明的实现原理主要涉及以下三个方面：

1)、双结电池

在Si衬底的上下两面各制备一个pn结，即在Si衬底迎光面制备pn结，特别是宽带结，以吸收较短波长的光；而在Si衬底背光面制备pn结，特别是窄带结，以吸收较长波长的光，从而拓宽电池的吸收光谱。

如图1所示，图1是双结光伏电池概念图。由于迎光面材料带隙宽于背光面材料带隙，故第一电极和第二电极各收集不同波长的光生载流子。即便是当Si衬底迎光面pn结与背光面pn结具有相同带宽，双结电池仍然具有增加光吸收、增加光生载流子收集、防止因衬底过度减薄而增多的破损率、提高成品率等优势。

2)、设计优化

衬底厚度由光生载流子能够到达迎光面第二导电类型层的有效扩散距离与能够到达背光面第二导电类型区的有效扩散距离之合而定；

背光面第二导电类型区宽度、背光面第一导电类型区宽度、以及它们之间的间隔也由光生载流子能否到达各自收集电极而定；背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区所形成的内建电场则应尽量向衬底内部伸延。

3)、三电极连接

在相邻的迎光pn结之间主要是并联，以稳定电压和增加电流；而在相邻的背光pn结之间主要是串联，以稳定电压，当串联的背光pn结组电压之合与迎光pn结组电压相等时，再进行两组结之间的并联。

如图2所示，图2是双结太阳电池三电极连接图。由于迎光面pn结的开路电压较背光面pn结的高、短路电流较背光面pn结的大，所以，相邻的迎光面pn结之间主要是并联，以稳定电压；而在相邻的背光pn结之间主要是串联，以稳定电压和和增加电流。当串联的背光面pn结组电压之合与迎光pn结组电压相等时，或借助逆变器将低电压提升到高电压，再进行两组结之间的并联。

如图3所示，图3是晶体硅双结太阳电池三电极连接图。由于迎光面和背光面pn结同为Si同质结，在迎光面第二导电类型层掺杂浓度与背光面第二导电类型区相同时，其开路电压也相同，则电池片上的第一电极就可以直接与第二电极进行并联。

基于上述实现原理，本发明提供了一种双结太阳电池及其制备方法。其中，该双结太阳电池包括：第一导电类型衬底；在该第一导电类型衬底的迎光面上依序形成的迎光面第二导电类型层和介质钝化层，且介质钝化层表面为绒面；在该第一导电类型衬底的背光面上交替形成的背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；在该迎光面第二导电类型层上形成的第一电极；在该背光面第二导电类型区上形成的第二电极；在该背光面第一导电类型区上形成的第三电极；以及在该第二电极和该第三电极之间形成的背光面绝缘介质层。

其中所述第一导电类型衬底为Si；所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。所述背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙；所述背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si；所述背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区在同一平面内或不在同一平面内。所述的背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si，所述的背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si，所述的背光面绝缘介质为SiN或SiO₂。

本发明提供的这种双结太阳电池具有迎光面pn结和背光面pn结，形成pnp或npn双结电池，分别由第一电极、第二电极和第三电极三个电极输出，且第二电极与第一电极具有相同的电学特性。

进一步地，将相邻的该双结太阳电池的同种电极相互连接，总体并联，形成电池板组件的两端输出；其中：所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；所述总体并联，形成电池板组件的两端输出，是指电池组件内汇总后的第二总电极与电池组件内汇总后的第一总电极进行最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则第一电极与第二电极直接并连。

基于上述本发明提供的双结太阳电池，本发明提供的制备的双结太阳电池的方法，具体包括以下步骤：

在第一导电类型衬底迎光面上依序制备广谱减反结构和迎光面第二导电类型层；

在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；

对所述各层材料进行退火热处理；

在所述迎光面第二导电类型层上制备介质钝化层；

在所述背光面第二导电类型区和第一导电类型区上制备绝缘介质层；以及

在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，构成所述双结太阳电池。

其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，从而在一个平面内交替形成两种导电类型区域；

其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔区域内重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内形成两种导电类型区域。

其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备背光面第二导电类型层；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成多个开口，暴露出所述第一导电类型衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备第一导电类型区，从而在凹凸的背光面内形成两种导电类型区域。

所述第一导电类型衬底为Si，所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。所述背光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的薄膜为Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙。所述对各层材料进行退火热处理，是在电极制备之前进行，退火温度在300℃至1000℃之间，时间在1秒至60分钟以内。

其中在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，包括：采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，在介质钝化层上开口，暴露出迎光面第二导电类型层，这些开口相互连通；在绝缘介质层上开口，暴露出背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，且在背光面第二导电类型区上的开口相互连通，在背光面第一导电类型区上的开口相互连通。在暴露出的迎光面第二导电类型层表面、背光面第二导电类型区表面和背光面第一导电类型区表面，采用电阻热蒸发或电子束蒸发方法沉积铝Al、铬Cr、金Au、钨W、钛Ti、钯Pd、或银Ag金属材料，且进行退火热处理，最终形成欧姆接触电极；如果背面两个电极同所用金属相同，则采用光刻胶或SiO₂隔离，同时制备两个电极。

其中所述在第一导电类型衬底迎光面上制备迎光面第二导电类型层，包括：采用离子注入、热扩散、激光掺杂或外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Si薄膜；或采用外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Al_1-xGa_xAs、或Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1。

其中所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用激光掺杂、离子注入或热扩散方法，在第一导电类型Si衬底背光面交替区域内分别掺入第二导电类型杂质和第一导电类型杂质。

其中所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内制备第二导电类型区和第一导电类型区。

其中所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成开口，暴露出所述第一导电类型Si衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备重掺第一导电类型杂质的Si区；以两个背光面主栅分别连接多个背光面第二导电类型区，和多个背光面第一导电类型区。

本发明提供的制备双结太阳电池，进一步包括：将相邻电池的同种电极相互连接，调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出；其中，所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；所述调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出，是通过第一电极之间不同的串并联方式、或通过第二电极之间不同的串并联方式、或通过逆变器，使组件内第二电极相互连接后的总电压等同于组件内第一电极相互连接后的总电压，最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则直接将第一电极与第二电极连接，形成单电极片上第一电极与第二电极的并联。

基于本发明提供的制备的双结太阳电池的方法，图4示出了依照本发明实施例制备双结太阳电池的工艺流程图，该方法包括以下步骤：

步骤401：在Si衬底迎光面制绒，形成宽谱减反的表面微结构；

步骤402：在Si衬底迎光面制备第二导电类型层，形成迎光面pn结；

步骤403：在Si衬底背光面制备第二导电类型层，形成背光面pn结；

步骤404：在Si衬底背光面间隔区域内制备第一导电类型区；

步骤405：高温退火；

步骤406：在迎光面制备介质钝化层，在背光面制备绝缘介质层；以及

步骤407：在迎光面制备一个欧姆接触电极，在背光面制备两个欧姆接触电极。

图5示出了依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面局部交替重掺的双结太阳电池的结构图。其中1为第一导电类型Si衬底，2为迎光面第二导电类型层，3为第一电极，4为背光面第二导电类型区，5为背光面第一导电类型区，6为第二电极，7为第三电极。

图6示出了依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面补偿重掺的双结太阳电池的结构图。其中1为第一导电类型Si衬底，2为迎光面第二导电类型层，3为第一电极，8为背光面第二导电类型层，9为通过补偿而获得的背光面第一导电类型区，10为第二电极，11为第三电极。

图7示出了依照本发明实施例在第一导电类型Si衬底背光面刻蚀、重掺的双结太阳电池的结构图。其中1为第一导电类型Si衬底，2为迎光面第二导电类型层，3为第一电极，8为背光面第二导电类型层，12为刻蚀后重掺的背光面第一导电类型区，10为第二电极，13为第三电极。

下面再次参照附图7，对本发明提供的制备双结太阳电池的方法进行详细说明，该方法具体包括：

在第一导电类型Si衬底上制绒，采用NaOH和C₂H₅OH混合碱性溶剂腐蚀Si表面，由于它对Si各个(hkl)晶面具有不同的腐蚀速率，因而可形成金字塔表面结构，从而达到广谱减反入射光的目的。

在第一导电类型Si衬底迎光面制备第二导电类型层，采用热扩散、或离子注入、或激光掺杂、或铝(Al)硅合金、或外延第二导电类型Si层或其它宽带隙半导体薄膜，从而形成迎光面pn结；

在第一导电类型Si衬底背光面制备第二导电类型层，采用热扩散、或离子注入、或激光掺杂、或铝(Al)硅合金、或外延第二导电类型Si层或其它窄带隙半导体薄膜，从而形成背光面pn结；

采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成多个开口，暴露出所述第一导电类型衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备第一导电类型区，从而在凹凸的背光面内形成两种导电类型区域。

在300至1000度范围内，对各层和各区掺杂Si片进行1秒至60分钟的高温退火处理，以激活杂质为有效载流子；

在所述衬底迎光面第二导电类型层上制备钝化介质层，采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，在钝化介质层上开口，暴露出迎光面第二导电类型层，这些开口相互连通；

在所述衬底背光面第二导电类型区和第一导电类型区上制备绝缘介质层，在绝缘介质层上开口，暴露出背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，且在背光面第二导电类型区上的开口相互连通，在背光面第一导电类型区上的开口相互连通。

在暴露出的迎光面第二导电类型层表面、背光面第二导电类型区表面和背光面第一导电类型区表面，采用电阻热蒸发或电子束蒸发方法沉积铝Al、铬Cr、金Au、钨W、钛Ti、钯Pd、或银Ag金属材料，且进行退火热处理，最终形成欧姆接触电极；如果背面两种电极同所用金属相同，则采用光刻胶或SiO₂隔离，同时制备两个电极。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种双结太阳电池，其特征在于，该双结太阳电池包括：

第一导电类型衬底；

在该第一导电类型衬底的迎光面上依序形成的迎光面第二导电类型层和介质钝化层，且介质钝化层表面为绒面；

在该第一导电类型衬底的背光面上交替形成的背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；

在该迎光面第二导电类型层上形成的第一电极；

在该背光面第二导电类型区上形成的第二电极；

在该背光面第一导电类型区上形成的第三电极；以及

在该第二电极和该第三电极之间形成的背光面绝缘介质层。

2.根据权利要求1中所述的双结太阳电池，其特征在于，其中所述第一导电类型衬底为Si；所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

3.根据权利要求1中所述的双结太阳电池，其特征在于，其中所述背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙；所述背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si；所述背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区在同一平面内或不在同一平面内。

4.根据权利要求1中所述的双结太阳电池，其特征在于，其中所述的背光面第二导电类型区为掺入第二导电类型杂质的Si，所述的背光面第一导电类型区为重掺第一导电类型杂质的Si，所述的背光面绝缘介质为SiN或SiO₂。

5.根据权利要求1中所述的双结太阳电池，其特征在于，该双结太阳电池具有迎光面pn结和背光面pn结，形成pnp或npn双结电池，分别由第一电极、第二电极和第三电极三个电极输出，且第二电极与第一电极具有相同的电学特性。

6.根据权利要求1中所述的双结太阳电池，其特征在于，进一步将相邻的该双结太阳电池的同种电极相互连接，总体并联，形成电池板组件的两端输出；其中：

所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；

所述总体并联，形成电池板组件的两端输出，是指电池组件内汇总后的第二总电极与电池组件内汇总后的第一总电极进行最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则第一电极与第二电极直接并连。

7.一种制备的双结太阳电池的方法，其特征在于，该方法包括：

在第一导电类型衬底迎光面上依序制备广谱减反结构和迎光面第二导电类型层；

在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区；

对所述各层材料进行退火热处理；

在所述迎光面第二导电类型层上制备介质钝化层；

在所述背光面第二导电类型区和第一导电类型区上制备绝缘介质层；以及

在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，构成所述双结太阳电池。

8.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，从而在一个平面内交替形成两种导电类型区域。

9.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔区域内重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内形成两种导电类型区域。

10.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，其中在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型衬底背光面上制备背光面第二导电类型层；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成多个开口，暴露出所述第一导电类型衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备第一导电类型区，从而在凹凸的背光面内形成两种导电类型区域。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述第一导电类型衬底为Si，所述迎光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的Si、Al_1-xGa_xAs、Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1，其能带带隙宽于或等于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述背光面第二导电类型层为掺入第二导电类型杂质的薄膜为Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜，其能带带隙等于或窄于第一导电类型Si衬底的能带带隙。

13.根据权利要求7至10中任一项所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述对各层材料进行退火热处理，是在电极制备之前进行，退火温度在300℃至1000℃之间，时间在1秒至60分钟以内。

14.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，其中在所述迎光面第二导电类型层上制备第一电极、在背光面第二导电类型区上制备第二电极、在背光面第一导电类型区上制备第三电极，包括：

采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方法，在介质钝化层上开口，暴露出迎光面第二导电类型层，这些开口相互连通；在绝缘介质层上开口，暴露出背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，且在背光面第二导电类型区上的开口相互连通，在背光面第一导电类型区上的开口相互连通；

在暴露出的迎光面第二导电类型层表面、背光面第二导电类型区表面和背光面第一导电类型区表面，采用电阻热蒸发或电子束蒸发方法沉积铝Al、铬Cr、金Au、钨W、钛Ti、钯Pd、或银Ag金属材料，且进行退火热处理，最终形成欧姆接触电极；如果背面两个电极同所用金属相同，则采用光刻胶或SiO₂隔离，同时制备两个电极。

15.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述在第一导电类型衬底迎光面上制备迎光面第二导电类型层，包括：

采用离子注入、热扩散、激光掺杂或外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Si薄膜；或采用外延生长的方法，在所述第一导电类型Si衬底迎光面广谱减反结构上，制备掺入第二导电类型杂质的Al_1-xGa_xAs、或Ga_1-xIn_xP薄膜，其中0≤x＜1。

16.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用激光掺杂、离子注入或热扩散方法，在第一导电类型Si衬底背光面交替区域内分别掺入第二导电类型杂质和第一导电类型杂质。

17.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用热扩散、注入离子、激光掺杂的方法，在所述薄膜上间隔重掺第一导电类型杂质，通过补偿而达到反型，从而在一个平面内制备第二导电类型区和第一导电类型区。

18.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池的方法，其特征在于，所述在第一导电类型衬底背光面上交替制备背光面第二导电类型区和背光面第一导电类型区，包括：

采用热扩散、注入离子、激光掺杂、外延生长的方法，在第一导电类型Si衬底背光面上制备掺入第二导电类型杂质的Si、Ge、InAs、InSb、或GaSb薄膜；采用湿法或干法刻蚀的方法，在背光面第二导电类型层上形成开口，暴露出所述第一导电类型Si衬底；再用热扩散、注入离子、激光掺杂方法，在所述开口处制备重掺第一导电类型杂质的Si区；

以两个背光面主栅分别连接多个背光面第二导电类型区，和多个背光面第一导电类型区。

19.根据权利要求7所述的制备双结太阳电池，其特征在于，该方法进一步包括：将相邻电池的同种电极相互连接，调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出；其中：

所述同种电极相互连接，是将组件内各个电池的第一电极相互连接、组件内各个电池的第二电极相互连接、组件内各个电池的第三电极相互连接；

所述调整电压及并联，形成电池板组件的两端输出，是通过第一电极之间不同的串并联方式、或通过第二电极之间不同的串并联方式、或通过逆变器，使组件内第二电极相互连接后的总电压等同于组件内第一电极相互连接后的总电压，最终并联，并联后的电极再与汇总后的第二电级形成电池板组件的两端输出；

如果电池是对称结构，即迎光面第二导电类型层与背光面第二导电类型区在材料和导电特性完全相同，则直接将第一电极与第二电极连接，形成单电极片上第一电极与第二电极的并联。

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