CN102903775A

CN102903775A - 用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构及其制作方法

Info

Publication number: CN102903775A
Application number: CN2012104084914A
Authority: CN
Inventors: 邢宇鹏; 韩培德; 范玉杰; 王帅; 梁鹏
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN102903775B

Abstract

一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，包括：一钝化膜；一第一掺杂层，制作在钝化膜上的中间部位；一硅衬底，制作在第一掺杂层上的中间部位；一第二掺杂层，制作在硅衬底上，其长度大于衬底的长度，与第一掺杂层的长度相同；一钝化减反膜，制作在第二掺杂层上，其长度大于第二掺杂层的长度，与钝化膜长度相同；一第三掺杂层，制作在硅衬底的一侧，并覆盖第一掺杂层和第二掺杂层一侧的端部；一第四掺杂层，制作在硅衬底的另一侧，并覆盖第一掺杂层和第二掺杂层的另一侧的端部；一第一电极，制作在第三掺杂层上，该第一电极的表面与钝化膜和钝化减反膜的端面齐平；一第二电极，制作在第四掺杂层上，形成电池单元；该电池结构通过多个电池单元两侧的第一电极和第二电极串接而成。

Description

用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构及其制作方法

技术领域

本专利涉及一种用于聚光和激光输能的太阳能电池结构及其制作方法，特别是关于一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构及其制作方法。

背景技术

近几年全世界环境污染、温室效应等问题日趋严重，而且传统能源储量越来越少，价格越来越高，所以人类对清洁能源的需求越来越大，太阳能光伏发电作为一种清洁能源越来越受到人们的重视。目前，市场上销售的太阳能光伏电池大部分是单晶硅和多晶硅太阳能电池，但是其相对传统能源较高的发电成本制约了其大规模应用。所以人们想了很多方法来降低太阳能光伏发电的成本，其中采用聚光技术，也就是用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳能光伏电池，以减少给定发电功率所需的电池面积来降低成本被认为是一种很有应用前景的技术，也是太阳能光伏发电的第三代技术之一。目前用于聚光光伏发电系统的太阳能电池主要有硅聚光太阳能电池和III-V族多结聚光太阳能电池两种。III-V族多结聚光电池主要用于高倍聚光光伏发电系统(200个太阳以上)，虽然其转换效率高，发电功率大，但是其采用的衬底昂贵，制作需要复杂的外延生长工艺，还含有砷这种剧毒元素以及镓等稀有元素。目前的常规结构晶体硅聚光电池相对III-V族多结聚光电池虽然工艺简单，制作成本低，但是其转换效率比III-V族多结聚光电池低，并且由于串联电阻的原因，主要用于300个太阳以下的聚光光伏发电系统。用于高倍聚光光伏发电系统(200个太阳以上)的太阳能电池同样可以用于激光输能。本发明提供一种可以用于高倍聚光和激光输能的硅太阳能电池结构及其制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构及其制作方法，具有结构简单，工艺流程简化及成本低廉的优点，在较高聚光倍数和较大激光能量照射下仍能保持较高转换效率。

本发明提供一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，包括：

一钝化膜；

一第一掺杂层，该第一掺杂层制作在钝化膜上的中间部位；

一硅衬底，该硅衬底制作在第一掺杂层上的中间部位；

一第二掺杂层，该第二掺杂层制作在硅衬底上，其长度大于衬底的长度，与第一掺杂层的长度相同；

一钝化减反膜，该钝化减反膜制作在第二掺杂层上，其长度大于第二掺杂层的长度，与钝化膜长度相同；

一第三掺杂层，该第三掺杂层制作在硅衬底的一侧，并覆盖第一掺杂层和第二掺杂层一侧的端部；

一第四掺杂层，该第四掺杂层制作在硅衬底的另一侧，并覆盖第一掺杂层和第二掺杂层的另一侧的端部；

一第一电极，该第一电极制作在第三掺杂层上，该第一电极的表面与钝化膜和钝化减反膜的端面齐平；

一第二电极，该第二电极制作在第四掺杂层上，该第二电极的表面与钝化膜和钝化减反膜的另一端面齐平，形成电池单元；

该电池结构通过多个电池单元两侧的第一电极和第二电极串接而成。

本发明还提供一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：在硅衬底的一个侧面通过掺杂的方法，使其成为第三掺杂层，在另一侧面通过掺杂的方法，使其成为第四掺杂层；

步骤2：在第三掺杂层和第四掺杂层的表面沉积金属，形成第一电极和第二电极，形成基片；

步骤3：将多个基片按照一个基片的第一电极与另一基片的第二电极相连接的顺序依次叠放在一起；

步骤4：将叠放在一起的基片放入合金炉，进行加热加压合金，使相邻基片粘合到一起最终形成一个整体；

步骤5：沿垂直基片表面方向依次切割粘合到一起形成整体的基片，形成一系列片状长方形的由多个基本重复单元相连接组成的垂直结构；

步骤6：腐蚀掉垂直结构表面的损伤层；

步骤7：在形成垂直结构的硅衬底未形成第三掺杂层和第四掺杂层的另外两面通过掺杂的方法，使其形成第一掺杂层和第二掺杂层；

步骤8：在第一掺杂层和第二掺杂层的表面沉积钝化膜和钝化减反膜，形成太阳能电池，完成制备。

本发明的有益效果是：该电池正负电极位于每个电池单元两侧，其面积很大，因此串联电阻可以很小，而且没有遮光问题，其制作工艺简单，成本低，转换效率高，可用于高倍聚光(1-5000个太阳)和激光输能。由于该电池相当于是多个pn结串联，所以开路电压高，通过减小电池的面积可以降低短路电流，因此该电池比目前的常规结构晶体硅太阳能电池更加适合于并网发电。

附图说明

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及附图，详细说明如后，其中：

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是图1的两个电池单元通过正负电极串接的示意图；

图3是本发明的制备流程图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，包括：

一钝化膜1，所述钝化膜1的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于2000纳米；

一第一掺杂层2，该第一掺杂层2制作在钝化膜1上的中间部位，所述第一掺杂层2为N型掺杂或P型掺杂，材料为单晶硅，多晶硅，微晶硅，纳晶硅，或非晶硅，或及其组合，掺杂元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合；

一硅衬底3，该硅衬底3制作在第一掺杂层2上的中间部位，所示硅衬底3为N型掺杂或P型掺杂，材料为单晶硅或多晶硅，或及其组合，掺杂元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合；

一第二掺杂层4，该第二掺杂层4制作在硅衬底3上，其长度大于衬底3的长度，与第一掺杂层2的长度相同，所述第二掺杂层4为N型掺杂或P型掺杂，材料为单晶硅，多晶硅，微晶硅，纳晶硅，或非晶硅，或及其组合，掺杂元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合；

一钝化减反膜5，该钝化减反膜5制作在第二掺杂层4上，其长度大于第二掺杂层4的长度，与钝化膜1长度相同，所述钝化减反膜5的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于500纳米；

一第三掺杂层6，该第三掺杂层6制作在硅衬底3的一侧，并覆盖第一掺杂层2和第二掺杂层4一侧的端部，所述第三掺杂层6为N型掺杂或P型掺杂，材料为单晶硅，多晶硅，微晶硅，纳晶硅，或非晶硅，或及其组合，掺杂元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合；

一第四掺杂层7，该第四掺杂层7制作在硅衬底3的另一侧，并覆盖第一掺杂层2和第二掺杂层4的另一侧的端部，所述第四掺杂层7为N型掺杂或P型掺杂，与第三掺杂层6的掺杂类型相反，材料为单晶硅，多晶硅，微晶硅，纳晶硅，或非晶硅，或及其组合，掺杂元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合；

一第一电极8，该第一电极8制作在第三掺杂层6上，该第一电极8的表面与钝化膜1和钝化减反膜5的端面齐平，所述第一电极8材料为铝、镍、钛、铬、银或铜，或及其组合，其厚度小于20微米；

一第二电极9，该第二电极9制作在第四掺杂层7上，该第二电极9的表面与钝化膜1和钝化减反膜5的另一端面齐平，所述第二电极9材料为铝、镍、钛、铬、银或铜，或及其组合，其厚度小于20微米，形成电池单元；

该电池结构通过多个电池单元两侧的第一电极8和第二电极9串接而成。

请参阅图3并结合参阅图1及图2所示，本发明提供一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，该方法包含以下步骤：

步骤1：在薄片形状的硅衬底3的一个表面通过掺杂的方法，使其成为第三掺杂层6，在另一表面通过掺杂的方法，使其成为第四掺杂层7，所述的掺杂是采用离子注入、热扩散、旋涂扩散或激光掺杂，所述的掺杂掺入的元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合，所述第三掺杂层6和第四掺杂层7为N型掺杂或P型掺杂，该第三掺杂层6和第四掺杂层7的掺杂类型相反；

步骤2：在第三掺杂层6和第四掺杂层7的表面沉积金属，形成第一电极8和第二电极9，形成基片，所述的制作第一电极8和第二电极9是采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射或丝网印刷的方法，其厚度小于20微米；

步骤3：将多个基片按照一个基片的第一电极8与另一基片的第二电极9相连接的顺序依次叠放在一起；

步骤4：将叠放在一起的基片放入合金炉，进行加热加压合金，使相邻基片粘合到一起最终形成一个整体，所述的加热加压合金，是在氮气、氢气或氩气，或及其组合的气氛中进行，加热温度小于1100度；

步骤5：沿垂直基片表面方向依次切割粘合到一起形成整体的基片，形成一系列片状的长方形的由多个基本重复单元相连接组成的垂直结构，所述的切割是使用钢线，金刚砂线，砂轮或激光对基片进行切割；

步骤6：腐蚀掉垂直结构表面的损伤层，所述的腐蚀是使用酸或碱溶液，所述的酸溶液是氢氟酸、硝酸或乙酸，或及其组合，所述的碱溶液是氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化铵，或及其组合；

步骤7：在形成垂直多结结构的硅衬底3未形成第三掺杂层6和第四掺杂层7的另外两面通过掺杂的方法，使其形成第一掺杂层2和第二掺杂层4，所述的掺杂是采用离子注入、旋涂扩散或激光掺杂的方法，所述的掺杂掺入的元素是硼，铝，镓或磷元素，或及其组合，所述第一掺杂层2为N型掺杂或P型掺杂，所述第二掺杂层4为N型掺杂或P型掺杂；

步骤8：在第一掺杂层2和第二掺杂层4的表面采用PECVD、ALD、离子束溅射或磁控溅射的方法沉积钝化膜1和钝化减反膜5，所述钝化膜1的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于2000纳米，所述钝化减反膜5的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于500纳米，形成太阳能电池，完成制备。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，包括：

一钝化膜；

一第一掺杂层，该第一掺杂层制作在钝化膜上的中间部位；

一硅衬底，该硅衬底制作在第一掺杂层上的中间部位；

2.根据权利要求1所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，其中所述第一掺杂层为N型掺杂或P型掺杂。

3.根据权利要求1所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，其中所述第二掺杂层为N型掺杂或P型掺杂。

4.根据权利要求1所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，其中第三掺杂层和第四掺杂层为N型掺杂或P型掺杂，该第三掺杂层和第四掺杂层的掺杂类型相反。

5.根据权利要求1所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，其中所述钝化减反膜的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于500纳米。

6.根据权利要求1所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构，其中所述钝化膜的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于2000纳米。

7.一种用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，该方法包含以下步骤：

步骤6：腐蚀掉垂直结构表面的损伤层；

8.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤1的掺杂是采用离子注入、热扩散、旋涂扩散或激光掺杂的方法，该第三掺杂层和第四掺杂层为N型掺杂或P型掺杂，该第三掺杂层和第四掺杂层的掺杂类型相反。

9.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤2制作第一电极和第二电极是采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射或丝网印刷的方法，其厚度小于20微米。

10.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤4所述的加热加压合金，是在氮气、氢气或氩气，或及其组合的气氛中进行，加热温度小于1100度。

11.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤5所述的切割是使用钢线、金刚砂线、砂轮或激光对基片进行切割。

12.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤6所述的腐蚀是使用酸或碱溶液。

13.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中步骤7所述的掺杂是采用离子注入、旋涂扩散或激光掺杂的方法，所述第一掺杂层为N型掺杂或P型掺杂，所述第二掺杂层为N型掺杂或P型掺杂。

14.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中所述钝化减反膜的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于500纳米。

15.根据权利要求7所述的用于聚光和激光输能的晶体硅太阳能电池结构的制作方法，其中所述钝化膜的材料为Al₂O₃、SiO₂或SiN_x，或及其组合，其厚度小于2000纳米。