CN103646983A - 背发射极对称异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背发射极对称异质结太阳电池及其制备方法，该太阳电池在硅衬底的受光面和背光面上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型半导体薄膜，形成异质结背发射极的半导体薄膜与受光面上相同导电类型的半导体薄膜在硅衬底两侧对应设置，并且形成异质结背发射极的半导体薄膜的掺杂浓度大于受光面上相同导电类型的半导体薄膜的掺杂浓度。本发明的有益效果是：消除了电极遮光产生的电流损失。共面交替对称异质结结构在衬底内部形成的非均匀内建势，将电池衬底分成多区域基区，有助于内部载流子的侧向输送，大幅度减小了载流子扩散长度，提升了载流子的收集效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种背发射极对称异质结太阳电池及其制备方法。
背景技术
传统异质结太阳电池的发射极位于感光面，从而造成对光的吸收损失。随着薄膜/晶体硅异质结太阳电池技术的发展，对光的管理和载流子输运成为研究热点。光的管理研发方向主要是减小感光面掺杂层对光的吸收损失，目前国内外的主要思想是拓宽掺杂层带隙，并且制备高质量的发射极薄膜材料；载流子输运的研究热点在于电池内部内建势分布的方向和P-N的布局的设计，后者成为该领域的设计难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种背发射极对称异质结太阳电池及其制备方法，减少受光面对光的吸收，减少载流子扩散长度，提升载流子的收集效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种背发射极对称异质结太阳电池，包括硅衬底，在硅衬底的受光面上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型半导体薄膜，在硅衬底的背光面上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型的半导体薄膜，背光面上与硅衬底导电类型相反的半导体薄膜与硅衬底形成异质结背发射极，在背光面上的相反导电类型的半导体薄膜上制作各自的金属电极，分别收集电子和空穴，形成异质结背发射极的半导体薄膜与受光面上相同导电类型的半导体薄膜在硅衬底两侧对应设置，并且形成异质结背发射极的半导体薄膜的掺杂浓度大于受光面上相同导电类型的半导体薄膜的掺杂浓度。
采用相反导电类型的半导体薄膜共面交替存在，在衬底内部形成横向内建势。此外，形成异质结背发射极的半导体薄膜和受光面上相同导电类型的半导体薄膜形成高低结结构，提高了载流子收集效率。多个交替异质结的存在将衬底分为多个耗尽区，并且提供不同区域不同方向的内建势，大幅度减小了载流子在衬底的扩散长度，减小了输运过程中的复合损失，提高电池整体性能。
为进一步提高电池性能，进一步限定，受光面的相反导电类型半导体薄膜与硅衬底之间具有钝化层，在受光面的相反导电类型半导体薄膜的表面具有减反层，在背光面的相反导电类型半导体薄膜与硅衬底之间具有钝化层，在背光面的相反导电类型半导体薄膜的表面具有透明导电薄膜。
硅衬底为N型硅衬底，受光面的相反导电类型半导体薄膜分别是重掺杂N+型半导体薄膜和轻掺杂P-型半导体薄膜，背光面的相反导电类型半导体薄膜分别是重掺杂N+型半导体薄膜和重掺杂P+型半导体薄膜。
N型硅衬底为单晶硅片，或者为多晶硅。
硅衬底两侧的钝化层为非晶态硅基钝化层，或者为微晶态硅基钝化层，或者为纳晶态硅基钝化层。
优选，硅衬底两侧的钝化层为本征氢化非晶硅薄膜，或者为氧化硅和本征氢化非晶硅薄膜组成的复合层薄膜。
进一步限定，减反层为氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅组成的复合层薄膜。
进一步限定，透明导电薄膜为掺锡氧化铟薄膜，或者为掺钨氧化铟薄膜。
一种背发射极对称异质结太阳电池的制备方法，具有如下步骤：
1）以N型硅片作为硅衬底，并对表面进行清洗；
2）在硅衬底正面沉积一层本征氢化非晶硅薄膜作为钝化层；
3）采用局域掩膜技术，在受光面的本征氢化非晶硅薄膜上分别沉积交替分布的重掺杂N+型半导体薄膜和轻掺杂P-型半导体薄膜；
4）采用激光划线技术，隔离受光面的重掺杂N+型半导体薄膜和轻掺杂P-型半导体薄膜；
5）在受光面的重掺杂N+型半导体薄膜和轻掺杂P-型半导体薄膜上沉积氮化硅薄膜作为减反层；
6）在硅衬底的背光面沉积一层本征氢化非晶硅薄膜作为钝化层；
7）采用局域掩膜技术，在背光面的本征氢化非晶硅薄膜上分别沉积交替分布的重掺杂N+型半导体薄膜和重掺杂P+型半导体薄膜，背光面的重掺杂N+型半导体薄膜和受光面的重掺杂N+型半导体薄膜在硅衬底的两侧对应设置，背光面的重掺杂P+型半导体薄膜和受光面的轻掺杂P-型半导体薄膜在硅衬底的两侧对应设置；
8）在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜和重掺杂P+型半导体薄膜沉积透明导电薄膜作为电流收集层；
9）采用激光划线技术，隔离背光面的重掺杂N+型半导体薄膜和重掺杂P+半导体薄膜；
10）在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜和重掺杂P+半导体薄膜的透明导电薄膜上制备各自的金属电极。
本发明的有益效果是：1、该背发射极对称异质结太阳电池，消除了电极遮光产生的电流损失。有效降低了窗口层对光的吸收，增加了电池对入射光的利用率。2、N型硅衬底的受光面采用N+型和P-型半导体层替代传统P+型半导体层，有效降低了窗口层对光的吸收，增加了电池对入射光的利用率。3、共面交替对称异质结结构在衬底内部形成的非均匀内建势，将电池衬底分成多区域基区，有助于内部载流子的侧向输送，大幅度减小了载流子扩散长度，提升了载流子的收集效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的内部势场分布示意图；
图中，1.硅衬底，2.本征氢化非晶硅薄膜，3.重掺杂N+型半导体薄膜，4.轻掺杂P-型半导体薄膜，5.重掺杂P+型半导体薄膜，6.减反层，7.透明导电薄膜，8.金属电极。
具体实施方式
如图1和2所示，一种背发射极对称异质结太阳电池，包括硅衬底1，在硅衬底1的受光面上具有钝化层，在该钝化层上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型半导体薄膜，在该相反导电类型半导体薄膜的表面具有减反层6。
在硅衬底1的背光面上具有钝化层，在该钝化层上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型的半导体薄膜，背光面上与硅衬底1导电类型相反的半导体薄膜与硅衬底1形成异质结背发射极，在该相反导电类型的半导体薄膜的表面具有透明导电薄膜7，在背光面上的相反导电类型的半导体薄膜上制作各自的金属电极8，分别收集电子和空穴。共面相反导电类型的半导体薄膜在硅衬底内部形成横向非均匀内建场，如图2所示。
形成异质结背发射极的半导体薄膜与受光面上相同导电类型的半导体薄膜在硅衬底1两侧对应设置，并且形成异质结背发射极的半导体薄膜的掺杂浓度大于受光面上相同导电类型的半导体薄膜的掺杂浓度，硅衬底1两侧的另外的相同导电类型的半导体薄膜同样对应设置，并且掺杂浓度相同。
受光面的轻掺杂半导体薄膜和背光面的对应设置的重掺杂半导体薄膜之间形成弱高低结结构，从而建立与共面相反导电类型的半导体薄膜形成的横向内建势趋势相近的势场，共同提高载流子收集效率。
钝化层可以是本征氢化非晶硅薄膜2，或者是氧化硅和本征氢化非晶硅薄膜组成的复合层薄膜。
减反层6为氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅组成的复合层薄膜。
透明导电薄膜7为掺锡氧化铟薄膜，或者为掺钨氧化铟薄膜，或者为其他多种半导体层组成的复合型薄膜。
背光面的金属电极8是采用掩膜蒸发技术或者低温丝网印刷技术制备的金属膜，可以是Al膜，也可以是其他金属和Al膜组成的多层膜结构。
以N型单晶硅片作为硅衬底为例：
在N型单晶硅片的受光面沉积本征氢化非晶硅薄膜2，起钝化作用，并在本征氢化非晶硅薄膜2上采用PECVD结合掩膜的技术交替沉积重掺杂N+型半导体薄膜3和轻掺杂P-型半导体薄膜4，而后在该重掺杂N+型半导体薄膜3和轻掺杂P-型半导体薄膜4上采用PECVD技术制作氮化硅薄膜作为减反层6；N型单晶硅片的背光面首先采用PECVD技术沉积本征氢化非晶硅薄膜2，然后再在该本征氢化非晶硅薄膜2上采用与受光面相同的技术交替沉积重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+型半导体薄膜5，重掺杂P+型半导体薄膜5作为电池的发射极；然后在该重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+型半导体薄膜5上采用PVD技术制作透明导电薄膜7作为载流子收集缓冲层，并且采用激光划线技术隔离背光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+型半导体薄膜5，使其孤立存在，最后在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+型半导体薄膜5区域制作银电极。硅衬底1两侧的重掺杂N+型半导体薄膜3相对硅衬底对称设置，并且掺杂浓度相同，硅衬底两侧的轻掺杂P-型半导体薄膜4和重掺杂P+型半导体薄膜，相对硅衬底对称设置，轻掺杂P-型半导体薄膜4的掺杂浓度小于重掺杂P+型半导体薄膜的掺杂浓度。
一种背发射极对称异质结太阳电池的详细制备步骤是：
1）采用厚度200μm，电阻率为2～5Ωcm的N型单晶硅片作为硅衬底1，并对表面进行常规RCA清洗；
2）在N型单晶硅片的受光面采用PECVD沉积本征氢化非晶硅薄膜2，厚度为3nm；
3）在该本征氢化非晶硅薄膜2上采用PECVD结合局部掩膜技术制备交替分布的厚度为6nm的重掺杂N+型半导体薄膜3，该重掺杂N+型半导体薄膜3作为前表面场（FSF）；
4）采用与步骤3相同的工艺，在剩余区域制备采用局部掩膜技术制备厚度为6nm的轻掺杂P-型半导体薄膜4，
5）采用激光划线技术，使受光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和轻掺杂P-型半导体薄膜4独立存在；
5）在受光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和轻掺杂P-型半导体薄膜4上采用PECVD技术沉积厚度为30nm氮化硅薄膜作为减反层6；
6）在硅衬底1的背光面沉积一层厚度为5nm的本征氢化非晶硅薄膜2作为钝化层；
7）采用PECVD结合局部掩膜技术，在背光面的本征氢化非晶硅薄膜2上分别沉积交替分布的作为背表面场（BSF）的厚度为15nm的重掺杂N+型半导体薄膜3和作为异质结发射极的厚度为10nm的重掺杂P+型半导体薄膜5，背光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和受光面的重掺杂N+型半导体薄膜3在硅衬底1的两侧对应设置，背光面的重掺杂P+型半导体薄膜5和受光面的轻掺杂P-型半导体薄膜4在硅衬底1的两侧对应设置；
8）在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+型半导体薄膜5沉积厚度为80nm的透明导电薄膜7ITO作为电流收集层；
9）采用激光划线技术，隔离背光面的重掺杂N+型半导体薄膜3和重掺杂P+半导体薄膜，激光划线深度95～98nm；
10）采用低温丝网印刷技术在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜区域和重掺杂P+半导体薄膜区域的透明导电薄膜7上制备各自的Ag电极，并在低于300℃条件下低温烘干，从而完成背发射极对称异质结太阳电池的制造。
Claims (9)
1.一种背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：包括硅衬底（1），在硅衬底（1）的受光面上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型半导体薄膜，在硅衬底（1）的背光面上具有彼此隔离并且交替分布的相反导电类型的半导体薄膜，背光面上与硅衬底（1）导电类型相反的半导体薄膜与硅衬底（1）形成异质结背发射极，在背光面上的相反导电类型的半导体薄膜上制作各自的金属电极（8），分别收集电子和空穴，
形成异质结背发射极的半导体薄膜与受光面上相同导电类型的半导体薄膜在硅衬底（1）两侧对应设置，并且形成异质结背发射极的半导体薄膜的掺杂浓度大于受光面上相同导电类型的半导体薄膜的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的受光面的相反导电类型半导体薄膜与硅衬底（1）之间具有钝化层，在受光面的相反导电类型半导体薄膜的表面具有减反层（6），在背光面的相反导电类型半导体薄膜与硅衬底（1）之间具有钝化层，在背光面的相反导电类型半导体薄膜的表面具有透明导电薄膜（7）。
3.根据权利要求1或2所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述硅衬底（1）为N型硅衬底，受光面的相反导电类型半导体薄膜分别是重掺杂N+型半导体薄膜（3）和轻掺杂P-型半导体薄膜（4），背光面的相反导电类型半导体薄膜分别是重掺杂N+型半导体薄膜（3）和重掺杂P+型半导体薄膜（5）。
4.根据权利要求3所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的N型硅衬底为单晶硅片，或者为多晶硅。
5.根据权利要求2所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的硅衬底（1）两侧的钝化层为非晶态硅基钝化层，或者为微晶态硅基钝化层，或者为纳晶态硅基钝化层。
6.根据权利要求5所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的硅衬底（1）两侧的钝化层为本征氢化非晶硅薄膜（2），或者为氧化硅和本征氢化非晶硅薄膜组成的复合层薄膜。
7.根据权利要求2所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的减反层（6）为氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅组成的复合层薄膜。
8.根据权利要求2所述的背发射极对称异质结太阳电池，其特征是：所述的透明导电薄膜（7）为掺锡氧化铟薄膜，或者为掺钨氧化铟薄膜。
9.一种背发射极对称异质结太阳电池的制备方法，其特征是：具有如下步骤：
1）以N型硅片作为硅衬底（1），并对表面进行清洗；
2）在硅衬底（1）正面沉积一层本征氢化非晶硅薄膜（2）作为钝化层；
3）采用局域掩膜技术，在受光面的本征氢化非晶硅薄膜（2）上分别沉积交替分布的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和轻掺杂P-型半导体薄膜（4）；
4）采用激光划线技术，隔离受光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和轻掺杂P-型半导体薄膜（4）；
5）在受光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和轻掺杂P-型半导体薄膜（4）上沉积氮化硅薄膜作为减反层（6）；
6）在硅衬底（1）的背光面沉积一层本征氢化非晶硅薄膜（2）作为钝化层；
7）采用局域掩膜技术，在背光面的本征氢化非晶硅薄膜（2）上分别沉积交替分布的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和重掺杂P+型半导体薄膜（5），背光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和受光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）在硅衬底（1）的两侧对应设置，背光面的重掺杂P+型半导体薄膜（5）和受光面的轻掺杂P-型半导体薄膜（4）在硅衬底（1）的两侧对应设置；
8）在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和重掺杂P+型半导体薄膜（5）沉积透明导电薄膜（7）作为电流收集层；
9）采用激光划线技术，隔离背光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和重掺杂P+半导体薄膜；
10）在背光面的重掺杂N+型半导体薄膜（3）和重掺杂P+半导体薄膜的透明导电薄膜（7）上制备各自的金属电极（8）。
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