CN104037245B - 具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法。具体的，本发明提供了一种太阳电池，包括N型半导体衬底；上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，且该抗反射层位于所述上电极中；所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm‑2。本发明的太阳电池以包含掺杂态氮化硅层的抗反射层作为感应层的组成部分，抗反射性能优异，制备方法简单，同时，可极大降低太阳电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏领域，具体地涉及一种具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法。
背景技术
太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、无污染、使用方便等优势在各种可再生能源中占突出地位。对太阳能的利用主要以光伏发电为主，即利用太阳电池将太阳能直接转化为电能。目前，市场上销售的太阳电池大部分是以P型单晶硅或多晶硅为衬底，采用P-N结结构。由于P-N结一般通过高温磷扩散来实现，因此这种太阳电池存在以下几个缺点：1)发射区重掺杂导致禁带宽度变窄效应；2)扩散过程中在硅表面引入高浓度缺陷和复合中心，产生“死层”，引起电池光谱响应降低；3)高温过程使材料少子寿命降低。
Metal-Insulator-Semiconductor/Inversion Layer Solar Cell，中文全称为金属-绝缘体-半导体/感应反型层太阳电池，简称为MIS/IL太阳电池，这类电池的一个显著特点是避免采用高温扩散方式形成P-N结，而是依靠覆盖在半导体表面上感应层中的固定电荷(以下简称电荷)，在半导体表面感应出反型层，从而形成一个同常规太阳电池P-N结功能相同的感应结，因此与常规太阳电池相比，MIS/IL太阳电池不但没有前面所提出的缺点，而且还由于结深较浅而具有良好的短波响应，同时还具有工艺简单、成本低等优点。感应层由绝缘层和抗反射层组成，一般采用氧化硅为绝缘层，氮化硅、氧化铝为抗反射层，其中氧化硅和氮化硅带正电荷，氧化铝带负电荷，感应层的电性决定了衬底使用哪种导电类型，如果感应层显正电性，则会吸引衬底的电子在半导体表面聚集，在半导体表面感应出N型层，因此衬底必须选择P型；如果感应层显负电性，则会吸引衬底的空穴在半导体表面聚集，在半导体表面感应出P型层，相应衬底要选择N型。反型层和衬底形成一个空间电荷区，光生载流子(电子和空穴)在空间电荷区的内建电场作用下分离，如果是P型衬底，空穴被下电极收集，电子先在反型层中横向运动到栅状电极下方，然后通过遂穿效应，穿过绝缘层，被上电极收集，为了克服反型层面电阻大而带来的损失，需要制备密栅结构或者增加感应层的电量。氮化硅不但含有大量正电荷(大于1012cm-2)，而且还兼有良好的抗反射作用(λ＝632.8nm时，折射率在1.8～2.5之间可调)和良好的钝化效果，此外采用PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition)法制备氮化硅具有：沉积温度低、沉积速率快、工艺重复性和薄膜均匀性好等优点，使得低成本PECVD技术在常规太阳电池产业中得到了广泛的应用，因此目前大多数MIS/IL太阳电池都是以P型硅为衬底，用PECVD技术制备的氮化硅为抗反射层。
早在1973年H.Fischer等人发现以P型硅为衬底的常规P-N结太阳电池在光照下有明显的性能衰减问题(10th IEEE PVSC.Palo Alto,CA,USA,1973)，这种现象称为光致衰减现象。1997年J.Schmidt等人证实该现象是由于硼氧对引起的(26th IEEE PVSC.New York,USA,1997)。由于N型硅材料硼含量极低，所以由硼氧对导致的光致衰减现象在以N型硅为衬底的常规P-N结太阳电池上不明显，可以忽略。近年来研究还发现，与P型晶体硅材料相比，N型硅材料具有更高的少子寿命和更高的金属污染容许度(22nd European PVSEC,Italy,2007)，因此N型电池有更高的光电转换效率，例如Sunpower、Sanyo公司生产的商品化N型电池效率已经达到20％以上，全球顶尖的光伏研究机构和企业都投入巨资进行高效N型电池的研发和产业化。
结合MIS/IL电池和N型电池的优点，制备以N型硅为衬底的MIS/IL结构太阳电池，是这种太阳电池未来的发展方向。目前仅少数专利如“太阳能电池”(公开号：CN102257623A)用含负电荷的氧化铝为感应层，制备n型衬底的MIS/IL太阳电池，但这种电池有以下缺点：1)氧化铝的折射率偏低，抗反射效果不佳，降低电流密度；2)氧化铝与硅的界面态密度较高，光生载流子在界面处复合严重，降低电流密度；3)高质量氧化铝一般采用ALD技术(Atomic Layer Deposition，单原子层沉积)生长，该设备昂贵，增加电池制作成本。倘若能用低成本技术(例如：PECVD)制备带负电荷的感应层，并且电荷量大于1012cm-2量级，这样将进一步降低电池生产成本，必将成为光伏领域的一个重大技术突破。
综上所述，目前尚缺乏令人满意的、具有高电荷量的以N型硅为衬底的MIS结构的太阳电池，因此，本领域迫切需要开发新的具有高电荷量的N型硅衬底的MIS结构太阳电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有带大量固定负电荷感应层的太阳电池及其制备方法。
在本发明的第一方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池包括：
N型半导体衬底；
上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；
感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，所述抗反射层位于所述上电极中；
且所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2。
在另一优选例中，所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2是指每cm-2含有1012～1013个电子。
在另一优选例中，所述的掺杂态氮化硅层包括：作为主体成分的氮化硅和任选的掺杂元素。
在另一优选例中，所述N型半导体衬底包括选自下组的N型半导体材料：单晶硅、非晶硅、多晶硅、锗、III-VI族化合物、II-VII族化合物，或其组合。
在另一优选例中，所述N型半导体衬底为单晶硅。
在另一优选例中，所述N型半导体衬底的电阻率为0.1～10Ω·cm，较佳地，为0.3～5Ω·cm。
在另一优选例中，所述上电极为透明电极结构或密栅结构，较佳地，为密栅结构。
在另一优选例中，所述上电极包括：铝、镍、铬、金、钛、钯、银，或其组合，较佳地，为铝。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层中的掺杂元素包括：磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲，或其组合。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.01～35％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.5～30％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.5～10％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的厚度为10～200nm。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的厚度为75～80nm。
在另一优选例中，所述抗反射层还包括一复合介质膜层；较佳地，所述的复合介质膜层选自下组：氧化铝层、非晶硅层、氧化钛层，或其组合。
在另一优选例中，所述掺杂态氮化硅层的含量为50～99.9wt％，以所述抗反射层的总重量计。
在另一优选例中，所述感应层还包括绝缘层，所述的绝缘层位于上电极和衬底之间。
在另一优选例中，所述绝缘层包括氮化硅和/或氮氧化硅，优选地，包括氮氧化硅。
在另一优选例中，所述绝缘层的厚度为1～20nm。
在另一优选例中，所述绝缘层的厚度为1～3nm，较佳地，为2nm。
在另一优选例中，所述太阳电池还包括选自下组的任选一种结构：
MIS/IL电池结构；
MIS电池结构；
MS电池结构。
在另一优选例中，所述太阳电池还包括选自下组的一种或多种层：
反型层，所述反型层位于所述绝缘层和衬底之间；
背电极，所述背电极位于所述衬底下方。
在另一优选例中，所述衬底的正表面是指衬底上电极所在的主表面，背面是指衬底背电极所在的主表面。
在另一优选例中，所述背电极包括选自下组的金属：铝、镍、金、钛、钯、银，或其组合；较佳地，所述背电极包括选自下组的金属：钛、钯、银。
本发明的第二方面，提供了一种本发明的第一方面所述太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
i)提供N型半导体衬底；
ii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成上电极；
iii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。
在另一优选例中，所述步骤iii包括：利用气相沉积法在所述上电极中生成抗反射层。
在另一优选例中，所述步骤ii)包括：通过掩膜板和光刻技术在所述N型半导体衬底的正表面上生成密栅结构的上电极。
在另一优选例中，所述气相沉积法包括：化学气相沉积法和/或物理气相沉积法。
在另一优选例中，所述化学气相沉积法为等离子体增强化学气相沉积法。
本发明的第三方面，提供了一种本发明的第一方面所述太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供N型半导体衬底；
(b)在所述N型半导体衬底的背面生成背电极，并在所述N型半导体衬底的正表面生成绝缘层；
(c)在所述绝缘层上生成上电极；
(d)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，同时，在所述半导体近该感应层的表面感应出反型层，从而，得到所述的太阳能电池，其中，
所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。
在另一优选例中，所述步骤(b)包括：
在所述衬底背面生成背电极，并对背面生成背电极的所述衬底进行退火处理，从而在所述衬底正表面生成绝缘层，并完成背电极的欧姆接触；或
在所述衬底正表面直接生长绝缘层，并在正表面生长有绝缘层的衬底的背面生长背电极。
在另一优选例中，所述退火处理包括如下一组或多组特征：
退火温度为300～600℃，较佳地，为450～550℃；
退火时间为1～60min，较佳地，为5～30min；
退火气体包括：氮气、氧气、氢气、氨气，或其组合；较佳地，为氨气；
退火压强为10～100Pa，较佳地，为大气压。
在另一优选例中，所述在所述衬底正表面直接生长绝缘层的步骤包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法在所述衬底正表面直接生长绝缘层。
在另一优选例中，所述等离子体增强化学气相沉积的反应气体包括SiH4和N2O。
在另一优选例中，所述反应气体SiH4和N2O的流量比为0.1～1，较佳地，为0.2～0.5。
在另一优选例中，所述等离子体增强化学气相沉积的沉积温度为200～400℃，较佳地，为300～350℃。
在另一优选例中，所述等离子体增强化学气相沉积的沉积压强为10～50Pa，较佳地，为15～40Pa。
在另一优选例中，在所述衬底正表面直接生长绝缘层的步骤可通过以下方式实现：
化学气相沉积、溅射、直接氧化/氮化、或离子注入。
在另一优选例中，所述步骤(b)包括：
对所述衬底进行退火处理，从而在所述衬底正表面和背面生成绝缘层；
去除所述衬底背面的绝缘层，在所述衬底背面生长背电极。
在另一优选例中，所述步骤(c)包括：
通过掩膜板和光刻技术在所述N型半导体衬底的正表面上生成密栅结构的上电极。
在另一优选例中，所述步骤(d)包括：
利用气相沉积法在所述上电极中生成抗反射层。
在另一优选例中，所述气相沉积法包括：化学气相沉积法和/或物理气相沉积法。
在另一优选例中，所述气相沉积法为等离子体增强化学气相沉积法。
在另一优选例中，在所述步骤(d)之后，所述制备方法还包括以下步骤：
对所述太阳电池进行退火处理。
在另一优选例中，对太阳电池进行的所述退火处理包括以下一组或多组特征：
退火温度为150～500℃，较佳地，为180～300℃；
退火时间为0.5～50min，较佳地，为1～10min；
退火气体包括空气、氮气或氩气。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1示出了本发明中一种MIS/IL太阳电池的结构示意图；
图2示出了本发明中一种MIS太阳电池的结构示意图；
图3示出了本发明中一种MS太阳电池的结构示意图；
图4示出了硅裸片、表面生长带负电的氧化铝层的硅片和表面生长掺杂态氮化硅层硅片的抗反射性能测试结果；
图5示出了本发明制备实施例1中太阳电池No.1的IV测试结果；
图6示出了本发明对比实施例1中太阳电池No.2的IV测试结果；
图7示出了本发明制备实施例2中太阳电池No.3的IV测试结果；
图8示出了本发明对比实施例2中太阳电池No.4的IV测试结果；
图9示出了本发明制备实施例2中掺杂态氮化硅层CV测试结果。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，筛选了大量配方，首次发现可通过气相沉积法生成带固体负电荷的氮化硅层，并将其应用于N型太阳电池中作为抗反射层的组成部分。本发明中包含掺杂态氮化硅层的抗反射层，带有大于1012cm-2量级的负电荷量，含负电荷量可控，抗反射性能优异，可大幅提高太阳电池的光电转换效率，且含有本发明抗反射层的太阳电池制备方法简单，可极大地降低电池的生产成本。在此基础上完成了本发明。
掺杂态氮化硅层
本发明中的掺杂态氮化硅层是指在氮化硅层的生成过程中掺杂磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲等元素，使得生成的氮化硅层带有固定负电荷。在本发明中，优选化学气相沉积法进行掺杂态氮化硅的生成。
抗反射层
在本发明中，抗反射层不限于只包含上述掺杂态氮化硅层的单层薄膜，也可以是多层复合膜，其他层薄膜可以为常见介质膜，如氧化铝、非晶硅、氧化钛等，但仍以掺杂态氮化硅层为主体，仅含有掺杂态氮化硅层的单层的抗反射层和多层复合膜的抗反射层均显负电性，电荷密度大于1012cm-2。
感应层
MIS/IL太阳电池中的感应层是指能够在半导体近表面感应出反型层的薄膜，该层可以是单层膜，也可以是多层膜。
MIS/IL、MIS和MS太阳电池
本发明中，MIS/IL是指金属-绝缘体-半导体/感应反型层太阳电池，MIS是指金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor)太阳电池，MS是指金属-半导体(Metal-Semiconductor)太阳电池。MIS/IL太阳电池(如图1所示)包括半导体衬底1、位于N型半导体衬底1正表面的绝缘层3、位于绝缘层3和半导体衬底之间的感应层2、位于绝缘层3上表面的上电极5、位于上电极5中的抗反射层4以及位于衬底1背面的背电极6。MIS太阳电池(如图2所示)包括N型半导体衬底1、位于N型半导体衬底1正表面的绝缘层3、位于绝缘层3上表面的上电极5、位于上电极5中的抗反射层4以及位于衬底1背面的背电极6；MS太阳电池(如图3所示)包括N型半导体衬底1、位于N型半导体衬底1正表面的上电极5、位于上电极5中的抗反射层4以及位于衬底1背面的背电极6。
此外，附图1-3中标号5代表M，标号3代表I，标号2代表IL，标号1代表S，所以图1、图2和图3分别为MIS/IL电池、MIS电池和MS电池，而图1的上电极为密栅结构，图2和图3的上电极为透明电极结构。
在本发明中，具有固定负电荷的掺杂态氮化硅层不仅可以应用于N型衬底的MIS/IL电池的抗反射层中，还可以应用于与MIS/IL电池结构类似的MIS太阳电池、MS太阳电池和MINP(Metal-Insulator-NP junction，金属-绝缘层-PN结)太阳电池。含有掺杂态氮化硅层的这些电池抗反射性强，具有优异的光电转换效率。
太阳电池的制备方法
本发明还提供了本发明太阳电池的制备方法。通常，该方法包括以下步骤：
i)提供N型半导体衬底；
ii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成上电极；
iii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。
在本发明的一优选例中，N型衬底MIS/IL结构太阳电池的制备方法包括以下步骤：
1)在待处理的N型半导体衬底背面生长金属作为背电极6(MIS/IL太阳电池的结构如图1所示)。在本步骤中，N型半导体衬底可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、Ⅲ-Ⅵ族化合物、Ⅱ-Ⅶ族化合物等有机和无机半导体材料，优选为单晶硅；电阻率为0.1～10Ω·cm，优选为0.3～5Ω·cm。背电极6的金属可以是Al、Ni、Au、Ti、Pd、Ag等半导体常规金属，优选Ti/Pd/Ag(此处是指这三种金属的组合，即三层金属重叠)或Ti/Ag。
2)对样品进行退火处理，该过程可以同时完成衬底1正表面(受光面)绝缘层3(氧化硅)的制备以及背电极的欧姆接触。在本步骤中，退火处理的退火温度在300～600℃，优选450～550℃；退火时间1～60分钟，优选5～30分钟；退火气氛可以选择N2、O2、H2、NH3中一种或混合气体，优选NH3；退火压强可以选择常压或低压，优选低压。步骤2)和步骤1)可以调换顺序，如果先进行步骤2)，即完成绝缘层3的生长后，需将背面绝缘层3去除后，然后按步骤1)生长背面电极，再按照步骤2)进行背面电极的欧姆接触处理。
3)在样品正表面生长上电极5。在本步骤中，上电极5的金属可以是Al、Ni、Cr、Au、Ti、Pd、Ag等半导体常规金属，优选Al。上电极5结构可以为透明电极结构或密栅结构，优选为密栅结构，密栅结构可以通过掩膜版和光刻技术实现。
4)在样品正表面生长抗反射层4。在本步骤中，抗反射层4的主要成分是掺杂态氮化硅层；厚度为70～90nm，优选厚度75～80nm；生长方式有物理气相沉积和化学气相沉积，优选化学气相沉积，更优选为与现有常规硅基太阳电池设备兼容的PECVD生长设备；通过在反应气中掺杂的方式实现掺杂态氮化硅层带固定负电荷，掺杂元素为：磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲或其组合；掺杂元素在掺杂态氮化硅层中总含量为0.01～30％，优选范围0.5～10％；抗反射层4不限于单层薄膜，可以是多层复合膜，其他层薄膜可以为常见介质膜，如氧化铝、非晶硅、氧化钛等，但仍以掺杂态氮化硅层为主体，单层膜或复合膜显负电性，电荷密度不小于1012cm-2。
5)对样品进行退火处理。在该制备方法中，也可选择不退火处理，优选退火处理；退火温度在150～500℃，优选180～300℃；退火时间0.5～60分钟，优选1～10分钟；退火气氛可以选择大气或保护性气体，优选保护性气体。
在本发明的另一优选例中，N型衬底MIS/IL结构太阳电池的制备方法包括以下步骤：
1)在待处理N型半导体衬底正表面生长氮氧化硅作为绝缘层3。在本步骤中，所述氮氧化硅可以通过化学气相沉积(PECVD和LPCVD)、溅射、直接氧化/氮化以及离子注入等方法制备，优选采用与现有的常规硅基太阳能电池设备兼容的PECVD生长设备；反应气体为SiH4和N2O；两者流量比为0.1～1，优选范围0.2～0.5；沉积温度200～400℃，优选范围300～350℃；沉积压强10～50Pa，优选范围15～40Pa。步骤2)和步骤1)可以调换顺序。
2)在待处理N型半导体衬底背面生长金属作为背电极6。
3)对样品进行退火处理，完成背面电极的欧姆接触。
4)在样品正表面生长上电极5。
5)在样品正表面生长抗反射层4。
6)对样品进行退火处理。
上述步骤3)至步骤6)分别对应于第一优选制备方法的步骤2)至步骤5)，这里不再重复描述。
应用
可应用于太阳能路灯、高速路上测速系统和交通信号灯等。
本发明的主要优点包括：
(a)本发明的太阳电池具有良好的抗反射性能。当一束太阳光照在裸硅片表面时，约有30％的太阳光会被反射掉，为了更好地吸收利用太阳光，提高太阳电池的转换效率，需要生长一层抗反射层，MIS/IL太阳电池的感应层也兼有抗反射层的作用。本发明太阳电池带固定负电荷的氮化硅层具有明显优于现有其他抗反射层(如氧化铝层)的抗反射性能。
(b)本发明的太阳电池制备成本低、抗反射层的生长速度快。传统氧化铝层采用ALD技术(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)生长，该设备昂贵。此外氧化铝的生长速率很低，约2nm/min，而PECVD生长氮化硅层的速率相对较高，约10nm/min。
(c)对于太阳电池的抗反射层，界面态密度越低，光生载流子在界面处复合越小，电池的电流密度越大。本发明采用掺杂态氮化硅层的界面态密度在1010～1011cm-2eV-1，而一般氧化铝层的界面态密度高于1011cm-2eV-1。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
制备实施例
MIS/IL结构太阳电池的制备实施例1
(1)采用晶体硅太阳电池工业标准清洗液对电阻率为1.8Ω·cm的N型多晶硅片(即N型半导体衬底1)进行表面清洗。
(2)用电子束蒸发在样品背面生长一层Al作为背电极6。
(3)通过退火炉对样品进行570℃氨气气氛退火3分钟，生成绝缘层3。
(4)用电子束蒸发在样品正表面生长一层Al，通过掩膜版来实现对上电极5图形的控制。
(5)用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)设备生长抗反射层4，反应气体为硅烷、氨气、磷烷，气体流量比20:40:1，沉积温度300℃，反应室压强20Pa，生长的抗反射层厚度为70nm(用XPS对薄膜进行成份分析，O占6.53％，N占42.24％，P占1.64％，Si占49.58％)。
(6)在退火炉中对电池进行160℃氢气气氛退火6分钟，得到MIS/IL结构的太阳电池No.1。
MIS/IL结构太阳电池制备实施例2
(1)采用晶体硅太阳电池工业标准清洗液对电阻率为6.5Ω·cm的N型单晶硅片(即N型半导体衬底1)进行表面清洗。
(2)使用PECVD设备生长氮氧化硅层(即绝缘层3)，反应气体为SiH4和N2O，流量比1:10，沉积温度，250℃，沉积压强20Pa。
(3)用磁控溅射在样品背面沉积金属生成背电极6，形成n-Si/Ti/Pd/Ag结构。
(4)通过退火炉对样品进行420℃氮气气氛退火10分钟。
(5)用电子束蒸发在样品正表面生长一层Au，通过掩膜版来实现对上电极5图形的控制。
(6)用PECVD设备生长抗反射层4，反应气体为硅烷、氨气、磷烷，气体流量比6:4:1，沉积温度360℃，反应室压强30Pa，生长的抗反射层厚度为80nm。同一炉样品CV测试结果表明，如图9所示，掺杂态氮化硅层带负电荷，电荷密度为3.8×1012cm-2。
(7)在退火炉中对生成的太阳电池进行190℃氩气气氛退火4分钟。得到MIS/IL结构的太阳电池No.3。
对比例
对比例1
利用ALD技术生长氧化铝替代实施例1(5)中掺杂态氮化硅层，其余工艺过程与实施例1(1)～(4)和(6)相同，得到MIS/IL结构太阳电池No.2。
对比例2
利用ALD技术生长氧化铝替代实施例2(6)中掺杂态氮化硅层，其余工艺过程与实施例2(1)～(5)和(7)相同，得到MIS/IL结构太阳电池No.4。
测试实施例
1.抗反射性能测试
根据光学原理计算得知，折射率为1.97左右的单层薄膜才能具有良好的抗反射特性，而一般氧化铝层的折射率为1.76(偏低)，氮化硅层的折射率在1.9～2.3之间可调，具有良好的光学匹配。图4示出了抛光裸硅片1、表面生长带负电的氧化铝层的硅片2和表面生长带负电荷的掺杂态氮化硅层硅片3的反射谱图(采用反射率测试仪测试而得，厂商：AudioDev GmbH，型号：HELIOS LAB-RE)，由图4可知，硅片1、硅片2、和硅片3的平均反射率分别为37.8％、24.9％和17.7％，可见带负电的氮化硅反射率最低，具有良好的抗反射性能。
2.IV测试(电流电压测试)
图5至图8分别示出了太阳电池No.1、太阳电池No.2、太阳电池NO.3和太阳电池NO.4的IV测试结果(采用太阳能电池伏安特性测试系统进行测试所得)，如下：
太阳电池No.1：光电转换效率：15.133％，开路电压：0.625V，短路电流密度：33.390mA/cm2，填充因子：72.632。
太阳电池No.2：光电转换效率：14.965％，开路电压：0.624V，短路电流密度：33.353mA/cm2，填充因子：72.020％。
太阳电池No.3：光电转换效率：16.059％，开路电压：0.619V，短路电流密度：34.050mA/cm2，填充因子：75.533。
太阳电池No.4：光电转换效率：15.939％，开路电压：0.620V，短路电流密度：34.028mA/cm2，填充因子：75.050％。
3.CV测试(电容电压测试)
N型硅衬底MIS/IL电池最关键的参数是感应层的电荷电性以及电荷密度，图9示出了-太阳电池No.3中掺杂态氮化硅层的CV测试结果(采用Keithley4200-SCS半导体参数分析仪)，平带电压VFB为7.93伏，薄膜带负电荷，且电荷密度为3.8×1012cm-2，与一般氧化铝的电量在同一量级。
上述结果说明，与以氧化铝作为感应层的太阳电池相比，本发明的电池具有基本相同的电荷密度，更高的电流密度、填充因子和光电转换效率，因此比原有技术有进一步的提高。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (38)
1.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池包括：
N型半导体衬底；
上电极，所述上电极位于所述N型半导体衬底的正表面上；
感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，所述抗反射层位于所述上电极中；并且，所述感应层是指能够在半导体近表面感应出反型层的薄膜；
且所述抗反射层中固定负电荷的密度为1012～1013cm-2。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述的掺杂态氮化硅层包括：作为主体成分的氮化硅和任选的掺杂元素。
3.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述N型半导体衬底包括选自下组的N型半导体材料：单晶硅、非晶硅、多晶硅、锗、III-VI族化合物、II-VII族化合物，或其组合。
4.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述N型半导体衬底的电阻率为0.1～10Ω·cm。
5.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述上电极为透明电极结构或密栅结构。
6.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述上电极包括：铝、镍、铬、金、钛、钯、银，或其组合。
7.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层中的掺杂元素包括：磷、砷、锑、氧、硫、硒、碲，或其组合。
8.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅中掺杂元素的含量为0.01～35％，按所述掺杂态氮化硅层的总原子数量计。
9.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层的厚度为10～200nm。
10.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述抗反射层还包括一复合介质膜层。
11.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述掺杂态氮化硅层的含量为50～99.9wt％，以所述抗反射层的总重量计。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的太阳电池，其特征在于，所述感应层还包括绝缘层，所述的绝缘层位于上电极和衬底之间。
13.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述绝缘层包括氮化硅和/或氮氧化硅。
14.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1～20nm。
15.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括选自下组的任选一种结构：
MIS/IL电池结构；
MIS电池结构；
MS电池结构。
16.根据权利要求12所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括选自下组的一种或多种层：
反型层，所述反型层位于所述绝缘层和衬底之间；
背电极，所述背电极位于所述衬底下方。
17.根据权利要求16所述的太阳电池，其特征在于，所述背电极包括选自下组的金属：铝、镍、金、钛、钯、银，或其组合。
18.一种如权利要求1所述太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
i)提供N型半导体衬底；
ii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成上电极；
iii)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述步骤iii包括：
利用气相沉积法在所述上电极中生成抗反射层。
20.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述步骤ii)包括：通过掩膜板和光刻技术在所述N型半导体衬底的正表面上生成密栅结构的上电极。
21.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积法包括：化学气相沉积法和/或物理气相沉积法。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法为等离子体增强化学气相沉积法。
23.一种如权利要求16所述太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供N型半导体衬底；
(b)在所述N型半导体衬底的背面生成背电极，并在所述N型半导体衬底的正表面生成绝缘层；
(c)在所述绝缘层上生成上电极；
(d)在所述N型半导体衬底的正表面上生成感应层，同时，在所述半导体近该感应层的表面感应出反型层，从而，得到所述的太阳能电池，其中，
所述感应层包括带固定负电荷的抗反射层，所述抗反射层包括带固定负电荷的掺杂态氮化硅层，该抗反射层位于所述上电极中，且所述抗反射层中所述固定负电荷的密度为1012～1013cm。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：
在所述衬底背面生成背电极，并对背面生成背电极的所述衬底进行退火处理，从而在所述衬底正表面生成绝缘层，并完成背电极的欧姆接触；或
在所述衬底正表面直接生长绝缘层，并在正表面生长有绝缘层的衬底的背面生长背电极。
25.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理包括如下一组或多组特征：
退火温度为300～600℃；
退火时间为1～60min；
退火气体包括：氮气、氧气、氢气、氨气，或其组合；
退火压强为10～100Pa。
26.根据权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底正表面直接生长绝缘层的步骤包括：
通过等离子体增强化学气相沉积法在所述衬底正表面直接生长绝缘层。
27.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的反应气体包括SiH4和N2O。
28.根据权利要求27所述的制备方法，其特征在于，所述反应气体SiH4和N2O的流量比为0.1～1。
29.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的沉积温度为200～400℃。
30.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的沉积压强为10～50Pa。
31.根据权利要求26所述的制备方法，其特征在于，在所述衬底正表面直接生长绝缘层的步骤可通过以下方式实现：
化学气相沉积、溅射、直接氧化/氮化、或离子注入。
32.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：
对所述衬底进行退火处理，从而在所述衬底正表面和背面生成绝缘层；
去除所述衬底背面的绝缘层，在所述衬底背面生长背电极。
33.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)包括：
通过掩膜板和光刻技术在所述N型半导体衬底的正表面上生成密栅结构的上电极。
34.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(d)包括：
利用气相沉积法在所述上电极中生成抗反射层。
35.根据权利要求34所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积法包括：化学气相沉积法和/或物理气相沉积法。
36.根据权利要求34所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积法为等离子体增强化学气相沉积法。
37.根据权利要求34所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(d)之后，所述制备方法还包括以下步骤：
对所述太阳电池进行退火处理。
38.根据权利要求37所述的制备方法，其特征在于，对太阳电池进行的所述退火处理包括以下一组或多组特征：
退火温度为150～500℃；
退火时间为0.5～50min；
退火气体包括空气、氮气或氩气。
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