CN1093690C - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池包括：一层形成于P型硅衬底(1)的上表面上的第一n型层(2a)，一层形成于衬底(1)背面并具有高于衬底(1)杂质浓度的P型层(7)，一层至少形成在衬底(1)侧面的第二n型层(2b，2c，2d)以将第一n型层(2a)与P型层(7)连接起来。第二n型层(2b，2c，2d)在与P型层(7)接壤的区域的杂质浓度低于第一n型层(2a)。

Description

太阳能电池及其制造方法
本发明涉及一种太阳能电池和它的制造方法，特别是涉及一种用于包含多个串联太阳能电池的电池组中的太阳能电池和它的制造方法的改进。
图19和20表示了通常太阳能电池的光接受面(也称作“正面”)和背面。一个太阳能电池包含一块半导体衬底1。衬底1的正面覆盖一层抗反射膜3。在抗反射膜3上形成梳状正面银电极。正面银电极上覆盖一焊接层8a。太阳能电池10背面大部分由铝电极6覆盖。在铝电板6区域形成多个局部背面银电极。背面银电极上覆盖焊接层5a。
图21和22说明了图19和20所示的太阳能电池的制造方法。为了简单起见，说明图中各部分未按比例画出。
需要指出的是图21(A)到(D)和图22(A)到(D)表示了一个制造过程中相继的几个步骤。
在图21(A)中，半导体衬底1按照例如直径100毫米，厚度0.4毫米那样制备。P型半导体衬底1的杂质浓度通常为3×1015～4×1016厘米-3。通常采用主表面为(100)取向的硅衬底1。最好在硅衬底1的光接受面上形成如圆圈中所示放大部分的金字塔形凸状和凹状(称作纹理结构)以减少光反射。将硅衬底1放入加有百分之几的氢氧化钠的异丙醇溶液内在80℃～90℃之间加热20～30分钟可以形成这样的纹理结构。
在图21(B)中，假设厚度约为0.4微米的n+层2形成于整个硅衬底1表面。n+层2可以通过例如在900℃的POCL3气氛中持续45分钟的扩散过程形成。这里，n+层2的表面会形成一层并不需要的磷化玻璃膜(图上未示出)。将衬底浸入10％的HF溶液1分钟可以去除这层膜。
在图21(C)中，类似于氧化钛或氧化硅的抗反射膜3可以用在衬底1光接受面上蒸发或CVD(化学气相沉积)的方法形成。抗反射膜3的厚度约为70～80纳米。遍布硅衬底1表面的n+层2会引起太阳能电池的负压区(n侧)和正极(P侧)之间短路，从而无法得到需要的电学特性。因此至少要去除硅衬底1背面的n+层2。
在图21(D)中，通过膜印干化的方法在抗反射膜3上覆盖一层防酸腐蚀的阻挡层4。然后进行腐蚀，采用氢氟酸和硝酸的混合溶液(HF∶HNO3＝1∶3)作腐蚀液，这样就去除了衬底1背面和侧面的n+层2。
随后，采用例如甲苯或二甲苯溶液去除阻挡层4，如图22(A)所示。在图22(B)中，含银的涂胶5和含铝涂胶6涂在需要干化的预制图案上。衬底1在700℃～800℃下进行热处理，从而烘烤出厚度约为20微米的背面银电极5和厚度约为50微米的背面铝电极。在这里，铝和硅合金化，从而在铝电极6上形成P+层7。为了感应出BSF(背面场)效应P+层7的厚度约为5微米。
在图22(C)中，含银涂胶8涂在抗反射膜3需要干化的预制图案上。然后，衬底1在600℃～700℃下进行热处理，从而烘烤出厚度约为20微米的正面银电极。这里，含银涂胶中含有玻璃料，正面银电极8通过抗反射膜3与n+层2形成欧姆接触。
在图22(D)中，厚度约为20微米的焊接层5a和8a分别形成于背面面银电极5和正面银电极8上面。这样，就完成了一个太阳能电池10。图22(D)所示的结构对应于图20中沿线24H-24H剖取的结构。
虽然在上面叙述中n+层2是通过使用POCl3气体的扩散形成的，它也可以通过如下的方法在光接受面上形成n+层；采用含有硅烷、乙醇、羰酸等成分的掺杂溶液和五氧化磷扩散源使用旋转镀膜机在硅衬底光接受面上进行涂胶并随后进行扩散热处理。但是，掺杂剂的外扩散引起的自动掺杂使得已知的这类方法在硅衬底的背面和侧面也形成n层。因此需要通过印制电阻挡层方法去除这一n层，如图21(D)中所示。
上面叙述的常规太阳能电池的制造方法需要如下的几个步骤：印制阻挡层以去除不需要的n型层，腐蚀步骤和去除阻挡层步骤。可见这种太阳能电池的制造过程费用较高。
而且常规的制造方法还存在如下问题。
一个太阳能电池很少单独使用，一般总以串联的方式用于一太阳能电池组中，如图23(A)所示。
图23(A)为一个包含36块串联太阳能电池10的太阳能电池组俯视图。一个太阳能电池通过互联接头与邻近的太阳能电池串联。
图23(B)为图23(A)的太阳能电池组沿23B-23B剖取的剖面结构图。太阳能电池组包含一块透明的强化玻璃做成的支撑平板12。用互连接头11串接的太阳能电池嵌入EVA树脂层13中。一层白色防风雨膜14覆盖于EVA树脂层13的底面上。
图23(A)为一个包含多块串联太阳能电池的太阳能电池组的等效电路图。在(C)中，短箭头表示入射光，长箭头表示太阳能电池组输出电流的方向。
在太阳能电池组实际使用中，它的一部分有可能受到遮挡。尤其是树建筑物和电线的影子会投到它上面。下落的飞鸟或附着于表面上的灰尘也会遮挡它。
在形成穿越太阳能电池组两端的几个太阳能电池的短路回路的状态下，未被遮挡的太阳能电池产生的电压以反向偏压的形式加载到被遮挡的太阳能电池上。在这种被遮挡的太阳能电池中，反向偏压产生的电流引起热损耗。当反向偏压超过太阳能电池的正向电压阈值时就会发生短路击穿，因而整个太阳能电池组的输出特性明显变差。被遮挡的太阳能电池的温度升高和短路击穿取决于它的反向性质。为了抑制该现象应优先考虑减少太阳能电池反向电流的流入。在如图22(D)所示的普通太阳能电池中，正极侧和负极侧之间由pn结完全隔开。这有利于太阳能电池的正向性质从而提高转换效率。但是电流很难反向流过。
图24定量表示了这种太阳能电池的I-V(电流-电压)特性。横坐标为电压V，纵坐标为电流I。曲线24A表示了光照射状态下太阳能电池的I-V特性，曲线24B表示了暗状态下太阳能电池的I-V特性。值得注意的是图22(A)中所示太阳能电池在暗状态下反向电流很难通过。
图25是太阳能电池的等效电路图。这里考虑到了太阳能电池包括并联电阻和串联电阻。特别是对于具有图24的I-V特性的太阳能电池，它的并联电阻很大。需要指出的是在等效电路图23(C)中并未画出并联电阻和串联电阻。
图26是表示阴影对包含36块太阳能电池的太阳能电池组的影响的曲线图，每块电池直径为10毫米，并联电阻为20KΩ/cm2。横坐标为太阳能电池组的输出电压，纵坐标为其输出电流。标以100％的曲线表示太阳能电池组的36块电池中的一块电池的光接受面都被完全遮住时这电池组的I-V特性。同样，标在其它各条曲线上的不同百分比表示36块电池中的一块太阳能电池被遮挡的面积比率。在图26中值得注意的是，当每块电池的并联电阻很大的时候，随着一块电池的阴影面积的增大太阳能电池组整个输出急剧减小。
图27表示在估算包含32块串联太阳能电池的太阳能电池组中一块被遮挡的电池的消耗功率时的模拟结果，这里每块电池的并联电阻为20KΩ/cm2。在(A)中，曲线27B表示一块光接受面有20％被遮挡时的太阳能电池的I-V特性。曲线27A表示剩余的31块电池串联时的I-V特性。曲线27C表示将曲线27A和27B组合在一起时所得的I-V特性。打影线的区域对应这块被遮挡的太阳能电池消耗的功率。
在图27(B)中，曲线27D表示一块光接受面有70％被遮挡时的太阳能电池的I-V特性。曲线27(E)表示将曲线27A和27D组合在一起时所得的I-V特性。比较图27的(A)和(B)中的影线区域，可以看到光接受面70％被遮挡的太阳能电池消耗的功率低于20％被遮挡时消耗的功率。
图28与图27类似，但太阳能电池的并联电阻为1KΩ/cm2。在图28(A)中，曲线28B表示一块光接受面的20％区域被遮挡时的太阳能电池的I-V特性。曲线28A表示剩余的31块电池串联时的I-V特性。曲线28C表示将曲线28A和27B结合起来考虑时的I-V特性。在图28(B)中，曲线28D表示一块光接受面的70％区域被遮挡时的太阳能电池的I-V特性。曲线28E表示将曲线28A和28D一起考虑时的I-V特性。通过比较图28(A)和(B)中阴影部分可以注意到，光接受面70％被遮挡的太阳能电池消耗的功率高于20％被遮挡时消耗的功率，这与图27恰恰相反。
图29是用类似于图27和28模拟方法但模拟范围较宽的模拟结果图。在该图中，横坐标是一块太阳能电池光接受面受遮挡面积的比率，纵坐标是一块受遮挡的太阳能电池消耗的功率。曲线29A、29B和29C分别对应于一块电池有并联电阻为20KΩ/cm2，1KΩ/cm2和100KΩ/cm2时的情形。值得注意的是功率消耗越大，被遮挡的太阳能电池温度升得越高。
图30是包含在36块串联电池的太阳能电池组中一个被遮挡的太阳能电池温度升高情况的曲线图。横坐标是被遮挡的光接受面的比率，纵坐标是被遮挡的太阳能电池升同的温度(℃)。曲线30是并联电阻为20KΩ/cm2时温度升高的情况。从曲线30A中可以看到，当太阳能电池的光接受面有20％受遮挡时它的温度比其它太阳能电池高72℃。
图30涉及的是一个包含36块串联太阳能电池的太阳能电池组。如果太阳能电池组包含的电池块数增多，被遮挡的太阳能电池的温度升得更高。在实际应用中，一块太阳能电池有20％光接受面被遮挡的可能性相当大。
由上可以看到太阳能电池组局部受遮挡将会导致其整体输出性能的显著下降。因过热而损坏被遮挡的太阳能电池的可能性也是存在的。在最严重的情况下，还有可能引起燃烧。例如，在晴朗的天气，整个太阳能电池组在阳光照射下温度升至60℃～70℃。按照图30所示的例子，一块有20％光接受面被遮挡的太阳能电池将升温至132℃～142℃。在这种情况下，内嵌太阳能电池的EVA树脂有可能变色或产生气孔。
为了防止被遮挡的太阳能电池受热损坏，提出了一种如图31所示的太阳能电池组。图31(A)中的太阳能电池组具有用互联接头11串联在一起的矩形太阳能电池10。图31(B)是(A)中圆圈部分放大的透视图。具体而言，相邻的太阳能电池10通过一个旁路二极管再用互联接头11联接。图31(C)是包括一个旁路二极管15的太阳能电池10的等效电路图(图中未画出并联电阻和串联电阻)。从电路图可以看到由受遮挡的太阳能电池两端的反向电压引起的电流流过旁路二极管15。因此可以防止被遮挡的太阳能电池过热或短路击穿。但是图31的太阳能电池组也存在着连接大量的带有偏置二极管的太阳能电池的过程过于复杂的缺点。由此也增加了制造成本。
在太阳能电池组中将太阳能电池与旁路二极管集成在一起(日本专利公开号No.3-24768)和将太阳能电池与齐纳二极管以相同的极性并联在一起(日本专利公开号No.5-110121)的方法已经公开。但是这种太阳能电池的二极管的形成必须用到掩膜校准的方法，该制造方法比较复杂。因而增加了制造成本。
由上可见，本发明的目的是提供一种太阳能电池，当太阳能电池组中的电池一部分被遮挡时，它能够避免整个电池组输出的显著减少。
本发明的另一个目的是提供一种改进的太阳能电池，当太阳能电池一部分被遮挡时，它能够避免因反向偏压引起的过热和短路击穿。
本发明更进一步的目的是采用简单的制造步骤低成本地提供这样一种改进的太阳能电池。
按照本发明的太阳能电池应包括：P型半导体衬底(1)，具有第一主表面，一个第二主表面及它们之间的侧面；形成于所述第一主表面上的n+型层(2a)；形成于所述第二主表面上、杂质浓度高于所述衬底(1)的P+型层(7)；至少形成于所述侧面上的n型层(2b，2c，2d)，该层将所述n+型层(2a)和所述P+型层(7)联接起来，其中，所述n型层(2b，2c，2d)至少在与所述P+型层(7)接壤的区域附近的杂质浓度低于所述n+型层(2a)；与所述p+型层(7)形成接触的电极(6)；与所述n+型层(2a)形成接触的电极(8)。
按照本发明的太阳能电池制造方法包括以下步骤：制备一片P型半导体衬底(1)，它包含一个第一主表面，一个第二主表面和它们之间的侧面；在所述第一主表面上涂一种n型掺杂剂(20)；对涂有所述掺杂剂(20)的所述衬底(1)进行第一次热处理以在所述第一主表面上形成一n+型层(2a)，在所述第二主表面、所述侧面上形成一n型层(2b，2c，2d)；在所述第二主表面上涂一层含铝涂胶；对涂有所述含铝涂胶的所述衬底(1)进行第二次热处理以在所述第二主表面上形成一层P+型层(7)和形成一个电极(6)；以及形成一个电极(8)与所述n+型层(2a)接触。
在本发明的太阳能电池中，在第二n型层和型层的连接区域形成一个极性与太阳能电池相同的小型并联二极管，此处的太阳能电池由型衬底和第一n型层构成。当这个小型二极管受到光照时，将会产生一个极性与太阳能电池相同的微弱的电动势。当反向偏压施加到太阳能电池上的时候，由于小型二极管的反向特性较差，反向偏压引起的电流就以漏电流的形式流过此二极管。更不寻常的是，本发明的太阳能电池具有以下特征。反向偏压状态下有一低阻并联电阻。因此在太阳能电池组中采用本发明的太阳能电池即使当太阳能电池组局部受遮挡时也能避免整个电池组输出的明显下降。而且也避免了受遮挡的太阳能电池过热和短路击穿。
按照本发明的太阳能电池的制造方法不需要经过以下步骤：用以去除在普通太阳能电池衬底表面和背面形成的n型层的阻挡膜印制步骤，腐蚀步骤和阻挡层去除步骤。这样经过简单的过程低成本地制造出了太阳能电池。
下面将结合附图详细描述本发明以便深入理解本发明上述及其它的目的、特征、观点和优点。
图1为按照本发明一个实施例的太阳能电池组的俯视图。
图2是图1的太阳能电池背面的视图。
图3是图1和2的太阳能电池制造步骤的剖面图。
图4是经过图3制造步骤之后的剖面图。
图5和图6是旋转涂膜法实例的垂直剖面图。
图7是多块排列在石英板上的硅衬底的剖面图。
图8是最大输出功率与图2中太阳能电池n层2C表面电阻之间关系图。
图9是按照本发明另一个实施例的太阳能电池制造步骤的剖面图。
图10是紧随图9之后的制造步骤的剖面图。
图11是按照本发明的太阳能电池的等效电路图。
图12是图11的太阳能电池的I-V特性图。
图13是按照本发明制造出的太阳能电池实际测量得到的I-V特性图。
图14是图13的太阳能电池的主元件和并联二极管的I-V特性图。
图15是包含36块串联的本发明的太阳能电池的电池组的I-V特性图。
图16和17分别是由并联电阻较大的太阳能电池和并联电阻较小的太阳能电池构成的电池组的I-V特性。
图18是按照本发明作进一步改进的实施例的太阳能电池的仰视图。
图19是普通太阳能电池的俯视图。
图20是图19的太阳能电池的仰视图。
图21是图19和20的太阳能电池制造步骤的剖面图。
图22是紧随图21之后的制造步骤的剖面图。
图23表示一个包含36块相联的太阳能电池的太阳能电池组。
图24是具有很大并联电阻的太阳能电池的I-V特性图。
图2是普通太阳能电池的等效电路图。
图26是由普通太阳能电池构成的太阳能电池组的I-V特性图。
图27和28分别是具有很大的并联电阻和较小的并联电阻构成的太阳能电池组中一块受遮挡的太阳能电池的消耗功率图。
图29是受遮挡的太阳能电池组的消耗功率与受遮挡面积比率的关系图。
图30是太阳能电池组中太阳能电池受遮挡的面积与温度升高的关系图。
图31是一种包含旁路二极管的普通太阳能电池组。
图1和2是按照本发明的一个实施例的太阳能电池的俯视图和背面视图。图1的太阳能电池10A的光接受面具有与图19和太阳能电池10一样的结构。图2的太阳能电池10A与图20的太阳能电池10不同之处在于：前者背面的四周形成有一n型半导体层2c。
图3和4表示了图1和2所示的太阳能电池的制造步骤。图3(A)和步骤与图21(A)中的相同，此处不再重复。
在图3(B)中，利用旋转涂膜机将掺杂剂层20涂在半导体衬底1的上表面。一种例如包括80毫升的四异丙基钛酸盐，2000毫升的异丙醇和45克的五氧化磷的溶液可以用作掺杂剂。五氧化磷的用量为20克-70克，这取决于为了在衬底上表面形成一设定的杂质浓底值(一般为1019-1020cm-3)而采用的扩散条件。
这种掺杂剂20可以用图5所示的旋转涂膜的方法涂在半导体衬氏1上。半导体衬底1通过一根沿旋转吸盘21的旋转轴方向的管子被吸住。固定在旋转吸盘21上的衬底以大约5000转/分的速度旋转，掺杂溶液20通过滴管22一滴一滴地滴在衬底上。滴在衬底1上的掺杂溶液在离心力的作用下在衬底1整个上表面铺展开来。
多种涂有掺杂剂20的图3(B)的半导体衬底被放置在图7所示的石英板30上。这里，如图7所示放置多片半导体衬底1并使涂有掺杂剂的主表面取相同的方向。相邻两片衬底1之间的距离为2.0毫米-5.0毫米。石英板31插入石英管31中。在石英管中通以氧气含量为0.5％-10％的氮气。氧气含量最好为1％-5％。在此条件下，多片半导体衬底1在例如900℃下经过45分钟的热处理。
图3(C)表示了图7所示的热处理的结果。在半导体衬底的上表面，同时形成了一层厚度约为0.4微米的n+层2a和厚度约为70-80纳米的TiO2抗反射层。这里，由于掺杂剂20外扩散引起的自动掺杂使得在侧面和下表面上分别形成了n型层2b和2c。因自动扩散形成的n层2b和2c内的杂质浓度低于由掺杂剂直接扩散形成的n+层2a内的杂质浓度。而且在层2b和2c上形成了一层20-100埃(此层厚度在图中未画出)的氧化膜1a。这一层膜可以用作钝化层。
在图4(A)中，含银涂胶5含铝涂胶6按预制的图案被印制到衬底1的背面。含铝涂胶层6在衬底1边缘留有1-4毫米的空白。在涂胶干化后，在700℃～750℃下进行烘烤，因而形成了厚度约为50微米的背面铝电极6和厚度约为20微米的背面银电极5。这里，在铝电极6上形成厚度约为5微米的层7。层7用以产生太阳能电池的BSF效应。
在图4(B)中，含银涂胶按与图18a一样的图案印制出来。图案8在衬底1的边缘留有1-3毫米的空白。涂胶图案在650℃～750℃下烘烤，从而形成正面银电极8。这里，含银涂胶还含有玻璃料以使银电极8经过抗反射膜3与n+层2a形成欧姆接触。
在图4(C)中，半导体衬底浸入温度约为190℃的焊料池内，从而分别在银电极5和8上覆盖一层厚约20微米的焊接层5a和8a。这样，就制造出了图1和2所示的太阳能电池。图4(C)的剖面图对应于沿图2中的线4F-4F剖取的结构。
图8是图4(C)的太阳能电池最大输出功率与背面n层2c的表面电阻之间的关系图。横坐标为太阳能电池的最大输出功率(瓦)，纵坐标为背面n层2c的表面电阻(Ω/□)。从图8可以看到，当n层2c的表面电阻大于70Ω/□时，太阳能电池具有大而稳定的最大输出功率。但是如果n层2c的表面电阻过大，太阳能电池的并联电阻很大，本发明的目标难以达到。因此，n层2c的表面电阻比较好是处在70-300Ω/□范围内。最好是处在70-200Ω/□范围内以进一步减少反向偏压引起的电流。
通过调节诸如在图3(C)和7的扩散步骤中氧分压和衬底间距离这些扩散条件来控制衬底1背面n层2c的表面电阻阻值。需要指出的是与图21和22所示的制作步骤不同，在图3和4的实施例中，由于在形成图3(C)所示的n型层2a、2b和2c的同时形成了抗反射膜3，所以不需要经过图21(C)所示的抗反射膜形成步骤，而且也不需要经过图21(D)所示的阻挡膜印制步骤和腐蚀步骤及图22(E)所示的阻挡膜去除步骤。尤其是与图23和24所示的已有技术的制造步骤相比，图3和4所示的实施例的制造步骤非常简单。因此太阳能电池的制造成本降低。
图9和10表示了按照本发明另一个实施例的太阳能电池的制造步骤。
图9(A)中的p型硅衬底1的制备方法与图3(A)的相同。
在图9(B)中，掺杂剂20涂在衬底1上表面，在下表面的边缘部分涂上一不完整掩膜层。以如图6所示的方式使用旋转涂膜机将掺杂剂涂在衬底1上表面，这与图3(B)的步骤相同。需要指出的是在图9(B)中，掩膜材料23通过滴管24涂在衬底1背面的四周。
用作掩膜材料23的溶液含有例如100毫升的硅乙烷，50毫升的醋酸，500毫升的乙醇。为了防止掩膜层23变为全掩膜并保证n型掺杂剂的轻度扩散，掩膜材料23中还含有1-10克五氧化磷。掩膜材料23可以用烷基钛酸盐代替如硅乙烷之类的烷基硅。
在图9(C)中，涂有掺杂剂层20和振膜层23的衬底1在例如900℃下热处理45分钟。这样，就在衬底1形成杂质浓度较高的n型层2a和抗反射膜3。在衬底1的侧面和下表面分别形成杂质浓度低于n型层2a的n型层2b和2c。在掩膜层23下形成厚度和杂质浓度均低于下衬底表面的n型层2c的n型层2d。
图10(A)-(C)所示的制造步骤与图4的相同，此处不同志重复。
在图9和10所示的太阳能电池的制造方法中可以采用以POCl3作扩散气体的气相扩散方法。在这种情况下，可以省略衬底1上的掺杂剂层20，而是在形成掩膜层23后使用POCl3气体进行气相扩散。
虽然在图9和10的实施例中并未叙述掩膜层23的去除方法，但是掩膜层23是可以用稀氢氟酸去除的。将下面将要叙述的母液和含钛或硅溶液混合就可配制出掩膜溶液23。如果需要还可以进一步混合，配制出一种辅助溶液。
在母液中，可以使用诸如异丙醇、乙醇、甲醇和丁醇之类的醇类化合物与诸如甲基·乙基酮之类的酮类化合物。
在含钛溶液中，可以使用四异丙基钛酸盐、四正丁基钛酸盐和氯化钛等。而且，可以用诸如钛、钛化硼、碳化钛和二氧化钛之类的粉末和酸、碱、醇和酯类的混合溶液。
在含硅溶液中，可以使用硅异丙烷、硅甲烷、硅乙烷。而且还可使用硅酸盐溶液。
在辅助溶中，可以使用诸如苯甲酸、甲酸、乙酸、草酸之类的羧类酯液。
掺杂剂20是上述母液和添加适量含磷物质的含钛溶液的混合物，含磷物质如五氧化磷或氯氧化磷。例如，含钛溶液中每摩尔TiO2加入1.04-3.63克原子的磷，而作为母液的醇类溶液的配制比例按照能够决定掺杂剂层要求厚度(例如70-80纳米)的旋转涂膜机的转速来确定。更好的磷加入量是每摩尔TiO2中加入2.2-2.5克原子。之所以选择该值的理由是：如果磷浓度过低，正面银电极8很难穿过抗反射膜3，而如果磷浓度过高，由于磷的外扩散，很难控制形成于衬底侧面和背面的n型层的杂质浓度。具体而言，一份较佳的掺杂剂溶液的配方是：80毫升四异丙基钛酸盐(相当于28％的TiO2)，2000毫升的异丙醇和45克的五氧化磷。
图11是按照本发明的太阳能电池的等效电路图。太阳能电池11(A)除了并联、串联电阻外还与二极管11B并联。太阳能电池11(A)由型衬底1和n+层2a构成。并联二极管11B在图4(C)的实施例中由P+层7和n层2c构成，在图10(C)的实施例中由层7和n层2d构成。在这种太阳能电池中，并列二极管11B光照时也作太阳能电池使用。但是当太阳能电池受到遮挡并且有一个反向偏压加载到端点11C和11D上的时候，由于并联二极管的反向特性较差，端点11D和11C之间有相当大的漏电流流过。更进一步说，图11所示的太阳能电池在受遮挡时并联了一个极小的并联电阻。
图12是图11的太阳能电池定性的I-V特性图。曲线12A和12B分别是未遮挡和完全被遮挡的太阳能电池的I-V特性曲线。比较曲线12B和图24中的曲线24B可以看到，在施加反偏压时图11的太阳能电池中输送的电流比图25中的大。
图13是按照本发明制造的太阳能电池实际测量得到的I-V特性曲线图。值得注意的是本发明的太阳能电池的并联电阻极小，但其光电转换效率却与具有很高的并联电阻的太阳能电池相同。
把图13所示的曲线分解可得到图14的两条I-V特性曲线。这里，曲线14A是图11的太阳能电池11A的I-V特性曲线，14B是并联二极管11B的I-V特性曲线。值得注意的是图13的I-V特性曲线是图11的太阳能电池的I-V特性曲线与并联二极管11B的I-V特性曲线组合的结果。
图15表示了包含本发明的36块太阳能电池的电池组中一块电池受遮挡时的I-V特性曲线。该太阳能电池与一个阻值约为100KΩ/cm2的电阻及一个二极管并联。曲线上标出的％值表示一个太阳能电池受遮挡面积相对于光接受面的比率。从图15的曲线可以看到即使一块太阳能电池完全受遮挡，太阳能电池组的输出仅减少约30％。比较图15和26可以看到采用本发明的太阳能电池的电池组在受到与普通太阳能电池组差不多的遮挡程度时输出也不会急剧减小。
比较图16和17可以更容易理解这一点。图16是采用并联电阻较大的太阳能电池的电池组的I-V特性曲线图。在(A)中，曲线16B是一块完全被遮挡的太阳能电池的I-V特性曲线图。曲线16A是n块串联太阳能电池的I-V特性曲线图。VA代表曲线16A的电压，VB代表曲线16B的电压。在(B)中，曲线16C是由曲线16A和16B组合而成的I-V特性曲线图。值得注意的是由于受遮挡的太阳能电池并联电阻较大，这(n+1)块串联电池的输出电流显著降低。
图17是采用本发明的太阳能电池的电池组的I-V特性曲线图。在图17(A)中，曲线17A与图16(A)中的曲线16A相似，表示了n块串联电池的I-V特性。不同的是，曲线17B表示的是一块并联电阻极小(100Ω/cm2)的太阳能电池完全被遮挡时的I-V特性。特别需要说明的是，由于该太阳能电池并联电阻较小，施加反向偏压引起的电流很容易流过。在图17(B)中，曲线17C是由曲线17A和17B组合而成的I-V特性曲线图。比较图17(B)和16(B)可以看到，太阳能电池并联电阻较小时，即使受到遮挡整个太阳能电池组的输出也不会显著降低。
在图30中，直线30B表示了电池组中一块太阳能电池受遮挡面积与温度升高之间的关系，这里的电池组包含36块本发明的太阳能电池。值得注意的是，即使包含36块本发明的太阳能电池的电池组中有一块电池被完全遮挡，这块电池也只比其电池温度升高11℃。这是因为受遮挡的太阳能电池的并联电阻较小，反向偏压引起的电流很容易通过。
为了进一步减小图2所示的本发明的太阳能电池的并联电阻，可以将铝电极6的四周做成图18所示的波纹形状以增加图4(C)所示的n层2c和P+层7之间的接触界面。
含铝涂胶6可包括含几个百分点的铝的银涂胶。
按照本发明，可以提供一种太阳能电池，它的光电转换效率与普通的太阳能电池相同，在太阳能电池中使用时可以起到减少遮挡不利影响的明显效果。具体地说，在采用本发明的太阳能电池的电池组局部受到遮挡时输出下降问题得到明显改善。还可以避免电池组中受遮挡的电池过热。因而克服了太阳能电池短路击穿的缺点，避免了失火的可能性。
按照本发明，可以通过简单的工艺过程，以较低成本提供一种用于太阳能电池组的性能优良的太阳能电池。
以上虽然详细叙述和图示了本发明，但是显而易见的是：以上所说的一切仅作为说明和例子，而不能作为限制的范围，本发明精神和范围仅由后附的权利项所限定。

Claims (8)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：
p型半导体衬底(1)，具有第一主表面，一个第二主表面及它们之间的侧面；
形成于所述第一主表面上的n+型层(2a)；
形成于所述第二主表面上、杂质浓度高于所述衬底(1)的p+型层(7)；
至少形成于所述侧面上的n型层(2b，2c，2d)，该层将所述n+型层(2a)和所述p+型层(7)联接起来，其中，所述n型层(2b，2c，2d)至少在与所述p+型层(7)接壤的区域附近的杂质浓度低于所述n+型层(2a)；
与所述p+型层(7)形成接触的电极(6)；
与所述n+型层(2a)形成接触的电极(8)。
2.按照权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层(2b，2c，2d)至少在与所述p+型层(7)接壤的区域附近的表面电阻在70-300Ω/□范围内。
3.按照权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层(2b，2c，2d)不仅分布在侧面上而且也扩展到所述第二主表面的四周。
4.按照权利要求1至3中任何一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型层(2b，2c，2d)和所述p+型层(7)在所述第二主表面上相接，相接的面采用波纹形状以增加相接界面。
5.一种制造太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备一片p型半导体衬底(1)，它包含一个第一主表面，一个第二主表面和它们之间的侧面；
在所述第一主表面上涂一种n型掺杂剂(20)；
对涂有所述掺杂剂(20)的所述衬底(1)进行第一次热处理以在所述第一主表面上形成一n+型层(2a)，在所述第二主表面、所述侧面上形成一n型层(2b，2c，2d)；
在所述第二主表面上涂一层含铝涂胶；
对涂有所述含铝涂胶的所述衬底(1)进行第二次热处理以在所述第二主表面上形成一层p+型层(7)和形成一个电极(6)；以及
形成一个电极(8)与所述n+型层(2a)接触。
6.按照权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在涂所述的n型掺杂剂(20)于第一主表面的过程中有一层不完全掩膜层(23)涂在所述的第二主表面的四周边缘，通过所述的第一次热处理形成的所述的第二n型层(2b，2c，2d)的厚度和杂质浓底均低于在所述的掩膜层(23)下面的区域(2d)。
7.按照权利要求5或6所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述的掺杂剂(20)包括一种溶液，这种溶液含磷量每一摩尔TiO2为1.04-3.63克原子，通过所述的第一次热处理在第一主表面上形成所述的n+型层(2a)，并形成一层TiO2抗反射膜(3)。
8.按照权利要求5至7中任何一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在所述第一次热处理过程中通以预先确定分压的氧气，并在所述衬底的表面形成一层氧化钝化膜。
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