CN2190350Y

CN2190350Y - 一种mis/il太阳电池

Info

Publication number: CN2190350Y
Application number: CN 93225310
Authority: CN
Inventors: 郭里辉; 张永书; 张怡彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2003-03-12

Abstract

本实用新型属于一种将光能直接转换成电能的光电器件，是一种新型的MIS/IL太阳电池。本实用新型的主要技术特征在于，引入了独立的铯或铯氧化物层(2)，大幅度地提高了固定正电荷量，加深加宽了反型层和空间电荷区。本实用新型较已有技术同类产品性能有较大提高，特别是特定性更好，从而提供了性能更好的一种干净新能源。

Description

本发明属于一种将光能直接转换成电能的光电器件－光伏电池或太阳电池。

利用半导体材料的光电特性制造的太阳电池，其结构大多属于PN结太阳电池。PN结太阳电池的结构与半导体二极管是相似的，例如，通过在P型半导体上掺杂形成一层N型半导体，并由此构成PN结和空间电荷区、形成内建电场。在该电场的驱动下，由入射光作用在半导体内产生的光生载流子，即电子和空穴，被分开，并进行定向运动。光生电子逆内建电场方向运动，被N型半导体层上的栅状电极收集，而空穴则被P型半导体背面的电极收集。这就是PN结太阳电池及工作过程。直至目前，我国生产的均为PN结太阳电池。

另一种结构的太阳电池是：Metal－Insulator－Semiconductor／Inversion Layer Solar Cell，中文全称为金属－绝缘体－半导体／反型层太阳电池，简称为MIS／IL太阳电池。MIS／IL太阳电池与PN结太阳电池相比较，具有更好的性能，且工艺简单、生产过程无污染及成本低。如专利文件DE 2846096中所描述的，通过P型半导体正面的氮化硅或氮氧化硅层中靠近绝缘层存在的固定正电荷，或在氮化硅或氮氧化硅层中通过碱金属沾污引入固定正电荷，在P型半导体中靠近正面的区域，感应出一个N型反型层和在其下的空间电荷区，从而形成一个同PN结太阳电池中的PN结功能相同的感应结。反型层和空间电荷区组成的内建电场将光生电子和空穴分开，并驱动电子沿反型层运动到正面栅状上电极下，通过隧道机理穿过绝缘层，进入栅状上电极，即栅状MIS接触电极；而空穴则被下电极，即欧姆接触电极，所收集。这就是已有的MIS／IL太阳电池的简单构成及工作过程。

从上述MIS／IL太阳电池的构成及工作过程可知，MIS／IL太阳电池赖以工作的感应反型层深度、空间电荷区宽度均直接受固定正电荷量的影响，直接关系着MIS／IL太阳电池的性能。由于上述MIS／IL太阳电池的固定正电荷量有限，限制了MIS／IL太阳电池性能的提高，突出表现在这种太阳电池在强紫外光照射下不稳定。

本发明的目的是提供一种克服了上述缺点的性能更好的MIS／IL太阳电池。

本发明的构思及技术方案与原有的MIS／IL太阳电池不同的是：在氮化硅或氮氧化硅介质层下，加入一独立的、厚度不小于一个原子层的铯或铯氧化物层，该层均匀地覆盖在绝缘层之上。由于铯是极活泼的碱金属，极易自然电离成带正电荷的离子，这样，该铯或铯氧化层得以拥有大量固定正电荷，并由该层固定正电荷感应出反型层、空间电荷区及内建电场。

采用本发明技术方案制造的MIS／IL太阳电池，大幅度提高了固定正电荷量，具有更深的反型层，更宽的空间电荷区和更强的内建电场，从而具有比原有MIS／IL太阳电池更好的性能，特别是提高了这种太阳电池在强紫外光照射下的稳定性。

图1是采用本发明的基本实施例的剖面结构示意图。

图2是本发明的第二种实施例的剖面结构示意图。

图3是本发明的第三种实施例的剖面结构示意图。

为完整、详细、清楚地叙述本发明，现结合附图来加以说明。参照图1；

太阳电池的基体（4）为P型半导体材料，如P型硅。

绝缘层（3）是厚度小于4nm的氧化膜，可以是天然氧化膜，但最好是用800℃以下的工艺方法所生成。

钝化层（1）是一介质层，可以是单一介质（如氮化硅）的单层绝缘膜，也可采用多种介质（如氮化硅、氮氧化硅）的多层绝缘膜。其作用是钝化、保护太阳电池的正面，减少入射光的反射。

铯或铯氧化物层（2）在绝缘层（3）和钝化层（1）之间、均匀地覆盖在绝缘层（3）之上，由一独立的、厚度不小于一个原子层的铯或铯氧化物所构成，可采用蒸发铯的盐类化合物的方法、也可采用在铯的盐类化合物溶液中浸渍的方法来获得。

栅状MIS接触电极（5）可采用掩模板蒸发金属（如铝）的方法获得。

欧姆接触电极（6）也可通过蒸发金属的方法获得。

其工作过程是这样的：

由于自然电离，铯原子成为带正电荷的离子，铯或铯氧化物层（2）提供了大量的固定正电荷。在该正电荷的感应下，基体（4）P型半导体近表面的区域形成了N型反型层（图1中虚线与绝缘层（3）之间的区域）及空间电荷区（图1中点划线和虚线之间的区域）。反型层和空间电荷区组成内建电场（点划线和绝缘层（3）之间的区域）。

在受到入射光照射时，基体（4）中产生电子、空穴对，被内建电场分开，电子沿反型层运动，到达栅状MIS接触电极（5）下，通过隧道机理进入上电极，即栅状MIS接触电极（5）；被分开的空穴则被下电极，即欧姆接触电极（6），所收集。用外电路接通欧姆接触电极（6）和栅状MIS接触电极（5），就有电流输出。

此外，为增加入射光的入射量，提高太阳电池的输出，还可采用化学腐蚀的方法，在基体（4）的表面形成所谓绒面（texturing）结构（图中未表示）。

图2所示的太阳电池（9）是采用本发明的一种MIS／IL双面太阳电池。与图1不同的是，太阳电池（9）的基体（4）的厚度小于该基体材料的少数载流子扩散长度，欧姆接触电极（6）也做成栅状，同时，覆盖与钝化层（1）作用相同的钝化层（7）。这样，不仅正面的入射光，其背面的入射光都能在基体（4）内产生电子，且都为栅状MIS接触电极（5）所收集。

图3所示的太阳电池（10）也是采用本发明的一种MIS／IL双面太阳电池，与太阳电池（9）的不同之处在于其背面采用了台形结构。在这一结构中，欧姆接触电极（6）安置在台顶（12）之上，两台柱（11）之间的基体（4）的厚度小于该基体材料的少数载流子扩散长度，而台柱（11）所对应的基体（4）的厚度大于该基体材料的少数载流子扩散长度，使太阳电池（10）较之太阳电池（9）有更强的机械强度。其台柱（11）可以是梯形、矩形、正方形或其他形状，可通过机械方法或化学腐蚀的方法形成。

Claims

1、一种将光能转换为电能的金属-绝缘体-半导体/反型层太阳电池，具有栅状MIS接触电极(5)、欧姆接触电极(6)、绝缘层(3)、钝化层(1)以及基体(4)，在近基体(4)正表面的区域，具有反型层、空间电荷区及内建电场，其特征在于绝缘层(3)和钝化层(1)之间有一层独立的、厚度不小于一个原子层的、均匀地覆盖在绝缘层(3)之上的铯或铯氧化物层(2)，具有更深、更宽的反型层和空间电荷区，以及更强的内建电场。

2、根据权利要求1.所述的太阳电池，其特征在于，基体（4）可以是单晶、多晶、非晶的硅、锗、Ⅲ－Ⅴ族化合物、Ⅱ－Ⅵ族化合物等无机和有机的半导体材料。

3、根据权利要求1.所述的太阳电池，其特征在于，绝缘层（3）的厚度小于4nm。

4、根据权利要求1.所述的太阳电池，其特征在于，其基体（4）的厚度可以小于该基体（4）的少数载流子扩散长度，其背面的欧姆接触电极（6）为栅状，并具有钝化层（7），构成太阳电池（9）。

5、根据权利要求1.所述的太阳电池，其特征在于，其基体（4）的背面可以为台形结构，其台柱（11）可以是梯形、矩形、正方形或其他形状，台柱（11）所对应的基体（4）的厚度大于该基体（4）的少数载流子扩散长度，两台柱（11）之间的基体（4）的厚度小于该基体（4）的少数载流子扩散长度，其台顶（12）之上有欧姆接触电极（6），并具有钝化层（7），构成太阳电池（10）。

6、根据权利要求1、4、5、所述的太阳电池，其特征在于，钝化层（1）、钝化层（7）可以由一种单层介质构成，也可以由多种多层介质构成。