專利名稱：晶體硅太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種晶體硅(單晶硅 或多晶硅)太陽能電池。
背景技術(shù)：
目前，通常的晶體硅太陽能電池10，如圖1所示，其典型結(jié)構(gòu) 包括正面柵狀金屬電極12、減反射及鈍化層13、 n+型重?fù)诫s層14、 P型輕摻雜晶體硅襯底16、背面電極17，其中，正面柵狀金屬電極 12直接與n+型重?fù)诫s層14連接并形成歐姆接觸；n+型重?fù)诫s層14 是在P型輕摻雜晶體硅襯底16的一個(gè)表面上通過擴(kuò)散、離子注入或 外延等方法形成的，并且，n+型重?fù)诫s層14和p型輕摻雜晶體硅襯 底16構(gòu)成同質(zhì)p~n結(jié)，并在其交界處形成p-n結(jié)耗盡區(qū)(d印letion region) 15;減反射及鈍化層13由一種或多種非晶或多晶絕緣薄膜 構(gòu)成。太陽光線11經(jīng)過減反射及鈍化層13入射到該電池內(nèi)，被晶體 硅吸收后產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，進(jìn)而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，由此，晶體硅太 陽能電池就可以完成將光能轉(zhuǎn)換為電能的功能。
上述電池是一 p型晶體硅太陽能電池，也可以在n型晶體硅襯底 上制作太陽能電池，其結(jié)構(gòu)與上述電池的結(jié)構(gòu)類似。
圖1所示通常的晶體硅太陽能電池，其理論上的最大的轉(zhuǎn)換效率 約是29%左右，但由于存在各種損耗，這個(gè)轉(zhuǎn)換效率是達(dá)不到的，這 些損耗主要是光學(xué)損失和電學(xué)損失。其中，光學(xué)損失主要包括由于電 池表面對(duì)光的反射所引起的反射損失和由于金屬前電極的遮擋造成電池吸收光的有效面積下降所引起的遮擋損失；電學(xué)損失主要包括由 于載流子的復(fù)合所造成的復(fù)合損失和由于引出電極(正面柵狀金屬電 極12以及背面電極17)之間的等效串聯(lián)電阻所引起的歐姆損失。目 前面臨的技術(shù)難題是，在不增加電池的歐姆損失的前提下，降低電池 的金屬前電極的遮擋損失與降低電池的載流子的復(fù)合損失是有矛盾 的。
上述矛盾，在圖3所示的公開號(hào)為CN1416179A中國專利申請(qǐng)的 發(fā)明30中已被提出，并提供了一種解決辦法，該發(fā)明30包括金屬 電極32、高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33、高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層34、 n型摻雜層35、 p型晶體硅襯底37、背電極38， n型摻雜層35和p 型晶體硅襯底37在它們之間的交界處形成p-ii結(jié)耗盡區(qū)36，該發(fā)明 30旨在通過采用高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33和高電阻透明導(dǎo)電膜阻 擋層34組合成的復(fù)合膜一透明導(dǎo)電膜前電極來取代上述的柵狀金 屬電極的一部分和減反射層，以達(dá)到增加入射光的通過、降低表層電 阻的目的。
上述專利的技術(shù)方案確實(shí)在降低遮擋損失(增加了光的有效入射 面積)、降低歐姆損失(降低表層電阻)等方面具有積極的技術(shù)效果， 然而，現(xiàn)通過研究發(fā)現(xiàn)，它會(huì)同時(shí)帶來其他問題，即帶來大量的復(fù)合 損失，從而使整個(gè)晶體硅太陽能電池的損耗增加，原因如下
1、高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜的特性決定了它并不能簡單、直接地在晶 體硅太陽能電池得到應(yīng)用。
高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜在太陽能電池中的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)，最先是被應(yīng)用于非晶或多晶薄膜太陽能電池，由于高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層是高摻 雜的簡并半導(dǎo)體，因此由于高摻雜會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合過程，并且它又 是非晶或多晶薄膜，其中由于晶格的嚴(yán)重錯(cuò)位會(huì)形成大量的載流子的 復(fù)合中心，對(duì)于非晶或多晶薄膜太陽能電池，由于其各個(gè)層次都是非 晶或多晶薄膜，其中由晶格錯(cuò)位所造成的復(fù)合中心隨處可見，因而透 明導(dǎo)電膜中的由于同樣原因產(chǎn)生的復(fù)合中心就變得無關(guān)緊要。而在晶 體硅太陽能電池中，由于其各個(gè)層次的晶格都比較完整，其中由此產(chǎn) 生的復(fù)合損失是比較小的，如果在其中采用高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜，透明 導(dǎo)電膜中由晶格錯(cuò)位所造成的復(fù)合中心的復(fù)合作用就變得非常突出， 將會(huì)造成非常大的復(fù)合損失。
2、高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33是一個(gè)比n+型重?fù)诫s層M更 "死"的"死層"，其產(chǎn)生的復(fù)合損失比n+型重?fù)诫s層14要大得多， 它會(huì)將連接著透明導(dǎo)電膜前電極的晶體硅摻雜層中所產(chǎn)生的幾乎所 有的電子-空穴對(duì)復(fù)合損失掉。
下面的分析是假定高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33是n型的，若該 導(dǎo)電層是P型，或者n型摻雜層35和p型晶體硅襯底37分別改成p 型的和n型的，其分析方,本相似。
由前述可知，高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33是一個(gè)具有大量復(fù)合 中心的透明導(dǎo)電膜，如果有電子-空穴對(duì)或空穴從其它區(qū)域注入到該 薄膜中，則會(huì)在該薄膜中非常迅速地復(fù)合損失掉，因此，當(dāng)太陽光線 31照射到該發(fā)明30時(shí)，晶體硅就會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)并形成光生電 動(dòng)勢(shì)，按照上述專利(公開號(hào)為CN1416179A)中的說法，高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層34對(duì)電子或空穴的運(yùn)動(dòng)幾乎不起阻礙作用，因而n 型摻雜層35所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)中的大部分電子會(huì)因晶體硅中形 成的光生電動(dòng)勢(shì)做漂移(drift)運(yùn)動(dòng)而穿過高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋 層34并注入到n型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中去，另外，n型摻 雜層35和p-n結(jié)耗盡區(qū)36都因吸收光而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其空穴 濃度的變化是連續(xù)和緩慢的，而所形成的光電動(dòng)勢(shì)的電壓比較小，一 般小于0.7V，其驅(qū)動(dòng)能力比較小，因而n型摻雜層35所產(chǎn)生的空穴 向p-n結(jié)耗盡區(qū)36所做的擴(kuò)散(diffusion)運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)就要緩 慢得多，而由于n型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33不會(huì)因吸收光而產(chǎn) 生電子-空穴對(duì)，其中原有的空穴濃度很低，n型摻雜層35所產(chǎn)生的 空穴的濃度與n型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中的空穴濃度就因此 而存在巨大的濃度差，因而在n型摻雜層35中靠近透明導(dǎo)電膜前電 極的區(qū)域所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)中的空穴就會(huì)因這一巨大的濃度差所 引起的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而迅速穿過高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層34并注入到n 型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中去，并與其中的電子迅速復(fù)合掉， 這樣就會(huì)使得n型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中的空穴濃度依然是 很低的，同時(shí)使得在n型摻雜層35中靠近透明導(dǎo)電膜前電極的區(qū)域 的空穴濃度迅速降低，而這又會(huì)使得n型摻雜層35的內(nèi)部所產(chǎn)生的 電子-空穴對(duì)中的空穴迅速擴(kuò)散到在n型摻雜層35中靠近透明導(dǎo)電膜 前電極的區(qū)域，這種連鎖反應(yīng)會(huì)使得n型摻雜層35中一個(gè)少子擴(kuò)散 長度的區(qū)域所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)中的大部分空穴會(huì)因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而迅 速穿過高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層34并注入到n型高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中去，并與其中電子迅速復(fù)合掉，而上述n型摻雜層35 — 般是通過液態(tài)源擴(kuò)散的，其結(jié)深小于lwm，其少子壽命約為十幾微 妙，因而其少子擴(kuò)散長度至少是幾十微米，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其結(jié)深。因此， n型摻雜層35所產(chǎn)生的幾乎所有電子-空穴對(duì)會(huì)分別因漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)而迅速穿過高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層34并注入到ii型高電導(dǎo) 透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層33中去，并在其中被非常迅速地復(fù)合掉。
在上面的敘述中沒有提及由于晶體硅表面復(fù)合中心所造成的復(fù) 合損失，是因?yàn)檫@種損失比上述的損失要小得多。另外晶體硅中的復(fù) 合過程對(duì)上面的分析沒有影響。
相對(duì)于1 y m的深結(jié)，250nm的結(jié)深就應(yīng)該算是淺結(jié)，甚至是500nm 的結(jié)深也應(yīng)該算是淺結(jié)。以結(jié)深為250nm的采用上述專利技術(shù)的晶體 硅太陽能電池(以下簡稱專利電池)為例，由于采用了高電導(dǎo)透明導(dǎo) 電膜，在柵線密度為最小(0. 5條/cm)的情況，其遮擋損失較通常 的晶體硅太陽能電池降低約4. 59&，即該專利電池會(huì)多吸收4. 5%的光 子數(shù)，250nm的結(jié)深意味著該專利電池中的n型擴(kuò)散層要吸收10. 6% 的光子數(shù)，由于一個(gè)光子最多只能產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì)，即光子數(shù) 直接對(duì)應(yīng)于電子-空穴對(duì)數(shù)，而專利電池中由于透明導(dǎo)電膜前電極造 成的復(fù)合損失會(huì)使得這些被吸收的幾乎所有的光子變得毫無用處，因 此，去掉因降低遮擋損失而多吸收的光子數(shù)，250nm結(jié)深的專利電池 會(huì)多出接近6.6%的復(fù)合損失；而結(jié)深為500咖時(shí)，該專利電池則會(huì) 多出高達(dá)13. 7%的復(fù)合損失，這樣高的復(fù)合損失反而會(huì)使該專利電池 的轉(zhuǎn)換效率低于具有同樣結(jié)深的通常的晶體硅太陽能電池，這是因?yàn)?，如果采用了合適的減反射及鈍化膜，例如氮化硅膜，則該通常的
晶體硅太陽能電池中的n+型重?fù)诫s層所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)至少還有 一部分沒有被損失掉。
綜上所述，如果僅僅將高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜直接應(yīng)用于晶體硅太陽 能電池中，并不能有效解決通常的晶體硅太陽能電池中所存在的問 題，在對(duì)p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)沒有做具體說明的情況下，有時(shí)反而會(huì)增大復(fù) 合損失，從而降低電池的轉(zhuǎn)換效率。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決上述申請(qǐng)之缺陷，揭露晶體硅太陽能 電池的復(fù)合損失的產(chǎn)生機(jī)理，以提供一種既能降低電池的歐姆損失， 也能降低遮擋損失與復(fù)合損失的晶體硅太陽能電池。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為， 一種如圖2所示的晶體硅太陽能 電池20，其結(jié)構(gòu)依次為正面柵狀金屬電極22、窗口層23、第二導(dǎo)電 類型重?fù)诫s層24、第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26、背面電極27， 其中， 一種選擇是，若第一導(dǎo)電類型為P型，則第二導(dǎo)電類型為n型， 另一種選擇是，若第一導(dǎo)電類型為n型，則第二導(dǎo)電類型為p型，所 述的正面榭狀金屬電極22和所述的窗口層23相連接并形成歐姆接 觸，光線21經(jīng)過窗口層23入射到該電池內(nèi)，被作為吸收層的第二導(dǎo) 電類型重?fù)诫s層24和第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26所吸收并產(chǎn) 生電子-空穴對(duì)，進(jìn)而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。
本實(shí)用新型的敘述方式，是為了表明，不論是p型輕摻雜晶體硅 襯底還是n型輕摻雜晶體硅襯底都可以采用本實(shí)用新型來制作太陽能電池。
本實(shí)用新型的一個(gè)改進(jìn)是，所述的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24是 通過燒結(jié)合金、擴(kuò)散、外延或離子注入等的方法在所述的第一導(dǎo)電類 型輕摻雜晶體硅襯底26的一個(gè)主表面上形成的，并與所述的第一導(dǎo) 電類型輕摻雜晶體硅襯底26 —起構(gòu)成同質(zhì)p-n結(jié)，并在它們之間的 交界處形成p-n結(jié)耗盡區(qū)25，其摻雜濃度》6X10Vcm3，優(yōu)選》5X 1019/cm3，其厚度為10nm 100nm，優(yōu)選為20 40nm，當(dāng)然，在保證 上述厚度的前提下，并確保不引進(jìn)過多缺陷和過多不需要的雜質(zhì)的情 況下，利用現(xiàn)有技術(shù)提高第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24的摻雜濃度將獲 得更佳的實(shí)施效果。
本實(shí)用新型通過制作厚度足夠"薄"和摻雜濃度足夠"濃"的第 二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24以后，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、所述的摻雜濃度足夠"濃"的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24會(huì)在 p-n結(jié)的冶金結(jié)(metallurgical junction)及其附近形成一個(gè)足夠 強(qiáng)的電場，它會(huì)最大程度地阻止P-n結(jié)耗盡區(qū)25和第一導(dǎo)電類型輕 摻雜晶體硅襯底26所產(chǎn)生的電子(對(duì)于n型襯底)或空穴(對(duì)于p 型襯底)進(jìn)入到所述窗口層23內(nèi)而被復(fù)合掉。
現(xiàn)在考慮一用P型晶體硅襯底制作的本實(shí)用新型的電池，對(duì)于用 n型晶體硅襯底制作的本實(shí)用新型的電池可以做同樣分析。當(dāng)太陽光 線21經(jīng)過窗口層23入射到電池內(nèi)，前面已經(jīng)說明，所述第二導(dǎo)電類 型重?fù)诫s層24中因吸收光所產(chǎn)生的幾乎所有電子-空穴對(duì)會(huì)注入到 所述窗口層23而被復(fù)合損失掉，而對(duì)于p-n結(jié)耗盡區(qū)25中因吸收光所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，其中的電子會(huì)因P-n結(jié)耗盡區(qū)25的內(nèi)建電勢(shì) 做指向窗口層23的漂移運(yùn)動(dòng)，而其中的空穴除了會(huì)因p-n結(jié)耗盡區(qū) 25與第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24之間存在的空穴濃度差做指向窗口層 23的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還會(huì)因p-n結(jié)耗盡區(qū)25的內(nèi)建電勢(shì)做遠(yuǎn)離窗口 層23的漂移運(yùn)動(dòng)，因而其中的空穴是否會(huì)進(jìn)入第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s 層24就有賴于p-n結(jié)耗盡區(qū)25的內(nèi)建電場的大小及分布，若該電場 較強(qiáng)，則其中的空穴就會(huì)因較強(qiáng)的漂移運(yùn)動(dòng)而注入到第一導(dǎo)電類型輕 摻雜晶體硅襯底26，若該電場較弱，則其中的空穴就會(huì)因較強(qiáng)的擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)而注入到第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24，進(jìn)而被窗口層23復(fù)合損 失掉；而對(duì)于第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26因吸收光所產(chǎn)生的 電子-空穴對(duì)，其中的電子會(huì)因p-n結(jié)耗盡區(qū)25中靠近p型輕摻雜晶 體硅襯底26的區(qū)域的電子濃度的下降而做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及因光生電動(dòng) 勢(shì)而做漂移運(yùn)動(dòng)并注入到P-n結(jié)耗盡區(qū)25，而其中的空穴則要看p-n 結(jié)耗盡區(qū)25中靠近第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26的區(qū)域的空穴 濃度是否下降而是否注入到P-n結(jié)耗盡區(qū)25，因而也有賴于p-n結(jié) 耗盡區(qū)25的內(nèi)建電場的大小及分布。
當(dāng)?shù)诙?dǎo)電類型重?fù)诫s層24摻雜濃度足夠"濃"時(shí)，就會(huì)形成 單邊突變結(jié)(one-side abrupt junction),第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層 24會(huì)在p-n結(jié)的冶金結(jié)及其附近形成一個(gè)足夠強(qiáng)的電場，該"足夠 強(qiáng)的電場"就象一面"墻" 一樣，它會(huì)最大程度地阻止P-n結(jié)耗盡區(qū) 25和第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26所產(chǎn)生的空穴注入到第二導(dǎo) 電類型重?fù)诫s層24中去，進(jìn)而這些被阻止的空穴也就不能被窗口層23的復(fù)合中心復(fù)合掉。
2、所述第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24的厚度足夠"薄"，使得第二 導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24因吸收光而產(chǎn)生的載流子的數(shù)量很少，進(jìn)而由 窗口層23和第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24造成的復(fù)合損失被降到很低。
由于第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24的厚度足夠薄，這樣第二導(dǎo)電類 型重?fù)诫s層24所吸收的太陽光的光子數(shù)達(dá)到可以忽略的程度，粗略 的計(jì)算表明，10nm厚的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24只能吸收大約0. 6% 的太陽光，30nm厚的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24只能吸收大約1. 7% 的太陽光，這樣少的吸收比例還不足電池對(duì)光的反射損失(約為2%)， 而100nm厚的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24只能吸收大約5%的太陽光， 與本實(shí)用新型可以降低的遮擋損失(約為4. 7%)相當(dāng)，進(jìn)而大部分 的光子都被p-n結(jié)耗盡區(qū)25和第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26吸 收，因此，即使第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24吸收的光子所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，由于濃度差全部被注入到窗口層23內(nèi)，并被其復(fù)合中心損 失掉，其造成的復(fù)合損失對(duì)于電池的整體損耗而言也是微不足道的。
由上不難看出，在本實(shí)用新型中，所述的摻雜濃度足夠"濃"的 第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24會(huì)形成單邊突變結(jié)，它會(huì)在p-n結(jié)的冶金 結(jié)及其附近形成一個(gè)足夠強(qiáng)的電場以盡可能地阻止P-n結(jié)耗盡區(qū)25 和所述第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26所產(chǎn)生的電子(對(duì)于n型 襯底)或空穴(對(duì)于p型襯底)注入到所述第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層 24中去，使得在本實(shí)用新型的電池中只有第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24 所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)能夠被窗口層23和第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24復(fù)合損失掉，所述厚度足夠"薄"的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24又使 得該層所吸收的光子數(shù)達(dá)到可以忽略的程度，這樣，使得在本實(shí)用新 型的電池中只有位于上述的"墻"的一面——第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層 24因吸收少量太陽光所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)會(huì)進(jìn)入到窗口層23被復(fù) 合損失掉，而位于"墻"的另一面~~P-n結(jié)耗盡區(qū)25和第一導(dǎo)電 類型輕摻雜晶體硅襯底26所吸收的大量光子則不會(huì)被窗口層23復(fù)合 損失掉，從而使復(fù)合損失大大降低，這就可以使通常的晶體硅太陽能 電池的性能得到明顯的改善。
綜合上述因素，可將通常的晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率至少提 高10%以上。
作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)
在本實(shí)用新型中，所述的窗口層23沒有采用上述的專利 (CN1416179A)中所使用的名稱"高電導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層"，是因 為，本實(shí)用新型認(rèn)為，凡是具備所述的窗口層23所具有的特征的摻 雜化合物半導(dǎo)體非晶或多晶薄膜就可以作為所述的窗口層23來使 用，就能夠發(fā)揮上述的專利(CN1416179A)中所提到的那幾種高電導(dǎo) 透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層所能發(fā)揮的作用，即 一是導(dǎo)電的；二是對(duì)太陽光 幾乎是透明的，而上述的專利(CN1416179A)中所提到的那幾種高電 導(dǎo)透明導(dǎo)電膜導(dǎo)電層也是一些化合物半導(dǎo)體非晶或多晶薄膜。這些所 述的窗口層23所具有的特征是所述的窗口層23是由一種或多種摻 雜的化合物半導(dǎo)體的非晶或多晶薄膜構(gòu)成，其方塊電阻《100 Q /□， 優(yōu)選《10Q/口，其對(duì)AMI. 5條件下的太陽光譜中波長在0. 39 1.1y m范圍內(nèi)的太陽光的透過率》80%，其中各種薄膜的電阻率《0. 8 Q
Cfflo
對(duì)方塊電阻的要求則來自于所述的窗口層23必須起著載流子的 輸運(yùn)功能，因此，其方塊電阻就應(yīng)該小于或等于在所述的通常的晶體 硅太陽能電池10中起著同樣功能的n+型重?fù)诫s層14的方塊電阻， 而該方塊電阻一般《100Q/口。當(dāng)然，所述的窗口層23的方塊電阻 是越小越好，現(xiàn)有技術(shù)中，5 10Q/口的方塊電阻為最優(yōu)選，當(dāng)然， 隨著制造技術(shù)的提升，獲得更小方塊電阻的窗口層23也會(huì)成為可能。
對(duì)透過率的要求則因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)晶體硅太陽能電池時(shí)，只需考慮波 長在0. 39 1.1 u m范圍內(nèi)的太陽光，即要求晶體硅太陽能電池中晶 體硅上的薄膜對(duì)該范圍的太陽光幾乎是透明的，上面的敘述還要求該 薄膜是導(dǎo)電的，即要求該薄膜至少是透明導(dǎo)電膜(Transparent Conducting Oxide， TCO)，而目前一般要求透明導(dǎo)電膜對(duì)波長在 0.39 1.1ym范圍內(nèi)的太陽光的透過率》8機(jī)，因此，本實(shí)用新型也 將此作為對(duì)所述的窗口層23的要求。
為了確保所述的窗口層23的透過率》80%，所述的窗口層23還 必須有減反射功能，因此，在確定了何種材料作為所述的窗口層23 來使用時(shí)，也即確定了其中的各種薄膜的折射率，此時(shí)還必須使該薄 膜的厚度滿足減反射條件。
對(duì)其中各種薄膜的電阻率的要求意指該薄膜是摻雜的。
當(dāng)然，所述的窗口層23可以為滿足上述特征的金屬氧化物和金 屬硫化物半導(dǎo)體非晶或多晶薄膜，如Sn02 : F、 ZnO : Al、 InA : Sn(ITO) 、 Zn2Sn04、 InA : Mo、 ZnS : Al等，其方塊電阻可以做到《 100 Q/口，其對(duì)AMI. 5條件下的太陽光譜中波長在0. 39 1. 1 li m范 圍內(nèi)的太陽光的透過率一般》80%。上述的金屬氧化物半導(dǎo)體非晶或 多晶薄膜即是通常所說的透明導(dǎo)電膜。
作為采用本實(shí)用新型所述技術(shù)方案的效果之一，本實(shí)用新型省掉 了上述專利(CN1416179A)中的發(fā)明的透明導(dǎo)電膜前電極所必須要使 用的高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層。在上述專利(公開號(hào)為CN1416179A) 中，為降低透明導(dǎo)電膜前電極與晶體硅之間界面上的復(fù)合損失特意引 進(jìn)了一個(gè)高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層，它起著鈍化晶體硅表面的作用， 按照該專利的說法，這是必須要有的，其最終目的是想以此來使靠近 透明導(dǎo)電膜前電極的晶體硅擴(kuò)散層所吸收的太陽光盡最大限度地轉(zhuǎn) 換為光生電動(dòng)勢(shì)，如果要求透明導(dǎo)電膜前電極對(duì)任何P-n結(jié)結(jié)構(gòu)都適 用，則其中的高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層是必須要有的，而在本實(shí)用新 型中，是通過制作厚度足夠"薄"和摻雜濃度足夠"濃"的第二導(dǎo)電 類型重?fù)诫s層24以達(dá)到一種特定的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以確保所 述的窗口層23和第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24所帶來的復(fù)合損失是很小 的，是微不足道的，因而本實(shí)用新型在所述的窗口層23和第二導(dǎo)電 類型重?fù)诫s層24之間不需要任何阻擋層。
所述正面柵狀金屬電極22與通常的晶體硅太陽能電池的正面柵 狀金屬電極12有著類似的形狀和結(jié)構(gòu)，但是，由于采用了所述的窗 口層23，其電阻率可以做得比較低，所述的正面柵狀金屬電極22的 間距就可以更大些，例如，通常的晶體硅太陽能電池的正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距一般選為2 3mm，而本實(shí)用新型所述的正面 柵狀金屬電極22的間距則可以選為2 25mm之間，或更大一些，這 樣，正面柵狀金屬電極22的金屬柵線的數(shù)量就減少了，進(jìn)而晶體硅 太陽能電池的遮擋損失就降低了。
基于本實(shí)用新型的一些其他變化，如還可以在第一導(dǎo)電類型輕摻 雜晶體硅襯底26和背面電極27之間插入一層第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s 層，甚至還可以將第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24和第一導(dǎo)電類型輕摻雜 晶體硅襯底26做成PIN結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)用新型中，所述的厚度足夠"薄"和摻雜濃度足夠"濃" 的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24能夠降低所述窗口層23帶來的復(fù)合損 失，而所述窗口層23又會(huì)降低所述的厚度足夠"薄"和摻雜濃度足 夠"濃"的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24帶來的歐姆損失，并同時(shí)降低 所述正面柵狀金屬電極22帶來的遮擋損失，因而，所述的厚度足夠 "薄"和摻雜濃度足夠"濃"的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24和所述窗 口層23互為前提，互為結(jié)果，彼此相互支持，缺一不可，但它們都 是通常的晶體硅太陽能電池的性能得以明顯改善的必要前提，都是本 實(shí)用新型的必要前提。而在上述的專利(公開號(hào)為CN1416179A)中， 淺結(jié)是采用透明導(dǎo)電膜前電極以后的結(jié)果之一，因而對(duì)P-n結(jié)的結(jié)構(gòu) 不需要做任何說明。
本實(shí)用新型會(huì)帶來如下優(yōu)點(diǎn) 1、 如果將所述窗口層23的方塊電阻做到5 7Q/口，將所述的第 二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24的厚度做到30nm左右，濃度做到5X107cm3以上，將所述的正面柵狀金屬電極22中金屬柵線的間 距做到25mm，則可有效降低通常的晶體硅太陽能電池的遮擋損 失、復(fù)合損失和歐姆損失，進(jìn)而本實(shí)用新型的電池的轉(zhuǎn)換效率 肯定高于通常的晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，其高出的比例 至少是20%以上。
2、 對(duì)于通常的晶體硅太陽能電池，其結(jié)深一般》250nm，而如果將 本實(shí)用新型中所述的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24的厚度做到 30nm左右，則其間相差至少是8倍，因而在同樣的擴(kuò)散溫度下， 所需要的擴(kuò)散時(shí)間就相差至少是64倍，即所需要的能耗就相差 至少是64倍，因而，本實(shí)用新型可以大大地降低擴(kuò)散工藝所需 要的能耗。
3、 在膜制備這一環(huán)節(jié)上，上述通常的晶體硅太陽能電池的減反射 及鈍化膜，由于要起著鈍化作用，其制備就需要比較高檔的設(shè) 備，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)，并且需要高純 的原材料和良好的潔凈環(huán)境，而本實(shí)用新型則不需要，只需要 普通的APCVD以及較低純度的原材料和較差的環(huán)境，因此，本 實(shí)用新型在這一環(huán)節(jié)上可以大大地降低設(shè)備投資和廠房建設(shè)的 投資以及生產(chǎn)費(fèi)用。
4、 在上述專利(公開號(hào)為CN1416179A)中，所述的透明導(dǎo)電膜前 電極必須有一個(gè)高電阻透明導(dǎo)電膜阻擋層，它起著鈍化晶體硅 表面的作用，而本實(shí)用新型則不需要，因此，本實(shí)用新型就比 上述的專利(公開號(hào)為CN1416179A)少一道制膜工序，而這一制膜工序在上述專利(公開號(hào)為CN1416179A)中是比較關(guān)鍵的， 要想得到一個(gè)良好的鈍化膜，就需要比較高檔的設(shè)備，例如 PECVD，并且需要高純的原材料和良好的潔凈環(huán)境，因此本實(shí)用 新型與上述專利(公開號(hào)為CN1416179A)中的發(fā)明相比就可以 大大地降低設(shè)備投資和廠房建設(shè)的投資以及生產(chǎn)費(fèi)用。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。


圖1是通常的晶體硅太陽能電池的示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖3是公開號(hào)為CN1416179A的前述專利的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。
如圖2所示，本實(shí)用新型所述的晶體硅太陽能電池20結(jié)構(gòu)依次 為正面柵狀金屬電極22、窗口層23、第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24、第 一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26、背面電極27，第二導(dǎo)電類型重?fù)?雜層24通過燒結(jié)合金、擴(kuò)散、外延或離子注入等的方法在所述的第 一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26的一個(gè)主表面上形成的，并與所述 的第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26—起構(gòu)成同質(zhì)p-n結(jié)，所述的 正面柵狀金屬電極22和所述的窗口層23相連接并形成歐姆接觸。
具體實(shí)施方式
1:
按照以下步驟即可獲得圖2所示的本實(shí)用新型所述的p型晶體硅 太陽能電池。1、 提供〈100〉晶向p型晶體硅片，其摻雜濃度是在4X 1015 4X107ciQ3范圍內(nèi)。
2、 在含有氫氧化鈉的溶液中進(jìn)行化學(xué)拋光處理。
3、 在p型晶體硅片的背面(可在兩個(gè)表面中任選)通過擴(kuò)散 方法形成P+型重?fù)诫s層，要求其雜質(zhì)濃度大于1(f7cm3，其 結(jié)深^2iim,摻雜劑材料可以是硼(B)。
4、 在p型晶體硅片的背面的p型重?fù)诫s層上通過常壓化學(xué)氣 相淀積(APCVD)或低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)方法淀積 一層Si"膜，要求其厚度大于0. 5 ii m。
5、 首先用光刻膠將p型晶體硅片的背面的p+型重?fù)诫s層上的 Si02膜予以保護(hù)，在10%的氫氟酸溶液中去掉p型晶體硅 片的正面的Si02膜，再在含有硝酸加氫氟酸的醋酸溶液(體
積比例為硝酸氫氟酸醋酸=3 :1:8)中將p型晶體硅 片的正面的p+型重?fù)诫s層腐蝕掉，再在含有氫氧化鈉的溶
液中腐蝕掉1 2 ix m硅層，(要求這二步腐蝕的厚度至少 大于上述的p型晶體硅片的背面的P+型重?fù)诫s層的厚度 1 2liffl)，而后再在含有氫氧化鈉和異丙醇的溶液中將p
型晶體硅片的正面進(jìn)行織構(gòu)化處理。
6、 在p型晶體硅片的正面通過擴(kuò)散方法形成n+型摻雜層，要 求其雜質(zhì)濃度》6X10Vcm3，其結(jié)深《100nm,摻雜劑材料
可以是磷(P)。
7、 在10%的氫氟酸溶液中去掉p型晶體硅片上的Si02膜8、 在p型晶體硅片的n+型摻雜層上，通過濺射方法或APCVD 方法，沉積一層ITO、 ZnO : Al等。
9、 通過絲網(wǎng)印刷，在上述p型晶體硅片的背面的p+型重?fù)诫s 層上印刷一層大面積鈦/鉛/銀漿料，通過燒結(jié)，在上述P 型晶體硅片的背面形成歐姆接觸層和鈦/鉛/銀焊接層。
10、 使用鈦/鉛/銀漿料，通過絲網(wǎng)印刷，在上述透明導(dǎo)電膜上 印刷一層正面柵狀金屬電極漿料，通過燒結(jié)，在上述透明 導(dǎo)電膜上形成正面柵狀金屬電極歐^t接觸層和焊接層。
11 、采用等離子刻蝕技術(shù)或激光刻蝕方法將P型晶體硅片邊緣
的摻雜層和各種膜都去掉。 根據(jù)具體實(shí)施方式
1可得到如下實(shí)施例 實(shí)施例1:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0. 2咖厚度的<100〉晶向p型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為p型單晶硅片的電阻率約為1Qcm;正面的n+型摻雜層，其厚 度約為100nm,其摻雜濃度約為5X1019/cm3;窗口層可選用Zn0 : Al 薄膜，其方塊電阻約為《100Q/口，其厚度約為150nm;正面柵狀金 屬電極的金屬柵線的間距為2. 85咖。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到17% 左右，比通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為 6%。
實(shí)施例2:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ級(jí)別的0. 2mm厚度的〈100》晶向p型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為p型單晶硅片的電阻率約為1Qcib;正面的n+型摻雜層，其厚 度約為lOnm,其摻雜濃度約為6x107cm3;窗口層可選用ZnO : Al 薄膜，其方塊電阻約《100Q/口，其厚度約為150nm;正面柵狀金屬 電極的金屬柵線的間距為2. 85咖。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到17. 8% 左右，比通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為 11%。
實(shí)施例3:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料，
即CZ級(jí)別的0. 2mm厚度的〈100〉晶向p型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為- p型單晶硅片的電阻率約為lQcm;正面的n+型摻雜層，其厚 度約為30nm，其摻雜濃度約為exlOVcm3;窗口層可選用ZnO : Al 薄膜，其方塊電阻約為《100Q/口，其厚度約為150咖；正面柵狀金 屬電極的金屬柵線的間距為2.85咖。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到 17.8%左右，比通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比 例約為11%。 實(shí)施例4-
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0. 2mm厚度的〈100〉晶向p型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為- p型單晶硅片的電阻率約為lQcm;正面的n+型摻雜層，其厚 度約為30nm,其摻雜濃度》5X 1019/cm3;窗口層可選用ZnO : Al薄膜， 其方塊電阻約為5Q/口，其厚度約為600nm;正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為25咖。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18.6%左右，比通 常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為17%。
具體實(shí)施方式
2:
將實(shí)施例1中的p型晶體硅襯底變換為n型晶體硅襯底，其它的 地方也做相應(yīng)更換，即可制備得一個(gè)本實(shí)用新型的n型晶體硅襯底的 太陽能電池，具體如下
1、 提供〈100〉晶向n型晶體硅片，其摻雜濃度是在4X 1015 4X10"Vcm3范圍內(nèi)。
2、 在含有氫氧化鈉的溶液中進(jìn)行化學(xué)拋光處理。
3、 在n型晶體硅片的背面(可在兩個(gè)表面中任選)通過擴(kuò)散 方法形成n+型重?fù)诫s層，要求其雜質(zhì)濃度大于107cni3，其 結(jié)深》2um，摻雜劑材料可以是磷(P)。
4、 在n型晶體硅片的背面的n+型重?fù)诫s層上通過APCVD或 LPCVD方法淀積一層Si02膜，要求其厚度大于0. 5 ti m。
5、 首先用光刻膠將n型晶體硅片的背面的n+型重?fù)诫s層上的 Si02膜予以保護(hù)，在10%的氫氟酸溶液中去掉n型晶體硅 片的正面的Si02膜，再在含有氫氧化鈉的溶液中腐蝕掉3 4 U m硅層(要求此厚度至少大于上述的n型晶體硅片的背 面的n+型重?fù)诫s層的厚度1 2um),而后再在含有氫氧 化鈉和異丙醇的溶液中將P型晶體硅片的正面進(jìn)行織構(gòu)化 處理。
6、 在n型晶體硅片的正面通過擴(kuò)散方法形成p+型摻雜層，要求其雜質(zhì)濃度》6X107cm3，其結(jié)深《100nm，摻雜劑材料 可以是硼(B)。
7、 在l(^的氫氟酸溶液中去掉n型晶體硅片上的Si02膜
8、 在n型晶體硅片的p+型摻雜層上，通過濺射方法或APCVD 方法，沉積一層ITO、 ZnO : Al等。
9、 通過絲網(wǎng)印刷，在上述n型晶體硅片的背面的n+型重?fù)诫s 層上印刷一層大面積鈦/鉛/銀漿料，通過燒結(jié)，在上述n 型晶體硅片的背面形成歐^l接觸層和鈦/鉛/銀焊接層。
10、 使用鈦/鉛/銀漿料，通過絲網(wǎng)印刷，在上述透明導(dǎo)電膜上 印刷一層正面柵狀金屬電極漿料，通過燒結(jié)，在上述透明 導(dǎo)電膜上形成正面柵狀金屬電極歐^l接觸層和焊接層。
11、 采用等離子刻蝕技術(shù)或激光刻蝕方法將n型晶體硅片邊緣 的摻雜層和各種膜都去掉。
根據(jù)具體實(shí)施方式
2可得到如下實(shí)施例 實(shí)施例5:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0.2i鵬厚度的〈100〉晶向n型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為n型單晶硅片的電阻率約為1Qcm;正面的p+型摻雜層，其厚 度約為100nm,其摻雜濃度約為KfVcm3;窗口層可選用ZnO : Al薄 膜，其方塊電阻約《40Q/口，其厚度約為150咖；正面柵狀金屬電 極的金屬柵線的間距為2.85mm。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18%左 右，比通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為13%。
實(shí)施例6-
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0. 2mm厚度的〈100〉晶向n型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為n型單晶硅片的電阻率約為1Qcm;正面的p+型摻雜層，其厚 度約為20咖，其摻雜濃度》5X 10'7cm3;窗口層可選用ZnO : Al薄膜， 其方塊電阻《40Q/口，其厚度約為150皿；正面柵狀金屬電極的金 屬柵線的間距為2. 85鵬。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18. 8%左右，比 通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為18%。
實(shí)施例7:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0.2mm厚度的UOO〉晶向年型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為年型單晶硅片的電阻率約為lQcm;正面的p+型摻雜層，其厚 度約為40nm，其摻雜濃度》5X1019/0！1 窗口層可選用ZnO : Al薄膜， 其方塊電阻約《40Q/口，其厚度約為150nrn;正面柵狀金屬電極的 金屬柵線的間距為2. 85mm。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18. 6%左右， 比通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為17%。
實(shí)施例8:
如果采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料， 即CZ級(jí)別的0. 2rnn厚度的(100〉晶向n型單晶硅片，選擇各工藝參 數(shù)為n型單晶硅片的電阻率約為1Qcm;正面的p+型摻雜層，其厚 度約為40nm，其摻雜濃度》107cm、窗口層可選用ZnO : Al薄膜，其方塊電阻約為5Q/口，其厚度約為600nm;正面柵狀金屬電極的金 屬柵線的間距為25鵬。則該電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到19. 4%左右，比通 常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平均水平高出的比例約為22%。
在上面的實(shí)施例中，所述窗口層還可以采用其它的符號(hào)條件的摻 雜化合物半導(dǎo)體非晶或多晶薄膜，其效果是差不多的。
在上面具體實(shí)施方式
中，通過對(duì)各種參數(shù)的不同選擇，就可以得 到各種不同組合的本實(shí)用新型實(shí)施例，這些通過對(duì)本實(shí)用新型的上述 描述已可簡便獲得，在此就不再贅述。
權(quán)利要求1、一種晶體硅太陽能電池，其特征在于其結(jié)構(gòu)依次為正面柵狀金屬電極(22)、窗口層(23)、第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層(24)、第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底(26)、背面電極(27)，正面柵狀金屬電極(22)和窗口層(23)相連接并形成歐姆接觸，第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層(24)的厚度為10nm～100nm，第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層(24)與第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底(26)一起構(gòu)成同質(zhì)p-n結(jié)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種晶體硅太陽能電池，其特征在于-所述第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層(24)的厚度優(yōu)選為20 40im。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種晶體硅太陽能電池，其結(jié)構(gòu)依次為正面柵狀金屬電極22、窗口層23、第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24、第一導(dǎo)電類型輕摻雜晶體硅襯底26、背面電極27，本實(shí)用新型通過設(shè)置所述的厚度足夠“薄”和摻雜濃度足夠“濃”的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24就能夠降低所述窗口層23帶來的復(fù)合損失，通過設(shè)置所述窗口層23又能夠降低所述的厚度足夠“薄”和摻雜濃度足夠“濃”的第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s層24帶來的歐姆損失，并同時(shí)降低所述正面柵狀金屬電極22帶來的遮擋損失，由此可將通常的晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高至少10％以上。
文檔編號(hào)H01L31/068GK201289855SQ200820085828
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者麟 黃 申請(qǐng)人:麟 黃