專利名稱：一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電 池及其制備方法。
背景技術(shù)：
利用光伏效應(yīng)制備的太陽電池直接把光能轉(zhuǎn)化為電能，是一種比較有效利用太陽 能的方式，也是重要的可再生潔凈能源。90年代以來，光伏產(chǎn)業(yè)每年以30-40%的速度快速 增長；尤其近十年來，在各國政策推動(dòng)下，每年太陽電池產(chǎn)量更是爆發(fā)式的增長。其中晶體 硅太陽電池占了 80-90%的市場份額，并且今后很長時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。目前限制晶 體硅太陽電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙仍然是其較高的成本，所以不斷提高硅太陽電池的轉(zhuǎn) 換效率并降低成本一直是工業(yè)界和研究界不斷努力的目標(biāo)。晶體硅太陽電池絕大多數(shù)是基于摻硼的ρ型襯底制備的，然而摻硼電池存在一個(gè) 比較突出的問題效率光致衰減現(xiàn)象。早在1973年，F(xiàn)ischer等就發(fā)現(xiàn)直拉單晶硅太陽電池 在太陽光照射下會(huì)出現(xiàn)效率衰減現(xiàn)象(H. Fischer and W. Pschunder,Proceedings of the IOth IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference,Palo Alto, CA,IEEE, New York,1973, p. 404.)。直到1997年，J. schmidt才提出該衰減與硅中的替位硼、間隙氧形成的復(fù)合體有 關(guān)(J.Schmidt, A. G. Aberle and R. Hezel, Proceedings of the 26th IEEEPhotovoltaic Specialists Conference, Anaheim, CA, IEEE, New York,1997,13.)。隨后，J. schmidt 等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合體缺陷濃度與硼的濃度成正比，與氧的濃度基本成二次方比例 (J. Schmidt and K. Bothe, Phys.Rev. B69,024107(2004).)。由于硼在硅中易于摻雜，并且硼的分凝系數(shù)接近于1，摻硼之后的晶體電阻率分布 均勻。此外，在晶體生長過程中由于石英坩堝的使用，不可避免的會(huì)在晶體中引入氧雜質(zhì)。 通常直拉單晶硅中氧的含量很高(可達(dá)IO18CnT3左右)，所以光衰減問題顯得尤為突出。光 照后，直拉單晶硅太陽電池的效率衰減絕對值一般在左右。鑄造多晶硅中氧的含量比直拉單晶硅低，所以多晶硅太陽電池效率的衰減比直拉 單晶硅小一些。目前工業(yè)制造直拉單晶硅太陽電池效率為17-18%，鑄造多晶硅太陽電池效 率為15-16%。實(shí)驗(yàn)室中，單晶硅太陽電池最高效率為24. 7%，多晶硅太陽電池最高效率為 20.3%。因此，產(chǎn)業(yè)上電池效率還有一定的提升空間。隨著硅太陽電池向更高效率發(fā)展，光 衰減問題的解決就顯得非常重要。光衰減問題可通過減少(或替代)硼或降低氧濃度的方法來解決。主要有以下幾 種途徑以鎵或其它IIIA元素代替硼做摻雜劑，因?yàn)殒壴诠柚械姆帜禂?shù)為0. 008，硼的分 凝系數(shù)為0. 8，所以摻鎵晶體硅頭尾鎵濃度變化很大，電阻率很不均勻。晶體的尾部及坩堝 料中鎵濃度很高，形成重?fù)?，難以再利用。生產(chǎn)電池時(shí)也要針對晶體不同電阻率部分進(jìn)行分 選。而以磷等N型摻雜劑代替硼生長N型晶體硅，電池制備時(shí)要通過擴(kuò)散硼形成pn結(jié)，這 與目前常規(guī)的電池結(jié)構(gòu)和工藝不兼容。此外，采用磁控直拉單晶硅，雖然可以顯著降低氧的 濃度，但是會(huì)造成成本明顯增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池及其制備方法，制得的摻錫 晶體硅太陽電池在光照下的效率衰減有效減少，從而提高電池的工作效率。一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟(1)在多晶硅原料中摻入錫和硼，錫的濃度為IO16 1021cm_3，硼的濃度為IO15 IO17CnT3，然后在保護(hù)氣氛下，生長摻錫的晶體硅；(2)將步驟(1)生長得到的摻錫的晶體硅切片后，進(jìn)行太陽電池的制備，包括對 切片后得到的硅片進(jìn)行清洗和制絨；制絨后進(jìn)行磷擴(kuò)散；進(jìn)行刻蝕及減反射膜的沉積；最 后制備電極并燒結(jié)，得到摻錫晶體硅太陽電池。步驟(1)中，所述的保護(hù)氣氛為惰性氣體或氮?dú)?，?yōu)選氬氣或氮?dú)?。步驟(1)中，所述的生長摻錫的晶體硅的過程可以在單晶爐內(nèi)進(jìn)行，也可以在多 晶爐內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)步驟(1)中所述的生長摻錫的晶體硅在單晶爐內(nèi)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，在石英 坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和錫，爐溫升至1400 1500°C，多晶硅和錫、硼熔融，按常 規(guī)直拉單晶硅生長工藝調(diào)整生長參數(shù)，得到摻錫的直拉單晶硅，晶體中錫的濃度為IO16 102°cnT3，硼的濃度為IO15 1017cnT3。所述的保護(hù)氣氛為惰性氣體或氮?dú)?，?yōu)選氬氣或氮?dú)?。?dāng)步驟(1)中所述的生長摻錫的晶體硅在多晶爐內(nèi)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，在石英坩 堝中放入多晶硅，并摻入硼和錫，爐溫升至1400 1500°C，多晶硅和錫、硼熔融，按常規(guī)多 晶硅生長工藝調(diào)整生長參數(shù)，生長得到摻錫的多晶硅，晶體中錫的濃度為IO16 102°cm_3，硼 的濃度為IO15 1017Cm_3。所述的保護(hù)氣氛為惰性氣體或氮?dú)?，?yōu)選氬氣或氮?dú)?。?dāng)步驟(1)得到摻錫單晶硅時(shí)，經(jīng)過步驟(2)的工藝，最終得到摻錫單晶硅太陽電 池。當(dāng)步驟⑴得到摻錫多晶硅時(shí)，經(jīng)過步驟(2)的工藝，最終得到摻錫多晶硅太陽電 池。本發(fā)明中，所述的錫為高純錫，其純度為99. 999 %以上，以避免雜質(zhì)的引入。采用所述的制備方法制得的摻錫晶體硅太陽電池，由于微量摻雜的錫與硅是同族 元素，因此錫對硅材料的電學(xué)性能基本不會(huì)影響；同時(shí)，利用錫的原子尺寸較大，增加氧擴(kuò) 散的勢壘及與硼結(jié)合形成復(fù)合體，抑制硼氧復(fù)合體的形成，從而降低晶體硅太陽電池的光 衰減。本發(fā)明方法簡單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了晶體生長工藝與常規(guī)太陽電池制備工藝的兼 容，制備出有效抑制光衰減的摻錫晶體硅(單晶硅、多晶硅)太陽電池。


圖1為實(shí)施例3中得到的摻錫直拉單晶硅太陽電池與普通直拉單晶硅太陽電池的 效率衰減比較；圖2為實(shí)施例4中得到的摻錫直拉單晶硅太陽電池與普通直拉單晶硅太陽電池的 效率衰減比較。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)在270Kg多晶硅原料中摻入11. 4g錫和5. 3X 10_2g硼，錫的濃度為 5X IO17CnT3，硼的濃度為2. 5X IO1W,(即每cm3多晶硅原料中錫的原子數(shù)為5X1017個(gè)， 每cm3多晶硅原料中硼的原子數(shù)為2. 5X IO16個(gè))然后在多晶鑄錠爐中，氬氣保護(hù)氣氛下， 壓力為700torr，爐溫升至1450°C，錫、硼熔入多晶硅溶液中，生長摻錫的鑄造多晶硅。(1')采用相同的多晶硅原料和硼摻雜量，在同一多晶鑄錠爐中，相同的生長參 數(shù)，生長不摻錫的普通鑄造多晶硅作為對照。(2)將步驟(1)得到的摻錫的鑄造多晶硅和步驟(1')得到的普通鑄造多晶硅晶 錠開方后，利用線切割切成220微米硅片，清洗后，摻錫的鑄造多晶硅硅片與普通鑄造多晶 硅硅片分開包裝。(3)分別采用步驟(2)得到摻錫的鑄造多晶硅硅片、普通鑄造多晶硅硅片制備太 陽電池，包括對硅片進(jìn)行清洗和酸制絨；在850°C下磷擴(kuò)散30min ；刻蝕及SiNx的沉積；絲 網(wǎng)印刷電極，最后在775°C下燒結(jié)，時(shí)間是6min。分別得到摻錫的鑄造多晶硅太陽電池片和 普通鑄造多晶硅太陽電池片。電池制備完成后，按照效率測試自動(dòng)分檔。將上述得到的摻錫的鑄造多晶硅電池 片與普通鑄造多晶硅電池片按照效率分檔15. 2-15. 4%,15. 4-15. 6%，每個(gè)效率分檔中摻 錫的鑄造多晶硅電池片與普通鑄造多晶硅電池片各取15片，測試光照前的效率。隨后在1 個(gè)太陽光光強(qiáng)下，照射24小時(shí)，再測試衰減后的電池效率。表1為光照前后摻錫的鑄造多晶硅電池片與普通鑄造多晶硅電池片效率衰減值。表 1
效率檔普通多晶硅電池?fù)藉a多晶硅電池15. 4-15. 6%0. 62%0. 44%15. 2-15. 4%0. 48%0. 36%平均0. 55%0. 40%從表1可以看出，每個(gè)效率檔摻錫多晶硅電池片比普通鑄造多晶硅電池片的效率 衰減明顯要小，摻錫多晶硅電池片效率衰減平均為0. 40%，普通多晶硅電池片效率衰減為 0. 55%。實(shí)施例2(1)在450Kg多晶硅原料中摻入3. 8Kg錫和2. 0X 10_2g硼，錫的濃度為1 X 102°cnT3， 硼的濃度為6X1015cm_3，然后在多晶鑄錠爐中，氬氣保護(hù)氣氛下，壓力為550torr，爐溫升至 1480°C，錫、硼熔入多晶硅溶液中，生長摻錫的鑄造多晶硅。(1')采用相同的多晶硅原料和硼摻雜量，在同一多晶鑄錠爐中，相同的生長參 數(shù)，生長不摻錫的普通鑄造多晶硅作為對照。(2)將步驟(1)得到的摻錫的鑄造多晶硅和步驟(1')得到的普通鑄造多晶硅晶錠開方后，利用線切割切成180微米硅片，清洗后，摻錫的鑄造多晶硅硅片與普通鑄造多晶 硅硅片分開包裝。(3)分別采用步驟(2)得到摻錫的鑄造多晶硅硅片、普通鑄造多晶硅硅片制備太 陽電池，包括對硅片進(jìn)行清洗和酸制絨；在880°C下磷擴(kuò)散25min ；刻蝕及SiNx的沉積；絲 網(wǎng)印刷電極，最后在820°C下燒結(jié)，時(shí)間是3min。分別得到摻錫的鑄造多晶硅太陽電池片和 普通鑄造多晶硅太陽電池片。電池制備完成后，按照效率測試自動(dòng)分檔。將上述得到的摻錫的鑄造多晶硅電池 片與普通鑄造多晶硅電池片按照效率分檔15. 4-15. 6%, 15. 6-15. 8%，每個(gè)效率分檔中摻 錫的鑄造多晶硅電池片與普通鑄造多晶硅電池片各取20片，測試光照前的效率。隨后在1 個(gè)太陽光光強(qiáng)下，照射24小時(shí)，再測試衰減后的電池效率。表2為光照前后摻錫的鑄造多晶硅電池片與普通鑄造多晶硅電池片效率衰減值。表 權(quán)利要求
1.一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在多晶硅原料中摻入錫和硼，錫的濃度為IO16 1021cm_3，硼的濃度為IO15 IO17CnT3，然后在保護(hù)氣氛下，生長摻錫的晶體硅；(2)將步驟(1)生長得到的摻錫的晶體硅切片后，進(jìn)行太陽電池的制備，包括對切片 后得到的硅片進(jìn)行清洗和制絨；制絨后進(jìn)行磷擴(kuò)散；進(jìn)行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制 備電極并燒結(jié)，得到摻錫晶體硅太陽電池。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的保護(hù)氣氛為氬氣或 氮?dú)狻?br> 3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的生長摻錫的晶體 硅在單晶爐內(nèi)進(jìn)行，在石英坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和錫，爐溫升至1400 1500°C， 多晶硅和錫、硼熔融，在保護(hù)氣氛下生長得到摻錫的直拉單晶硅，晶體中錫的濃度為IO16 102°cm_3，硼的濃度為 IO15 IO17cnT3。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的生長摻錫的晶體硅 在多晶爐內(nèi)進(jìn)行，在石英坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和錫，爐溫升至1400-1500°C，多晶硅 和錫、硼熔融，在保護(hù)氣氛下生長得到摻錫的多晶硅，晶體中錫的濃度為IO16 IO2tlCnT3，硼 的濃度為IO15 IO17CnT3。
5.如權(quán)利要求1 4任一所述的制備方法制得的抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池及其制備方法。其制備方法包括在多晶硅原料中摻入錫和硼，錫的濃度為1016～1021cm-3，硼的濃度為1015～1017cm-3，然后在保護(hù)氣氛下，生長摻錫的晶體硅；將摻錫的晶體硅切片后，進(jìn)行太陽電池的制備，包括對切片后得到的硅片進(jìn)行清洗和制絨；制絨后進(jìn)行磷擴(kuò)散；進(jìn)行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制備電極并燒結(jié)，得到摻錫晶體硅太陽電池。本發(fā)明方法簡單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)太陽電池制備與常規(guī)工藝的兼容，制備出有效抑制光衰減的摻錫晶體硅太陽電池。
文檔編號H01L31/0288GK102005505SQ20101050994
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者余學(xué)功, 楊德仁, 王朋, 馬向陽 申請人:浙江大學(xué)