專利名稱：一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池及其制備的制作方法
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鍺晶體硅太陽電 池及其制備。
背景技術(shù)：
太陽能取之不盡，是一種重要的可再生潔凈能源。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，具有非常誘人的前景。90年代以來，光伏產(chǎn)業(yè)每年以30-40 %的速 度快速增長。其中晶體硅太陽電池占了 80-90%的市場份額，并且今后很長時間內(nèi)仍將占據(jù) 主導(dǎo)地位。目前晶體硅太陽電池的成本仍然較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，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)。早在1973年，F(xiàn)ischer等發(fā)現(xiàn)直拉單晶硅太陽電池在太陽光照射下會出現(xiàn)效率 衰減現(xiàn)象(H. Fischer and W. Pschunder, Proceedings of the IOthIEEE Photovoltaic Specialists Conference, Palo Alto, CA, IEEE, New York, 1973, p. 404.)。直至Ij 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 IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Anaheim, CA, IEEE, New York, 1997，13.)。隨后，J. schmidt 等進一步研究發(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. B 69，024107 (2004) ·)。晶體硅太陽電池絕大多數(shù)是基于摻硼的ρ型襯底制備，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-3%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%。實驗室中，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，因為鎵在硅中的分凝系數(shù)為0. 008，硼的分 凝系數(shù)為0. 8，所以摻鎵晶體硅電阻率頭尾變化很大。晶體的尾部及坩堝料中鎵濃度很高， 形成重摻，難以利用。生產(chǎn)電池時也要針對晶體不同電阻率部分進行分選。以磷等N型摻 雜劑代替硼，生長N型晶體硅。電池制備時要通過擴散硼形成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鍺晶體硅太陽電池及其制備，制得的摻鍺晶體 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鍺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鍺和硼，鍺的濃度為IO18 1021cm_3，硼的濃度為IO15 1017cm_3，然后在保護氣氛下，生長摻鍺的晶體硅；(2)將步驟(1)生長得到的晶體硅切片后，進行太陽電池的制備，包括對切片后 得到的硅片進行清洗和制絨；制絨后進行磷擴散；進行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制備 電極并燒結(jié)，得到摻鍺晶體硅太陽電池。步驟(1)中，所述的保護氣氛為惰性氣體或氮氣，優(yōu)選氬氣或氮氣。步驟(1)中，所述的生長摻鍺的晶體硅的過程可以在單晶爐內(nèi)進行，也可以在多 晶爐內(nèi)進行。當(dāng)步驟(1)中所述的生長摻鍺的晶體硅在單晶爐內(nèi)在保護氣氛下進行，在石英 坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和鍺，爐溫升至1400 1500°C，多晶硅和鍺、硼熔融，按常 規(guī)直拉單晶硅生長工藝調(diào)整生長參數(shù)，得到摻鍺的直拉單晶硅，晶體中鍺的濃度為IO18 IO21CnT3，硼的濃度為IO15 1017cnT3。所述的保護氣氛為惰性氣體或氮氣，優(yōu)選氬氣或氮氣。當(dāng)步驟(1)中所述的生長摻鍺的晶體硅在多晶爐內(nèi)在保護氣氛下進行，在石英坩 堝中放入多晶硅，并摻入硼和鍺，爐溫升至1400 1500°C，多晶硅和鍺、硼熔融，按常規(guī)多 晶硅生長工藝調(diào)整生長參數(shù)，生長得到摻鍺的多晶硅，晶體中鍺的濃度為IO18 1021cm_3，硼 的濃度為IO15 1017Cm_3。所述的保護氣氛為惰性氣體或氮氣，優(yōu)選氬氣或氮氣。當(dāng)步驟(1)得到摻鍺單晶硅時，經(jīng)過步驟(2)的工藝，最終得到摻鍺單晶硅太陽電 池。當(dāng)步驟(1)得到摻鍺多晶硅時，經(jīng)過步驟(2)的工藝，最終得到摻鍺多晶硅太陽電 池。本發(fā)明中，所述的鍺為高純鍺，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抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池，由于微量摻雜的 鍺與硅是同族元素，因此鍺不會影響硅材料的電學(xué)性能；同時，利用鍺的原子尺寸較大，增 加氧擴散的勢壘，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)明的制備方法簡單，成本低廉，實現(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鍺晶體硅(單晶硅、多晶硅)太陽電池。


圖1為實施例3中得到的普通直拉單晶硅太陽電池(CZ)和摻鍺直拉單晶硅太陽 電池(GCZ)的效率衰減比較；圖2為實施例4中得到的普通直拉單晶硅太陽電池(CZ)和摻鍺直拉單晶硅太陽 電池(GCZ)的效率衰減比較。
具體實施例方式實施例1
(1)在270Kg多晶硅原料中摻入69. 8g鍺和4. 2X 10_2g硼，鍺的濃度為 5X IO18CnT3，硼的濃度為2X IO16Cm-3,(即每cm3多晶硅原料中鍺的原子數(shù)為5X1018個，每 cm3多晶硅原料中硼的原子數(shù)為2X IO16個)然后在多晶鑄錠爐中，氬氣保護氣氛下，壓力為 500torr，爐溫升至1480°C，鍺、硼熔入多晶硅溶液中，生長摻鍺的鑄造多晶硅。(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)，生長不摻鍺的普通鑄造多晶硅作為對照。(2)將步驟(1)得到的摻鍺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200微米硅片，清洗后，摻鍺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)得到摻鍺的鑄造多晶硅硅片、普通鑄造多晶硅硅片制備太 陽電池，包括對硅片進行清洗和酸制絨；在840°C下磷擴散30min ；刻蝕及SiNx的沉積；絲 網(wǎng)印刷電極，最后在800°C下燒結(jié)，時間是5min。分別得到摻鍺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，按照效率測試自動分檔。將上述得到的摻鍺的鑄造多晶硅太陽 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%，每個效率分檔 中摻鍺的鑄造多晶硅電池片與普通鑄造多晶硅電池片各取10片，測試光照前的效率。隨后 在1個太陽光光強下，照射24小時，再測試衰減后的電池效率。表1為光照前后摻鍺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鍺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鍺和硼，鍺的濃度為IO18 1021cm_3，硼的濃度為IO15 1017cm_3，然后在保護氣氛下，生長摻鍺的晶體硅；(2)將步驟(1)生長得到的晶體硅切片后，進行太陽電池的制備，包括對切片后得到 的硅片進行清洗和制絨；制絨后進行磷擴散；進行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制備電極 并燒結(jié)，得到摻鍺晶體硅太陽電池。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的保護氣氛為氬氣或 氮氣。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的生長摻鍺的晶體 硅在單晶爐內(nèi)進行，在石英坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和鍺，爐溫升至1400 1500°C， 多晶硅和鍺、硼熔融，在保護氣氛下生長得到摻鍺的直拉單晶硅，晶體中鍺的濃度為IO18 1021cnT3，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，所述的生長摻鍺的晶體硅 在多晶爐內(nèi)進行，在石英坩堝中放入多晶硅，并摻入硼和鍺，爐溫升至1400 1500°C，多晶 硅和鍺、硼熔融，在保護氣氛下生長得到摻鍺的多晶硅，晶體中鍺的濃度為IO18 1021cm_3， 硼的濃度為IO15 IO1W3t5
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鍺晶體硅太陽電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池及其制備，其制備方法包括在多晶硅原料中摻入鍺和硼，鍺的濃度為1018～1021cm-3，硼的濃度為1015～1017cm-3，然后在保護氣氛下，生長摻鍺的晶體硅；將生長得到的晶體硅切片后，進行太陽電池的制備，包括對切片后得到的硅片進行清洗和制絨；制絨后進行磷擴散；進行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制備電極并燒結(jié)，得到摻鍺晶體硅太陽電池。本發(fā)明方法簡單，成本低廉，實現(xiàn)了整個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鍺晶體硅太陽電池。
文檔編號H01L31/0288GK102005506SQ20101050999
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, 闕端麟 申請人:浙江大學(xué)