專利名稱：晶體硅太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池，尤其涉及一種晶體硅太陽能電池。
背景技術(shù)：
太陽能是取之不盡、用之不竭的綠色可再生能源。太陽能發(fā)電是世界各國重點(diǎn)扶持的新能源產(chǎn)業(yè)，近幾年來世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)均以30%的速度高速增長。2010年全球太陽能電池產(chǎn)能達(dá)到12GW，其中晶體硅太陽能電池超過9GW，占整個市場的四分之三以上。目前晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率平均為17%左右，光伏發(fā)電成本為1. 3 2. 0元/度，相對于民用電價格，其成本依然過高，難以并網(wǎng)發(fā)電。進(jìn)一步降低太陽能電池發(fā)電成本，最有效的方法莫過于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。據(jù)計算，電池效率每提高1%，等效于發(fā)電成本降低 7%。與理論極限效率相比，目前的晶體硅太陽能電池效率還有很大的提升空間。現(xiàn)有的晶體硅太陽能電池結(jié)構(gòu)和工藝流程相對簡單。電池正面的基本結(jié)構(gòu)為在 η型Si擴(kuò)散層上用PECVD方法沉積SiNx薄膜為減反射層，并對Si起鈍化作用；再用絲網(wǎng)印刷法形成Ag柵網(wǎng)電極，為電池前電極。太陽能電池對前電極有兩方面的要求其一，不能遮擋入射光以保證大部分入射光進(jìn)入ρ-η結(jié)，目前柵網(wǎng)前電極的覆蓋表面積約6 10%，使太陽能電池的有效面積減小，從而轉(zhuǎn)換效率降低，如果進(jìn)一步提高入射光的利用率，則需要減小柵網(wǎng)前電極的尺寸和密度；其二，要對光生載流子有充分的收集，使用柵網(wǎng)前電極的結(jié)果是，光生載流子必須在Ρ-η結(jié)表層作橫向運(yùn)動，這帶來了額外的串聯(lián)電阻，增加了電子-空穴復(fù)合率，使短路電流和填充因子下降，如果進(jìn)一步提高載流子的收集效率，則需要增加?xùn)啪W(wǎng)前電極的尺寸和密度。這是兩個互相矛盾的要求，極大制約了晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高。電池背面的工藝十分簡單，直接將鋁漿印刷在整個背面，燒結(jié)后形成電池背電極。 由于電池背面的硅片表面沒有鈍化，有大量缺陷態(tài)存在，因此電子-空穴對復(fù)合率很高， 降低了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，成為影響電池性能的重要瓶頸之一。背面鈍化層對于增加電池效率、提升電池性能有著非常重要的作用。傳統(tǒng)上熱氧化S^2可對硅表面進(jìn)行鈍化，但熱氧化SiO2難以進(jìn)行單面生長，會對電池正面產(chǎn)生影響，降低器件性能。SiNj^膜可以用于對硅的鈍化，但是將這種薄膜應(yīng)用到背面鈍化時，由于存在“寄生效應(yīng)”(Parasitic Effect), 會降低太陽能電池的性能。也有人研究用Al2O3薄膜進(jìn)行背面鈍化，但依然存在“寄生效應(yīng)”。而且，Si02、SiNx、Al203都是絕緣材料，不能導(dǎo)電，從而會增加電池的串聯(lián)電阻，限制了其鈍化作用。因而，電池背面鈍化層技術(shù)至今依然是一個懸而未決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為增加電池的光電轉(zhuǎn)換效率，提升電池性能而提供一種新型晶體硅太陽能電池。本發(fā)明的晶體硅太陽能電池依次包括Al電極、背面SiO基薄膜層、ρ型Si基體層、 η型Si擴(kuò)散層、正面ZnO基薄膜層和Ag主電極粗線。
本發(fā)明中，所述的正面ZnO基薄膜層和背面ZnO基薄膜層為ZnO、ZnMgO, ZnCdO、 ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜。上述的ZnO、ZnMgO, ZnCdO、ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜可以 H 摻雜或 H 與 B、Al、Ga、In、 Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、W、F、Cl、I、Ce、Dy 和 Er 中的一種或幾種元素共同摻雜所形成的透明導(dǎo)電薄膜。本發(fā)明中，所述的正面ZnO基薄膜層電阻率為10_3 10_5 Ω cm，可見光透射率大于85%，厚度為30 150納米。所述的背面ZnO基薄膜層電阻率為10 _1 10 —5 Ω cm，厚度為10 5000納米。本發(fā)明中，所述的Al電極為線狀電極或點(diǎn)狀電極。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果為
1)在η型Si擴(kuò)散層上直接沉積正面ZnO基薄膜層，為透明導(dǎo)電薄膜，可同時作為電池前電極、減反射層和鈍化層。其一，正面ZnO基薄膜層作為電池前電極，替代現(xiàn)有的金屬柵網(wǎng)電極，從而使整個電池的正面均成為有效受光面積，達(dá)到入射光利用率最大化，同時光生載流子無須再在ρ-η結(jié)表層作橫向運(yùn)動，大大提高其收集效率，這一方案完全解決了上述柵網(wǎng)金屬前電極的缺點(diǎn)，可大幅增加電池轉(zhuǎn)換效率；其二，正面ZnO基薄膜層作為減反射膜，并具有顯著的硅表面鈍化和體鈍化作用，從而可作為減反射層和鈍化層，完全替代SiNx 薄膜，其減反射性能和鈍化性能均優(yōu)于SiNx薄膜，可提高電池的短路電流和開路電壓，提升電池性能；其三，采用正面ZnO基薄膜層替代目前制備流程中減反射膜SiNx與正面電極兩步工藝，可以達(dá)到減反射膜和前電極的一體化，顯著降低產(chǎn)品成本。2)在ρ型Si基體層上直接沉積背面ZnO基薄膜層，可作為鈍化層。其一，ZnO基薄膜用于背面鈍化層，能夠有效消除電池背面的硅表面態(tài)和體缺陷態(tài)，鈍化效果好，工藝簡單，可以大幅度降低電子_空穴復(fù)合率，增加電池轉(zhuǎn)換效率；其二，由于ZnO基薄膜背面鈍化層的引入，電池背面硅表面具有清晰的界面，可以提高光的內(nèi)部反射率，形成二次吸收， 進(jìn)一步增加電池的光電轉(zhuǎn)換效率；其三，ZnO基薄膜層具有高的電導(dǎo)率，導(dǎo)電性能好，不會增加電池的串聯(lián)電阻，有利于提升電池性能。3)正面ZnO基薄膜層和背面ZnO基薄膜層可以為相同的薄膜，可采用同一種薄膜沉積方法雙面同時鍍制而成，技術(shù)成熟，工藝簡單，成本低，良品率高。4)采用該新型晶體硅太陽能電池所需要的生產(chǎn)流水線，可無需使用PECVD和絲網(wǎng)印刷技術(shù)，與現(xiàn)有工藝相比，可顯著降低生產(chǎn)成本。5)與現(xiàn)有晶體硅太陽能電池相比，該晶體硅太陽能電池工藝簡單，光電轉(zhuǎn)換效率顯著增加，電池性能和穩(wěn)定性高，使用壽命長。


圖1是本發(fā)明晶體硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的晶體硅太陽能電池依次包括Al電極1、背面ZnO基薄膜層 2、 ρ型Si基體層3、η型Si擴(kuò)散層4、正面ZnO基薄膜層5和Ag主電極粗線6。所述的正面ZnO基薄膜層5和背面ZnO基薄膜層2包括ZnO、ZnMgO、ZnCdO、ZnBeO或 ZnCaO 薄膜，為 H 摻雜或 H 與 B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、W、F、 Cl、I、Ce、Dy或Er中的一種或幾種元素共同摻雜所形成的透明導(dǎo)電薄膜。所述的正面ZnO基薄膜層5電阻率為10_3 10_5 Ω cm，可見光透射率大于85%，厚度為30 150納米。所述的背面ZnO基薄膜層2電阻率為10 — 1 10_5 Ω cm，厚度為10 5000納米。所述的Al電極1為線狀電極或點(diǎn)狀電極。實施例1
在ρ型Si基體層3制絨后，通過擴(kuò)散方法在其上形成η型Si擴(kuò)散層4 ；利用磁控濺射方法，在η型Si擴(kuò)散層4上沉積H與Nb共同摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，為正面ZnO基薄膜層5，在ρ型Si基體層3上沉積H與( 共同摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，為背面ZnO基薄膜層2 ；利用蒸發(fā)方法分別真空蒸鍍Ag主電極粗線6和Al電極1，Ag主電極粗線6沉積時采用掩膜版技術(shù)，Al電極1沉積前先將背面ZnO基薄膜層2刻蝕開孔，Al電極1形成為點(diǎn)狀電極。所生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率為If 21%。實施例2
在ρ型Si基體層3制絨后，通過擴(kuò)散方法在其上形成η型Si擴(kuò)散層4 ；利用CVD方法， 在η型Si擴(kuò)散層4和ρ型Si基體層3上，雙面同時沉積H與Al共同摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜，形成正面ZnO基薄膜層5和背面ZnO基薄膜層2，背面ZnO基薄膜層2沉積時采用掩膜版技術(shù)；然后再用蒸發(fā)方法分別真空蒸鍍Ag主電極粗線6和Al電極1，Ag主電極粗線6 沉積時采用掩膜版技術(shù)，Al電極1形成線狀電極。所生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率為18 22%。實施例3
在ρ型Si基體層3制絨后，通過擴(kuò)散方法在其上形成η型Si擴(kuò)散層4 ；利用磁控濺射方法，在η型Si擴(kuò)散層4和ρ型Si基體層3上，雙面同時沉積H與( 共同摻雜的ZnMgO 透明導(dǎo)電薄膜，形成正面ZnO基薄膜層5和背面ZnO基薄膜層2，背面ZnO基薄膜層2沉積時采用掩膜版技術(shù)；然后再用蒸發(fā)方法分別真空蒸鍍Ag主電極粗線6和Al電極1，^Vg主電極粗線6沉積時采用掩膜版技術(shù)，Al電極1形成線狀電極。所生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池其光電轉(zhuǎn)換效率為If 23%。
權(quán)利要求
1.晶體硅太陽能電池，其特征在于依次包括Al電極(1)、背面ZnO基薄膜層O)、P型 Si基體層(3)、η型Si擴(kuò)散層(4)、正面ZnO基薄膜層(5)和Ag主電極粗線(6)。
2.按權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的正面ZnO基薄膜層(5) 和背面SiO基薄膜層(2)為aiO、ZnMgO, ZnCdO, ZnBeO或SiCaO薄膜。
3.按權(quán)利要求2所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的&ι0、ZnMgO,ZnCdO, ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜為 H 摻雜或為 H 與 B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、 Mo、W、F、Cl、I、Ce、Dy和Er中的一種或幾種元素共同摻雜所形成的透明導(dǎo)電薄膜。
4.按權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的正面ZnO基薄膜層(5) 電阻率為10 10 —5 Ω cm，可見光透射率大于85%，厚度為30 150納米。
5.按權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的背面ZnO基薄膜層(2) 電阻率為KT1 1(Γ5Ωαιι，厚度為10 5000納米。
6.按權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的Al電極(1)為線狀電極或點(diǎn)狀電極。
全文摘要
本發(fā)明公開的晶體硅太陽能電池依次包括Al電極、背面ZnO基薄膜層、p型Si基體層、n型Si擴(kuò)散層、正面ZnO基薄膜層和Ag主電極粗線。本發(fā)明的晶體硅太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性高、工藝簡單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以提高晶體硅太陽能電池的性能和壽命。
文檔編號H01L31/0216GK102157572SQ20111005602
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 呂建國, 黃繼杰 申請人:浙江大學(xué)