一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)和光伏領(lǐng)域，特指一種新型金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)電池。從頂層至底層依次為：Ag網(wǎng)格柵線、減反射層、金屬薄膜、Ga2O3絕緣層、p型硅片、Al背面場(chǎng)；對(duì)于MIS太陽(yáng)電池，少子直接隨道電流較大，用Ga2O3薄膜作為絕緣層即可抑制多子電流，較好改善光伏特性，以金屬薄膜費(fèi)米為能級(jí)零點(diǎn)，以金屬薄膜半導(dǎo)體的電流方向?yàn)檎?，金屬薄膜與絕緣層界面使勢(shì)壘高度可隨金屬功函數(shù)變化，進(jìn)而提高勢(shì)壘高度增加電荷聚集量，提高電池效率。
【專利說(shuō)明】-種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)和光伏領(lǐng)域，特指一種新型金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng) 電池，特指一種MIS太陽(yáng)電池。

【背景技術(shù)】
[0002] MIS太陽(yáng)電池由金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)成，利用金屬-半導(dǎo)體結(jié)的肖特基勢(shì)壘產(chǎn)生內(nèi)場(chǎng) 來(lái)分離光生載流子。和P-N結(jié)太陽(yáng)電池相比，MIS太陽(yáng)電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：一，制結(jié)快速、簡(jiǎn) 單，不需高溫且材料消耗少；二，在電池作用區(qū)，避免了因高溫?cái)U(kuò)散引起的晶格損傷和少子 壽命退化以及體內(nèi)載流子復(fù)合過(guò)大等問(wèn)題；三，延長(zhǎng)到硅表面的電場(chǎng)，有助于收集短波光生 少子，避免了 P-N結(jié)太陽(yáng)電池表面出現(xiàn)的"死層"；四，結(jié)構(gòu)靈活，可適用于單晶、多晶和非晶 態(tài)材料電池，且金屬、絕緣體、半導(dǎo)體選擇余地大，可進(jìn)行多種組合以滿足不同的需要；但目 前MIS太陽(yáng)電池應(yīng)用亦存在一些問(wèn)題，例如：理論效率低、絕緣層制作困難以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性 差等，本發(fā)明擬采用最新半導(dǎo)體技術(shù)工藝，通過(guò)精確控制太陽(yáng)電池材料生長(zhǎng)來(lái)控制肖特基 勢(shì)壘高度，制備界面態(tài)適宜的MIS太陽(yáng)電池。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種MIS太陽(yáng)電池及制備方法，利用最新半導(dǎo)體工藝在低溫 下制備的MIS太陽(yáng)電池在P型硅襯底上采用Ga 203做絕緣層，金屬薄膜做金屬層；絕緣層制 作容易的優(yōu)點(diǎn)；該電池的理論轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到15%。
[0004] MIS太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從頂層至底層依次為：Ag網(wǎng)格柵線、減反射層、金 屬薄膜、Ga203絕緣層、p型硅片、A1背面場(chǎng)；對(duì)于MIS太陽(yáng)電池，少子直接隨道電流較大，用 Ga203薄膜作為絕緣層即可抑制多子電流，較好改善光伏特性，其原理如圖2所示，以金屬薄 膜費(fèi)米為能級(jí)零點(diǎn)，以金屬薄膜半導(dǎo)體的電流方向?yàn)檎?，金屬薄膜與絕緣層界面使勢(shì)壘 高度可隨金屬功函數(shù)變化，進(jìn)而提高勢(shì)壘高度增加電荷聚集量，提高電池效率。
[0005] -種金屬層-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述絕緣體層為Ga20 3 絕緣層。
[0006] 所述Ga203絕緣層的厚度為l-20nm。
[0007] 所述金屬層米用金屬薄膜，為常規(guī)技術(shù)選擇，厚度為5-15 nm。
[0008] 所述半導(dǎo)體米用p型娃片，為常規(guī)技術(shù)選擇，厚度為200 μ m-650 μ m。
[0009] 進(jìn)一步地，在金屬薄膜上設(shè)有減反射層，減反射層為Ga203，厚度為60-150 nm。
[0010] 進(jìn)一步地，在p型硅片背面設(shè)有A1背面場(chǎng)，厚度為100-500 nm。
[0011] 進(jìn)一步地，在減反射層內(nèi)設(shè)有Ag網(wǎng)格柵線。
[0012] 進(jìn)一步地，Ga203絕緣層薄膜和Ga20 3減反射層薄膜采用ALD或等離子體化學(xué)氣相 沉積技術(shù)制備；其中，采用ALD技術(shù)制備Ga20 3時(shí)，以三甲基鎵等為鎵源，以水為氧源，控制生 長(zhǎng)溫度為l〇(T2〇(TC，脈沖循環(huán)為f 1000 ;其中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)，以三甲 基鎵等為鎵源，以氮?dú)鈹y帶去離子水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為10(Γ300?，壓強(qiáng)為5~10Pa， 射頻功率為100W。
[0013] 本發(fā)明解決其關(guān)鍵問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在P型硅片上提供一種MIS太陽(yáng)電池 的制備方法，其具體加工工藝步驟如下： 1、P型硅襯底的表面隨機(jī)制絨。
[0014] 2、制備Ga203絕緣層薄|旲，厚度為l_20nm。
[0015] 3、采用磁控濺射技術(shù)或蒸發(fā)技術(shù)制備金屬薄膜，厚度為5-20 nm。
[0016] 4、制備Ga203減反射層薄膜，厚度為60-150 nm。
[0017] 5、制備金屬錯(cuò)背面場(chǎng)，厚度為100-500 nm。
[0018] 6、印刷Ag前網(wǎng)格，燒結(jié)制成電極。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：設(shè)計(jì)了新型材料體系MIS太陽(yáng)電池，該太陽(yáng)電池在低溫工藝 條件下，制備工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明MIS太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖 1，Ag網(wǎng)格柵線；2,減反層；3,金屬薄膜；4, Ga203絕緣層；5, p型娃片；6, A1背面場(chǎng) 圖2是本發(fā)明MIS太陽(yáng)電池能帶圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)例一 1、P型多晶硅襯底的清洗及表面制絨 1. 1、將硅片加入到體積比為1:2:5的氨水、雙氧水和去離子水的混合溶液煮沸5~10分 鐘； 1. 2、分別依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗15分鐘； 1. 3、將P型多晶硅片放在體積比為4:1:1的HF、HN03和去離子水混合溶液中進(jìn)行隨機(jī) 制絨，完成后反復(fù)用去離子水沖洗表面，然后用氮?dú)鈽尨蹈桑黄渲兴捎肏F的質(zhì)量比濃度 為10%的、ΗΝ03的質(zhì)量比濃度為10%。
[0022] 2、利用ALD以三甲基鎵等為鎵源，以水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為200°C，脈沖循環(huán) 為10， 制備Ga203絕緣層薄膜，厚度為12 nm。
[0023] 3、利用磁控濺射技術(shù)，以鋁為靶材，在室溫下，設(shè)置反應(yīng)壓強(qiáng)為IPa、射頻功率為 100W 制 備金屬鋁薄膜，時(shí)間為0. 1分鐘，厚度為5 nm。
[0024] 4、結(jié)合掩膜技術(shù)，將需要印刷Ag網(wǎng)格柵線部位遮擋，利用ALD以三甲基鎵等為鎵 源，以水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為200°C，脈沖循環(huán)為100,制備Ga 203薄膜作為減反層，厚度 為 120nm。。
[0025] 5、利用磁控濺射技術(shù)，以鋁為靶材，在室溫下，設(shè)置反應(yīng)壓強(qiáng)為IPa、射頻功率為 100W制備金屬鋁薄膜作為電池背面場(chǎng)，時(shí)間為20分鐘，厚度為200 nm。
[0026] 6、Ag網(wǎng)格柵線印刷：用絲網(wǎng)印刷機(jī)印刷銀漿，在溫度為550°C下燒結(jié)10分鐘，制成 電極。
[0027] 實(shí)例二： 1、P型多晶硅襯底的清洗及表面制絨 1. 1、將硅片加入到體積比為1:2:5的氨水、雙氧水和去離子水的混合溶液煮沸5~10分 鐘； 1. 2、分別依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗15分鐘； 1. 3、將P型單晶硅片放在濃度為10%的氫氧化鈉的異丙醇或乙醇的混合溶液中，或濃 度為10%的氫氧化鉀的異丙醇或乙醇的混合溶液中；進(jìn)行隨機(jī)制絨，完成后反復(fù)用去離子 水沖洗表面，然后用氮?dú)鈽尨蹈伞?br> [0028] 2、利用等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)以三甲基鎵等為鎵源，以氮?dú)鈹y帶去離子水為氧 源，控制生長(zhǎng)溫度為200°C，壓強(qiáng)為5Pa，射頻功率為100W，制備Ga 203絕緣層薄膜，厚度為20 nm〇
[0029] 3、利用磁控濺射技術(shù)，以鋁為靶材，在室溫下，設(shè)置反應(yīng)壓強(qiáng)為IPa、射頻功率為 100W制備金屬鋁薄膜，時(shí)間為0. 2分鐘，厚度為10 nm。
[0030] 4、結(jié)合掩膜技術(shù)，利用等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)以三甲基鎵等為鎵源，以氮?dú)鈹y 帶去離子 水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為200°C，壓強(qiáng)為5Pa，射頻功率為100W，制備Ga203絕緣層薄 膜，厚度為150 nm。
[0031] 5、利用磁控濺射技術(shù)，以鋁為靶材，在室溫下，設(shè)置反應(yīng)壓強(qiáng)為IPa、射頻功率為 100W 制 備金屬鋁薄膜作為電池背面場(chǎng)，時(shí)間為30分鐘，厚度為300 nm。
[0032] 6、Ag網(wǎng)格柵線印刷：用絲網(wǎng)印刷機(jī)印刷銀漿，在溫度為550°C下燒結(jié)10分鐘，制成 電極。
【權(quán)利要求】
1. 一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述絕緣體層為Ga20 3絕緣 層。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述太 陽(yáng)能電池從頂層至底層依次為：Ag網(wǎng)格柵線、減反射層、金屬薄膜、Ga 203絕緣層、p型硅片、 A1背面場(chǎng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述 Ga203絕緣層的厚度為l-20nm。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述 金屬層米用金屬薄膜，厚度為5-15 nm。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述p 型硅片厚度為200 μ m-650 μ m。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：在金 屬薄膜上設(shè)有減反射層，減反射層為Ga20 3，厚度為60-150 nm。
7. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：在p型 硅片背面設(shè)有A1背面場(chǎng)，A1背面場(chǎng)厚度為100-500 nm。
8. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：在減 反射層內(nèi)設(shè)有Ag網(wǎng)格柵線。
9. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬-絕緣體層-半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，其特征在于：Ga203 絕緣層薄膜和Ga203減反射層薄膜采用ALD或等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備；其中，采用 ALD技術(shù)制備Ga203時(shí)，以三甲基鎵等為鎵源，以水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為10(Γ200?，脈沖 循環(huán)為Γ1000 ;其中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)，以三甲基鎵等為鎵源，以氮?dú)鈹y帶 去離子水為氧源，控制生長(zhǎng)溫度為10(r300°C，壓強(qiáng)為5~10Pa，射頻功率為100W。
【文檔編號(hào)】H01L31/0216GK104064606SQ201410313634
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】郭立強(qiáng), 丁建寧, 凌智勇, 程廣貴, 張忠強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)