專利名稱：一種用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種利 用本征非晶硅鍺層做薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)界面鈍化層的用于太陽電池的薄膜硅/晶 體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池是一種可以采用低成本實現(xiàn)的高效晶體硅太陽 電池。這種太陽電池利用摻雜薄膜硅層在晶體硅襯底上制作pn結(jié)。這層薄膜硅層通常只 有十幾個納米厚，并且可以采用等離子體輔 助化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝在200°C以下淀 積完成，因此，相比于傳統(tǒng)的靠擴散制備Pn結(jié)的太陽電池，薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池 所需能量投入少，工藝也相對簡單，因而制備成本低。但是，薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的性能受到薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)界面的 嚴(yán)重影響。界面態(tài)會構(gòu)成載流子的復(fù)合中心，界面態(tài)密度過高，太陽電池性能下降。為了減 少界面態(tài)，日本 Sanyo 公司開發(fā)了 HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)太 陽電池(美國專利申請20020069911A1)，利用非晶硅層對晶體硅表面進行鈍化，從而改善 了電池性能。然而，由于非晶硅和晶體硅之間存在較大的能帶失配，在非晶硅/晶體硅異質(zhì) 結(jié)界面處存在的能帶臺階會阻礙載流子的輸運，使在HIT太陽電池中，載流子只有靠隧穿 才能輸運過這些異質(zhì)結(jié)界面，這就對太陽電池的性能造成限制，特別是HIT太陽電池的填 充因子低，通常只有78-79%。2009年，Sanyo公司獲得了 23%的轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)造了 HIT太 陽電池的世界紀(jì)錄，但填充因子也只有80%。而澳大利亞新南威爾士大學(xué)創(chuàng)造的目前世 界最高效率 25%的 PERL(passivated emitter, rear locally diffused，鈍化發(fā)射極，背 面局部擴散)結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽電池，填充因子高達82.8%。所以，需要找到更好的鈍化 薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)界面的方法，來提高相應(yīng)的太陽電池的填充因子。在美國專利申請 20090308453-A1中，公開了一種改善晶體硅襯底和金屬背電極之間的金屬半導(dǎo)體(MS)接 觸的結(jié)構(gòu)，在晶體硅襯底和金屬背電極之間插入一層本征的或者摻雜的非晶硅鍺層，獲得 了較好效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改善薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的載流子輸運性能，特 別是填充因子，提供一種用于太陽電池的采用本征非晶硅鍺層做薄膜硅/晶體硅異質(zhì)Pn結(jié) 界面鈍化層的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)Pn結(jié)結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有HIT太陽電池中的采用本征非晶硅 層做鈍化層的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)Pn結(jié)相比，非晶硅鍺層與晶體硅之間的帶隙差小，可以 減小薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)界面處存在的能帶失配，改善載流子輸運，從而改善太陽電 池性能，特別是填充因子。本發(fā)明所述的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在由 摻雜類型相反的薄膜硅層和晶體硅層構(gòu)成的異質(zhì)Pn結(jié)的薄膜硅層和晶體硅層之間插入一層本征非晶硅鍺層。所述的本征非晶硅鍺層是單一組分的，也可以是組分漸變的，即其中的 鍺組分含量是逐步變化的，變化的方式是鍺組分含量從與晶體硅接觸的界面往與薄膜硅接 觸的界面逐步減小。這種漸變可以是線性的、臺階式的或者是其它任何非線性方式的。在 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，所述的本征非晶硅鍺層用來改善的是兩種半導(dǎo)體材料薄膜硅和晶體硅 之間的異質(zhì)pn結(jié)界面的載流子輸運特性，這與前述美國專利申請20090308453-A1中所述 的MS結(jié)構(gòu)明顯不同。通過實施本發(fā)明，可以減小薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)界面對載流子輸運的阻礙， 將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到太陽電池上，能夠獲得性能更好的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電 池。



圖1本發(fā)明的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2實施例1中的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3實施例2中的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖4實施例3中的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖5實施例4中的太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1本征非晶硅鍺層，2晶體硅層，3薄膜硅層，4透明導(dǎo)電電極，5金屬柵線，6 金屬電極，7背場。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。如附圖1所示，本發(fā)明的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征 在于，在所述的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)的摻雜類型相反的薄膜硅層(3)和晶體硅層(2)之 間含有一層本征非晶硅鍺層(1)。所述的本征非晶硅鍺層(1)可以是單一組分的，也可以是組分漸變的，即其中的 鍺組分含量是逐步變化的，變化的方式是鍺組分含量從與晶體硅接觸的界面往與薄膜硅接 觸的界面逐步減小。這種漸變可以是線性的、臺階式的或者是其它任何非線性方式的。通過實施本發(fā)明，可以減小薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)界面處存在的能帶失配，改 善載流子輸運，將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池上，可以改善所述 太陽電池的性能，特別是填充因子。實施例1如附圖2所示，一種應(yīng)用本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽電池，其 結(jié)構(gòu)為自太陽電池迎光面開始是金屬柵線(5)，金屬柵線(5)下面是透明導(dǎo)電電極(4)，透 明導(dǎo)電電極(4)下面是薄膜硅層(3)，薄膜硅層(3)下面是本征非晶硅鍺層(1)，本征非晶 硅鍺層(1)下面是晶體硅層(2)，晶體硅層(2)下面是金屬電極(6)。其中，所述的本征非 晶硅鍺層(1)是單一組分的，所述的薄膜硅層(3)和晶體硅層(2)是摻雜類型相反的。在 本太陽電池中，由所述的薄膜硅層(3)，本征非晶硅鍺層(1)和晶體硅層(2)構(gòu)成本發(fā)明的 薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。實施例2
如附圖3所示，一種應(yīng)用本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽電池，其 結(jié)構(gòu)為自太陽電池迎光面開始是金屬柵線(5)，金屬柵線(5)下面是透明導(dǎo)電電極(4)，透 明導(dǎo)電電極(4)下面是薄膜硅層(3)，薄膜硅層(3)下面是本征非晶硅鍺層(1)，本征非晶 硅鍺層(1)下面是晶體硅層(2)，晶體硅層(2)下面是背場(7)，背場(7)下面是金屬電極 (6)。其中，所述的本征非晶硅鍺層(1)的鍺組分是線性漸變的，并且鍺組分含量從與晶體 硅接觸的界面一側(cè)往與薄膜硅接觸的界面一側(cè)逐步減小，所述的薄膜硅層(3)和晶體硅層 (2)是摻雜類型相反的。在本太陽電池中，由所述的薄膜硅層(3)，本征非晶硅鍺層(1)和 晶體硅層(2)構(gòu)成本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。實施例3 如附圖4所示，一種應(yīng)用本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽電池，其 結(jié)構(gòu)為自太陽電池迎光面開始是金屬柵線(5)，金屬柵線(5)下面是透明導(dǎo)電電極(4)，透 明導(dǎo)電電極(4)下面是薄膜硅層(3)，薄膜硅層(3)下面是本征非晶硅鍺層(1)，本征非晶 硅鍺層(1)下面是晶體硅層(2)，晶體硅層(2)下面是背場(7)，背場(7)下面是金屬電極 (6)。其中，所述的本征非晶硅鍺層(1)的鍺組分是臺階漸變的，并且鍺組分含量從與晶體 硅接觸的界面一側(cè)往與薄膜硅接觸的界面一側(cè)逐步減小，所述的薄膜硅層(3)和晶體硅層 (2)是摻雜類型相反的。在本太陽電池中，由所述的薄膜硅層(3)，本征非晶硅鍺層(1)和 晶體硅層(2)構(gòu)成本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。實施例4如附圖5所示，一種應(yīng)用本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽電池，其 結(jié)構(gòu)為自太陽電池迎光面開始是金屬電極(6)，金屬電極(6)下面是背場(7)，背場(7)下 面是晶體硅層(2)，晶體硅層(2)下面是本征非晶硅鍺層(1)，本征非晶硅鍺層(1)下面是 薄膜硅層(3)，薄膜硅層(3)下面是透明導(dǎo)電電極(4)，透明導(dǎo)電電極(4)下面是金屬柵線 (5)。其中，所述的本征非晶硅鍺層(1)的鍺組分是非線性漸變的，并且鍺組分含量從與晶 體硅接觸的界面一側(cè)往與薄膜硅接觸的界面一側(cè)逐步減小，所述的薄膜硅層(3)和晶體硅 層(2)是摻雜類型相反的。在本太陽電池中，由所述的薄膜硅層(3)，本征非晶硅鍺層(1) 和晶體硅層(2)構(gòu)成本發(fā)明的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在由摻雜類型相反的薄膜硅層和晶體硅層構(gòu)成的異質(zhì)pn結(jié)的薄膜硅層和晶體硅層之間含有一層本征非晶硅鍺層做異質(zhì)結(jié)界面的鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的本征非晶硅鍺層是單一組分的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的本征非晶硅鍺層中的鍺組分含量從與晶體硅接觸的界面一側(cè)往與薄膜硅接觸的 界面一側(cè)逐步減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的本征非晶硅鍺層的組分是線性漸變、或臺階漸變或非線性漸變的。
全文摘要
一種用于太陽電池的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)結(jié)構(gòu)，其特征在于，在由摻雜類型相反的薄膜硅層和晶體硅層構(gòu)成的異質(zhì)pn結(jié)的薄膜硅層和晶體硅層之間插入一層本征非晶硅鍺層做異質(zhì)結(jié)界面的鈍化層。所述的本征非晶硅鍺層是單一組分的或組分漸變的。與現(xiàn)有的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池采用的含有本征非晶硅層做異質(zhì)結(jié)界面鈍化層的薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)相比，本發(fā)明可以減小薄膜硅/晶體硅異質(zhì)pn結(jié)界面處的能帶失配，改善載流子輸運特性，從而改善太陽電池性能，特別是填充因子。
文檔編號H01L31/078GK101866973SQ20101020042
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者王文靜, 趙雷 申請人:中國科學(xué)院電工研究所