背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池及其制備方法，該太陽電池在硅襯底的受光面和背光面上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型半導體薄膜，形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜與受光面上相同導電類型的半導體薄膜在硅襯底兩側對應設置，并且形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜的摻雜濃度大于受光面上相同導電類型的半導體薄膜的摻雜濃度。本發(fā)明的有益效果是：消除了電極遮光產(chǎn)生的電流損失。共面交替對稱異質(zhì)結結構在襯底內(nèi)部形成的非均勻內(nèi)建勢，將電池襯底分成多區(qū)域基區(qū)，有助于內(nèi)部載流子的側向輸送，大幅度減小了載流子擴散長度，提升了載流子的收集效率。
【專利說明】背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)異質(zhì)結太陽電池的發(fā)射極位于感光面，從而造成對光的吸收損失。隨著薄膜/晶體硅異質(zhì)結太陽電池技術的發(fā)展，對光的管理和載流子輸運成為研究熱點。光的管理研發(fā)方向主要是減小感光面摻雜層對光的吸收損失，目前國內(nèi)外的主要思想是拓寬摻雜層帶隙，并且制備高質(zhì)量的發(fā)射極薄膜材料；載流子輸運的研究熱點在于電池內(nèi)部內(nèi)建勢分布的方向和P-N的布局的設計，后者成為該領域的設計難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池及其制備方法，減少受光面對光的吸收，減少載流子擴散長度，提升載流子的收集效率。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，包括硅襯底，在硅襯底的受光面上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型半導體薄膜，在硅襯底的背光面上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型的半導體薄膜，背光面上與硅襯底導電類型相反的半導體薄膜與硅襯底形成異質(zhì)結背發(fā)射極，在背光面上的相反導電類型的半導體薄膜上制作各自的金屬電極，分別收集電子和空穴，形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜與受光面上相同導電類型的半導體薄膜在硅襯底兩側對應設置，并且形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜的摻雜濃度大于受光面上相同導電類型的半導體薄膜的摻雜濃度。
[0005]采用相反導電類型的半導體薄膜共面交替存在，在襯底內(nèi)部形成橫向內(nèi)建勢。此夕卜，形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜和受光面上相同導電類型的半導體薄膜形成高低結結構，提高了載流子收集效率。多個交替異質(zhì)結的存在將襯底分為多個耗盡區(qū)，并且提供不同區(qū)域不同方向的內(nèi)建勢，大幅度減小了載流子在襯底的擴散長度，減小了輸運過程中的復合損失，提高電池整體性能。
[0006]為進一步提高電池性能，進一步限定，受光面的相反導電類型半導體薄膜與硅襯底之間具有鈍化層，在受光面的相反導電類型半導體薄膜的表面具有減反層，在背光面的相反導電類型半導體薄膜與硅襯底之間具有鈍化層，在背光面的相反導電類型半導體薄膜的表面具有透明導電薄膜。
[0007]硅襯底為N型硅襯底，受光面的相反導電類型半導體薄膜分別是重摻雜N+型半導體薄膜和輕摻雜P-型半導體薄膜，背光面的相反導電類型半導體薄膜分別是重摻雜N+型半導體薄膜和重摻雜P+型半導體薄膜。
[0008]N型硅襯底為單晶硅片，或者為多晶硅。
[0009]硅襯底兩側的鈍化層為非晶態(tài)硅基鈍化層，或者為微晶態(tài)硅基鈍化層，或者為納晶態(tài)娃基純化層。[0010]優(yōu)選，硅襯底兩側的鈍化層為本征氫化非晶硅薄膜，或者為氧化硅和本征氫化非晶硅薄膜組成的復合層薄膜。
[0011]進一步限定，減反層為氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅組成的復合層薄膜。
[0012]進一步限定，透明導電薄膜為摻錫氧化銦薄膜，或者為摻鎢氧化銦薄膜。
[0013]一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池的制備方法，具有如下步驟:
[0014]I)以N型硅片作為硅襯底，并對表面進行清洗；
[0015]2)在硅襯底正面沉積一層本征氫化非晶硅薄膜作為鈍化層；
[0016]3)采用局域掩膜技術，在受光面的本征氫化非晶硅薄膜上分別沉積交替分布的重摻雜N+型半導體薄膜和輕摻雜P-型半導體薄膜；
[0017]4)采用激光劃線技術，隔離受光面的重摻雜N+型半導體薄膜和輕摻雜P-型半導體薄膜；
[0018]5 )在受光面的重摻雜N+型半導體薄膜和輕摻雜P-型半導體薄膜上沉積氮化硅薄膜作為減反層；
[0019]6)在娃襯底的背光面沉積一層本征氫化非晶娃薄膜作為鈍化層；
[0020]7)采用局域掩膜技術，在背光面的本征氫化非晶硅薄膜上分別沉積交替分布的重摻雜N+型半導體薄膜和重摻雜P+型半導體薄膜，背光面的重摻雜N+型半導體薄膜和受光面的重摻雜N+型半導體薄膜在硅襯底的兩側對應設置，背光面的重摻雜P+型半導體薄膜和受光面的輕摻雜P-型半導體薄膜在硅襯底的兩側對應設置；
[0021]8)在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜和重摻雜P+型半導體薄膜沉積透明導電薄膜作為電流收集層；
[0022]9)采用激光劃線技術，隔離背光面的重摻雜N+型半導體薄膜和重摻雜P+半導體薄膜；
[0023]10)在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜和重摻雜P+半導體薄膜的透明導電薄膜上制備各自的金屬電極。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:1、該背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，消除了電極遮光產(chǎn)生的電流損失。有效降低了窗口層對光的吸收，增加了電池對入射光的利用率。2、N型硅襯底的受光面采用N+型和P.型半導體層替代傳統(tǒng)P+型半導體層，有效降低了窗口層對光的吸收，增加了電池對入射光的利用率。3、共面交替對稱異質(zhì)結結構在襯底內(nèi)部形成的非均勻內(nèi)建勢，將電池襯底分成多區(qū)域基區(qū)，有助于內(nèi)部載流子的側向輸送，大幅度減小了載流子擴散長度，提升了載流子的收集效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明；
[0026]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的內(nèi)部勢場分布示意圖；
[0028]圖中，1.硅襯底，2.本征氫化非晶硅薄膜，3.重摻雜N+型半導體薄膜，4.輕摻雜P-型半導體薄膜，5.重摻雜P+型半導體薄膜，6.減反層，7.透明導電薄膜，8.金屬電極。
【具體實施方式】[0029]如圖1和2所示，一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，包括硅襯底1，在硅襯底I的受光面上具有鈍化層，在該鈍化層上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型半導體薄膜，在該相反導電類型半導體薄膜的表面具有減反層6。
[0030]在硅襯底I的背光面上具有鈍化層，在該鈍化層上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型的半導體薄膜，背光面上與硅襯底I導電類型相反的半導體薄膜與硅襯底I形成異質(zhì)結背發(fā)射極，在該相反導電類型的半導體薄膜的表面具有透明導電薄膜7，在背光面上的相反導電類型的半導體薄膜上制作各自的金屬電極8，分別收集電子和空穴。共面相反導電類型的半導體薄膜在硅襯底內(nèi)部形成橫向非均勻內(nèi)建場，如圖2所示。
[0031]形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜與受光面上相同導電類型的半導體薄膜在硅襯底I兩側對應設置，并且形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜的摻雜濃度大于受光面上相同導電類型的半導體薄膜的摻雜濃度，硅襯底I兩側的另外的相同導電類型的半導體薄膜同樣對應設置，并且摻雜濃度相同。
[0032]受光面的輕摻雜半導體薄膜和背光面的對應設置的重摻雜半導體薄膜之間形成弱高低結結構，從而建立與共面相反導電類型的半導體薄膜形成的橫向內(nèi)建勢趨勢相近的勢場，共同提高載流子收集效率。
[0033]鈍化層可以是本征氫化非晶硅薄膜2，或者是氧化硅和本征氫化非晶硅薄膜組成
的復合層薄膜。
[0034]減反層6為氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅組成的復合層薄膜。
[0035]透明導電薄膜7為摻錫氧化銦薄膜，或者為摻鎢氧化銦薄膜，或者為其他多種半導體層組成的復合型薄膜。
[0036]背光面的金屬電極8是采用掩膜蒸發(fā)技術或者低溫絲網(wǎng)印刷技術制備的金屬膜，可以是Al膜，也可以是其他金屬和Al膜組成的多層膜結構。
[0037]以N型單晶硅片作為硅襯底為例:
[0038]在N型單晶硅片的受光面沉積本征氫化非晶硅薄膜2，起鈍化作用，并在本征氫化非晶硅薄膜2上采用PECVD結合掩膜的技術交替沉積重摻雜N+型半導體薄膜3和輕摻雜P-型半導體薄膜4，而后在該重摻雜N+型半導體薄膜3和輕摻雜P-型半導體薄膜4上采用PECVD技術制作氮化硅薄膜作為減反層6 #型單晶硅片的背光面首先采用PECVD技術沉積本征氫化非晶硅薄膜2，然后再在該本征氫化非晶硅薄膜2上采用與受光面相同的技術交替沉積重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+型半導體薄膜5，重摻雜P+型半導體薄膜5作為電池的發(fā)射極；然后在該重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+型半導體薄膜5上采用PVD技術制作透明導電薄膜7作為載流子收集緩沖層，并且采用激光劃線技術隔離背光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+型半導體薄膜5，使其孤立存在，最后在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+型半導體薄膜5區(qū)域制作銀電極。硅襯底I兩側的重摻雜N+型半導體薄膜3相對硅襯底對稱設置，并且摻雜濃度相同，硅襯底兩側的輕摻雜P-型半導體薄膜4和重摻雜P+型半導體薄膜，相對硅襯底對稱設置，輕摻雜P-型半導體薄膜4的摻雜濃度小于重摻雜P+型半導體薄膜的摻雜濃度。
[0039]一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池的詳細制備步驟是:
[0040]I)采用厚度200 U m,電阻率為2?5 Q cm的N型單晶硅片作為硅襯底1，并對表面進行常規(guī)RCA清洗；[0041]2)在N型單晶硅片的受光面采用PECVD沉積本征氫化非晶硅薄膜2，厚度為3nm ；
[0042]3)在該本征氫化非晶硅薄膜2上采用PECVD結合局部掩膜技術制備交替分布的厚度為6nm的重摻雜N+型半導體薄膜3，該重摻雜N+型半導體薄膜3作為前表面場(FSF)；
[0043]4)采用與步驟3相同的工藝，在剩余區(qū)域制備采用局部掩膜技術制備厚度為6nm的輕摻雜P-型半導體薄膜4，
[0044]5)采用激光劃線技術，使受光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和輕摻雜P-型半導體薄膜4獨立存在；
[0045]5)在受光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和輕摻雜P-型半導體薄膜4上采用PECVD技術沉積厚度為30nm氮化硅薄膜作為減反層6 ；
[0046]6)在娃襯底I的背光面沉積一層厚度為5nm的本征氫化非晶娃薄膜2作為鈍化層；
[0047]7)采用PECVD結合局部掩膜技術，在背光面的本征氫化非晶硅薄膜2上分別沉積交替分布的作為背表面場(BSF)的厚度為15nm的重摻雜N+型半導體薄膜3和作為異質(zhì)結發(fā)射極的厚度為IOnm的重摻雜P+型半導體薄膜5，背光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和受光面的重摻雜N+型半導體薄膜3在硅襯底I的兩側對應設置，背光面的重摻雜P+型半導體薄膜5和受光面的輕摻雜P-型半導體薄膜4在硅襯底I的兩側對應設置；
[0048]8)在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+型半導體薄膜5沉積厚度為80nm的透明導電薄膜7IT0作為電流收集層；
[0049]9)采用激光劃線技術，隔離背光面的重摻雜N+型半導體薄膜3和重摻雜P+半導體薄膜，激光劃線深度95?98nm ；
[0050]10)采用低溫絲網(wǎng)印刷技術在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜區(qū)域和重摻雜P+半導體薄膜區(qū)域的透明導電薄膜7上制備各自的Ag電極，并在低于300°C條件下低溫烘干，從而完成背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池的制造。
【權利要求】
1.一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:包括硅襯底(I)，在硅襯底(I)的受光面上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型半導體薄膜，在硅襯底(I)的背光面上具有彼此隔離并且交替分布的相反導電類型的半導體薄膜，背光面上與硅襯底(I)導電類型相反的半導體薄膜與硅襯底(I)形成異質(zhì)結背發(fā)射極，在背光面上的相反導電類型的半導體薄膜上制作各自的金屬電極(8)，分別收集電子和空穴， 形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜與受光面上相同導電類型的半導體薄膜在硅襯底(I)兩側對應設置，并且形成異質(zhì)結背發(fā)射極的半導體薄膜的摻雜濃度大于受光面上相同導電類型的半導體薄膜的摻雜濃度。
2.根據(jù)權利要求1所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的受光面的相反導電類型半導體薄膜與硅襯底(I)之間具有鈍化層，在受光面的相反導電類型半導體薄膜的表面具有減反層(6)，在背光面的相反導電類型半導體薄膜與硅襯底(I)之間具有鈍化層，在背光面的相反導電類型半導體薄膜的表面具有透明導電薄膜(7)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述硅襯底(I)為N型硅襯底，受光面的相反導電類型半導體薄膜分別是重摻雜N+型半導體薄膜(3)和輕摻雜P-型半導體薄膜(4)，背光面的相反導電類型半導體薄膜分別是重摻雜N+型半導體薄膜(3 )和重摻雜P+型半導體薄膜(5 )。
4.根據(jù)權利要求3所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的N型硅襯底為單晶娃片，或者為 多晶娃。
5.根據(jù)權利要求2所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的硅襯底(I)兩側的鈍化層為非晶態(tài)硅基鈍化層，或者為微晶態(tài)硅基鈍化層，或者為納晶態(tài)硅基鈍化層。
6.根據(jù)權利要求5所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的硅襯底(I)兩側的鈍化層為本征氫化非晶硅薄膜(2)，或者為氧化硅和本征氫化非晶硅薄膜組成的復合層薄膜。
7.根據(jù)權利要求2所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的減反層(6)為氮化硅薄膜，或者氧化硅和氮化硅組成的復合層薄膜。
8.根據(jù)權利要求2所述的背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池，其特征是:所述的透明導電薄膜(7)為摻錫氧化銦薄膜，或者為摻鎢氧化銦薄膜。
9.一種背發(fā)射極對稱異質(zhì)結太陽電池的制備方法，其特征是:具有如下步驟: 1)以N型硅片作為硅襯底(I)，并對表面進行清洗； 2)在娃襯底(I)正面沉積一層本征氫化非晶娃薄膜(2)作為鈍化層； 3)采用局域掩膜技術，在受光面的本征氫化非晶硅薄膜(2)上分別沉積交替分布的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和輕摻雜P-型半導體薄膜(4)； 4)采用激光劃線技術，隔離受光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和輕摻雜P-型半導體薄膜(4)； 5)在受光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和輕摻雜P-型半導體薄膜(4)上沉積氮化硅薄膜作為減反層(6); 6)在娃襯底(I)的背光面沉積一層本征氫化非晶娃薄膜(2)作為鈍化層； 7)采用局域掩膜技術，在背光面的本征氫化非晶硅薄膜(2)上分別沉積交替分布的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和重摻雜P+型半導體薄膜(5)，背光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和受光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)在硅襯底(I)的兩側對應設置，背光面的重摻雜P+型半導體薄膜(5)和受光面的輕摻雜P-型半導體薄膜(4)在硅襯底(I)的兩側對應設置； 8)在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和重摻雜P+型半導體薄膜(5)沉積透明導電薄膜(7)作為電流收集層； 9)采用激光劃線技術，隔離背光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和重摻雜P+半導體薄膜； 10) 在背光面的重摻雜N+型半導體薄膜(3)和重摻雜P+半導體薄膜的透明導電薄膜(7)上制備各自的金屬電極(8)。
【文檔編號】H01L31/18GK103646983SQ201310632740
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】郭萬武 申請人:常州天合光能有限公司