專(zhuān)利名稱(chēng)：高效太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效太陽(yáng)能電池。更具體地，本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng) 能電池經(jīng)在與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板形成p-n結(jié)且具有與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板導(dǎo)電型 相反導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上順序形成氮氧化硅鈍化層和氮化硅減反射層，通過(guò)由 鈍化層和減反射層組成的雙反射膜結(jié)構(gòu)最小化吸收光的反射率，同時(shí)通過(guò)鈍化層有效地防 止在半導(dǎo)體表面發(fā)生的載流子復(fù)合(carrier recombination)而能夠改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換效率。 此外，本發(fā)明提供了一種制備太陽(yáng)能電池的方法，該方法能夠通過(guò)原位連續(xù)形成雙反射膜 結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)能力而降低生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題和能源耗盡問(wèn)題的持續(xù)關(guān)注，太陽(yáng)能電池作為一種可選 擇的應(yīng)用大量能量來(lái)源的能源已引起了注意，并且其不具有與環(huán)境污染有關(guān)的問(wèn)題并且具 有高能效。太陽(yáng)能電池可分為采用太陽(yáng)的熱量產(chǎn)生必要的蒸汽能量以使渦輪旋轉(zhuǎn)的太陽(yáng)能 熱電池和利用半導(dǎo)體的性質(zhì)將光子轉(zhuǎn)換成電能的光電太陽(yáng)能電池。特別地，已經(jīng)積極進(jìn) 行了大量的關(guān)于光電太陽(yáng)能電池的研究，在這些光電太陽(yáng)能電池中，通過(guò)光的吸收產(chǎn)生的 P-型半導(dǎo)體的電子和η-型半導(dǎo)體的空穴轉(zhuǎn)換成電能。因?yàn)橐揽课展獾牧看_定產(chǎn)生的電子和空穴的數(shù)量和控制生成的電流的量，所以 制備光電太陽(yáng)能電池需考慮的重要因素是降低吸收光的反射率。因此，為了降低光的反射 率，采用減反射層，或者采用在形成的電極端子時(shí)使入射光屏蔽區(qū)域最小化的方法。特別 地，已經(jīng)積極地進(jìn)行了各種嘗試和努力以開(kāi)發(fā)能夠達(dá)到高減反射率的減反射層。在各種太 陽(yáng)能電池中，占據(jù)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的大部分且包括單晶、多晶薄膜(single-crystalline， poly-or multi-crystalline thin films)的晶體硅太陽(yáng)能電池有遭受減反射層的成分?jǐn)U 散至硅的可能性，因此廣泛地采用在減反射層和硅層之間具有單獨(dú)的鈍化層的雙反射膜結(jié) 構(gòu)。例如，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4927770公開(kāi)了一種采用氮化硅減反射層降低吸收光的反射率 和通過(guò)在氮化硅和硅半導(dǎo)體層之間形成氧化硅鈍化層而鈍化硅半導(dǎo)體層的表面的方法。但 是，因?yàn)殛P(guān)于鈍化層和減反射層的沉積，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積氧化硅，而通過(guò)等離 子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積氮化硅，所以這種技術(shù)具有工藝不連續(xù)性的缺點(diǎn)。此外，韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2003-0079265公開(kāi)了一種通過(guò)采用由作為鈍化層的非晶 硅薄膜和作為減反射層的氮化硅組成的雙反射膜結(jié)構(gòu)而以非晶硅薄膜鈍化硅半導(dǎo)體層的技術(shù)。但是，因?yàn)樵摷夹g(shù)采用了非晶硅薄膜，所以很難獲得期望程度的減反射效率。另外， 根據(jù)該韓國(guó)專(zhuān)利，在低于450°C的低溫下必須進(jìn)行烘干工藝，并且因此在電極的形成中不能 使用絲網(wǎng)印刷法，于是導(dǎo)致需要如激光設(shè)備的昂貴設(shè)備。也就是說(shuō)，該方法有例如復(fù)雜的制 備工藝和明顯提高的生產(chǎn)成本的各種問(wèn)題，因此將其應(yīng)用于實(shí)際中是困難的。同時(shí)，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6518200公開(kāi)了一種制備在基板上形成由氮氧化硅和氮化硅組 成的層的復(fù)合微電子層的方法，在所述基板中形成有太陽(yáng)能電池、傳感器圖像陣列、顯示圖 像陣列或類(lèi)似物。但是，該專(zhuān)利涉及一種將氮氧化硅和氮化硅用作用于電流收集的介電材 料的技術(shù)并且因此如下所述，該專(zhuān)利與采用氮氧化硅和氮化硅作為太陽(yáng)能電池的鈍化層和 減反射層的本發(fā)明明顯不同。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明用于解決上述問(wèn)題及其它要解決的技術(shù)問(wèn)題。也就是說(shuō)，針對(duì)上述問(wèn)題作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有 通過(guò)由氮氧化硅鈍化層和氮化硅減反射層組成的雙反射膜結(jié)構(gòu)進(jìn)一步最小化吸收光的反 射率同時(shí)通過(guò)鈍化層有效地防止在半導(dǎo)體表面發(fā)生的載流子復(fù)合而能夠改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換效 率的結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過(guò)原位工藝連續(xù)形成雙反射膜結(jié)構(gòu)而能夠達(dá) 到低成本的批量生產(chǎn)能力的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備上述太陽(yáng)能電池的方法。


根據(jù)下列詳細(xì)描述和附圖，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其 它優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的由半導(dǎo)體基板、鈍化層和減反射層組成的太 陽(yáng)能電池的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將更詳細(xì)描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)提供包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板、在第一導(dǎo)電型半 導(dǎo)體基板上形成且具有與該基板導(dǎo)電型相反導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、在其間界面上 的p-n結(jié)、與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的至少一部分接觸的后電極、與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 的至少一部分接觸的前電極及在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的后表面和/或第二導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層的前表面上順序形成的氮氧化硅鈍化層和氮化硅減反射層的太陽(yáng)能電池可實(shí)現(xiàn)上述 和其它的目的。因此，根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池具有在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和氮化硅減反射層之 間包含氮氧化硅鈍化層的結(jié)構(gòu)并且因此鈍化層和減反射層一起形成了雙反射膜結(jié)構(gòu)，該雙 反射膜結(jié)構(gòu)因此能夠通過(guò)最小化吸收光的反射率，同時(shí)通過(guò)鈍化層有效地防止在半導(dǎo)體表 面發(fā)生的載流子復(fù)合而進(jìn)一步改進(jìn)太陽(yáng)能電池效率。優(yōu)選地，在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的前表面上形成鈍化層和減反射層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成厚度為1 40nm的鈍化層，并且將在鈍化層 上形成的減反射層制備成具有1. 9 2. 3的折射率。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板為摻雜如硼⑶、鎵(Ga)、銦(In)等周期表第III族元素 的ρ-型硅基板。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層為摻雜如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等周期表第V族元 素的η-型發(fā)射層。第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層彼此接觸而形成ρ-η結(jié)。圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的太陽(yáng)能電池的構(gòu)造，該示意圖僅為 了便于容易理解而不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍。參照?qǐng)D1，具有與基板導(dǎo)電型相反導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層12形成于第一導(dǎo) 電型半導(dǎo)體基板11上，并且因此在其間界面上形成ρ-η結(jié)13。氮氧化硅鈍化層14形成于 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層12上，并且氮化硅減反射層15形成于鈍化層14上。后電極21與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板11形成電相連。然而，前電極22與第二導(dǎo)電 型半導(dǎo)體層12相連，并且穿過(guò)鈍化層14和減反射層15而從減反射層15的頂端向上突出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制備太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括(a)在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上形成具有與基板導(dǎo)電型相反導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層，從而在其間界面上形成Ρ-η結(jié)；(b)在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成氮氧化硅鈍化層；(c)在所述鈍化層上形成氮化硅減反射層；(d)在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的后表面上形成電極；和(e)在所述減反射層上形成與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層連接的電極。在下文中，將逐步地具體描述根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制備。在步驟(a)中，作為ρ-型硅基板的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板摻雜了如B、Ga、In等的 第III族元素，作為η-型發(fā)射層的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層摻雜了如P、As、Sb等的第V族元 素，并且可通過(guò)本技術(shù)領(lǐng)域已知的常規(guī)方法(例如高溫?cái)U(kuò)散)于其間形成Ρ-η結(jié)。在步驟(b)和(c)中，例如通過(guò)系列等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法，可連 續(xù)進(jìn)行在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上形成鈍化層和在鈍化層上形成減反射層。因此，由于相應(yīng) 制備工藝的簡(jiǎn)化而能夠降低太陽(yáng)能電池的制備成本。在步驟(d)中，例如通過(guò)將含鋁(Al)的糊狀物絲網(wǎng)印刷在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板 上并且烘干印刷的糊狀物可形成后電極。另外，在步驟(C)中，當(dāng)形成前電極時(shí)，例如通過(guò)將含銀(Ag)的糊狀物絲網(wǎng)印刷在 減反射層的上部并烘干印刷的糊狀物，可形成通過(guò)鈍化層和減反射層與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層連接的前電極?？赏ㄟ^(guò)本技術(shù)領(lǐng)域已知的常規(guī)方法進(jìn)行除了氮氧化硅鈍化層外的剩余部件的制 備并且因此將省略其詳細(xì)的描述。此外，一些上述制備步驟可以不同工藝順序進(jìn)行，或可以一起進(jìn)行。例如，形成電 極的步驟(d)和步驟(C)可以相反順序進(jìn)行。如果必要，通過(guò)相應(yīng)的糊狀物形成圖形后，步 驟(d)和步驟(c)可與烘干工藝一起進(jìn)行。實(shí)施例現(xiàn)在，參照如下實(shí)施例將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于示例本發(fā)明并 且不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。
[實(shí)施例1]在摻雜硼的ρ-型硅基板上形成摻雜磷的η-型發(fā)射層以形成ρ-η結(jié)。通過(guò)PECVD 法在η-型發(fā)射層上沉積厚度為30nm的作為鈍化層的氮氧化硅(SiOxNy)。之后，通過(guò)PECVD 法，在氮氧化硅鈍化層上沉積作為減反射層的折射率為1. 9的氮化硅(SiNx)。接著，將含鋁 的糊狀物絲網(wǎng)印刷在P-型硅基板上并且將含銀的糊狀物絲網(wǎng)印刷在氮化硅層上，從而形 成圖形。將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在約800°C溫度下烘干 大約30秒以同時(shí)形成與ρ-型硅基板連接的 后電極和與η-型發(fā)射層連接的前電極，從而制備太陽(yáng)能電池。
[比較實(shí)施例1]除了用二氧化硅(SiO2)代替氮氧化硅作為鈍化層沉積在η-型發(fā)射層上之外，以 和實(shí)施例1相同的方式制備太陽(yáng)能電池。[比較實(shí)施例2]除了不將氮氧化硅鈍化層沉積在η-型發(fā)射層上之外，以和實(shí)施例1相同的方式制 備太陽(yáng)能電池。[實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1]為了測(cè)量在實(shí)施例1和比較實(shí)施例1和2中制備的太陽(yáng)能電池的效率，分別測(cè)量 了開(kāi)路電壓(Voc)和短路電流(Jsc)。之后，基于測(cè)量的Voc和Jsc值，測(cè)量了填充系數(shù)(FF) 和太陽(yáng)能電池效率。得到的結(jié)果在表1中示出。這里，填充系數(shù)(FF)定義為(Vmpxjmp)/ (Vocxjsc)，其中，Jmp和Vmp表示在最大功率點(diǎn)的電流密度和電壓。太陽(yáng)能電池效率指 Pmax/Pin，其中，Pmax表示由電池產(chǎn)生的最大功率和功率輸入，Pin定義為進(jìn)入系統(tǒng)的入射 光強(qiáng)，也就是，每單位時(shí)間供給系統(tǒng)的光能量?！幢?> 從表1的結(jié)果可以看出，與二氧化硅鈍化層的雙反射膜結(jié)構(gòu)(比較實(shí)施例1)和僅 由氮化硅層組成的減反射層(比較實(shí)施例2)相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的太陽(yáng)能電池顯 示了明顯增大的Voc值而Jsc值未減小，這證明了太陽(yáng)能電池效率提高了 0. 14%或更高。 這種電池效率的改進(jìn)在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中是值得注意的結(jié)果，并且相信是由于雙反射 膜結(jié)構(gòu)使吸收光的反射率最小化，同時(shí)通過(guò)氮氧化硅鈍化層有效地防止在半導(dǎo)體表面發(fā)生 的載流子復(fù)合。工業(yè)實(shí)用性從上述內(nèi)容明顯看出，通過(guò)提供由鈍化層和減反射層組成的雙反射膜結(jié)構(gòu)而使吸 收光的反射率最小化同時(shí)通過(guò)鈍化層有效地防止在半導(dǎo)體表面發(fā)生的載流子復(fù)合，根據(jù)本 發(fā)明的太陽(yáng)能電池能夠?qū)崿F(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的明顯改進(jìn)。另外，本發(fā)明通過(guò)經(jīng)雙反射膜結(jié)構(gòu)的原位連續(xù)形成的批量生產(chǎn)能力能夠明顯降低生產(chǎn)成本。
盡管為了示例目的公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理 解，不偏離在所附權(quán)利要求中公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)，各種修正、增加和替代是可能 的。
權(quán)利要求
一種制備太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括形成半導(dǎo)體層以在基板和該半導(dǎo)體層之間的界面上形成p-n結(jié)，所述基板具有第一導(dǎo)電型，且所述半導(dǎo)體層具有與該第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型；在所述半導(dǎo)體層上形成SiOxNy鈍化層；在所述鈍化層上形成氮化硅減反射層；形成與半導(dǎo)體基板連接的第一電極；和形成通過(guò)所述減反射層和鈍化層與所述半導(dǎo)體層連接的第二電極，其中，鈍化層的形成和減反射層的形成是經(jīng)原位連續(xù)形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鈍化層和減反射層是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化 學(xué)氣相沉積法形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過(guò)原位連續(xù)形成來(lái)形成所述鈍化層和減反射 層以形成雙反射膜結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鈍化層的厚度為1 40nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述減反射層的折射率為1.9 2. 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，第一導(dǎo)電型為P-型，并且第二導(dǎo)電型為η-型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二電極是通過(guò)將含銀的糊狀物絲網(wǎng)印刷 在所述減反射層的上部并烘干印刷的糊狀物而形成的，并且所述第一電極是通過(guò)將含鋁的 糊狀物絲網(wǎng)印刷在半導(dǎo)體基板上并烘干印刷的糊狀物而形成的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效太陽(yáng)能電池。更具體地，提供了一種包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板、在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板上形成且具有與該基板導(dǎo)電型相反導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、在其間界面上的p-n結(jié)、與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的至少一部分接觸的后電極、與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的至少一部分接觸的前電極及在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的后表面和/或第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的前表面上順序形成的氮氧化硅鈍化層和氮化硅減反射層的太陽(yáng)能電池及其制備方法。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK101840962SQ20101017841
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者樸鉉定 申請(qǐng)人:Lg電子株式會(huì)社