專利名稱：基于n型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽電池，具體涉及一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，屬于晶體硅太陽電池制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，常規(guī)能源的持續(xù)使用帶來了能源緊缺以及環(huán)境惡化等一系列經(jīng)濟(jì)和社會問題，解決上述問題的最好途經(jīng)是大力發(fā)展和推廣可再生能源。在可再生能源中，太陽能發(fā)電由于地域性限制小、應(yīng)用范圍廣、基本無污染、可持續(xù)利用率高等優(yōu)點，成為世界各國競相發(fā)展的目標(biāo)。目前，太陽能發(fā)電在可再生能源中所占比重還很小，主要原因是使用成本過高。因此，開發(fā)高效率、低成本的太陽能電池，使其成本接近甚至低于常規(guī)能源成本，將有著舉足輕重而又意義深遠(yuǎn)的作用。目前，現(xiàn)有的各類太陽能電池中，晶體硅太陽電池占了 90%的市場份額，其中單晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率超過了 18%，多晶硅電池轉(zhuǎn)化效率也接近17%。盡管在實驗室中小面積的晶體硅電池的最高轉(zhuǎn)化效率接近25%，但由于其工藝與結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，不利于規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用。因此，在成本不太高，工藝不太復(fù)雜的前提下，各國都在從新的器件結(jié)構(gòu)努力，開發(fā)效率更高的晶體硅類太陽電池及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。其中，基于晶體硅的異質(zhì)結(jié)太陽電池是一個熱點的方向。如日本Sanyo株式會社開發(fā)了一種HIT結(jié)構(gòu)的太陽能電池，參見附圖1所示， 包括依次疊層結(jié)合的受光面電極1、P型非晶硅層2、本征非晶硅層3、N型硅襯底4和背電極5。其實驗室轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破22%，產(chǎn)業(yè)化的電池片的轉(zhuǎn)化效率也已經(jīng)達(dá)到19%。該類電池具有如下幾大優(yōu)點(1)由于非晶硅的帶隙在1. 7eV以上，與晶體硅的1. 12eV相比更高，從而形成更強的內(nèi)建電場，大幅度地提高開路電壓；( 采用低溫以內(nèi))沉積方式形成PIN結(jié)，避免了常規(guī)硅電池工藝的高溫擴(kuò)散(約900°C)工藝，既減少了生產(chǎn)能耗，又避免了高溫產(chǎn)生的形變及熱損傷，減少了碎片率；(3)在沉積非晶硅層形成PIN結(jié)的同時， 帶來了很好的表面鈍化作用。然而，上述HIT結(jié)構(gòu)的太陽能電池存在如下問題(1)由于非晶硅材料有很多的界面態(tài)和缺陷，載流子遷移率比較低，影響了光生電流的收集；(2)非晶硅材料本身有光致衰退作用；(3)非晶硅材料和晶體硅材料的光吸收系數(shù)都不是很高，而要提高長波響應(yīng)，就要求硅片的厚度不能太薄，從而限制了電池向薄型化方向發(fā)展的潛力。除了上述HIT異質(zhì)結(jié)太陽電池外，中國發(fā)明專利CNlO 1621084B公開了一種基于N 型硅片的黃銅礦類半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，雖然其具有良好的光電轉(zhuǎn)化效率，但由于黃銅礦半導(dǎo)體是四元化合物，其制造工藝比較復(fù)雜，并且其包含稀有貴重金屬，如銀、銦、鎵等，因此制造成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，以降低制造成本，提高轉(zhuǎn)換效率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極、透明導(dǎo)電層、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜、N型晶體硅、N+背表面場和背金屬電極，形成PNN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。上文中，所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜與N型晶體硅形成異質(zhì)PN結(jié)，有如下優(yōu)點 (1)由于有高的光吸收系數(shù)，P型層可以比較薄，N型晶體硅的厚度也可以進(jìn)一步減??；(2) 由于有高的光吸收系數(shù)，再加上透明導(dǎo)電層兼有減反射作用，P型層無需做類似絨面的陷光結(jié)構(gòu)；(3)由于P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜本身載流子遷移率比較高，再加上可以做成很高結(jié)晶質(zhì)量，因而可以更好地收集光生電流；(4)由于P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜和N型硅的光致衰退都很弱，因而該類異質(zhì)結(jié)電池可以實現(xiàn)低衰退；(5)碲化鎘薄膜制造工藝成熟、成本低廉，適合于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。上述技術(shù)方案中，所述受光面電極為Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni疊層、Al/Ni疊層或 Ti/PdAg疊層電極，其厚度為100 ηπΓ400 μ m。該受光面電極主要起到收集電流的作用。上述技術(shù)方案中，所述透明導(dǎo)電層為ITO、SnO2 =F (FTO)、CdSnO4, CuGaO2, CuInO2, SrCu202、Sn02、In203或摻雜的ZnO層，其厚度為80 1000 nm。優(yōu)選的厚度為100 500 nm。所述摻雜的ZnO層為摻B、Al、( 或h等的ZnO層。該透明導(dǎo)電層具有較高的透光性和電導(dǎo)率，除了起到收集電流的作用外，還可通過優(yōu)化厚度起到良好的減弱表面反射的作用。上述技術(shù)方案中，所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜的厚度為5 ηπΓΙΟ μ m。優(yōu)選的厚度為 100 2000nm。所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜具有如下特點
(1)是直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)在可見與紫外光區(qū)都在105/cm，平均比晶體硅高2個數(shù)量級；
(2)價格低廉，制造工藝及制造設(shè)備成熟，易于大規(guī)模推廣；
(3)沒有光致衰退效應(yīng)，且有很好的抗輻射性能，適合于太空應(yīng)用。上述技術(shù)方案中，所述N+背表面場的厚度為0. ΓΙΟ μ m，并采用重磷摻雜，摻雜濃度為lX1018 9X1021/cm3。優(yōu)選的厚度為0.廣2 μ m。N+背表面場的作用是形成高低結(jié)，進(jìn)一步提升開路電壓，同時還可起到背表面鈍化的作用。上述技術(shù)方案中，所述背金屬電極為Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni疊層、Al/Ni疊層或Ti/ PdAg疊層電極，其厚度為100 ηπΓ400 μ m。優(yōu)選的厚度為2(Γ200 μ m。背金屬電極采用背部全覆蓋，其作用是收集背電流，同時增加長波反射，提高N型硅片對長波的吸收。上述技術(shù)方案中，所述N型晶體硅為太陽能級(SOG)單晶或多晶硅、精煉冶金級 (UMG)單晶或多晶硅，其厚度為100^350 μ m，摻雜濃度為1 X IO15 5 X 1017/cm3。上述技術(shù)方案中，在所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜和N型晶體硅之間還設(shè)有一層本征硅薄膜層，形成PINN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述本征硅薄膜層的厚度為;Γ50 nm。優(yōu)選的，所述本征硅薄膜層的厚度為5 15 nm。該本征硅薄膜層的作用是減少界面缺陷態(tài)，增加表面鈍化效應(yīng)；特別是對于金屬含量較高或缺陷態(tài)密度較多的低級別N型硅片(如精煉冶金級硅片)。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明采用P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜與N型晶體硅形成異質(zhì)PN結(jié)，得到的太陽電池具有更高的開路電壓和填充因子，其光電轉(zhuǎn)化效率在21%左右。
2.本發(fā)明采用的P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜價格低廉，其制造工藝及制造設(shè)備成熟， 易于大規(guī)模推廣，因此本發(fā)明的太陽電池的制造成本較低，適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


附圖1是背景技術(shù)中太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意附圖3是本發(fā)明實施例一的J-V曲線圖； 附圖4是本發(fā)明實施例二的J-V曲線圖； 附圖5是本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6是本發(fā)明實施例三的J-V曲線其中1、受光面電極；2、P型非晶硅層；3、本征非晶硅層；4、N型硅襯底；5、背電極；6、 透明導(dǎo)電層；7、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜；8、N型晶體硅；9、N+背表面場；10、背金屬電極；11、 本征硅薄膜層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實施例一
參見附圖2 3所示，一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極1、透明導(dǎo)電層6、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜7、N型晶體硅8、N+背表面場9和背金屬電極10，形成PNN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。 上文中，所述受光面電極為Ag電極，其厚度為20 μ m ；該受光面電極主要起到收集電流的作用。所述透明導(dǎo)電層為ITO層，其厚度為200nm;該透明導(dǎo)電層具有較高的透光性和電導(dǎo)率，除了起到收集電流的作用外，還可通過優(yōu)化厚度起到良好的減弱表面反射的作用。上述技術(shù)方案中，所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜為P型，帶隙為1. 45eV,厚度為 2 μ m0所述N+背表面場的厚度為0. 2μπι，并采用重磷摻雜，摻雜濃度為2X1019/cm3 ；N+背表面場的作用是形成高低結(jié)，進(jìn)一步提升開路電壓，同時還可起到背表面鈍化的作用。所述背金屬電極為Ag電極，其厚度為20 μ m。上述技術(shù)方案中，所述N型晶體硅為太陽能級(SOG)單晶硅，其厚度為200μπι，摻雜濃度 IX 1016/cm3。所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜與N型晶體硅形成異質(zhì)PN結(jié)，有如下優(yōu)點(1)由于有高的光吸收系數(shù)，P型層可以比較薄，N型晶體硅的厚度也可以進(jìn)一步減??；(2)由于有高的光吸收系數(shù)，再加上透明導(dǎo)電層兼有減反射作用，P型層無需做類似絨面的陷光結(jié)構(gòu)； (3)由于P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜本身載流子遷移率比較高，再加上可以做成很高結(jié)晶質(zhì)量，因而可以更好地收集光生電流；(4)由于P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜和N型硅的光致衰退都很弱，因而該類異質(zhì)結(jié)電池可以實現(xiàn)低衰退。經(jīng)過AMPS-ID計算擬合，本實施例的太陽電池的電流密度為26. 73mA/cm2,開路電壓為0. 96V，填充因子為84. 4%，得到的理論轉(zhuǎn)化效率達(dá)到21. 63%。詳見圖3。
實施例二
一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極、透明導(dǎo)電層、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜、N型晶體硅、N+背表面場和背金屬電極，形成PNN+ 的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。上述技術(shù)方案中，所述受光面電極為Ag電極，其厚度為20 μ m ；所述透明導(dǎo)電層為 ITO層，其厚度為200nm ；所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜為P型，帶隙為1. 45eV,厚度為5 μ m ； 所述N+背表面場的厚度為0. 2 μ m，并采用重磷摻雜，摻雜濃度為2X 102°/cm3 ；所述背金屬電極為Ag電極，其厚度為100 μ m。所述N型晶體硅為精煉冶金級(UMG)硅片，其厚度為 200 μ m。摻雜濃度 5 X IO1Vcm3O經(jīng)過AMPS-ID計算擬合，本實施例的太陽電池的電流密度為25. 91mA/cm2,開路電壓為0. 947V，填充因子為82. 9%，得到的理論轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20. 34%。詳見圖4。實施例三
參見附圖5飛所示，一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極1、透明導(dǎo)電層6、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜7、N型晶體硅8、N+背表面場9和背金屬電極10，在所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜和N型晶體硅之間還設(shè)有一層本征硅薄膜層11，形成PINN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述本征硅薄膜層的厚度為5nm。上文中，所述受光面電極為Ag電極，其厚度為20 μ m ；該受光面電極主要起到收集電流的作用。所述透明導(dǎo)電層為FTO層，其厚度為200nm;該透明導(dǎo)電層具有較高的透光性和電導(dǎo)率，除了起到收集電流的作用外，還可通過優(yōu)化厚度起到良好的減弱表面反射的作用。上述技術(shù)方案中，所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜為帶隙1.^^，厚度為4口!11。所述N+背表面場的厚度為0. 2μπι，并采用重磷摻雜，摻雜濃度為2X1019/cm3 ；N+背表面場的作用是形成高低結(jié)，進(jìn)一步提升開路電壓，同時還可起到背表面鈍化的作用。所述背金屬電極為Ag電極，其厚度為30 μ m。上述技術(shù)方案中，所述N型晶體硅為太陽能級(SOG)多晶硅，其厚度為200μπι。摻雜濃度 5 X 1016/cm3。經(jīng)過AMPS-ID計算擬合，本實施例的太陽電池的電流密度為25. 03mA/cm2,開路電壓為0. 985V，填充因子為84. 0%，得到的理論轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20. 70%。詳見圖6。
權(quán)利要求
1.一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于包括依次疊層結(jié)合的受光面電極(1)、透明導(dǎo)電層(6)、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜(7)、N型晶體硅(8)、N+ 背表面場(9)和背金屬電極(10)，形成PNN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述受光面電極(1)為Al、Ag、Au、Ni、Cu、Cu/Ni疊層、Al/Ni疊層或Ti/PdAg疊層電極，其厚度為100 ηπΓ400 μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述透明導(dǎo)電層(6)為 ΙΤ0、SnO2 =F (FTO)、CdSnO4, CuGaO2, CuInO2, SrCu2O2, SnO2, In2O3或摻雜的ZnO層，其厚度為80 1000 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜的厚度為5 ηπΓΙΟ μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述N+背表面場(9)的厚度為0.廣10 μ m，并采用重磷摻雜，摻雜濃度為 1 X 1018"9 X IO2Vcm30
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述背金屬電極(10)為Al、Ag、Au、Ni、Cu/Ni疊層、Al/Ni疊層或Ti/PdAg疊層電極，其厚度為100 nm 400 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于所述N型晶體硅(8)為太陽能級單晶或多晶硅、精煉冶金級單晶或多晶硅，其厚度為 100^350 μ m，摻雜濃度為 1 X IO15 5 X IO1Vcm30
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，其特征在于在所述P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜和N型晶體硅之間還設(shè)有一層本征硅薄膜層(11)，形成PINN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，所述本征硅薄膜層的厚度為3 50 nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于N型硅片的碲化鎘半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽電池，包括依次疊層結(jié)合的受光面電極、透明導(dǎo)電層、P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜、N型晶體硅、N+背表面場和背金屬電極，形成PNN+的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用P型碲化鎘半導(dǎo)體薄膜與N型晶體硅形成異質(zhì)PN結(jié)，得到的太陽電池具有更高的開路電壓和填充因子，其光電轉(zhuǎn)化效率在21%左右。
文檔編號H01L31/0352GK102201480SQ20111012381
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者吳堅, 王栩生, 章靈軍 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 阿特斯(中國)投資有限公司