一種太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池，具有：含第一摻雜類型的基底層，它與極性相反的第二摻雜類型的正面層形成一個界面；帶有至少一個正面接觸件和至少一個背面接觸件，其中，在基底層和背面接觸件之間具有一第一鈍化層和一隧道接觸層，在鈍化層和基底層之間裝有一個由a-Si構(gòu)成的本征層，鈍化層由與基底層極性相同的摻雜材料構(gòu)成，在基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成有第二鈍化層，所述第二鈍化膜的折射率在2.6以上。使用本發(fā)明的薄的基底材料時，可以避免太陽能電池板的彎曲、拱起和斷裂。
【專利說明】一種太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池，特別是一種對背面接觸件以及背面進(jìn)行改進(jìn)的、可取得更高效率的太陽能電池。

【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的太陽能電池中，通常采用下述結(jié)構(gòu):通過使導(dǎo)電型與基板導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)發(fā)生相對于受光面的擴(kuò)散，從而在受光面附近形成pn結(jié)，同時，在該受光面上設(shè)置一個電極，并在與受光面相反的面上形成另一個電極。另外，通常，還可以通過使導(dǎo)電型與基板導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)在所述與受光面相反的面上發(fā)生高濃度地擴(kuò)散，來達(dá)到內(nèi)電場效果，從而期待高輸出效率。
[0003]另一方面，在上述結(jié)構(gòu)的太陽能電池中，在受光面上形成的電極會阻礙入射光，成為抑制太陽能電池輸出的原因。因此，近年來，為了解決這一弊端，開發(fā)了將一種導(dǎo)電型的電極和另一種導(dǎo)電型的電極(即P電極和η電極)同時設(shè)置在背面上的所謂背結(jié)型(裏面接合型，back surface junct1n)太陽能電池。
[0004]在如上所述的背結(jié)型太陽能電池中，由于pn結(jié)存在于背面上，因而為了有效地收集少數(shù)載流子，要點在于:增加基板本體層中少數(shù)載流子的壽命，和抑制基板表面上少數(shù)載流子發(fā)生再結(jié)合。即，為了在這類太陽能電池中獲得優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，須使受光后在基板上產(chǎn)生的少數(shù)載流子的壽命增加。
[0005]作為抑制基板表面上少數(shù)載流子發(fā)生再結(jié)合的方法，可采用形成鈍化膜的方法?？墒?，在背結(jié)型太陽能電池中，由于P區(qū)和η區(qū)在同一個面上形成，因此強烈期待能夠開發(fā)出對P區(qū)和η區(qū)均有效的鈍化膜。
[0006]為取得最高效率，一般使用單晶體硅作為基底材料，而為了降低成本，在使用時將該材料的厚度盡可能制成最薄。在此條件下，加裝背面接觸件被成了問題。
[0007]例如，當(dāng)背面接觸件被設(shè)計為連續(xù)的金屬層時，在金屬-半導(dǎo)體界面上的復(fù)合損耗會導(dǎo)致效率的降低。出于這個原因，通常將背面接觸件設(shè)計為點式或線式接觸，這種接觸優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷工藝形成。
[0008]此外，薄的硅片在冷卻時，覆蓋整個面的背面接觸件會產(chǎn)生較強的機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致斷裂，并為可加工性帶來不利影響。
[0009]此外，絲網(wǎng)印刷工藝的成本相對較高，其最低溫度要求大約為400°C。然而，在使用薄的晶片作為材料時，如此高的溫度會帶來一個問題，即所述晶片在加工過程中容易斷裂，并由此導(dǎo)致產(chǎn)出率的大大降低。特制的絲網(wǎng)印刷膏是太陽能電池生產(chǎn)中一個主要的成本構(gòu)成因素，且對其組成和接觸構(gòu)造的可再造性的控制也需要耗費很高的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]太陽能電池中的硅基板背面的鈍化膜所采用的是氧化硅膜。氧化硅膜、尤其是通過熱氧化法形成的氧化硅膜(以下，也稱其為熱氧化膜)，因具有高度的鈍化效果而被廣泛用作太陽能電池的鈍化膜?？墒牵捎跓嵫趸さ某赡に俣纫蚬杌迳系碾s質(zhì)濃度而異，因此，根據(jù)硅基板的狀態(tài)不同，容易產(chǎn)生膜厚不均。
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的太陽能電池，它可以保證即使在使用P型摻雜材料時也可實現(xiàn)良好的背面接觸。太陽能電池的生產(chǎn)成本應(yīng)盡可能低，并盡可能高效地達(dá)到該效果。上述目的是通過具有如下特點的太陽能電池來解決的:具有:含第一摻雜類型的基底層，它與極性相反的第二摻雜類型的正面層形成一個界面；帶有至少一個正面接觸件和至少一個背面接觸件，其中，在基底層和背面接觸件之間具有一第一鈍化層和一隧道接觸層，在鈍化層和基底層之間裝有一個由a-Si構(gòu)成的本征層，鈍化層由與基底層極性相同的摻雜材料構(gòu)成，在基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成有第二鈍化層，所述第二鈍化膜的折射率在2.6以上。
[0012]本發(fā)明的目的通過這種方式而得以徹底解決。
[0013]通過使用一個隧道接觸層，即使是以P型摻雜材料作為基底材料時，也可以實現(xiàn)與導(dǎo)電體——即與金屬或透光性導(dǎo)體，如氧化鋅或氧化銦錫(ITO)等一之間的優(yōu)質(zhì)接觸。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案中，鈍化層由與基底層極性相同的摻雜材料構(gòu)成。
[0015]此外，在根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池中，背面接觸件還可以設(shè)計為金屬接觸面，且不會由此而導(dǎo)致效率降低。
[0016]為達(dá)到這一目的，本發(fā)明具有優(yōu)勢的改進(jìn)方案中，隧道接觸層和背面接觸層之間設(shè)置有一個透明的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層優(yōu)選由氧化鋅、氧化銦錫或一種可導(dǎo)電的聚合物構(gòu)成。該材料層還具有提高背面反射能力的作用，從而使效率得以提高。
[0017]其中尤以選用氧化鋅層為最佳，原因是該材料與氧化銦錫(ITO)相比在成本方面具有明顯優(yōu)勢。
[0018]背面接觸件和正面接觸件(如果需要)，可金屬材料構(gòu)成，并由例如鋁或者在高品質(zhì)應(yīng)用方案中，可由金、銀或某種其他金屬制成。
[0019]鈍化層優(yōu)選由無定形娃(a-Si)構(gòu)成。
[0020]隧道接觸層優(yōu)選由微晶體硅(μ C-Si)制成。該層可以例如由與基底層極性相同的第一高摻雜材料層構(gòu)成，隨后是極性相反的第二高摻雜材料層。
[0021]在基底層為P型摻雜的情況下，正面層則為η型摻雜，鈍化層最好為P型摻雜層，接著是P+型高摻雜層形式的隧道接觸層，該隧道接觸層隨后是η+型高摻雜層?？赏ㄟ^簡單而可靠的方法來實現(xiàn)η+型高摻雜層與可導(dǎo)電的材料，如氧化鋅等之間的接觸。
[0022]在上述情況下，“高摻雜”指的是該層相比基底材料具有更高的摻雜度，也就是說單位體積內(nèi)所摻雜的原子數(shù)量至少要高出一個量級。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一可選設(shè)計方案，隧道接觸層可以制成為不含有η+型摻雜層，而僅由第一 P型摻雜層構(gòu)成，隨后是第二 P+型摻雜層，這兩個材料層都優(yōu)選由μ C-Si制成。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式，鈍化層和基底層之間設(shè)置有一個由a-Si構(gòu)成的薄的非摻雜層(本征層)。
[0025]該本征層用來作為晶片和鈍化層之間的緩沖。這種結(jié)合會產(chǎn)生特別好的鈍化效果O
[0026]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式，至少在鈍化層、隧道接觸層或本征層中含有氫。
[0027]在此可以使用的原子百分比濃度大約為I到20at.%的氫，最好在本征層、鈍化層和隧道接觸層中都含有氫。
[0028]氫在“懸掛鍵”(dangling bonds)的鈍化過程中起到了主要作用?？傊跉錆舛冗m合的條件下，電池的效率會得到進(jìn)一步改善。
[0029]在需要達(dá)到特別高的效率時，太陽能電池的基底材料則優(yōu)選由單晶體硅構(gòu)成。
[0030]對于價格較為低廉的太陽能電池，其基底材料也可以由多晶體硅(μ C-Si)構(gòu)成。[0031 ] 太陽能電池向光面的結(jié)構(gòu)可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的任意方式構(gòu)造而成。
[0032]在此可使用例如為金屬質(zhì)地的正面接觸件，而太陽能電池的向光表面裝有減弱反射的鈍化層，例如氧化硅。當(dāng)然，鈍化層在正面接觸件區(qū)域內(nèi)中斷。
[0033]在現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能電池的向光面尤其多可被設(shè)計為異質(zhì)結(jié)過渡結(jié)構(gòu)，例如可利用無定形娃發(fā)射極(a-S1-Emitter),在最高約為250°C (以最高溫度200°C為最佳)的較低過程溫度條件下制造。
[0034]加裝太陽能電池的各材料層時優(yōu)選使用薄膜工藝，尤其是等離子增強化學(xué)氣相沉積法(CVD)、濺射或催化CVD法(熱絲化學(xué)氣相沉積法)。
[0035]可以將太陽能電池所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的過程溫度限定為最高不超過大約250°C，最高溫度優(yōu)選為200°C。
[0036]在硅基板的與受光面相反的面上形成有由氮化硅膜制成的第I鈍化膜，該第I鈍化膜的折射率在2.6以上，進(jìn)一步提高太陽能電池的效率。
[0037]通過這種方式，即使在使用薄的基底材料時，也可以避免太陽能電池板的彎曲、拱起和斷裂。
[0038]本發(fā)明的上述特征和以下將進(jìn)一步闡釋的特征不僅可在文中所提出的結(jié)合方案中得到應(yīng)用，在其他的結(jié)合方式或單獨應(yīng)用方案中同樣可用，且仍屬于本發(fā)明的范疇。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0040]圖1是根據(jù)本發(fā)明的太陽電池的局部剖面的簡圖。
[0041]圖中:10_太陽能電池，12-基底層，14-硅層，16-鈍化層，18-正面接觸件，20-區(qū)域，22-本征層，24-鈍化層，26-μ c-Si層，28-材料層，30-氧化鋅層，32-背面接觸層，34-第二鈍化膜。

【具體實施方式】
[0042]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]圖1所示為以數(shù)字10作為總標(biāo)注的本發(fā)明太陽能電池的橫截面圖。太陽能電池10具有一個由單晶體硅構(gòu)成的P型摻雜基底層12。
[0044]在與輻射面相對的前側(cè)裝有一個η型摻雜的硅層14，它與基底層12形成了一個界面(pn結(jié))。η型摻雜的硅層14優(yōu)選設(shè)計為可以減少反射的結(jié)構(gòu)。此外，正面層14通過一個例如由氧化硅構(gòu)成的鈍化層16而被鈍化。前側(cè)帶有正面接觸件18的接觸結(jié)構(gòu)可以通過鋁材接觸件來實現(xiàn)，最好分別通過一個區(qū)域20而與高η型摻雜層相接觸。此外，硅層14通過一個由氧化硅構(gòu)成的鈍化層16而被鈍化。
[0045]基底層12在背面與一個由無定形硅構(gòu)成的薄的本征層22相接。
[0046]本征層22之后緊接鈍化層24，該鈍化層優(yōu)選設(shè)計為P型摻雜的無定形硅(a_Si)層。
[0047]進(jìn)一步與鈍化層24相接的是由微晶體硅μ c-Si構(gòu)成的P型高摻雜層26 (ρ+)。
[0048]該μ c-Si層26進(jìn)一步與由微晶體娃μ c_Si構(gòu)成的材料層28相接,所述材料層28同樣也為高摻雜層，但卻具有相反的極性(η+)。
[0049]這兩個由μ c-Si構(gòu)成、且隨后緊接有η型高摻雜層的ρ型高摻雜層26、28共同形成了一個隧道接觸層。
[0050]與η型高摻雜的μ c-Si層28相連接的是一個氧化鋅層30，上面裝有一個連續(xù)金屬層形式的背面接觸層32，它可由鋁構(gòu)成。
[0051]層22至28中最好含有原子百分比為I到20at.%的氫。
[0052]通過這種材料層結(jié)構(gòu)，即使當(dāng)基底層12的P型摻雜度較低時，也可以保證基底層12與導(dǎo)電體之間實現(xiàn)非常好的接觸。這一點尤其可通過隧道接觸層26、28而達(dá)到，該隧道接觸層由P+型高摻雜的微晶體層與η+型高摻雜的微晶體層連接構(gòu)成。可選擇地，隧道接觸層26、28也可以由第一 ρ+型高摻雜a-Si層或μ c_Si層緊接ρ+型高摻雜的微晶體μ c_Si層構(gòu)成，同樣可取得良好的效果。
[0053]只供選用的本征a-Si層22的厚度優(yōu)選介于大約5到20nm之間，以大約1nm為首選。鈍化層24的厚度優(yōu)選介于大約20到60nm之間，以大約40nm為首選。微晶體層26的厚度最好介于大約5到25nm之間，以大約1nm為首選。微晶體層28的厚度優(yōu)選介于大約I到15nm之間，以大約5nm為首選。
[0054]由氧化鋅(ZnO)、氧化銦錫或類似物質(zhì)構(gòu)成的透明導(dǎo)電層的厚度優(yōu)選介于大約20到150nm之間，尤以大約40到120nm之間，例如大約80nm為首選。
[0055]由鋁或其他材料構(gòu)成的背面接觸層32的厚度可以介于大約0.5到5μπι之間，例如為I μ m。
[0056]由例如氧化鋅等透明材料構(gòu)成的導(dǎo)電層30(在相應(yīng)波長范圍內(nèi))，可以改善背面接觸層32的反射，從而提高效率。原則上也可以用氧化銦錫等另外的材料來取代氧化鋅，但在批量生產(chǎn)時氧化鋅的成本明顯更低。
[0057]可采用適合的薄膜工藝來將這些材料層涂覆到基底層上，如等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、濺射、熱絲化學(xué)氣相沉積(Hot-Wire-CVD)等方法。在層22至28之間的優(yōu)選氫擴(kuò)散效果通過隨后的升溫至約200°C的過程來實現(xiàn)。
[0058]在基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成第二鈍化膜34，包含利用等離子CVD法形成第二鈍化膜的工序，所述等離子CVD法中使用了含有第I氣體和第2氣體的混合氣體，其中，所述混合氣體中的第2氣體與第I氣體的混合比(第2氣體/第I氣體)在1.4以下，且所述混合氣體中含有氮氣，所述第I氣體中含有硅烷氣，所述第2氣體中含有氨氣。
[0059]不論在前側(cè)面上所采用的是何種接觸方式，本發(fā)明的背面接觸件適用于所有的硅太陽能電池。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，具有:含第一摻雜類型的基底層，它與極性相反的第二摻雜類型的正面層形成一個界面；帶有至少一個正面接觸件和至少一個背面接觸件，其中，在基底層和背面接觸件之間具有一第一鈍化層和一隧道接觸層，在鈍化層和基底層之間裝有一個由a-Si構(gòu)成的本征層，鈍化層由與基底層極性相同的摻雜材料構(gòu)成，在基底層背面未被背面接觸件覆蓋的部分以及背面接觸件上形成有第二鈍化層，所述第二鈍化膜的折射率在2.6以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述第一鈍化層由無定形硅構(gòu)成，所述隧道接觸層由微晶體硅構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述隧道接觸層具有第一高摻雜層和極性相反的第二高摻雜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述基底層為p型摻雜，所述正面層為η型摻雜，所述隧道接觸層具有一個ρ+型高摻雜層和一個η+型高摻雜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，所述隧道接觸層具有第一摻雜層和極性相同的第二高摻雜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其特征在于，基底層為ρ型摻雜，正面層為η型摻雜，隧道接觸層具有第一個ρ型摻雜層和第二個Ρ+型高摻雜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，在隧道接觸層和背面接觸層之間設(shè)置有一個可導(dǎo)電的透明材料層，該透明材料層由氧化鋅、氧化銦錫或一種可導(dǎo)電的聚合物構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，至少其鈍化層、隧道接觸層或本征層含有原子百分比濃度為1到20的氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于，基底材料由單晶體硅或多晶體硅構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述正面層上還配有一個鈍化層，該鈍化層在正面接觸區(qū)域內(nèi)中斷。
【文檔編號】H01L31/0216GK104393059SQ201410673913
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】郭文錦, 黃繼昌, 駱?biāo)? 申請人:廣西智通節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?br>