晶体硅太阳能电池的制作方法

专利名称：晶体硅太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种晶体硅(单晶硅或多 晶硅)太阳能电池。
背景技术：
目前，通常的晶体硅太阳能电池10，如图1所示，其典型结构 包括正面栅状金属电极12、减反射及钝化层13、 n+型重掺杂层14、 p型轻惨杂晶体硅衬底16、背面电极17，其中，正面栅状金属电极 12直接与n+型重掺杂层14连接并形成欧姆接触；n+型重掺杂层14 是在p型轻掺杂晶体硅衬底16的一个表面上通过扩散、离子注入或 外延等方法形成的，并且，n+型重掺杂层14和p型轻惨杂晶体硅衬 底16构成同质p-n结，并在其交界处形成p-n结耗尽区(d印letion region) 15;减反射及钝化层13由一种或多种非晶或多晶绝缘薄膜 构成。太阳光线11经过减反射及钝化层13入射到该电池内，被晶体 硅吸收后产生电子-空穴对，进而产生光生电动势，由此，晶体硅太 阳能电池就可以完成将光能转换为电能的功能。
上述电池是一 p型晶体硅太阳能电池，也可以在n型晶体硅衬底 上制作太阳能电池，其结构与上述电池的结构类似。
图1所示通常的晶体硅太阳能电池，其理论上的最大的转换效率 约是29%左右，但由于存在各种损耗，这个转换效率是达不到的，这 些损耗主要是光学损失和电学损失。其中，光学损失主要包括由于电 池表面对光的反射所引起的反射损失和由于金属前电极的遮挡造成电池吸收光的有效面积下降所引起的遮挡损失；电学损失主要包括由 于载流子的复合所造成的复合损失和由于引出电极(正面栅状金属电 极12以及背面电极17)之间的等效串联电阻所引起的欧姆损失。目 前面临的技术难题是，在不增加电池的欧姆损失的前提下，降低电池 的金属前电极的遮挡损失与降低电池的载流子的复合损失是有矛盾 的。
上述矛盾，在图3所示的公开号为CN1416179A中国专利申请的 发明30中己被提出，并提供了一种解决办法，该发明30包括金属 电极32、高电导透明导电膜导电层33、高电阻透明导电膜阻挡层34、 n型掺杂层35、 p型晶体硅衬底37、背电极38， n型掺杂层35和p 型晶体硅衬底37在它们之间的交界处形成p-n结耗尽区36，该发明 30旨在通过采用高电导透明导电膜导电层33和高电阻透明导电膜阻 挡层34组合成的复合膜——透明导电膜前电极来取代上述的栅状金 属电极的一部分和减反射层，以达到增加入射光的通过、降低表层电 阻的目的。
上述专利的技术方案确实在降低遮挡损失(增加了光的有效入射 面积)、降低欧姆损失(降低表层电阻)等方面具有积极的技术效果， 然而，现通过研究发现，它会同时带来其他问题，即带来大量的复合 损失，从而使整个晶体硅太阳能电池的损耗增加，原因如下.-
1、高电导透明导电膜的特性决定了它并不能简单、直接地在晶 体硅太阳能电池得到应用。
高电导透明导电膜在太阳能电池中的应用被发现，最先是被应用于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于高电导透明导电膜导电层是高掺 杂的简并半导体，因此由于高掺杂会产生强烈的复合过程，并且它又 是非晶或多晶薄膜，其中由于晶格的严重错位会形成大量的载流子的 复合中心，对于非晶或多晶薄膜太阳能电池，由于其各个层次都是非 晶或多晶薄膜，其中由晶格错位所造成的复合中心随处可见，因而透 明导电膜中的由于同样原因产生的复合中心就变得无关紧要。而在晶 体硅太阳能电池中，由于其各个层次的晶格都比较完整，其中由此产 生的复合损失是比较小的，如果在其中采用高电导透明导电膜，透明 导电膜中由晶格错位所造成的复合中心的复合作用就变得非常突出， 将会造成非常大的复合损失。
2、高电导透明导电膜导电层33是一个比n+型重掺杂层14更 "死"的"死层"，其产生的复合损失比n+型重掺杂层14要大得多， 它会将连接着透明导电膜前电极的晶体硅掺杂层中所产生的几乎所 有的电子-空穴对复合损失掉。
下面的分析是假定高电导透明导电膜导电层33是n型的，若该 导电层是P型，或者n型掺杂层35和p型晶体硅衬底37分别改成p 型的和n型的，其分析方法基本相似。
由前述可知，高电导透明导电膜导电层33是一个具有大量复合 中心的透明导电膜，如果有电子-空穴对或空穴从其它区域注入到该 薄膜中，则会在该薄膜中非常迅速地复合损失掉，因此，当太阳光线 31照射到该发明30时，晶体硅就会产生电子-空穴对并形成光生电 动势，按照上述专利(公开号为CN1416179A)中的说法，高电阻透明导电膜阻挡层34对电子或空穴的运动几乎不起阻碍作用，因而n 型掺杂层35所产生的电子-空穴对中的大部分电子会因晶体硅中形 成的光生电动势做漂移(drift)运动而穿过高电阻透明导电膜阻挡 层34并注入到n型高电导透明导电膜导电层33中去，另外，n型掺 杂层35和p-n结耗尽区36都因吸收光而产生电子-空穴对，其空穴 浓度的变化是连续和缓慢的，而所形成的光电动势的电压比较小，一 般小于0.7V，其驱动能力比较小，因而n型掺杂层35所产生的空穴 向p-n结耗尽区36所做的扩散(diffusion)运动和漂移运动就要缓 慢得多，而由于n型高电导透明导电膜导电层33不会因吸收光而产 生电子-空穴对，其中原有的空穴浓度很低，n型掺杂层35所产生的 空穴的浓度与n型高电导透明导电膜导电层33中的空穴浓度就因此 而存在巨大的浓度差，因而在n型掺杂层35中靠近透明导电膜前电 极的区域所产生的电子-空穴对中的空穴就会因这一巨大的浓度差所 引起的扩散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n 型高电导透明导电膜导电层33中去，并与其中的电子迅速复合掉， 这样就会使得n型高电导透明导电膜导电层33中的空穴浓度依然是 很低的，同时使得在n型掺杂层35中靠近透明导电膜前电极的区域 的空穴浓度迅速降低，而这又会使得n型掺杂层35的内部所产生的 电子-空穴对中的空穴迅速扩散到在n型掺杂层35中靠近透明导电膜 前电极的区域，这种连锁反应会使得n型掺杂层35中一个少子扩散 长度的区域所产生的电子-空穴对中的大部分空穴会因扩散运动而迅 速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n型高电导透明导电膜导电层33中去，并与其中电子迅速复合掉，而上述n型掺杂层35 — 般是通过液态源扩散的，其结深小于lum，其少子寿命约为十几微 妙，因而其少子扩散长度至少是几十微米，这远远大于其结深。因此， n型掺杂层35所产生的几乎所有电子-空穴对会分别因漂移运动和扩 散运动而迅速穿过高电阻透明导电膜阻挡层34并注入到n型高电导 透明导电膜导电层33中去，并在其中被非常迅速地复合掉。
在上面的叙述中没有提及由于晶体硅表面复合中心所造成的复 合损失，是因为这种损失比上述的损失要小得多。另外晶体硅中的复 合过程对上面的分析没有影响。
相对于1 u m的深结,250nm的结深就应该算是浅结，甚至是500nm 的结深也应该算是浅结。以结深为250nm的采用上述专利技术的晶体 硅太阳能电池(以下简称专利电池)为例，由于采用了高电导透明导 电膜，在栅线密度为最小(0.5条/cm)的情况，其遮挡损失较通常 的晶体硅太阳能电池降低约4. 5%，即该专利电池会多吸收4. 5%的光 子数，250nm的结深意味着该专利电池中的n型扩散层要吸收10. 6% 的光子数，由于一个光子最多只能产生一对电子-空穴对，即光子数 直接对应于电子-空穴对数，而专利电池中由于透明导电膜前电极造 成的复合损失会使得这些被吸收的几乎所有的光子变得毫无用处，因 此，去掉因降低遮挡损失而多吸收的光子数，250nm结深的专利电池 会多出接近6.6%的复合损失；而结深为500nm时，该专利电池则会 多出高达13. 7%的复合损失，这样高的复合损失反而会使该专利电池 的转换效率低于具有同样结深的通常的晶体硅太阳能电池，这是因为，如果采用了合适的减反射及钝化膜，例如氮化硅膜，则该通常的
晶体硅太阳能电池中的n+型重掺杂层所产生的电子-空穴对至少还有 一部分没有被损失掉。
综上所述，如果仅仅将高电导透明导电膜直接应用于晶体硅太阳 能电池中，并不能有效解决通常的晶体硅太阳能电池中所存在的问 题，在对p-n结的结构没有做具体说明的情况下，有时反而会增大复 合损失，从而降低电池的转换效率。

发明内容
本发明的目的在于解决上述申请之缺陷，揭露晶体硅太阳能电池 的复合损失的产生机理，以提供一种既能降低电池的欧姆损失，也能 降低遮挡损失与复合损失的晶体硅太阳能电池。
本发明采用的技术方案为， 一种如图2所示的晶体硅太阳能电池 20，其结构依次为正面栅状金属电极22、窗口层23、第二导电类型 重掺杂层24、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26、背面电极27，其 中， 一种选择是，若第一导电类型为P型，则第二导电类型为n型， 另一种选择是，若第一导电类型为n型，则第二导电类型为p型，所 述的正面栅状金属电极22和所述的窗口层23相连接并形成欧姆接 触，光线21经过窗口层23入射到该电池内，被作为吸收层的第二导 电类型重掺杂层24和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26所吸收并产 生电子-空穴对，进而产生光生电动势。
本发明的叙述方式，是为了表明，不论是P型轻掺杂晶体硅衬底 还是n型轻掺杂晶体硅衬底都可以采用本发明来制作太阳能电池。本发明的一个改进是，所述的第二导电类型重掺杂层24是通过 烧结合金、扩散、外延或离子注入等的方法在所述的第一导电类型轻 掺杂晶体硅衬底26的一个主表面上形成的，并与所述的第一导电类 型轻掺杂晶体硅衬底26 —起构成同质p-n结，并在它们之间的交界 处形成p-n结耗尽区25，其掺杂浓度》6X10"7cm3，优选^5X 107cm3，其厚度为10nm 100nm，优选为20 40nm，当然，在保证 上述厚度的前提下，并确保不引进过多缺陷和过多不需要的杂质的情 况下，利用现有技术提高第二导电类型重掺杂层24的掺杂浓度将获 得更佳的实施效果。
本发明通过制作厚度足够"薄"和掺杂浓度足够"浓"的第二导 电类型重掺杂层24以后，具有如下优点
1、所述的掺杂浓度足够"浓"的第二导电类型重掺杂层24会在 p-n结的冶金结(metallurgical junction)及其附近形成一个足够 强的电场，它会最大程度地阻止p-n结耗尽区25和第一导电类型轻 掺杂晶体硅衬底26所产生的电子(对于n型衬底)或空穴(对于p 型衬底)进入到所述窗口层23内而被复合掉。
现在考虑一用p型晶体硅衬底制作的本发明的电池，对于用n型 晶体硅衬底制作的本发明的电池可以做同样分析。当太阳光线21经 过窗口层23入射到电池内，前面已经说明，所述第二导电类型重掺 杂层24中因吸收光所产生的几乎所有电子-空穴对会注入到所述窗 口层23而被复合损失掉，而对于p-n结耗尽区25中因吸收光所产生 的电子-空穴对，其中的电子会因p-n结耗尽区25的内建电势做指向窗口层23的漂移运动，而其中的空穴除了会因p-n结耗尽区25与第 二导电类型重掺杂层24之间存在的空穴浓度差做指向窗口层23的扩 散运动，同时还会因p-n结耗尽区25的内建电势做远离窗口层23的 漂移运动，因而其中的空穴是否会进入第二导电类型重掺杂层24就 有赖于P-n结耗尽区25的内建电场的大小及分布，若该电场较强， 则其中的空穴就会因较强的漂移运动而注入到第一导电类型轻惨杂 晶体硅衬底26，若该电场较弱，则其中的空穴就会因较强的扩散运 动而注入到第二导电类型重掺杂层24，进而被窗口层23复合损失掉； 而对于第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26因吸收光所产生的电子-空穴对，其中的电子会因P-n结耗尽区25中靠近p型轻掺杂晶体硅 衬底26的区域的电子浓度的下降而做扩散运动以及因光生电动势而 做漂移运动并注入到P-n结耗尽区25，而其中的空穴则要看p-n结 耗尽区25中靠近第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26的区域的空穴浓 度是否下降而是否注入到P-n结耗尽区25,因而也有赖于p-n结耗 尽区25的内建电场的大小及分布。
当第二导电类型重掺杂层24掺杂浓度足够"浓"时，就会形成 单边突变结(one-side abrupt junction),第二导电类型重掺杂层 24会在p-n结的冶金结及其附近形成一个足够强的电场，该"足够 强的电场"就象一面"墙" 一样，它会最大程度地阻止p-n结耗尽区 25和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26所产生的空穴注入到第二导 电类型重掺杂层24中去，进而这些被阻止的空穴也就不能被窗口层 23的复合中心复合掉。2、所述第二导电类型重掺杂层24的厚度足够"薄"，使得第二 导电类型重掺杂层24因吸收光而产生的载流子的数量很少，进而由 窗口层23和第二导电类型重掺杂层24造成的复合损失被降到很低。
由于第二导电类型重掺杂层24的厚度足够薄，这样第二导电类 型重掺杂层24所吸收的太阳光的光子数达到可以忽略的程度，粗略 的计算表明，lOnm厚的第二导电类型重掺杂层24只能吸收大约0. 6% 的太阳光，30mn厚的第二导电类型重掺杂层24只能吸收大约1.7% 的太阳光，这样少的吸收比例还不足电池对光的反射损失(约为290， 而100nm厚的第二导电类型重掺杂层24只能吸收大约5%的太阳光， 与本发明可以降低的遮挡损失(约为4.7%)相当，进而大部分的光 子都被P-n结耗尽区25和第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26吸收， 因此，即使第二导电类型重掺杂层24吸收的光子所产生的电子-空穴 对，由于浓度差全部被注入到窗口层23内，并被其复合中心损失掉， 其造成的复合损失对于电池的整体损耗而言也是微不足道的。
由上不难看出，在本发明中，所述的掺杂浓度足够"浓"的第二 导电类型重掺杂层24会形成单边突变结，它会在p-n结的冶金结及 其附近形成一个足够强的电场以尽可能地阻止p-n结耗尽区25和所 述第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26所产生的电子(对于n型衬底) 或空穴(对于P型衬底)注入到所述第二导电类型重掺杂层24中去， 使得在本发明的电池中只有第二导电类型重掺杂层24所产生的电子 -空穴对能够被窗口层23和第二导电类型重掺杂层24复合损失掉， 所述厚度足够"薄"的第二导电类型重掺杂层24又使得该层所吸收的光子数达到可以忽略的程度，这样，使得在本发明的电池中只有位
于上述的"墙"的一面——第二导电类型重掺杂层24因吸收少量太 阳光所产生的电子-空穴对会进入到窗口层23被复合损失掉，而位于 "墙"的另一面——p-n结耗尽区25和第一导电类型轻掺杂晶体硅 衬底26所吸收的大量光子则不会被窗口层23复合损失掉，从而使复 合损失大大降低，这就可以使通常的晶体硅太阳能电池的性能得到明 显的改善。
综合上述因素，可将通常的晶体硅太阳能电池的转换效率至少提 高10%以上。
作为本发明的进一步改进
在本发明中，所述的窗口层23没有采用上述的专利 (CN1416179A)中所使用的名称"高电导透明导电膜导电层"，是因 为，本发明认为，凡是具备所述的窗口层23所具有的特征的掺杂化 合物半导体非晶或多晶薄膜就可以作为所述的窗口层23来使用，就 能够发挥上述的专利(CN1416179A)中所提到的那几种高电导透明导 电膜导电层所能发挥的作用，目卩 一是导电的；二是对太阳光几乎是 透明的，而上述的专利(CN1416179A)中所提到的那几种高电导透明 导电膜导电层也是一些化合物半导体非晶或多晶薄膜。这些所述的窗 口层23所具有的特征是所述的窗口层23是由一种或多种掺杂的化 合物半导体的非晶或多晶薄膜构成，其方块电阻《100Q/口，优选《 10 Q /□，其对AMI. 5条件下的太阳光谱中波长在0. 39 1. 1 u m范围 内的太阳光的透过率>80%，其中各种薄膜的电阻率《0.8Qcm。对方块电阻的要求则来自于所述的窗口层23必须起着载流子的 输运功能，因此，其方块电阻就应该小于或等于在所述的通常的晶体 硅太阳能电池10中起着同样功能的n+型重掺杂层14的方块电阻， 而该方块电阻一般《100Q/口。当然，所述的窗口层23的方块电阻 是越小越好，现有技术中，5 10Q/口的方块电阻为最优选，当然， 随着制造技术的提升，获得更小方块电阻的窗口层23也会成为可能。
对透过率的要求则因为在设计晶体硅太阳能电池时，只需考虑波 长在0. 39 1. 1 urn范围内的太阳光，即要求晶体硅太阳能电池中晶 体硅上的薄膜对该范围的太阳光几乎是透明的，上面的叙述还要求该 薄膜是导电的，即要求该薄膜至少是透明导电膜(Transparent Conducting Oxide, TCO)，而目前一般要求透明导电膜对波长在 0.39 1. lum范围内的太阳光的透过率》8(m，因此，本发明也将此 作为对所述的窗口层23的要求。
为了确保所述的窗口层23的透过率》80%，所述的窗口层23还 必须有减反射功能，因此，在确定了何种材料作为所述的窗口层23 来使用时，也即确定了其中的各种薄膜的折射率，此时还必须使该薄 膜的厚度满足减反射条件。
对其中各种薄膜的电阻率的要求意指该薄膜是掺杂的。
当然，所述的窗口层23可以为满足上述特征的金属氧化物和金 属硫化物半导体非晶或多晶薄膜，如Sn02:F、 ZnO:Al、 ln203 : Sn (ITO) 、 Zn2Sn04、 ln203 : Mo、 ZnS : Al等，其方块电阻可以做到《 100 Q /□，其对AMI. 5条件下的太阳光谱中波长在0. 39 1. 1 y m范围内的太阳光的透过率一般》80%。上述的金属氧化物半导体非晶或 多晶薄膜即是通常所说的透明导电膜。
作为采用本发明所述技术方案的效果之一，本发明省掉了上述专 利(CN1416179A)中的发明的透明导电膜前电极所必须要使用的高电 阻透明导电膜阻挡层。在上述专利(公开号为CN1416179A)中，为 降低透明导电膜前电极与晶体硅之间界面上的复合损失特意引进了 一个高电阻透明导电膜阻挡层，它起着钝化晶体硅表面的作用，按照 该专利的说法，这是必须要有的，其最终目的是想以此来使靠近透明 导电膜前电极的晶体硅扩散层所吸收的太阳光尽最大限度地转换为 光生电动势，如果要求透明导电膜前电极对任何p-n结结构都适用， 则其中的高电阻透明导电膜阻挡层是必须要有的，而在本发明中，是 通过制作厚度足够"薄"和掺杂浓度足够"浓"的第二导电类型重掺 杂层24以达到一种特定的p-n结结构，该结构可以确保所述的窗口 层23和第二导电类型重掺杂层24所带来的复合损失是很小的，是微 不足道的，因而本发明在所述的窗口层23和第二导电类型重掺杂层 24之间不需要任何阻挡层。
所述正面栅状金属电极22与通常的晶体硅太阳能电池的正面栅 状金属电极12有着类似的形状和结构，但是，由于采用了所述的窗 口层23，其电阻率可以做得比较低，所述的正面栅状金属电极22的 间距就可以更大些，例如，通常的晶体硅太阳能电池的正面栅状金属 电极的金属栅线的间距一般选为2 3mm，而本发明所述的正面栅状 金属电极22的间距则可以选为2 25mm之间，或更大一些，这样，正面栅状金属电极22的金属栅线的数量就减少了，进而晶体硅太阳 能电池的遮挡损失就降低了。
基于本发明的一些其他变化，如还可以在第一导电类型轻掺杂晶 体硅衬底26和背面电极27之间插入一层第一导电类型重掺杂层，甚 至还可以将第二导电类型重掺杂层24和第一导电类型轻掺杂晶体硅 衬底26做成PIN结构。
在本发明中，所述的厚度足够"薄"和掺杂浓度足够"浓"的第 二导电类型重掺杂层24能够降低所述窗口层23带来的复合损失，而 所述窗口层23又会降低所述的厚度足够"薄"和掺杂浓度足够"浓" 的第二导电类型重掺杂层24带来的欧姆损失，并同时降低所述正面 栅状金属电极22带来的遮挡损失，因而，所述的厚度足够"薄"和 掺杂浓度足够"浓"的第二导电类型重掺杂层24和所述窗口层23互 为前提，互为结果，彼此相互支持，缺一不可，但它们都是通常的晶 体硅太阳能电池的性能得以明显改善的必要前提，都是本发明的必要 前提。而在上述的专利(公开号为CN1416179A)中，浅结是采用透 明导电膜前电极以后的结果之一，因而对p-n结的结构不需要做任何 说明。
本发明会带来如下优点 1、 如果将所述窗口层23的方块电阻做到5 7Q/口，将所述的第 二导电类型重掺杂层24的厚度做到30nm左右，浓度做到5X 1019/cm3以上，将所述的正面栅状金属电极22中金属栅线的间 距做到25mm，则可有效降低通常的晶体硅太阳能电池的遮挡损失、复合损失和欧姆损失，进而本发明的电池的转换效率肯定 高于通常的晶体硅太阳能电池的转换效率，其高出的比例至少
是20%以上。
2、 对于通常的晶体硅太阳能电池，其结深一般》250nm，而如果将 本发明中所述的第二导电类型重掺杂层24的厚度做到30rnn左 右，则其间相差至少是8倍，因而在同样的扩散温度下，所需 要的扩散时间就相差至少是64倍，即所需要的能耗就相差至少 是64倍，因而，本发明可以大大地降低扩散工艺所需要的能耗。
3、 在膜制备这一环节上，上述通常的晶体硅太阳能电池的减反射 及钝化膜，由于要起着钝化作用，其制备就需要比较高档的设 备，例如等离子体增强化学气相淀积(PECVD)，并且需要高纯 的原材料和良好的洁净环境，而本发明则不需要，只需要普通 的APCVD以及较低纯度的原材料和较差的环境，因此，本发明 在这一环节上可以大大地降低设备投资和厂房建设的投资以及 生产费用。
4、 在上述专利(公开号为CN1416179A)中，所述的透明导电膜前 电极必须有一个高电阻透明导电膜阻挡层，它起着钝化晶体硅 表面的作用，而本发明则不需要，因此，本发明就比上述的专 利(公开号为CN1416179A)少一道制膜工序，而这一制膜工序 在上述专利(公开号为CN1416179A)中是比较关键的，要想得 到一个良好的钝化膜，就需要比较高档的设备，例如PECVD， 并且需要高纯的原材料和良好的洁净环境，因此本发明与上述专利(公开号为CN1416179A)中的发明相比就可以大大地降低 设备投资和厂房建设的投资以及生产费用。 以下结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。


图1是通常的晶体硅太阳能电池的示意图； 图2是本发明的结构示意图3是公开号为CN1416179A的前述专利的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对具体实施方式
做详细说明。
如图2所示，本发明所述的晶体硅太阳能电池20结构依次为正 面栅状金属电极22、窗口层23、第二导电类型重掺杂层24、第一导 电类型轻掺杂晶体硅衬底26、背面电极27，第二导电类型重掺杂层 24通过烧结合金、扩散、外延或离子注入等的方法在所述的第一导 电类型轻掺杂晶体硅衬底26的一个主表面上形成的，并与所述的第 一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26 —起构成同质p-n结，所述的正面 栅状金属电极22和所述的窗口层23相连接并形成欧姆接触。
具体实施方式
l:
按照以下步骤即可获得图2所示的本发明所述的p型晶体硅太阳 能电池。
1、 提供〈100〉晶向p型晶体硅片，其掺杂浓度是在4X1015
4X107cm3范围内。 2 、 在含有氢氧化钠的溶液中进行化学抛光处理。3、 在p型晶体硅片的背面(可在两个表面中任选)通过扩散 方法形成p+型重掺杂层，要求其杂质浓度大于1027cm3，其 结深^2um，掺杂剂材料可以是硼(B)。
4、 在p型晶体硅片的背面的p+型重掺杂层上通过常压化学气 相淀积(APCVD)或低压化学气相淀积(LPCVD)方法淀积 一层Si02膜，要求其厚度大于0.5ixm。
5、 首先用光刻胶将p型晶体硅片的背面的p+型重掺杂层上的 Si02膜予以保护，在10%的氢氟酸溶液中去掉p型晶体硅 片的正面的Si02膜，再在含有硝酸加氢氟酸的醋酸溶液(体
积比例为硝酸氢氟酸醋酸=3 :i:8)中将p型晶体硅 片的正面的p+型重掺杂层腐蚀掉，再在含有氢氧化钠的溶
液中腐蚀掉1 2 it m硅层，(要求这二步腐蚀的厚度至少
大于上述的p型晶体硅片的背面的p+型重掺杂层的厚度
1 2um)，而后再在含有氢氧化钠和异丙醇的溶液中将p 型晶体硅片的正面进行织构化处理。
6、 在p型晶体硅片的正面通过扩散方法形成n+型掺杂层，要 求其杂质浓度^6Xl(T/cm3，其结深《100nm，掺杂剂材料 可以是磷(P)。
7、 在10%的氢氟酸溶液中去掉p型晶体硅片上的Si02膜
8、 在p型晶体硅片的n+型掺杂层上，通过溅射方法或APCVD 方法，沉积一层ITO、 ZnO : Al等。
9、 通过丝网印刷，在上述p型晶体硅片的背面的p+型重掺杂层上印刷一层大面积钛/铅/银浆料，通过烧结，在上述P 型晶体硅片的背面形成欧姆接触层和钛/铅/银焊接层。
10、 使用钛/铅/银浆料，通过丝网印刷，在上述透明导电膜上
印刷一层正面栅状金属电极浆料，通过烧结，在上述透明 导电膜上形成正面栅状金属电极欧姆接触层和焊接层。
11、 采用等离子刻蚀技术或激光刻蚀方法将p型晶体硅片边缘 的掺杂层和各种膜都去掉。
根据具体实施方式
1可得到如下实施例-实施例1:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，
即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向p型单晶硅片，选择各工艺参 数为p型单晶硅片的电阻率约为1Qcm;正面的n+型掺杂层，其厚 度约为100nm，其掺杂浓度约为5X107cm、窗口层可选用ZnO : Al 薄膜，其方块电阻约为《100Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金 属电极的金属栅线的间距为2. 85mm。则该电池的转换效率可达到17% 左右，比通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为 6%。
实施例2:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，
即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向p型单晶硅片，选择各工艺参 数为p型单晶硅片的电阻率约为1Qcni;正面的n+型掺杂层，其厚 度约为10nm，其掺杂浓度约为6X1018/cm3;窗口层可选用ZnO : Al薄膜，其方块电阻约《100Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金属 电极的金属栅线的间距为2. 85mm。则该电池的转换效率可达到17. 8% 左右，比通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为 11%。
实施例3:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料， 即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向p型单晶硅片，选择各工艺参 数为P型单晶硅片的电阻率约为1Qcm;正面的n+型掺杂层，其厚 度约为30nm，其掺杂浓度约为6X1018/cm3;窗口层可选用ZnO : Al 薄膜，其方块电阻约为《100Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金 属电极的金属栅线的间距为2.85mm。则该电池的转换效率可达到 17. 8%左右，比通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比 例约为11%。
实施例4:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料， 即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向p型单晶硅片，选择各工艺参 数为P型单晶硅片的电阻率约为lQcin;正面的n+型掺杂层，其厚 度约为30nm，其掺杂浓度》5X 107cm3;窗口层可选用ZnO : Al薄膜， 其方块电阻约为5Q/口，其厚度约为600nm;正面栅状金属电极的金 属栅线的间距为25mm。则该电池的转换效率可达到18. 6%左右，比通 常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为17%。
具体实施方式
2:将实施例1中的p型晶体硅衬底变换为n型晶体硅衬底，其它的 地方也做相应更换，即可制备得一个本发明的n型晶体硅衬底的太阳 能电池，具体如下
1、 提供〈100〉晶向n型晶体硅片，其掺杂浓度是在4X1015 4X107cm3范围内。
2 、 在含有氢氧化钠的溶液中进行化学抛光处理。
3、 在n型晶体硅片的背面(可在两个表面中任选)通过扩散 方法形成n+型重掺杂层，要求其杂质浓度大于1027cm3，其 结深》2um，掺杂剂材料可以是磷(P)。
4、 在n型晶体硅片的背面的n+型重掺杂层上通过APCVD或 LPCVD方法淀积一层Si02膜，要求其厚度大于0. 5 u m。
5、 首先用光刻胶将n型晶体硅片的背面的n+型重掺杂层上的 Si02膜予以保护，在10%的氢氟酸溶液中去掉n型晶体硅 片的正面的Si02膜，再在含有氢氧化钠的溶液中腐蚀掉3 4um硅层(要求此厚度至少大于上述的n型晶体硅片的背 面的n+型重掺杂层的厚度1 2um)，而后再在含有氢氧 化钠和异丙醇的溶液中将P型晶体硅片的正面进行织构化 处理。
6、 在n型晶体硅片的正面通过扩散方法形成p+型掺杂层，要 求其杂质浓度》6X10"/cm3，其结深《100nm，掺杂剂材料 可以是硼(B)。
7、 在10%的氢氟酸溶液中去掉n型晶体硅片上的Si02膜8、 在n型晶体硅片的p+型掺杂层上，通过溅射方法或APCVD 方法，沉积一层ITO、 ZnO : Al等。
9、 通过丝网印刷，在上述n型晶体硅片的背面的n+型重掺杂 层上印刷一层大面积钛/铅/银浆料，通过烧结，在上述n 型晶体硅片的背面形成欧姆接触层和钛/铅/银焊接层。
10、 使用钛/铅/银浆料，通过丝网印刷，在上述透明导电膜上 印刷一层正面栅状金属电极浆料，通过烧结，在上述透明 导电膜上形成正面栅状金属电极欧姆接触层和焊接层。
11、 采用等离子刻蚀技术或激光刻蚀方法将n型晶体硅片边缘 的掺杂层和各种膜都去掉。
根据具体实施方式
2可得到如下实施例 实施例5:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料， 即CZ级别的0.2nim厚度的〈100〉晶向n型单晶硅片，选择各工艺参 数为n型单晶硅片的电阻率约为lQcm;正面的p型掺杂层，其厚 度约为100nm,其掺杂浓度约为102°/cm3;窗口层可选用ZnO : Al薄 膜，其方块电阻约《40Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金属电 极的金属栅线的间距为2.85mm。则该电池的转换效率可达到18%左 右，比通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为 13%。
实施例6:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料，即CZ级别的0.2腿厚度的〈100〉晶向n型单晶硅片，选择各工艺参 数为n型单晶硅片的电阻率约为1Qcm;正面的p+型掺杂层，其厚 度约为20nm，其掺杂浓度》5X107cm3;窗口层可选用ZnO : Al薄膜， 其方块电阻《40Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金属电极的金 属栅线的间距为2.85mm。则该电池的转换效率可达到18. 8%左右，比 通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为18%。 实施例7:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料， 即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向年型单晶硅片，选择各工艺参 数为年型单晶硅片的电阻率约为lQcm;正面的p+型掺杂层，其厚 度约为40nm，其掺杂浓度》5X 107cm3;窗口层可选用ZnO : Al薄膜， 其方块电阻约《40Q/口，其厚度约为150nm;正面栅状金属电极的 金属栅线的间距为2. 85腿。则该电池的转换效率可达到18. 6%左右， 比通常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为17%。
实施例8:
如果采用与通常的晶体硅太阳能电池工业化制作一样的硅材料， 即CZ级别的0.2mm厚度的〈100〉晶向n型单晶硅片，选择各工艺参 数为n型单晶硅片的电阻率约为1Qcm;正面的p+型掺杂层，其厚 度约为40nm，其掺杂浓度》l(T/cm、窗口层可选用ZnO : Al薄膜， 其方块电阻约为5Q/口，其厚度约为600nm;正面栅状金属电极的金 属栅线的间距为25mra。则该电池的转换效率可达到19. 4%左右，比通 常的晶体硅太阳能电池的工业化平均水平高出的比例约为22%。在上面的实施例中，所述窗口层还可以采用其它的符号条件的掺 杂化合物半导体非晶或多晶薄膜，其效果是差不多的。
在上面具体实施方式
中，通过对各种参数的不同选择，就可以得 到各种不同组合的本发明实施例，这些通过对本发明的上述描述已可 简便获得，在此就不再赘述。
权利要求
1、一种晶体硅太阳能电池，其结构依次为正面栅状金属电极(22)、窗口层(23)、第二导电类型重掺杂层(24)、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(26)、背面电极(27)，所述的正面栅状金属电极(22)和所述的窗口层(23)相连接并形成欧姆接触，其特征在于所述的第二导电类型重掺杂层(24)是通过烧结合金、扩散、外延或离子注入等的方法在所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26的一个主表面上形成的，并与所述的第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底(26)一起构成同质p-n结，所述的第二导电类型重掺杂层(24)的掺杂浓度≥6×1018/cm3，所述的第二导电类型重掺杂层(24)的厚度为10nm～100nm，所述的窗口层(23)主要由一种或多种掺杂的化合物半导体的非晶或多晶薄膜构成，其方块电阻≤100Ω/□，其对AM1.5条件下的太阳光谱中波长在0.39～1.1μm范围内的太阳光的透过率≥80％，其中各种薄膜的电阻率≤0.8Ωcm。
2、 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所 述第二导电类型重掺杂层(24)的掺杂浓度优选》5X107cm3。
3、 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所 述第二导电类型重掺杂层(24)的厚度优选为20 40nm。
4、 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所 述窗口层(23)的方块电阻优选《10Q/口。
5、 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述窗口层(23)对波长在0.39 1. lum范围内的太阳光的透过率优 选》90%。
6、 根据权利要求1 5所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于 所述的掺杂的化合物半导体的非晶或多晶薄膜可以是Sn02 : F、ZnO : Al、 In203 : Sn (ITO) 、 Zn2Sn04、 In203 : Mo、 ZnS : Al等非晶或多 晶薄膜的一种，其方块电阻《100Q/口，其对AM1.5条件下的太阳光 谱中波长在0. 39 1. 1 y m范围内的太阳光的透过率》80%。
全文摘要
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池，其结构依次为正面栅状金属电极22、窗口层23、第二导电类型重掺杂层24、第一导电类型轻掺杂晶体硅衬底26、背面电极27，本发明通过设置所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层24就能够降低所述窗口层23带来的复合损失，通过设置所述窗口层23又能够降低所述的厚度足够“薄”和掺杂浓度足够“浓”的第二导电类型重掺杂层24带来的欧姆损失，并同时降低所述正面栅状金属电极22带来的遮挡损失，由此可将通常的晶体硅太阳能电池的转换效率提高至少10％以上。
文档编号H01L31/06GK101562207SQ20081009336
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者麟 黄 申请人:麟 黄