太阳能电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是一种少数载流子工作器件，少数载流子在电池内的寿命决定了电池的转换效率。因此，要提高电池的转换效率，就必须设法减少少数载流子在电池内的复合，从而增加少数载流子的寿命。影响少数载流子寿命的因素有:(I)体内复合；(2)表面复合；(3)电极区复合。减少体内复合的办法首先是提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，其次是选用适当的掺杂浓度，另外，吸杂工艺也能有效的提高晶体的质量。减少表面复合通常采用钝化膜的方式，例如，对硅电池，可在硅表面生成一层介质膜，如二氧化硅(S12)和氮化硅(SiN)，这种介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而达到表面钝化的目的。如果这种介质膜生成在η—型硅的表面，由于在这些介质膜内固有的存在着一些正离子，这些正离子排斥了少数载流子空穴向表面移动。另外一种表面钝化的方法是在电池表面形成高一低结(high-low junct1n)，这种结在表面产生一个电场，从而排斥了少数载流子空穴向表面移动，例如，宽禁带的无定形硅(a-Si) (1.7eV)有很好的表面钝化效果。减少电极区的复合可采用将电极区的掺杂浓度提高，从而降低少数载流子在电极区的浓度，减少了载流子在此区域的复合。
[0003]通过改善工艺，可以大大减少转换效率的损耗，如光学损耗(反射和光陷阱等)、电阻损耗(电极、体材料等)以及缺陷、杂质和发射区复合损耗等等。澳大利亚新南威尔士大学的PERL(发射区钝化背面点接触)电池，它仍保持着转换效率最高的世界记录是24.7%，已经非常接近俄歇复合理论上限。以Aberle等发表PERL电池为例，转换效率为22.9 %，其中，复合损耗占3.4 %，光学损耗占2.9 %，电阻损耗占0.6 %。PERL电池采用了高质量的单晶硅材料来减少体内复合，采用热氧化法生成的3102薄膜来减少表面复合，有效地减少了载流子的复合损耗，使得复合损耗只占总损耗的3.4%。但缺点是高质量的单晶硅材料成本很高，热氧化法生成S12薄膜的工艺在1000°C以上的高温长达数小时，不适合于商业化生产。和PERL电池相比，采用简单工艺的商业化多晶硅电池的损耗要严重的多。以一种转换效率只有13.0%的普通商业化的多晶硅电池为例，复合损耗占8.1%，光学损耗占7.0%，电阻损耗占1.7%。多晶硅电池的体内复合比较严重，虽然吸杂工艺可以在一定程度上减少复合损耗，但晶界造成的损耗是不可避免的。另外，商业化多晶硅电池普遍采用氮化硅钝化材料或铝背表场(BSF)来减少表面复合损耗，但复合损耗仍然高达8.1%。和单晶硅的PERL电池相比，还有很大的提升空间。
[0004]目前，减少复合损耗大部分是依靠工艺来改善的，利用电池结构的优化来改善转换效率的研究还很不充分。现有太阳能电池按电极设计可分为两类，一类是常规的上下电极结构。以P型硅衬底制成的n+/p型上下电极结构太阳能电池为例，P层为基体，厚度为
0.2?0.5mm ;p层上面是η层，又称为发射区层，通常是用高温掺杂扩散方法制得的，因而又称为扩散层，厚度为0.2?I μ m。单晶硅的少子扩散长度大约为200 μ m，多晶硅的少子扩散长度大约为大约为50?150 μ m，所以少子扩散长度远远大于发射区长度。光在发射区中激发产生的少子除了一部分由于各种原因复合以外，大部分能扩散至pn节。在pn节内建电场的作用下，向P区漂移，从而产生光生电压。而电池基体(P区)厚度却大于少子扩散长度，光在基区中激发产生的少子由于有限的扩散长度在扩散至pn节前已经复合，造成相当一部分损耗。另一类是背电极结构，正、负电极都在电池背面。和上下电极结构相反，Pn节靠近电池的背表面。由于大部分光会在上表面被吸收，在上表面激发产生的少子由于有限的扩散长度在扩散至背表面的pn节前已经复合，也会造成相当一部分部分损耗，所以对衬底复合损耗和表面复合损耗的要求很高，同时为了增加扩散长度，衬底应该是低掺杂的。目前为止，背接触电池只应用于高质量的区融硅衬底或或非常薄的衬底。由于目前占市场主导地位的多晶硅电池的少子扩散长度很短，约为50?150 μπι，所以不管是上下电极结构或背电极结构，此种损耗相当严重，传统的表面钝化以及吸杂工艺并不能有效地解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种复合损耗较低、结构工艺简单且适合于大规模生产的太阳能电池及其制作方法，以提高太阳能电池的转换效率。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:太阳能电池，包括上下电极结构，该太阳能电池的衬底背面具有补充性的正、负电极。
[0007]衬底为具有一定掺杂浓度的半导体衬底，在衬底正面形成发射区，在衬底背面分别形成互相间隔的发射区和基区。
[0008]衬底正面的发射区形成低遮挡的上电极，衬底背面的发射区和基区分别形成不同极性的电极。
[0009]该太阳能电池的正面制备织构(绒)面以及形成钝化膜和减反射膜，电池背面形成钝化膜。
[0010]电池背面覆盖导电薄膜，且衬底背面的发射区和基区分别连接的导电薄膜之间是隔离的。
[0011]上述太阳能电池的制作方法，采用浅掺杂的η或P型单晶硅或多晶硅材料用作半导体衬底；采用腐蚀或刻蚀法形成电池正面的织构(绒)面；电池正面的发射区采用高温掺杂扩散法制得；电池正面电极区的局部高浓度掺杂利用掩膜层来进行电极区局部扩散，或采用在电极区丝网印刷高浓度浆料加高温局部扩散法，或在表面均匀涂源进行扩散加选择性腐蚀法；采用热氧化法或PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)生成正面钝化膜和减反射膜；采用丝网印刷烧结法制作电池的上电极。
[0012]上述太阳能电池的制作方法，采用掩膜层来进行电极区局部扩散或采用在电极区丝网印刷高浓度浆料加高温局部扩散来实现电池背面的发射区和基区具有不同的η型和P型掺杂，其形状为栅状或点状；背面电极或导电薄膜采用丝网印刷烧结法制作，或采用电子束蒸发镀膜，然后经过刻蚀工艺隔离；采用热氧化法或PECVD生成背面钝化膜或绝缘层。
[0013]针对目前仅靠生产工艺来减少太阳能电池复合损耗效果不理想、不充分的问题，发明人创新性的提出利用优化电池结构来改善其转换效率，据此研发了一种新型的正、背面双电极的太阳能电池。该太阳能电池在常规的上下电极结构的基础上，在衬底背面增加补充性的正、负电极，也就是说，除了上表面的pn节以外，在背面再增加补充性的pn节。如此巧妙设计即可大大减少光激发少子到pn节的距离，从而有效地减少复合损耗；同时，在背面建立的pn节电场，还可有效地减少少子向背表面的扩散，从而达到改善背表面复合损耗的目的。此外，该太阳能电池的制作方法工艺简单，能有效改善复合损耗，提高转换效率，适合于大规模生产。
【附图说明】
[0014]图1是本发明太阳能电池的结构示意图，图中:1衬底(基区)，2正面电极，3正面钝化膜(减反射膜)，4顶层η型发射区，5局部高掺杂区域，6极性和衬底(基区)相反的发射区，7和8背面电极，9背面钝化膜或绝缘层，10高浓度掺杂区。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明的太阳能电池，包括上下电极结构，该太阳能电池的衬底背面具有补充性的正、负电极。衬底I为具有一定掺杂浓度的半导体衬底，在衬底正面形成顶层η型发射区4，在衬底背面分别形成互相间隔的发射区6和基区。衬底正面的发射区形成低遮挡的上电极，并在正面电极2下端形成高浓度掺杂区10来减少电极区复合；在衬底背面局部扩散形成极性和衬底(基区)相反的发射区6，以及极性和衬底相同的局部高掺杂区域5，与发射区和局部高掺杂区域相连的背面电极7和8必须互相隔离，可以提高电极