专利名称：晶体硅太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池。
背景技术：
太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源。太阳能发电是世界各国重点扶持的新能源产业，近几年来世界光伏发电产业均以30%的速度高速增长。2010年全球太阳能电池产能达到12GW，其中晶体硅太阳能电池超过9GW，占整个市场的四分之三以上。目前晶体硅太阳能电池的光电转换效率平均为17%左右，光伏发电成本为1. 3 2. 0元/度，相对于民用电价格，其成本依然过高，难以并网发电。进一步降低太阳能电池发电成本，最有效的方法莫过于提高电池的转换效率。据计算，电池效率每提高1%，等效于发电成本降低 7%。与理论极限效率相比，目前的晶体硅太阳能电池效率还有很大的提升空间。现有的晶体硅太阳能电池结构和工艺流程相对简单。电池正面的基本结构为在 η型Si扩散层上用PECVD方法沉积SiNx薄膜为减反射层，并对Si起钝化作用；再用丝网印刷法形成Ag栅网电极，为电池前电极。太阳能电池对前电极有两方面的要求其一，不能遮挡入射光以保证大部分入射光进入ρ-η结，目前栅网前电极的覆盖表面积约6 10%，使太阳能电池的有效面积减小，从而转换效率降低，如果进一步提高入射光的利用率，则需要减小栅网前电极的尺寸和密度；其二，要对光生载流子有充分的收集，使用栅网前电极的结果是，光生载流子必须在Ρ-η结表层作横向运动，这带来了额外的串联电阻，增加了电子-空穴复合率，使短路电流和填充因子下降，如果进一步提高载流子的收集效率，则需要增加栅网前电极的尺寸和密度。这是两个互相矛盾的要求，极大制约了晶体硅太阳能电池光电转换效率的提高。电池背面的工艺十分简单，直接将铝浆印刷在整个背面，烧结后形成电池背电极。 由于电池背面的硅片表面没有钝化，有大量缺陷态存在，因此电子-空穴对复合率很高， 降低了电池的光电转换效率，成为影响电池性能的重要瓶颈之一。背面钝化层对于增加电池效率、提升电池性能有着非常重要的作用。传统上热氧化S^2可对硅表面进行钝化，但热氧化SiO2难以进行单面生长，会对电池正面产生影响，降低器件性能。SiNj^膜可以用于对硅的钝化，但是将这种薄膜应用到背面钝化时，由于存在“寄生效应”(Parasitic Effect), 会降低太阳能电池的性能。也有人研究用Al2O3薄膜进行背面钝化，但依然存在“寄生效应”。而且，Si02、SiNx、Al203都是绝缘材料，不能导电，从而会增加电池的串联电阻，限制了其钝化作用。因而，电池背面钝化层技术至今依然是一个悬而未决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，为增加电池的光电转换效率，提升电池性能而提供一种新型晶体硅太阳能电池。本发明的晶体硅太阳能电池依次包括Al电极、背面SiO基薄膜层、ρ型Si基体层、 η型Si扩散层、正面ZnO基薄膜层和Ag主电极粗线。
本发明中，所述的正面ZnO基薄膜层和背面ZnO基薄膜层为ZnO、ZnMgO, ZnCdO、 ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜。上述的ZnO、ZnMgO, ZnCdO、ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜可以 H 掺杂或 H 与 B、Al、Ga、In、 Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、W、F、Cl、I、Ce、Dy 和 Er 中的一种或几种元素共同掺杂所形成的透明导电薄膜。本发明中，所述的正面ZnO基薄膜层电阻率为10_3 10_5 Ω cm，可见光透射率大于85%，厚度为30 150纳米。所述的背面ZnO基薄膜层电阻率为10 _1 10 —5 Ω cm，厚度为10 5000纳米。本发明中，所述的Al电极为线状电极或点状电极。本发明与现有技术相比具有的有益效果为
1)在η型Si扩散层上直接沉积正面ZnO基薄膜层，为透明导电薄膜，可同时作为电池前电极、减反射层和钝化层。其一，正面ZnO基薄膜层作为电池前电极，替代现有的金属栅网电极，从而使整个电池的正面均成为有效受光面积，达到入射光利用率最大化，同时光生载流子无须再在ρ-η结表层作横向运动，大大提高其收集效率，这一方案完全解决了上述栅网金属前电极的缺点，可大幅增加电池转换效率；其二，正面ZnO基薄膜层作为减反射膜，并具有显著的硅表面钝化和体钝化作用，从而可作为减反射层和钝化层，完全替代SiNx 薄膜，其减反射性能和钝化性能均优于SiNx薄膜，可提高电池的短路电流和开路电压，提升电池性能；其三，采用正面ZnO基薄膜层替代目前制备流程中减反射膜SiNx与正面电极两步工艺，可以达到减反射膜和前电极的一体化，显著降低产品成本。2)在ρ型Si基体层上直接沉积背面ZnO基薄膜层，可作为钝化层。其一，ZnO基薄膜用于背面钝化层，能够有效消除电池背面的硅表面态和体缺陷态，钝化效果好，工艺简单，可以大幅度降低电子_空穴复合率，增加电池转换效率；其二，由于ZnO基薄膜背面钝化层的引入，电池背面硅表面具有清晰的界面，可以提高光的内部反射率，形成二次吸收， 进一步增加电池的光电转换效率；其三，ZnO基薄膜层具有高的电导率，导电性能好，不会增加电池的串联电阻，有利于提升电池性能。3)正面ZnO基薄膜层和背面ZnO基薄膜层可以为相同的薄膜，可采用同一种薄膜沉积方法双面同时镀制而成，技术成熟，工艺简单，成本低，良品率高。4)采用该新型晶体硅太阳能电池所需要的生产流水线，可无需使用PECVD和丝网印刷技术，与现有工艺相比，可显著降低生产成本。5)与现有晶体硅太阳能电池相比，该晶体硅太阳能电池工艺简单，光电转换效率显著增加，电池性能和稳定性高，使用寿命长。
图1是本发明晶体硅太阳能电池的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的晶体硅太阳能电池依次包括Al电极1、背面ZnO基薄膜层 2、 ρ型Si基体层3、η型Si扩散层4、正面ZnO基薄膜层5和Ag主电极粗线6。所述的正面ZnO基薄膜层5和背面ZnO基薄膜层2包括ZnO、ZnMgO、ZnCdO、ZnBeO或 ZnCaO 薄膜，为 H 掺杂或 H 与 B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、W、F、 Cl、I、Ce、Dy或Er中的一种或几种元素共同掺杂所形成的透明导电薄膜。所述的正面ZnO基薄膜层5电阻率为10_3 10_5 Ω cm，可见光透射率大于85%，厚度为30 150纳米。所述的背面ZnO基薄膜层2电阻率为10 — 1 10_5 Ω cm，厚度为10 5000纳米。所述的Al电极1为线状电极或点状电极。实施例1
在ρ型Si基体层3制绒后，通过扩散方法在其上形成η型Si扩散层4 ；利用磁控溅射方法，在η型Si扩散层4上沉积H与Nb共同掺杂的ZnO透明导电薄膜，为正面ZnO基薄膜层5，在ρ型Si基体层3上沉积H与( 共同掺杂的ZnO透明导电薄膜，为背面ZnO基薄膜层2 ；利用蒸发方法分别真空蒸镀Ag主电极粗线6和Al电极1，Ag主电极粗线6沉积时采用掩膜版技术，Al电极1沉积前先将背面ZnO基薄膜层2刻蚀开孔，Al电极1形成为点状电极。所生产的晶体硅太阳能电池其光电转换效率为If 21%。实施例2
在ρ型Si基体层3制绒后，通过扩散方法在其上形成η型Si扩散层4 ；利用CVD方法， 在η型Si扩散层4和ρ型Si基体层3上，双面同时沉积H与Al共同掺杂的ZnO透明导电薄膜，形成正面ZnO基薄膜层5和背面ZnO基薄膜层2，背面ZnO基薄膜层2沉积时采用掩膜版技术；然后再用蒸发方法分别真空蒸镀Ag主电极粗线6和Al电极1，Ag主电极粗线6 沉积时采用掩膜版技术，Al电极1形成线状电极。所生产的晶体硅太阳能电池其光电转换效率为18 22%。实施例3
在ρ型Si基体层3制绒后，通过扩散方法在其上形成η型Si扩散层4 ；利用磁控溅射方法，在η型Si扩散层4和ρ型Si基体层3上，双面同时沉积H与( 共同掺杂的ZnMgO 透明导电薄膜，形成正面ZnO基薄膜层5和背面ZnO基薄膜层2，背面ZnO基薄膜层2沉积时采用掩膜版技术；然后再用蒸发方法分别真空蒸镀Ag主电极粗线6和Al电极1，^Vg主电极粗线6沉积时采用掩膜版技术，Al电极1形成线状电极。所生产的晶体硅太阳能电池其光电转换效率为If 23%。
权利要求
1.晶体硅太阳能电池，其特征在于依次包括Al电极(1)、背面ZnO基薄膜层O)、P型 Si基体层(3)、η型Si扩散层(4)、正面ZnO基薄膜层(5)和Ag主电极粗线(6)。
2.按权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述的正面ZnO基薄膜层(5) 和背面SiO基薄膜层(2)为aiO、ZnMgO, ZnCdO, ZnBeO或SiCaO薄膜。
3.按权利要求2所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述的&ι0、ZnMgO,ZnCdO, ZnBeO 或 ZnCaO 薄膜为 H 掺杂或为 H 与 B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Cr、 Mo、W、F、Cl、I、Ce、Dy和Er中的一种或几种元素共同掺杂所形成的透明导电薄膜。
4.按权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述的正面ZnO基薄膜层(5) 电阻率为10 10 —5 Ω cm，可见光透射率大于85%，厚度为30 150纳米。
5.按权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述的背面ZnO基薄膜层(2) 电阻率为KT1 1(Γ5Ωαιι，厚度为10 5000纳米。
6.按权利要求1所述的晶体硅太阳能电池，其特征在于所述的Al电极(1)为线状电极或点状电极。
全文摘要
本发明公开的晶体硅太阳能电池依次包括Al电极、背面ZnO基薄膜层、p型Si基体层、n型Si扩散层、正面ZnO基薄膜层和Ag主电极粗线。本发明的晶体硅太阳能电池具有光电转换效率高、稳定性高、工艺简单、生产成本低的优点，可以提高晶体硅太阳能电池的性能和寿命。
文档编号H01L31/0216GK102157572SQ20111005602
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者叶志镇, 吕建国, 黄继杰 申请人:浙江大学