单晶硅太阳能电池的制作方法

专利名称：单晶硅太阳能电池的制作方法
技术领域：
单晶硅太阳能电池技术领域[0001]本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及一种单晶硅太阳能电池。
背景技术：
[0002]太阳能电池利用光电效应将光转换成电能。基本的太阳能电池结构，包括单P-N结、P-1-N/N-1-P结、以及多结结构。典型的单P-N结结构包括:P型掺杂层和N型掺杂层。单P-N结太阳能电池有同质结和异质结两种结构:同质结结构的P型掺杂层和N型掺杂层都由相似材料(材料的能带隙相等)构成，异质结结构包括具有至少两层不同带隙的材料。P-1-N/N-1-P结构包括P型掺杂层、N型掺杂层和夹于P层和N层之间的本征半导体层(未掺杂I层)。多结结构包括具有不同带隙的多个半导体层，所述多个半导体层互相堆叠。[0003]在太阳能电池中，光在P-N结附近被吸收，产生光生电子和光生空穴，所述光生电子和光生空穴扩散进入P-N结并被内建电场分开，光生电子被推进N区，空穴被推进P区。在PN结两侧形成正、负电荷积累，产生光生电动势从而生成穿过所述器件和外部电路系统的电流。[0004]目前，单晶硅太阳能电池由于其较大的光电转换效率得到广泛的生产和应用，单晶硅太阳能电池一般是在P型单晶硅片上掺杂N型离子形成PN结。单晶硅太阳能电池的转换效率受:到很多因素的影响，有待进一步的提闻。[0005]更多关于单晶硅太阳能电池的制作方法请参考公开号为CN102315327A的中国专利。实用新型内容[0006]本实用新型解决的问题是提供一种单晶硅太阳能电池，所述单晶硅太阳能电池具有较高的转换效率。[0007]为解决上述问题，本实用新型提供一种单晶硅太阳能电池，包括:第一掺杂类型单晶娃层和位于所述第一掺杂类型单晶娃层上表面的第二掺杂类型单晶娃层；位于所述第二掺杂类型单晶硅层的表面的第一应力层，所述第一应力层的应力类型与第二掺杂类型单晶娃层的掺杂类型相对应；位于所述第一应力层表面的第一电极；位于第一掺杂类型单晶娃层下表面的第二电极。[0008]可选的，所述第一掺杂类型单晶硅层为P型层，所述第二掺杂类型单晶硅层为N型层，所述第一应力层具有张应力。[0009]可选的，所述第一掺杂类型单晶硅层为N型层，所述第二掺杂类型单晶硅层为P型层，所述第一应力层具有压应力。[0010]可选的，所述第一应力层的厚度为0.5nnTl00nm。[0011]可选的，所述第一应力层的应力的数值范围为200MPa lOOOMPa。[0012]可选的，还包括位于第一掺杂类型单晶硅层的下表面的第二应力层。[0013]可选的，还包括:位于所述第一电极和第一应力层之间的抗反射层[0014]可选的，还包括:位于所述第二掺杂类型单晶硅层和第一应力层之间的抗反射层。[0015]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:[0016]本实用新型所述的单晶硅太阳能电池的第二掺杂类型单晶硅层表面具有第一应力层，所述第一应力层的应力类型与所述第二掺杂类型单晶硅层的掺杂类型相对应。所述第二掺杂类型单晶硅层内的载流子在第二掺杂类型单晶硅层内向第一电极流动的过程中在三维方向内作立体运动，所述第二掺杂类型单晶硅层表面的第一应力层能够使第二掺杂类型单晶硅层受到应力作用，提高第二掺杂类型单晶硅层内载流子的迁移率，从而降低光生电子或光生空穴在经过PN结后，向第一电极漂移的过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的电子或空穴的数量，提高太阳能电池的总的电流密度，从而提高单晶硅太阳能电池的转换效率。[0017]进一步的，如果所述第一掺杂类型单晶硅层为P型层，第二掺杂类型单晶硅层为N型层，则所述第二掺杂类型单晶硅层表面的第一应力层具有张应力。所述第二掺杂类型单晶硅层内的电子在第二掺杂类型单晶硅层内向第一电极流动的过程中在三维方向内作立体运动，所述具有张应力的第一应力层使N型层受到张应力作用，可以提高所述N型层内电子的迁移率，从而降低P型层内产生的光生电子，在经过PN结后，在N型层内向第一电极漂移的过程中，被复合的几率，提高到达第一电极处的电子数量，从而提高单晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。如果所述第一掺杂类型单晶硅层为P型层，第二掺杂类型单晶硅层为N型层，则所述第二掺杂类型单晶硅层表面的第一应力层具有压应力。所述第二掺杂类型单晶硅层内的空穴在第二掺杂类型单晶硅层内向第一电极流动的过程中在三维方向内作立体运动，所述具有压应力的第一应力层使P型层受到压应力作用，提高所述P型层内空穴的迁移率，从而降低N型层内产生的光生空穴，在经过PN结后，在P型层内向第一电极漂移的过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的空穴数量，从而提高单晶硅薄膜太阳能电池的转换效率。[0018]进一步的，本实用新型还包括，位于第一掺杂类型单晶硅层的下表面的第二应力层，可以同时提高第一掺杂类型单晶硅层和第二掺杂类型单晶硅层内的载流子迁移率，进一步提闻单晶娃太阳能电池的转换效率。


[0019]图1是本实用新型的实施例中单晶硅太阳能电池的制作方法的流程示意图；[0020]图2至图6是本实用新型的实施例中单晶硅太阳能电池的制作方法的剖面示意图。
具体实施方式
[0021]如背景技术中所述，目如单晶娃太阳能电池的转换效率有待进一步的提闻。[0022]研究发现，光生载流子的复合直接影响太阳能电池的开路电压。所以载流子在向电极运动的过程中，提高载流子的迁移速率可以有效降低光生载流子的复合率从而提高太阳能电池的转换效率。[0023]本实用新型提出了 一种单晶硅太阳能电池，所述单晶硅太阳能电池的第二掺杂类型单晶硅层表面具有第一应力层，使第二掺杂类型单晶硅层内的载流子迁移率得到提高，从而提闻太阳能电池的转换效率。[0024]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。所描述的实施例仅仅是本实用新型的可实施方式的一部分，而不是其全部。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。根据所述实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本实用新型的保护范围。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。[0025]请参考图1，为本实施例中单晶硅太阳能电池的制作方法的流程示意图，包括:[0026]步骤S1:提供基片，所述基片为第一惨杂类型单晶娃片；[0027]步骤S2:对所述基片的表面进行第二掺杂类型掺杂，形成第一掺杂类型单晶硅层和位于所述第一掺杂类型单晶娃层上表面的第二掺杂类型单晶娃层；[0028]步骤S3:在所述第二掺杂类型单晶硅层的表面形成第一应力层，所述第一应力的应力类型与第二掺杂类型单晶硅层的掺杂类型相对应；[0029]步骤S4:在所述第一应力层表面形成抗反射层；[0030]步骤S5:在所述抗反射层表面形成第一电极，在第一掺杂类型单晶硅层的下表面形成第二电极。[0031]请参考图2,提供基片100,所述基片100为第一惨杂类型单晶娃片。[0032]具体的，所述基片100为P型单晶硅片或N型单晶硅片，本实施例中采用的基片为P型单晶硅片，后续在所述P型单晶硅片上进行N掺杂，形成N型层。在本实用新型的其他实施例中，所述基片也可以选用N型单晶硅片，后续在所述N型单晶硅片上进行P掺杂，形成P型层。[0033]所述P型单晶片是在形成硅片的时候对所述硅片进行硼离子掺杂，还可以是对所述硅片进行硼、镓或铟中的一种或几种离子的掺杂。所述基片的掺杂离子的浓度范围为lE10/cm，lE20/cm3。[0034]请参考图3，对所述基片100 (请参考图1)的表面进行第二掺杂类型掺杂，形成第一掺杂类型单晶娃层101和位于所述第一掺杂类型单晶娃层101上表面的第二掺杂类型单晶娃层102。[0035]具体的，如果所述基片100为P型单晶硅片，则对所述基片进行N型掺杂，形成的第一掺杂类型单晶娃层101为P型层,位于所述第一掺杂类型单晶娃层101上表面的第二掺杂类型单晶硅层102为N型层；如果所述基片为N型单晶硅片，则对所述基片进行P型掺杂，形成的第一掺杂类型单晶娃层101为N型层,位于所述第一掺杂类型单晶娃层101上表面的第二掺杂类型单晶硅层102为P型层。[0036]本实施例中，所述基片100为P型单晶硅片，所以对所述基片进行N型掺杂，形成的第一掺杂类型单晶硅层101为P型层，第二掺杂类型单晶硅层102为N型层，所述P型层和N型层相互接触，形成PN结。本实施例中，所述N型掺杂的离子为磷。具体方法为:把基片放在管式扩散炉石英容器内，在850°C、00°C高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片反应，得到磷原子。经过一段时间，磷原子从四周进入基片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向基片内部渗透扩散，形成N型层和P型层的交界面，也就是PN结。在本实用新型的其他实施例中，所述N型掺杂离子还可以是磷、砷或锑中的一种或几种。所述第二掺杂类型单晶硅层102的掺杂离子的浓度范围为lE10/cm3~lE20/cm3，形成的PN结结深为0.3 μ m-0.5 μ m。所述N型扩散的深度不能太厚，因为扩散需要浓度梯度才会使得杂质向基片内扩散。如果所述扩散形成的PN结太深，会造成表面处严重的能级简并，使得太阳能电池的开压下降，电池效率下降。[0037]在本实用新型的其他实施例中，也可以将N型单晶硅片作为基片，对所述N型单晶硅片进行P型离子掺杂，形成P型层。所述P型掺杂离子包括硼、镓或铟中的一种或几种离子。P型离子扩散形成的P型层中，掺杂浓度范围为lE10/Cm3~lE20/Cm3，形成的PN结结深为 0.3 μ m 0.5 μ m。[0038]本实施例中，由于光生电子由第一掺杂类型单晶硅层101向第二掺杂类型单晶硅层102做漂移运动，光生空穴由第二掺杂类型单晶硅层102向第一掺杂类型单晶硅层101做运动。因为电子质量比空穴质量小得多，所以相同时间电子比空穴运动的路程要长，如果第一掺杂类型单晶硅层101厚度小于第二型单晶硅层102的厚度，空穴还没有运动到第一掺杂类型单晶硅层就会被复合掉，所以第一掺杂类型单晶硅层101的厚度大于第二掺杂类型单晶硅层102的厚度。[0039]在对所述基片进行第二掺杂类型掺杂之前，首先对所述基片进行清洗，去除基片表面的杂质，从而避免杂质影响单晶硅太阳能电池的性能。[0040]在清洗之后，还可以对所述基片表面制备绒面，用碱溶液对基片表面进行各向异性腐蚀，在所述基片表面形成绒面，所述绒面能够提高基片表面和太阳光的接触面积并且减少太阳光的反射。制备绒面之后，再进行第二掺杂类型掺杂。[0041]请参考图4，在所述第二掺杂类型单晶硅层102表面形成第一应力层103。[0042]在所述第二掺杂类型单晶硅层102表面，形成第一应力层103，所述第一应力层103包括氮化硅薄膜、氧化硅薄膜等透明不导电的薄膜。所述第一应力层103的形成工艺可以是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或热化学气相沉积。[0043]本实施例中，所述第二掺杂类型单晶硅层102为N型层，在所述N型层表面形成具有张应力的第一应力层103。本实施例中，所述第一应力层103为氮化硅薄膜，采用的形成工艺是等离子体增强化学气相沉积，其中，反应气体为NH2和SiH4，利用Ar等惰性气体作为载气，SiH4和NH2的气体流量比为0.广4，反应温度为200°C-500°C，反应压强为IOOmTorr 200mTorr，并且提供一个功率为IOW 100W的射频功率源，频率为13.56MHz。所述第一应力层103的厚度为0.5nm-l00nm，具有张应力，张应力数值范围为200MPa l000MPa。[0044]所述第二掺杂类型单晶硅层内102内的电子在向第一电极流动的过程中，在三维方向内作立体运动。所述具有张应力的第一应力层103使N型层受到水平面内的张应力的作用，使N型层内电子的迁移率得到提高，从而降低光生电子经过PN结后在N型层内漂移过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的电子数量，提高太阳能电池的总的电流密度，从而提闻太阳能电池的转换效率。[0045]在本实用新型的其他实施例中，所述第二掺杂类型单晶硅层102也可以是P型层，在所述P型层表面形成具有压应力的第一应力层103。所述具有压应力的第一应力层包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，所述具有压应力的第一应力层的形成工艺包括等离子体增强化学气相沉积或者热化学气相沉积。在本实用新型的一个实施例中，所述具有压应力的第一应力层为氮化硅薄膜，采用的形成工艺为等离子体增强化学气相沉积，其中，反应气体为NH2和SiH4,利用Ar等惰性气体作为载气，SiH4和NH2的气体流量比为0.Γ4,反应温度为2000C 500°C，反应压强为IOOmTorr 200mTorr，提供一个功率为IOW 100W的低频功率源，频率为ΙΟΟΚΗζ。所述第一应力层的厚度为0.5nnTl00nm，具有压应力，压应力的数值范围为200MPa lOOOMPa。所述第二掺杂类型单晶硅层内的空穴在第二掺杂类型单晶硅层内向第一电极流动的过程中，在三维方向内作立体运动，所述具有压应力的第一应力层，使P型层受到水平面内的压应力的作用，使P型层内光生空穴的迁移率得到提高，从而降低光生空穴在经过PN结后，在P型层内漂移过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的空穴数量，从而提闻太阳能电池的转换效率。[0046]在本实用新型的其他实施例中，还可以在第一掺杂类型单晶硅层表面形成第一应力层，在第二掺杂类型单晶娃层的下表面形成第二应力层，使第一掺杂类型单晶娃层和第二掺杂类型单晶硅层均受到应力作用，同时提高第一掺杂类型单晶硅层和第二掺杂类型单晶娃层内载流子的迁移率，进一步提闻太阳能电池的转换效率。[0047]请参考图5,在所述第一 应力层103表面形成抗反射层104。[0048]所述抗反射层104为低折射率系数的透明材料，例如Ti02、SiN、Si0、Al203、Si02或CeO2等。具体的，可以采用PECVD、磁控溅射或电子束蒸发等方法形成所述抗反射层104，所述抗反射层104的厚度范围为500A 1000A。[0049]在本实用新型的其他实施例中，由于所述第一应力层103所采用的氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜具有较低的折射率系数，可以降低对阳光的反射，可以作为第二掺杂类型单晶硅层表面的抗反射层，提高太阳能电池对太阳光的吸收率。所以可以不用再额外形成所述抗反射层104，从而可以减少工艺步骤。[0050]在本实用新型的其他实施例中，也可以在第二掺杂类型单晶硅层102表面先形成抗反射层，然后再在所述抗反射层表面形成第一应力层，所述抗反射层104除了抗反射的作用外，还可以对第二掺杂类型单晶硅层表面起到钝化表面的作用，降低载流子的复合率。由于所述抗反射层的厚度较低，所以第二掺杂类型单晶硅层同样可以受到第一应力层的应力作用，提高载流子的迁移率。[0051]请参考图6，在所述抗反射层104表面形成第一电极105，在第一掺杂类型单晶硅层101的下表面形成第二电极106。[0052]形成所述第一电极105和第二电极106的具体工艺对于本领域的技术人员是熟知的，在此不再赘述。[0053]根据上述制作方法，本实用新型的实施例还提供了一种采用上述制作方法形成的单晶硅太阳能电池。[0054]请参考图6，为本实用新型的实施例提供的单晶硅太阳能电池的剖面示意图。[0055]具体的，包括:第一掺杂类型单晶硅层101和位于所述第一掺杂类型单晶硅层101上表面的第二掺杂类型单晶娃层102 ;位于所述第二掺杂类型单晶娃层102表面的第一应力层103，所述第一应力层103的应力类型与第二掺杂类型单晶硅层102的应力类型相对应；位于所述具有张应力的第一应力层103表面的抗反射层104 ;位于所述抗反射层104表面的第一电极105和位于所述第一掺杂类型单晶娃层101下表面的第二电极106。[0056]本实施例中，所述第一掺杂类型单晶硅层101为P型层，离子掺杂浓度为1E10/cnTlE20/cm3，掺杂离子包括硼、镓或铟中的一种或几种；所述第二掺杂类型单晶硅层102为N型层，离子掺杂浓度为lE10/cnTlE20/cm3，掺杂离子包括磷、砷或锑中的一种或几种。所述第一应力层103包括氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，厚度为0.5nnTl00nm，应力的数值范围为200MPa 1000MPa，应力类型为张应力。所述具有张应力的第一应力层103使N型层受到水平面内的张应力的作用，使N型层内电子的迁移率得到提高，从而降低光生电子经过PN结后在N型层内漂移过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的电子数量，提高太阳能电池的总的电流密度，从而提高太阳能电池的转换效率。[0057]本实用新型的其他实施例中，所述第一掺杂类型单晶硅层101为N型层，离子掺杂浓度为lE10/cnTlE20/cm3，掺杂离子包括磷、砷或锑中的一种或几种；所述第二掺杂类型单晶硅层102为P型层，离子掺杂浓度为lE10/cnTlE20/cm3，掺杂离子包括硼、镓或铟中的一种或几种。所述第一应力层103包括氮化娃薄膜或氧化娃薄膜,厚度为0.5nnTl00nm,应力的数值范围为200MPa 1000MPa，应力类型为压应力。所述具有压应力的第一应力层，使P型层受到水平面内的压应力的作用，使P型层内光生空穴的迁移率得到提高，从而降低光生空穴在经过PN结后，在P型层内漂移过程中被复合的几率，提高到达第一电极处的空穴数量，从而提高太阳能电池的转换效率。[0058]在本实用新型的其他实施例中，还包括位于第二掺杂类型单晶硅层的下表面形成第二应力层，使第一掺杂类型单晶硅层和第二掺杂类型单晶硅层均受到应力作用，同时提高第一掺杂类型单晶硅层和第二掺杂类型单晶硅层内载流子的迁移率，进一步提高太阳能电池的转换效率。[0059]所述抗反射层的材料为TiO2、SiN, SiO, A1203、SiO2或CeO2。在本实用新型的其他实施例中，所述抗反射层还可以位于第一应力层103第二掺杂类型单晶硅层102之间，所述抗反射层104除了抗反射的作用外，还可以对第二掺杂类型单晶硅层表面起到钝化表面的作用，降低载流子的复合率。由于所述抗反射层的厚度较低，所以第二掺杂类型单晶硅层同样可以受到第一应力层的应力作用，提高载流子的迁移率。[0060]通过上述实施例的说明，应能使本领域专业技术人员更好地理解本实用新型，并能够再现和使用本实用新型。本领域的专业技术人员根据本文中所述的原理可以在不脱离本实用新型的实质和范围的情况下对上述实施例作各种变更和修改是显而易见的。因此，本实用新型不应被理解为限制于本文所示的上述实施例，其保护范围应由所附的权利要求书来界定。
权利要求1.一种单晶硅太阳能电池，其特征在于，包括:第一掺杂类型单晶硅层和位于所述第一掺杂类型单晶硅层上表面的第二掺杂类型单晶娃层;位于所述第二掺杂类型单晶硅层的表面的第一应力层，所述第一应力层的应力类型与第二掺杂类型单晶硅层的掺杂类型相对应；位于所述第一应力层表面的第一电极；位于第一掺杂类型单晶娃层下表面的第二电极。
2.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂类型单晶硅层为P型层，所述第二掺杂类型单晶硅层为N型层，所述第一应力层具有张应力。
3.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂类型单晶硅层为N型层，所述第二掺杂类型单晶硅层为P型层，所述第一应力层具有压应力。
4.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一应力层的厚度为0.5nm 100nmo
5.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，所述第一应力层的应力的数值范围为200MPa lOOOMPa。
6.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，还包括位于第一掺杂类型单晶硅层的下表面的第二应力层。
7.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，还包括:位于所述第一电极和第一应力层之间的抗反射层。
8.根据权利要求1所述的单晶硅太阳能电池，其特征在于，还包括:位于所述第二掺杂类型单晶硅层和第一应力层之间的抗反射层。
专利摘要一种单晶硅太阳能电池，所述单晶硅太阳能电池包括第一掺杂类型单晶硅层和位于所述第一掺杂类型单晶硅层上表面的第二掺杂类型单晶硅层；位于所述第二掺杂类型单晶硅层的表面的第一应力层，所述第一应力层的应力类型与第二掺杂类型单晶硅层的掺杂类型相对应；位于所述第一应力层表面的第一电极；位于第一掺杂类型单晶硅层下表面的第二电极。所述单晶硅太阳能电池能够有效提高单晶硅太阳能电池中载流子的迁移率，提高单晶硅太阳能电池的转换效率。
文档编号H01L31/068GK202977492SQ20122067804
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者杨瑞鹏, 连春元, 于奎龙, 沈伟妙, 丁鹏, 赵燕萍 申请人:杭州赛昂电力有限公司