[發明專利]多孔硅層結構的晶體硅太陽電池

無效

• 申請號: 200610025565.0
• 申請日: 2006-04-10
• 公開（公告）號: CN101055899A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 李濤勇;劉瓊;張鈴菊
• 申請（專利權）人: 上海太陽能科技有限公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 上海航天局專利中心
• 代理人: 馮和純

技術領域

本發明涉及太陽電池，特別屬于一種帶有納米晶體結構的晶體硅太陽電池，其納米晶體是由多孔硅結構形成的。

背景技術

現有的晶體硅太陽電池的結構，由受光面電極、減反射膜、N型硅及表面織構結構、P型硅、N型硅和P型硅交界處形成具有光伏效應的PN結、背面電極所組成。這種晶體硅太陽電池的結構存在著以下幾個問題：一是電池的表面織構結構是周期性或非周期性的突起或凹陷的結構，這些微結構的典型尺寸是微米數量級，以減少入射光的反射為目的，不具有量子尺寸效應；二是形成電池PN結的P型硅材料和N型硅材料都是體狀晶體硅，具有相同的禁帶寬度。因為太陽電池能夠吸收大于禁帶寬度的光量子的能量，但只將相當于禁帶寬度的能量轉換為電能，光量子大于禁帶寬度的能量只能轉換成熱能，電池光電轉換效率較差；三是半導體硅屬于間接帶隙材料，電子由階帶頂向導帶底躍遷的過程中伴隨著動量的改變，因此，體狀晶體硅材料的光吸收系數較低。為吸收入射的大部分能量合適的光量子，一般需要100微米以上的晶體厚度，這不但要浪費較多貴重的半導體硅材料，而且遠離PN結處入射光激發產生的載流子在向PN結擴散和漂移過程中增加了復合的幾率，使之不能轉化為電能輸出。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，為解決現有晶體硅太陽電池的結構問題，本發明提供多孔硅層結構的晶體硅太陽電池，它能夠改善電池的光電轉換效率，能夠在較薄晶體硅層厚度的情況下產生較高的光量子產額。

本發明是通過以下的技術方案實現的，其結構順序包括N型硅層、P型硅層、背面電極、在N型硅層和P型硅層交界處形成具有光伏效應的PN結，其中N型硅層和P型硅層的順序可以相互交換排列，其結構要點是在靠近受光面一側的硅材料表面上設有一層納米多孔硅層，該納米多孔硅層表面上有透明導電膜結構。

本發明有如下優點：

首先，采用增加一層納米多孔硅層結構，由具有不同禁帶寬度的納米多孔硅層和晶體硅層吸收具有不同能量等級的光量子(即不同波長的光波)，使得在相同量子吸收率的情況下可以得到較高的輸出電壓，有助于提高光電轉換效率；

其次，由于納米多孔硅的孔和孔壁的尺寸均在納米數量級，量子尺寸效應將導致電子的躍遷不再受動量的限制，因此納米多孔硅層具有較強的光吸收系數，即在相同量子產額的情況下只需要較薄的半導體硅的厚度，因此，可以發展一種薄膜工藝，減少硅材料的用量，降低生產成本；

第三，當納米多孔硅結構的晶粒尺寸與載流子散射長度相當或更小時，載流子在晶粒內的散射機率將會降低，這意味著載流子將有更長的壽命值和擴散長度，有利于提高電池的光電轉換效率。

附圖說明

以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本發明的電池結構示意圖。

圖2是圖1電池的能帶結構圖。

附圖中，1為透明導電膜，2為納米多孔硅層，3為N型硅層，4為PN結，5為P型硅襯底，6為背電極，7為晶體硅的禁帶寬度Eg1，8為納米多孔硅層的禁帶寬度Eg2。

具體實施方式

為了說明本發明的可實施性，結合附圖1列舉一個可實施的方案：

a.使用P型硅襯底5，按照現有技術，在接受光照的一面通過擴散5價元素制備一個典型的N⁺P結4(如果使用N型硅襯底，則必須擴散3價元素制備P⁺N結。除硅片以外，在其他合適的硅襯底材料上，如通過外延工藝得到的硅襯底、化學淀積得到的硅襯底上都可以制得N⁺P結或P⁺N)，得N型硅層3。

b.在電池的非受光面，通過制備與該面半導體硅導電類型相同的電導率更高的薄層形成背反射場，在此基礎上制備背電極6。

c.與現有結構不同的是，在受光面一側的N型硅層3上用化學腐蝕或電化學腐蝕的方法，即使N型硅層3與含有氫氟酸的溶液相接觸，在合適的光照、溫度和電流密度條件下生長一層納米多孔硅層2。所謂納米多孔硅是指這樣一些蜂窩狀孔，孔的生長方向與電池的受光面垂直，其準孔徑和準孔壁尺度在2納米到300納米之間，納米多孔硅層2的厚度，即孔的深度不超過N型硅層3的厚度。

d.為了減輕納米多孔硅表面懸掛鍵和缺陷引入的表面態的影響，采用適當的技術手段鈍化納米多孔硅表面，例如采用鹵族元素或氫元素或采用幾個納米厚度的氧化硅鈍化納米多孔硅表面。