[發明專利]高轉化率硅晶及薄膜復合型單結PIN太陽能電池及其制造方法

有效

• 申請號: 200910044772.4
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101894871A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 李廷凱;李晴風;鐘真;陳建國
• 申請（專利權）人: 湖南共創光伏科技有限公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/06;H01L31/18;H01L31/20
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及太陽能電池，特別是硅晶及硅基薄膜太陽能電池結構及其制造方法。

背景技術

自從法國科學家AE.Becquerel在1839年發現光電轉換現象以后，1883年第一個以半導體硒為基片的太陽能電池誕生。1946年RuSSell獲得了第一個太陽能電池的專利(US.2,402,662)，其光電轉換效率僅為1％。直到1954年，貝爾實驗室的研究才發現了摻雜的硅基材料具有高的光電轉換效率。這個研究為現代太陽能電池工業奠定了基礎。在1958年，美國Haffman電力公司為美國的衛星裝上了第一塊太陽能電池板，其光電轉換效率約為6％。從此，單晶硅及多晶硅基片的太陽能電池研究和生產有了快速的發展，2006年太陽能電池的產量已經達到2000兆瓦，單晶硅太陽能電池的光電轉換效率達到24.7％，商業產品達到22.7％，多晶硅太陽能電池的光電轉換效率達到20.3％，商業產品達到15.3％。

另一方面，1970年蘇聯的Zhores?Alferov研制了第一個GaAs基的高效率III-V族太陽能電池。由于制備III-V族薄膜材料的關鍵技術MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)直到1980年左右才被成功研發，美國的應用太陽能電池公司在1988年成功地應用該技術制備出光電轉換效率為17％的GaAs基的III-V族太陽能電池。其后，以GaAs為基片的III-V族材料的摻雜技術，多級串聯太陽能電池的制備技術得到了廣泛的研究和發展，其光電轉換效率在1993年達到19％，2000年達到24％，2002年達到26％，2005年達到28％，2007年達到30％。2007年，美國兩大III-V族太陽能電池公司Emcore和SpectroLab生產了高效率III-V族太陽能商業產品，其光電轉換率達38％，這兩家公司占有全球III-V族太陽能電池市場的95％，最近美國國家能源研究所宣布，他們成功地研發了其光電轉換效率高達50％的多級串聯的III-V族太陽能電池。由于這類太陽能電池的基片昂貴，設備及工藝成本高，主要應用于航空、航天、國防和軍工等領域。

國外的太陽能電池研究和生產，大致可以分為三個階段，即有三代太陽能電池。

第一代太陽能電池，基本上是以單晶硅和多晶硅基單一組元的太陽能電池為代表。僅注重于提高光電轉換效率和大規模生產，存在著高的能耗、勞動密集、對環境不友善和高成本等問題，其產生電的價格約為煤電的5～6倍；直至2007年，第一代太陽能電池的產量仍占全球太陽能電池總量的89％，專家預計，第一代太陽能電池將在十年后逐步被淘汰而成為歷史。

第二代太陽能電池為薄膜太陽能電池，是近幾年來發展起來的新技術，它注重于降低生產過程中的能耗和工藝成本，專家們稱其為綠色光伏產業。與單晶硅和多晶硅太陽能電池相比，其薄膜高純硅的用量為其的1％，同時，低溫等離子增強型化學氣相沉積沉積技術，電鍍技術，印刷技術被廣泛地研究并應用于薄膜太陽能電池的生產。由于采用低成本的玻璃、不銹鋼薄片，高分子基片作為基板材料，大大降低了生產成本，并有利于大規模的生產。目前已成功研發的薄膜太陽能電池的材料為：CdTe，其光電轉換效率為16.5％，而商業產品約為7％；CulnSe，其光電轉換效率為19.5％，商業產品為11％；非晶硅及微晶硅，其光電轉換效率為8.3～15％，商業產品為7～13.3％，近年來，由于液晶電視的薄膜晶體管的研發，非晶硅和微晶硅薄膜技術有了長足的發展，并已應用于硅基薄膜太陽能電池。專家們預計，由于薄膜太陽能電池具有低的成本，高的效率，大規模生產的能力，在未來的5～10年，薄膜太陽能電池將成為全球太陽能電池的主流產品。

圍繞薄膜太陽能電池研究的熱點是，開發高效、低成本、長壽命的光伏太陽能電池。它們應具有如下特征：低成本、高效率、長壽命、材料來源豐富、無毒，科學家們比較看好非晶硅薄膜太陽能電池。

目前占最大份額的薄膜太陽能電池是非晶硅太陽能電池，通常為pin結構電池，窗口層為摻硼的P型非晶硅，接著沉積一層未摻雜的i層，再沉積一層摻磷的N型非晶硅，并鍍電極。