[發明專利]一種背光面黑硅太陽能電池結構及其制作方法無效

申請號：	201010113777.0	申請日：	2010-02-24
公開（公告）號：	CN101807616A	公開（公告）日：	2010-08-18
發明（設計）人：	朱洪亮;朱小寧;劉德偉;馬麗;趙玲娟	申請（專利權）人：	中國科學院半導體研究所
主分類號：	H01L31/068	分類號：	H01L31/068;H01L31/0236;H01L31/18;H01L31/20
代理公司：	中科專利商標代理有限責任公司 11021	代理人：	周國城
地址：	100083 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種光面太陽能電池結構及其制作方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及硅基太陽能電池技術領域，特別涉及一種背光面黑硅太陽能電池結構及其制作方法。

背景技術

太陽能是取之不盡用之不竭最具開發潛力的無污染可再生清潔能源，地球上含量豐富的硅材料是制作太陽能電池的最佳物質，但目前硅基電池的發電成本還較高，普及民用難度大。降低硅基太陽能電池發電價格的重要途徑是提高電池的光電轉換效率。目前所采用的主要技術手段，一是減少光在電池表面的反射率，如采用透明減反電極膜、金字塔織構表面、多孔硅陷光表面結構等；二是提高光在電池內部的吸收率，如背反射結構、多結結構、聚光透鏡等；三是減少光生載流子在體內和表面的復合，如進行分區域摻雜、表面鈍化等等。這些措施使硅基太陽能電池的光電轉換效率提高到了24.7％的新水平[Prog.Photovolt：Res.Appl.7，471-474(1999)]。要進一步提高硅基電池的效率，從光譜上可以看出，一條重要的可循途徑是提高電池材料對太陽光譜的吸收率，尤其是近紅外光的吸收率。因為硅基電池受到紅外吸收限的限制，只有能量大于硅禁帶寬度、波長短于1.1μm的光子才能將硅介帶電子激發到導帶被吸收，而波長大于1.1μm的近紅外光子則基本不被吸收，如同透過玻璃一樣泄露走了。穿過電池的這部分近紅外光約占太陽光譜的近1/3。

1998年美國哈佛大學教授艾瑞克·馬茲爾和他的研究團隊利用超強飛秒激光掃描置于六氟化硫氣體中的硅片表面，獲得了一種森林狀微結構錐體表面材料，其在0.25μm-2.5μm的幾乎整個太陽光譜范圍內具有＞90％的光吸收率，極大地拓展了硅基材料的光譜吸收范圍[Appl.Phys.Lett.73，1673(1998)]。即這種新材料對太陽光具有幾乎黑體吸收的效果，所以亦稱之為“黑硅”。經深入研究發現，這種微結構黑硅有兩大特點，一是入射光進入錐體面會不斷地向錐體底部折射，具有很強的減反射陷光效果；二是這種微結構黑硅表面的硫系物質濃度遠遠超過了其在硅晶體中的飽和濃度，使得硅禁帶中產生大量的局域態能級從而可擴展黑硅的光譜吸收范圍。

人們自然想到利用這種黑硅材料來制作太陽能電池。但十多年過去了，這種利用黑硅廣譜吸收特點制作的太陽能電池還只僅僅獲得2.20％的光電轉換效率[PhD?thesis，Harvard?University，2007]，遠遠低于預期。利用所謂多孔黑硅陷光結構制作的太陽能電池雖然獲得了16.8％的轉換效率[Appl.Phys.Lett.95，123501(2009)]，其實還不如成熟的化學織構電池，因為該電池并沒有利用黑硅的廣譜吸收特性。

造成這一現象的原因認為是黑硅材料遷移率低、載流子壽命短、重摻雜表層俄歇復合嚴重、深能級導致開路電壓降低等，而目前的研究都將黑硅材料作為電池的迎光面，導致這些問題尤為突出，從而極大地制約了黑硅太陽能電池效率的改善。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提出一種背光面黑硅太陽能電池結構及其制作方法，以解決傳統硅基電池受紅外吸收限制不能吸收和轉化1.1μm以上波長太陽光譜的問題，提高硅基太陽能電池的光電轉換效率。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種背光面黑硅太陽能電池結構，該結構包括：

硅基襯底；

在硅基襯底正面制作的陷光材料層；以及

在硅基襯底背面制作的廣譜吸收黑硅材料層。

上述方案中，所述硅基襯底為單晶硅或多晶硅或非晶硅襯底，其導電類型為n型或p型，厚度為5μm至500μm，正面為具有化學織構的類金字塔或多孔硅或激光輻照的硅錐減反射表層。

上述方案中，所述廣譜吸收黑硅材料層采用黑硅材料，該黑硅材料具有間隔為20nm至20μm，橫向尺度為20nm至20μm，深度為20nm至20μm的硅錐、硅粒或硅孔，這種材料對0.25μm至2.5μm波長范圍內的太陽光具有＞85％的光吸收率。

上述方案中，所述廣譜吸收黑硅材料層是直接制作于硅基襯底背面上，或者制作于硅基襯底背面的摻磷梯度層上。