[發(fā)明專利]背光面為廣譜吸收層的硅基太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010175445.5
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101882636A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱洪亮;張興旺;朱小寧;劉德偉;馬麗;黃永光
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種背光面為廣譜吸收層的硅基太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

太陽能是取之不盡用之不竭最具開發(fā)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(zhì)，但目前硅基電池的發(fā)電成本還較高，普及民用難度大。降低硅基太陽能電池發(fā)電價(jià)格的重要途徑是提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。目前所采用的主要技術(shù)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(gòu)表面、多孔硅陷光表面結(jié)構(gòu)等；二是提高光在電池內(nèi)部的吸收率，如背反射結(jié)構(gòu)、多結(jié)結(jié)構(gòu)、聚光透鏡等；三是減少光生載流子在體內(nèi)和表面的復(fù)合，如進(jìn)行分區(qū)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(zhuǎn)換效率提高到了24.7％的新水平[Prog.Photovolt：Res.Appl.7，471-474(1999)]。

要進(jìn)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?yàn)楣杌姵厥艿郊t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(fā)到導(dǎo)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1/4。

1998年美國哈佛大學(xué)教授艾瑞克·馬茲爾和他的研究團(tuán)隊(duì)利用超強(qiáng)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(jié)構(gòu)錐體表面材料，其在0.25μm至2.5μm的幾乎整個(gè)太陽光譜范圍內(nèi)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(jīng)深入研究發(fā)現(xiàn)，這種微結(jié)構(gòu)廣譜吸收有兩大特點(diǎn)，一是入射光進(jìn)入錐體面會不斷地向錐體底部折射，具有很強(qiáng)的減反射陷光效果；二是這種微結(jié)構(gòu)廣譜吸收表面的硫雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其在硅晶體中的飽和濃度，使得硅禁帶中產(chǎn)生大量的雜質(zhì)能級，簡并成局域能帶，從而可擴(kuò)展黑硅的光譜吸收范圍。在硅禁帶中的這些雜質(zhì)能級和能帶簡稱中間能級和中間能帶。

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(diǎn)制作的太陽能電池還只僅僅獲得2.20％的光電轉(zhuǎn)換效率[PhD?thesis，Harvard?University，2007]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。利用所謂多孔黑硅陷光結(jié)構(gòu)制作的太陽能電池雖然獲得了16.8％的轉(zhuǎn)換效率[Appl.Phys.Lett.95，123501(2009)]，但還不及成熟的化學(xué)織構(gòu)電池，因?yàn)樵撾姵夭]有利用黑硅的寬光譜吸收特性。

造成這一現(xiàn)象的原因認(rèn)為是黑硅材料遷移率低、載流子壽命短、重?fù)诫s表層俄歇復(fù)合嚴(yán)重、深能級導(dǎo)致開路電壓降低等緣故，而目前的研究都將黑硅材料作為電池的迎光面，導(dǎo)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。

中國專利201010113745.0和201010113777.0提出了背光面黑硅太陽能電池的新結(jié)構(gòu)，成為解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明在這兩個(gè)專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出利用摻雜廣譜吸收層作為太陽能電池背光面的結(jié)構(gòu)，作為上述專利的補(bǔ)充和發(fā)展。摻雜廣譜吸收層為帶有晶錐凹凸不平表面的摻雜黑硅(black-silicon)，包括熔融凝固后的摻雜準(zhǔn)平面硅(pink-silicon)，包括離子注入摻雜退火后的平面硅。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的主要目的為提出一種背光面為廣譜吸收層的硅基太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制作方法，以解決傳統(tǒng)硅基電池受紅外吸收限制不能吸收和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種背光面為廣譜吸收層的硅基太陽能電池結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括：

硅基襯底；

在硅基襯底正面制作的陷光層；以及

在硅基襯底背面制作的摻雜廣譜吸收層。

上述方案中，所述硅基襯底為單晶硅或多晶硅襯底，其導(dǎo)電類型為n型或p型，厚度為50μm至500μm。

上述方案中，所述背光面摻雜廣譜吸收層包括凹凸不平的晶錐摻雜黑硅、熔融凝固后的摻雜準(zhǔn)平面硅，以及離子注入摻雜退火后的平面硅。