[發(fā)明專利]一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池及其制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010509992.2
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102005506A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊德仁;王朋;余學(xué)功;闕端麟
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/04;H01L31/0288
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池及其制備。

背景技術(shù)

太陽能取之不盡，是一種重要的可再生潔凈能源。利用光伏效應(yīng)制備的太陽電池直接把光能轉(zhuǎn)化為電能，具有非常誘人的前景。90年代以來，光伏產(chǎn)業(yè)每年以30-40％的速度快速增長。其中晶體硅太陽電池占了80-90％的市場份額，并且今后很長時間內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。目前晶體硅太陽電池的成本仍然較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用，所以不斷提高硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率并降低成本一直是工業(yè)界和研究界不斷努力的目標(biāo)。

早在1973年，F(xiàn)ischer等發(fā)現(xiàn)直拉單晶硅太陽電池在太陽光照射下會出現(xiàn)效率衰減現(xiàn)象(H.Fischer?and?W.Pschunder，Proceedings?of?the?10thIEEE?Photovoltaic?Specialists?Conference，Palo?Alto，CA，IEEE，New?York，1973，p.404.)。直到1997年，J.schmidt才提出該衰減與硅中的替位硼、間隙氧形成的復(fù)合體有關(guān)(J.Schmidt，A.G.Aberle?and?R.Hezel，Proceedings?of?the?26th?IEEE?Photovoltaic?Specialists?Conference，Anaheim，CA，IEEE，New?York，1997，13.)。隨后，J.schmidt等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合體缺陷濃度與硼的濃度成正比，與氧的濃度基本成二次方比例(J.Schmidt?and?K.Bothe，Phys.Rev.B?69，024107(2004).)。

晶體硅太陽電池絕大多數(shù)是基于摻硼的p型襯底制備，由于硼在硅中易于摻雜，并且硼的分凝系數(shù)接近于1，摻硼之后的晶體電阻率分布均勻。此外，在晶體生長過程中由于石英坩堝的使用，不可避免的會在晶體中引入氧雜質(zhì)。通常直拉單晶硅中氧的含量很高(可達(dá)10¹⁸cm^-3左右)，所以光衰減問題顯得尤為突出。光照后，直拉單晶硅太陽電池的效率衰減絕對值一般在1％-3％左右。

鑄造多晶硅中氧的含量比直拉單晶硅低，所以多晶硅太陽電池效率的衰減比直拉單晶硅小一些。目前工業(yè)制造直拉單晶硅太陽電池效率為17-18％，鑄造多晶硅太陽電池效率為15-16％。實驗室中，單晶硅太陽電池最高效率為24.7％，多晶硅太陽電池最高效率為20.3％。因此，產(chǎn)業(yè)上電池效率還有一定的提升空間。隨著硅太陽電池向更高效率發(fā)展，光衰減問題的解決就顯得非常重要。

光衰減問題可通過減少(或替代)硼或降低氧濃度的方法來解決。主要有以下幾種途徑：以鎵或其它IIIA元素代替硼做摻雜劑，因為鎵在硅中的分凝系數(shù)為0.008，硼的分凝系數(shù)為0.8，所以摻鎵晶體硅電阻率頭尾變化很大。晶體的尾部及坩堝料中鎵濃度很高，形成重?fù)剑y以利用。生產(chǎn)電池時也要針對晶體不同電阻率部分進(jìn)行分選。以磷等N型摻雜劑代替硼，生長N型晶體硅。電池制備時要通過擴(kuò)散硼形成pn結(jié)，這與目前常規(guī)的電池結(jié)構(gòu)和工藝不兼容。此外，采用磁控直拉單晶硅，雖然可以顯著降低氧的濃度，但是會造成成本明顯增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池及其制備，制得的摻鍺晶體硅太陽電池在光照下的效率衰減有效減少，從而提高電池的工作效率。

一種抑制光衰減的摻鍺晶體硅太陽電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)在多晶硅原料中摻入鍺和硼，鍺的濃度為10¹⁸～10²¹cm^-3，硼的濃度為10¹⁵～10¹⁷cm^-3，然后在保護(hù)氣氛下，生長摻鍺的晶體硅；

(2)將步驟(1)生長得到的晶體硅切片后，進(jìn)行太陽電池的制備，包括：對切片后得到的硅片進(jìn)行清洗和制絨；制絨后進(jìn)行磷擴(kuò)散；進(jìn)行刻蝕及減反射膜的沉積；最后制備電極并燒結(jié)，得到摻鍺晶體硅太陽電池。

步驟(1)中，所述的保護(hù)氣氛為惰性氣體或氮氣，優(yōu)選氬氣或氮氣。

步驟(1)中，所述的生長摻鍺的晶體硅的過程可以在單晶爐內(nèi)進(jìn)行，也可以在多晶爐內(nèi)進(jìn)行。