[發明專利]異質接面太陽能電池

有效

• 申請號: 201110213675.0
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN102655185B
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 謝芳吉;王立康
• 申請（專利權）人: 王立康;江蘇艾德太陽能科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0747
• 分類號: H01L31/0747;H01L31/078;H01L31/18
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 何為;李宇

技術領域

本發明系有關于一種異質接面太陽能電池，尤指涉及一種在硅晶基板鍍制非晶硅薄膜而 形成具有簡易制程特性的異質接面太陽能電池。

背景技術

一般具有P-N接面結構的硅太陽能電池，其內部吸收光能后所產生的自由載子(Free Carrier)，即電子(Electron)與電洞(Hole)，系由P-N接面處的內建電場(Built-in ElectricField)驅動，而分別向負極與正極聚集，遂于電池兩端產生電壓，從而向外部電 路輸出功率。此一傳統的硅太陽能電池制作的一例，系以具有P型電性摻雜的硅基板(P- dopedSiliconWafer)，使用堿溶液制作粗紋化表面(TexturedSurface)，然后以磷擴 散(PhosphorousDiffusion)方法形成P-N接面。其后經過鍍膜、電極印刷與燒結諸道程 序完成P-N接面太陽能電池。為了提升太陽能電池光電轉換效率，工業界提出一種使用非晶 硅薄膜來降低載子的表面再結合速率(SurfaceRecombinationVelocity)，以提升開路電 壓(OpenCircuitVoltage)與短路電流(ShortCircuitCurrent)，遂而增加光電轉換 效率，較知名的實例系由三洋電機公司(SanyoElectricCo.,Ltd)所研發的異質接面( HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer,HIT)硅晶太陽能電池，其轉換效率達到 23％(如參考文獻：E.Maruyama,etal.,“Sanyo'schallengestothedevelopmentof high-efficiencyHITsolarcellsandtheexpansionofHITbusiness,”Conference Recordofthe4thWorldConferenceonPhotovoltaicEnergyConversion(WCPEC-4), Hawaii,May2006；以及PhotovoltaicDevice,USpatent,US2006/0065297Al,2006) 。

其制程系在較低溫，例如200℃的環境成長本質非晶硅層(IntrinsicAmorphous SiliconLayer)于N型硅晶基板的前、后表面，然后于前表面成長P型非晶硅薄膜，于背 面成長N型非晶硅薄膜，致使太陽能電池照光側形成PIN結構，且具異質接面( Heterojunction)；而在背光側形成背表面場(BackSurfaceField)結構，且具有異質接 面。這些非晶硅薄膜的成長皆系以電漿化學氣相沉積方式(PlasmaChemicalVapour DepositionMethod)進行。由于非晶硅的導電率較結晶硅為差，上述HIT太陽能電池的前 、后表面各自以濺鍍(Sputter)方式鍍制透明導電層薄膜(TransparentConductive OxideFilm)。此一透明導電層一方面增加載子傳導率，另一方面在前表面亦達到抗反射的 功能。

前述HIT太陽能電池之所以達到高效率的因素系包括硅晶表面的清洗、本質非晶硅層對 硅晶表面的鈍化作用、非晶硅與結晶硅之間的異質接面形成較高開路電壓、以及低溫制程等 。其中低溫制程確保非晶硅不轉變為結晶硅，以保持其寬能隙特性以及異質接面特性。由于 在P型非晶硅與N型結晶硅間具有不連續的共價帶能隙位階差(AbruptCovalenceBand Offset)，引起在界面(Interface)的高電位差，遂而減少在接口附近的多數載子數目以 及產生較低的少數載子再結合速率，因而產生較高太陽能電池性能。然而，若以P型非晶硅 直接與硅晶基板接觸，則又會在接口附近生成較多的缺隙(Defect)，從而致使太陽能電池 性能降低，故目前研究人員皆建議成長本質非晶硅層于P型非晶硅與N型硅晶基板之間，達 到鈍化上述接口，而保有原有異質接面結構來提升太陽能電池的初衷。一般都認為本質非晶 硅層系以本身具有的氫原子去修補結晶硅與非晶硅界面附近的缺隙，此即鈍化作用。惟在高 溫下，例如300℃以上，氫原子即向P型非晶硅擴散移動，致使前述鈍化功能消減。為了 阻擋這種氫原子擴散移動，三洋電機公司亦提出在P型非晶硅與本質非晶硅層的界面處調整 氫原子含量與硼原子含量的方法。其基本原理系在該接口處形成擴散阻礙區(Diffusion ReducingArea)，以減少氫原子擴散(如前述參考文獻：PhotovoltaicDevice,US patent,US2006/0065297Al,2006)。