[發(fā)明專利]一種梯度摻雜硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110247920.X
• 申請(qǐng)日: 2011-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN102280502A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜國(guó)平;齊立敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/072;H01L31/20
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳瑾瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種梯度摻雜硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會(huì)文明和生活水平的不斷進(jìn)步和提高，人類對(duì)能源的需求越來越大，然而地球上的一次性能源資源(如石油、煤炭、天然氣、核燃料等)卻越來越少，最終將枯竭。同時(shí)，消耗一次性能源的同時(shí)也伴隨著巨大的環(huán)境污染和大量溫室氣體的排放，這些均直接威脅到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此發(fā)展可再生清潔能源技術(shù)是人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。太陽(yáng)能電池能夠?qū)⑷≈槐M、用之不竭的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能，是一種清潔的可再生能源技術(shù)。

目前，工業(yè)上規(guī)模化生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池絕大部分是晶體硅太陽(yáng)能電池，這包括單晶硅電池和多晶硅電池。單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18％左右，而多晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率為16％左右。近年來，基于薄膜技術(shù)的太陽(yáng)能電池得到了較快的發(fā)展，這是因?yàn)楸∧ぬ?yáng)能電池的成本比晶體硅太陽(yáng)能電池相對(duì)較低，同時(shí)也節(jié)省原材料。但是薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率卻顯著低于晶體硅太陽(yáng)能電池，這也是薄膜太陽(yáng)能電池所占的市場(chǎng)份額顯著低于晶體硅太陽(yáng)能電池的主要原因之一。比如，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率目前為8％左右，顯著低于單晶硅電池的18％。

當(dāng)前工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)的晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在保持成本不顯著升高的條件下已很難進(jìn)一步提高，當(dāng)然采用實(shí)驗(yàn)室的復(fù)雜技術(shù)可以將單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高到22％，但其制備成本極高，無法實(shí)用化。因此，研究人員一直在探索既能夠提高晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率又不增大其制備成本的新技術(shù)。

日本Sanyo公司的研究人員于1990年的第五屆國(guó)際光伏會(huì)議上提出了一種將晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)和非晶硅薄膜電池技術(shù)組合起來的硅基異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)，他們采用PECVD技術(shù)在n型單晶硅的前后表面先分別沉積一層10nm厚的本征非晶硅薄膜，然后再分別沉積一層10nm厚的p+型和n+非晶硅薄膜，最后分別沉積一定厚度的透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)收集電荷，他們將這種電池稱為HIT電池，其中‘I’代表上述的本征非晶硅薄膜層。這種硅基異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)在近年來得到了迅速的發(fā)展，同時(shí)其制備成本也較低。Sanyo公司的研究人員于2009年在Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells專業(yè)期刊上發(fā)表研究論文(Y.Tsunomura等，“Twenty-two?percent?efficiency?HIT?solar?cell”，Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells，2009年，第93卷第6-7期，第670頁(yè)至673頁(yè))宣布他們制備的硅基異質(zhì)結(jié)電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22.3％；他們于2011年又在該專業(yè)期刊上發(fā)表研究論文(T.Mishima等，“Development?status?of?high-efficiency?HIT?solar?cells”，Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells，2011年，第95卷第1期，第18頁(yè)至21頁(yè))宣布他們制備的硅基異質(zhì)結(jié)電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23％，并設(shè)定其目標(biāo)將是25％。目前，Sanyo公司處于該類硅基異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)的國(guó)際領(lǐng)先水平，其光電轉(zhuǎn)換效率顯著高于傳統(tǒng)的晶體硅電池。

近年來，在Sanyo公司所提出的硅基異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究人員也提出了一些變異結(jié)構(gòu)，比如不插入本征非晶硅薄膜層；或者在晶體硅的一面采用非晶硅薄膜，而在另一面則仍用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；也有采用微晶硅薄膜代替非晶硅薄膜的。

在上述各種硅基異質(zhì)結(jié)電池中，所采用的n+型或p+型摻雜非晶硅或微晶硅薄膜層均具有單一摻雜濃度的特點(diǎn)，亦即該薄膜層被均勻摻雜。在均勻摻雜的半導(dǎo)體中不存在內(nèi)建電場(chǎng)，因此不能有效地將薄膜層內(nèi)的少數(shù)載流子推向pn結(jié)區(qū)域從而提高光電流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前硅基異質(zhì)結(jié)電池中存在的上述弱點(diǎn)，提出了一種具有梯度摻雜濃度非晶硅薄膜層的硅基異質(zhì)結(jié)電池，以及該種硅基異質(zhì)結(jié)電池的制備方法，以提高硅基異質(zhì)結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

(1)對(duì)晶體硅襯底進(jìn)行表面處理，去除襯底表面的金屬雜質(zhì)、損傷層和氧化層并制絨；