[發明專利]基于異質結的浮動結太陽能電池背鈍化結構及其制備工藝

有效

• 申請號: 201110405263.7
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102522445A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 王旺平
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/0747;H01L31/0352;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 路接洲

技術領域

本發明涉及高效太陽能電池的背鈍化技術及高效太陽能電池的工藝制程，尤其是一種基于異質結的浮動結太陽能電池背鈍化結構及其制備工藝。?

背景技術

太陽能發電是目前最具潛力的綠色清潔能源，而高效太陽能電池片是太陽能發電的核心。目前太陽能電池產業化和成熟度最高的電池材料仍為晶體硅電池，而在現有的高效晶體硅電池技術中背鈍化技術差別最大。晶體硅背鈍化程度的好壞不僅影響太陽能電池的長波入射光響應、開路電壓的高低，甚至還能影響太陽能電池的溫度特性，因而對晶體硅組件性能都有重大影響。?

目前效率最高的晶體硅電池為PERL(passivated?emitter，real?localized)結構的太陽能電池，其背鈍化技術為采用熱氧化生長二氧化硅(SiO₂)鈍化和背面定域P型擴散的技術。和PERL結構類似的太陽能電池結構是PERF結構(passivated?emitter，rear?floating?p-n?junction)，它在背面采用定域P型擴散和熱氧化SiO₂鈍化的同時，還在SiO₂層下面形成一個擴散P-N結。由于P-N處于SiO₂層下面，不和背電極直接接觸，因而該P-N結也被稱為浮動結(floating?junction)。PERF電池的研究表明理想的浮動結背鈍化具有比SiO2層更好的背鈍化效果，具有更低的表面復合速率，開路電壓達到720mV也超過PERL電池的700mV。目前實驗上PERF結構電池的效率還低于PERL結構電池，文獻一般認為是PERF背結構的浮動結和鋁背電極通過熱氧SiO₂的針孔形成寄生回路(parasitic?shunt)，在電流-電壓曲線上出現紐結(kink)，從而降低了填充因子，降低了有效的太陽能電池光電轉化效率。?

在晶體硅上將傳統的N擴散發射極和P-P+擴散背電場用沉積摻雜非晶硅實現，三洋公司制備出效率高達23％的異質結HIT(Heterojunction?with?Intrinsic?Thin?layer)電池。其電池高效率的原因是(1)利用晶體硅做光吸收層，避免了非晶硅薄膜電池的光致衰減問題(2)非晶硅具有氫鈍化效果(3)非晶硅的帶隙大于晶體硅的帶隙，因而在非晶硅和晶體硅的P-N或P-P+結不僅具有同質結的靜電場還具有由親合勢差異導致的有效場。目前HIT結構主要應用于N型晶硅，原因是P型晶硅的背電場和背電極均在同一層P型非晶硅上完成，而P型非晶硅的價帶和P型晶硅有較大的失配，影響了光生空穴的收集效率。HIT電池的背鈍化技術一個缺點是背電極和背鈍化均由同一層非晶硅層完成，不能同時優化背電極和背鈍化，只能取折中。?

對于異質結HIT結構的一個改進是將發射極和收集極都做到電池背部，形成梳狀電極結構(interdigitated?structure)，而太陽能電池的正面沒有電極，因而適合聚光的太陽能電池應用。該結構的P+P和P-N結都由異質結薄膜在電池背部實現，與HIT電池一樣，異質結非晶硅既作為背鈍化層，又作為背電極層，因而也存在異質結處的能帶失配問題，影響光生空穴的收集效率。另外其P-N結作為發射極由金屬直接接觸形成電極，與浮動結的“浮動”概念完全不一樣。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種基于異質結的浮動結太陽能電池背鈍化新結構，在保留異質結的良好鈍化效果的同時，可以將光生空穴通過背結構良好導出，還能防止同質浮動結的針孔寄生回路問題。?

本發明所采用的技術方案為：一種基于異質結的浮動結太陽能電池背鈍化結構，包括P型晶體硅，所述的P型晶體硅襯底底部具有由本征異質材料層以?及N型異質材料層構成的異質結結構，所述的本征異質材料層插于N型異質材料層與P型晶體硅之間，N型異質材料層外部包裹有絕緣層，所述的絕緣層的底部設置有鋁金屬層；所述的P型晶體硅襯底底部兩端設置有P+定域摻雜區，P+定域摻雜區的下方具有點接觸的鋁燒結區。?

本發明結構在P型晶體硅襯底背部具有由薄膜沉積技術形成的異質結結構：本征異質材料層，N型異質材料層。薄膜的摻雜類型與晶體硅襯底的摻雜類型不同，構成P-N異質結構。為了利用薄膜沉積的氫鈍化，在N型異質材料層和P型晶體硅之間插入本征異質材料層。本征異質材料層和N型異質材料層可以為非晶硅，非晶碳化硅等帶隙不同于晶體硅的非晶材料。所述的本征異質材料層的厚度為0～15nm。所述的N型異質材料層的厚度為5～30nm，N摻雜濃度為1E16cm^-3到1E20cm^-3。?