[發(fā)明專利]一種橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210073222.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN102593232A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉寶林;張玲;朱麗虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/105
• 分類號(hào): H01L31/105;H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽能電池，特別是涉及一種橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，太陽照射地球一小時(shí)的能量相當(dāng)于世界一年的總消費(fèi)能量。太陽能的有效利用已經(jīng)成為人類的共識(shí)，作為太陽能利用的重要手段之一，對(duì)太陽能電池即光伏發(fā)電的研究與開發(fā)也變得日益重要。目前，太陽能電池主要以硅系太陽能電池為主，超過89％的光伏市場(chǎng)由硅系列太陽能電池所占領(lǐng)，硅基太陽能電池的研究和開發(fā)得到廣泛的重視。而在硅系列太陽電池中，以單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟，在當(dāng)前的光伏應(yīng)用領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。

單晶硅太陽能電池在結(jié)構(gòu)上最常采用的是與表面垂直的p-n結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，單晶硅材料的純度要求很高，必須達(dá)到99.999％以上。否則其中的雜質(zhì)和缺陷所造成的復(fù)合中心較多，這將大大降低少子壽命。但高純度硅材料的價(jià)格很昂貴，這使得所制作的太陽能電池成本很高([1]安其霖等編，太陽電池原理與工藝，194～219)。因此若能在保持較高轉(zhuǎn)換效率的前提下降低晶體硅太陽能電池對(duì)硅材料的純度要求，則能夠大大降低電池的材料成本。

另外，在這種與表面垂直的p-n結(jié)構(gòu)的太陽能電池中，發(fā)射區(qū)覆蓋了電池的整個(gè)表面，而太陽光在硅表面就有強(qiáng)烈的吸收，這就阻擋了部分太陽光入射到空間電荷區(qū)，降低了光生載流子的收集幾率。同時(shí)，通過在電池的整個(gè)表面擴(kuò)散形成發(fā)射區(qū)較容易在表面形成死層。在死層中少子壽命非常短，光生載流子的收集幾率接近于0([2]Martin?A.Green，Solar?Cells?Operating?Principles，Technology，and?System?Applications，145～147)。因此，目前這種常用結(jié)構(gòu)的單晶硅電池在短波段的光譜響應(yīng)較小，這阻礙了電池轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有晶體硅太陽能電池對(duì)高轉(zhuǎn)換效率和低成本的要求，提供一種橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池及其制備方法。

所述橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池設(shè)有襯底，在襯底上設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)通過擴(kuò)散或外延等方法形成半導(dǎo)體層，在半導(dǎo)體層上分別蒸鍍上電極和減反膜，在半導(dǎo)體層底部蒸鍍背電極，當(dāng)所述襯底為p型半導(dǎo)體層時(shí)，所述半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體層；當(dāng)所述襯底為n型半導(dǎo)體層時(shí)，所述半導(dǎo)體層為p型半導(dǎo)體層。

所述橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池主要是由與表面平行的p-n結(jié)組成，即內(nèi)建電場(chǎng)呈與表面平行分布的結(jié)構(gòu)，所述p-n結(jié)是由p型半導(dǎo)體層(p層)和n型半導(dǎo)體層(n層)組成，或由n型半導(dǎo)體層(n層)和p型半導(dǎo)體層(p層)組成。

所述上電極可選自鋁(Al)上電極、鈦(Ti)上電極、鈀(Pd)上電極、銀(Ag)上電極、鎳(Ni)上電極或金(Au)上電極等。所述減反膜可選自氮化硅(Si3N4)減反膜或氧化鈦(TiO₂)減反膜等，所述p型半導(dǎo)體可選自p型單晶硅或多晶硅等半導(dǎo)體材料，所述n型半導(dǎo)體可選自n型單晶硅或多晶硅等半導(dǎo)體材料，所述背電極可選自鋁(Al)背電極、鈦(Ti)背電極、鈀(Pd)背電極、銀(Ag)背電極、鎳(Ni)背電極或金(Au)背電極等。

所述橫向結(jié)構(gòu)的PN太陽能電池的制備方法包括以下兩種方案，第一種方案包括以下步驟：

1)將襯底進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗后，在樣品的所有表面熱生長(zhǎng)或沉積一層遮擋層；所述襯底為p型襯底或n型襯底；

2)采用光刻技術(shù)在樣品的上表面刻出條狀圖形，去除圖形中的遮擋層，然后采用刻蝕技術(shù)在去除遮擋層的區(qū)域刻出凹槽，再去除光刻膠；

3)將樣品進(jìn)行擴(kuò)散，然后去除樣品所有表面的遮擋層，形成所述橫向的p-n結(jié)；所述擴(kuò)散為n型擴(kuò)散或p型擴(kuò)散；

4)采用光刻技術(shù)在樣品的上表面刻出凹槽圖形后，在凹槽內(nèi)沉積上電極，然后剝離；

5)采用光刻技術(shù)在樣品的上表面刻出上電極的反圖形后，沉積減反膜，然后剝離；

6)在經(jīng)過處理的樣品背面沉積背電極，最后對(duì)電極進(jìn)行退火。

在步驟1)中，所述p型襯底可選自p型單晶硅或多晶硅等半導(dǎo)體材料；所述n型襯底可選自n型單晶硅或多晶硅等半導(dǎo)體材料；所述遮擋層可選自SiO₂層等，用于阻止擴(kuò)散。

在步驟2)中，所述條狀圖形是用于刻出凹槽的區(qū)域圖形，所述凹槽是用于進(jìn)行所述n型擴(kuò)散或p型擴(kuò)散的區(qū)域，所述凹槽的深度最好為1～500μm，凹槽的寬度最好為1～100μm，凹槽的間距最好為5～500μm。

在步驟3)中，所述擴(kuò)散的深度最好為0.2～10μm。