[发明专利]光伏电池及制造该光伏电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏器件，具体地涉及包括诸如单晶硅或多晶硅薄层的半导体材料薄层的光伏器件。更具体地，本发明涉及包含单晶硅或多晶硅半导体材料的光伏器件。

背景技术

光伏器件，也称为光伏电池，用于将光能转换成电能。光伏电池可以用于产生能量(太阳能电池)或者它们可用作其它器件中的光探测器元件。光伏电池是可再生能源。然而，它们的使用被它们的电输出限制。一般地，许多光伏电池被布置在一个或多个面板或模块中，以便产生对于所期望的商业应用或消费应用所需的充足功率。

具有较高的效率的光伏电池导致带有较大的电功率输出的模块。因此，需要能够制造大量高效率的光伏电池。将非常期望能够降低这样的光伏器件的生产成本、提高它的光转换效率或者这两者。与常规制造的电池相比，本发明的光伏电池是高度有效率的。

大多数光伏器件都是由单晶硅或多晶硅来制造的。因为由于硅在微电子产业中的使用而使得它可以合理的价钱容易地获得，并且因为它适当地平衡了用于制造光伏电池的电特性、物理特性和化学特性，所以通常使用硅。在光伏器件的生产过程中，通过本领域所公知的各种方法，用正导电类型或负导电类型的掺杂剂来掺杂硅，并且硅常以晶片或带状物(ribbon)的形式一般被切割成薄衬底。贯穿本申请，诸如晶片的衬底的意图面对入射光的表面，被规定为前表面，并且与前表面相对的表面被称为后表面。按照常规，正导电类型一般规定为“p”，而负导电类型被规定为“n”。在本申请中，“p”和“n”仅用于表示相反的导电类型。在本申请中，“p”和“n”分别表示正的和负的但也可分别表示负的和正的。

光伏器件的工作的关键是p-n结的生成，其通常通过进一步对硅衬底的前表面进行掺杂以形成导电类型与掺杂的硅衬底相反的层来形成。这样的层通常被称为发射体层。在p型掺杂的衬底的情况下，发射体层通过用n型掺杂剂掺杂前表面来形成。p-n结是在p型掺杂区与n型掺杂区之间的界面。

进入这些太阳能电池的光被吸收，从而产生电子-空穴对，所述电子-空穴对如果具有足够的扩散长度，则通过由太阳能电池结所产生的电场而被空间分离，并且分别聚集在太阳能电池的顶表面和底表面处。例如，在n-p型太阳能电池中，电子将迁移到顶表面，在这里，然它们之后将被位于其上的金属栅收集。该金属栅一般可包括许多金属指状物，所述金属指状物沿着顶表面被分开较大距离，并且通过公共汇流条(bus bar)而彼此连接。电子将直接迁移到金属指状物或接近指状物之间的顶表面，并且然后沿着太阳能电池的表面迁移，直至它们能被这些指状物中的一个收集为止。另一方面，空穴将迁移到太阳能电池的底表面，在这里，它们可以被覆盖整个底表面的金属片收集。

U.S.专利3811954描述了一种在短波长中具有改进的效率因而输出功率急剧增大的太阳能电池，所述短波长是指光谱中对应于0.3-0.5微米的蓝-紫部分。通过减小结深、在太阳能电池的光入射表面上提供非常精细的几何图案金属电极，实现所声称的改进。结深一般在500与2000之间，并且精细几何电极的金属指状物一般被间隔开仅一厘米的百分之几的量级。所得到的精细几何图案电极通常覆盖太阳能电池的表面区域的5％至10％且与之处于欧姆接触，并且防止所覆盖的区域将入射的光子转换成电能。电池未与电极接触的表面区域被金属氧化物抗反射涂层所覆盖。

硅太阳能电池中的反向电流包括流到结的电子和空穴流，在所述结处，它们复合。该电流通过抵消流过二极管的主电流的一部分而使电池的性能，即I-V特性劣化。一般在太阳能电池模型中考虑的反向电流由半导体的体电荷区域和空间电荷区域产生。反向电流的另一个来源是顶表面层，其中杂质是热生电子-空穴对的复合中心以及来源。然而，因为存在高浓度杂质，所以该电流通常在标准太阳能电池中被忽略，所述杂质用以产生最少量的在结处复合的电子-空穴对。此外，厚“死层(dead layer)”隔离了太阳能电池的顶层中的表面产生中心以及与金属电极的欧姆接触的任何影响。

在根据U.S.3811954的太阳能电池中，浅结导致死层的最小化，其存在于标准硅电池的光入射表面处。此外，扩散到电池的顶层中的杂质密度减小并且对于主要的反向电流提供了来源。形成在硅太阳能电池的金属电极和顶层之间的欧姆接触致使电流的热产生发生在太阳能电池的表面附近。金属触点充当用于复合的大的汇点(sink)并且也充当用于电子-空穴对的产生的大的来源。