[发明专利]一种提高晶硅太阳电池效率的发射极结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高晶硅太阳电池效率的发射极结构。

背景技术

硅太阳能电池的研究和利用是实现可再生能源的主要途径之一，晶硅电池占光伏市场总 份额的90％以上。尽管硅太阳电池的理论转换效率接近30％，实验室获得的最高效率也已经 达到了24.5％，但是市场上的晶硅电池转换效率只有16％左右。造成这种低效率的原因是， 产业太阳电池扩散制备的发射极方块电阻在40Ω/□左右。这样的发射极具有较大的结深和 较高的掺杂浓度，为的是后续金属栅线烧结时获得良好的欧姆接触，并防止烧穿。尽管有此 好处，但这种发射极由于深而重的掺杂而具有较差的光电性能，造成光电流损耗，因而限制 了太阳电池的效率。

理想的发射极结构应该具有掺杂重而结深浅的掺杂分布，我们的研究结果表明方块电阻 在100Ω/□以上，表面掺杂浓度在1×10¹⁹cm^-3以上的发射极可以使晶硅太阳电池获得高效 率。但浅结深对后续的金属栅线欧姆接触带来难度，很容易造成金属栅线的烧穿而形成漏电。 而且，重掺浅结对扩散工艺也提出了更高的要求。

为了解决这个问题，提出了一种选择性发射极结构，其基本原理是在发射极非接触区采 用较轻的掺杂，而在接触区采用重掺杂，形成欧姆接触。比如，中国发明专利98123579.4 以及中国发明专利申请200710025032.7中所公开的都是这种选择性发射极太阳电池的例子。 但这种结构需要多次扩散，制作栅线时需要严格的对正工艺以使栅线刚好制作在重掺杂区 上，制作工艺比较复杂。

另一种方法是日本Sanyo公司开发的HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)异质 结电池结构，利用掺杂非晶硅薄膜在晶硅上制作pn结，并在其间插入一层本征非晶硅层来 钝化异质结界面。正如美国专利US2005062041-A1和US2004182433-A1中所公开的结构。 通过这种方法，利用掺杂非晶硅层得到薄而重掺的发射极。但是，这种结构极大的受到非晶 硅/晶体硅异质结界面质量的影响，界面态密度过高，会使电池效率大大降低。常规硅片清洗 工艺很难得到特别低的界面态密度，因此，这种电池对界面处理工艺要求苛刻。目前，也只 有Sanyo公司自己掌握了一定的解决办法。

中国发明专利申请200610024876.5公开了一种非晶/晶硅太阳电池，其中包含非晶/晶硅 高低结的结构。在p型衬底的n型发射极上再淀积一层n型非晶硅层，利用掺杂非晶硅层作 为较高能量光子的吸收区，认为可以提高太阳电池转换效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有传统太阳电池发射极掺杂重，结深大所造成的对光电流的 限制，提供一种提高晶硅太阳电池效率的发射极结构。本发明所述发射极结构依次包括一种 掺杂类型的晶硅衬底，在晶硅衬底上制备的与所述晶硅衬底掺杂类型相反的晶硅层，在所述 晶硅层上制备的与该晶硅层掺杂类型相同的薄膜硅层，在所述薄膜硅层上制备的透明导电电 极层，以及在透明导电电极层上制备的金属栅线。所述晶硅层的方块电阻在100Ω/□以上。 所述薄膜硅层与晶硅衬底之间的费米能级差大于所述晶硅层与晶硅衬底之间的费米能级差。 所述薄膜硅层的厚度在1nm到20nm之间。

所述的晶硅衬底可以是单晶硅衬底，也可以是多晶硅衬底，其表面可以是平面的，也可 以是具有绒面减反射特征结构的。所述晶硅层可以是在晶硅衬底上扩散制备的，也可以是在 晶硅衬底上外延生长的。所述薄膜硅层可以是非晶硅或纳米晶硅或微晶硅，是通过各种化学 气相淀积工艺，比如低压化学气相淀积(LPCVD)，热丝化学气相淀积(HWCVD)，等离子 体辅助化学气相淀积(PECVD)等淀积制备的。所述透明导电电极层是采用各种薄膜淀积工 艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的；所述金属栅线是采用各种薄膜 淀积工艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的。