[发明专利]太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种含隧道触点的太阳能电池。

背景技术

采用隧道层系统作太阳能电池触点的方法由来已久。在该配置下，将隧道层插入于太阳能电池半导体的发射极或基极与充当收集层的金属层之间，后者用于收集隧穿过隧道层的载流子。可使用例如二氧化硅(SiO₂)作为所述隧道层。其同时在半导体的复合活性表面处于饱和状态时被用于进行表面钝化。在主要由硅形成的太阳能电池中，可通过热氧化生成隧道层。然而，SiO₂层难免存在一个缺点，即从技术角度讲，要同时实现金属层的载流子高隧穿几率和充分的表面钝化尚有难度。

此外，常规来讲，异质结太阳能电池包含例如半导体晶体层和非晶层，其常规上多为掺杂的半导体，有附加层插入于两半导体层之间，以便实现尤其是晶体半导体层的表面钝化。为达此效果，常规来讲可使用较薄的本征(如：基本上无掺杂)非晶半导体层。然而，在此配置下，通过例如本征非晶硅层的钝化往往仍然不足，从而导致太阳能电池的效率降低。此外，从技术角度讲，要在达到高隧穿几率的同时实现均质的层沉积，例如采用来自气相的汽相沉积，则尚有难度。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种如下的太阳能电池：其包含位于半导体层和收集层之间的隧道层，从技术角度讲易于实现且效率更高。

根据本发明，上述目标可通过具有权利要求1所述特征的太阳能电池得以实现。从属权利要求中陈列了本发明的有利实施例。

本发明是基于以下共识：具有较高表面电荷密度即不小于10¹²cm^-2、优选不小于5×10¹²cm^-2、更优选不小于10¹³cm^-2的缓冲层在尤其适用于形成隧道触点的同时保证充分的表面钝化(通过场效应钝化)。此外由于其较高的表面电荷密度，缓冲层可在其下方的半导体层中感应产生反型层或累积层。缓冲层的表面电荷密度可正可负。从而该感应层的类型和强度具体取决于表面电荷密度的极性以及半导体层的材料和任何掺杂。隧道触点的电性和空间扩展也取决于反型层或累积层的电特性。

在本说明书中，“层”这一用语也可指太阳能电池上延展达有限区域的层形结构。换言之，半导体层、收集层、缓冲层等可被限为太阳能电池上的岛状或条形区域。因此，各层无须延展达几乎整个通常呈平坦状的太阳能电池。此外，用语“层”并非一定为平坦或平面状；相反，其依照下层结构可呈曲线或弯曲状，例如其可设计为碟形或杯形。

生产太阳能电池的一种可行方法包括如下步骤：提供半导体层，继而将缓冲层涂覆于半导体层上，进而将收集层涂覆于缓冲层上。也可提供其他涂覆中间层的涂覆步骤或构建步骤。半导体层可为晶片，或可通过薄膜工艺汽相沉积到基板上。在后一种情况下，沉积层的步骤也可调换，例如可以换成下述步骤：先涂覆收集层至基板或覆板，继而将缓冲层和半导体层汽相沉积至所述收集层上。

缓冲层主要由某种材料构成，这意味着鉴于生产工艺中的缺陷，缓冲层在原料等材料中可能包含微量其他材料。

根据一有利实施例，缓冲层主要由一种表面电荷密度为负的材料构成。表面电荷密度为负的材料的一个例子是负表面电荷密度介于约10¹²至约10¹³cm^-2之间的氟化铝(AlF₃)。负的表面电荷密度可以提供一项优势，即该材料尤其适合于接触p型半导体层，而后者在例如硅基光伏电池中是目前为止使用最普遍的作为吸收层的导体类型。

一有益的改进方法允许缓冲层主要由氧化铝构成。通过使用恰当的涂覆工艺或汽相沉积工艺，可将氧化铝(Al₂O₃)涂覆为均质层厚度。此外，这种氧化铝层特别适合于表面钝化。由于其较高的负表面电荷密度，在这种方式下感应产生的反型层或累积层还具有良好的导电性。

在一优选实施例中，形成无针孔的缓冲层。换言之，缓冲层几乎无缺陷，尤其没有任何贯穿缓冲层厚度的开口(针孔)。

根据一有利实施例，缓冲层采用原子层沉积(ALD)方法涂覆。在ALD方法中，原子层一层接一层地发生层沉积，尤其可产生无任何缺陷的薄层。在这个过程中，可对层厚度进行精确控制。尤其在氧化铝层的产生过程中，使用ALD可使得缓冲层具有十分优越的电特征。

优选缓冲层厚度介于0.1至10纳米之间、优选范围介于1至3纳米之间。尤其是介于1至3纳米之间的厚度，由于有了足量的束缚电荷，将在得到好的钝化同时得到高的隧穿几率。