[发明专利]太阳能电池制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制作方法，更确切地说是涉及一种离子注 入、多孔硅外延单晶硅结合键合工艺制备厚度可调的薄层单晶硅，然后按照太 阳能电池的制作工序完成太阳能电池制作，属于微电子与固体电子学、硅基太 阳能电池的一种制造工艺。

背景技术

在该技术领域，目前研究最多的太阳能电池有硅太阳能电池、化合物半导 体太阳能电池和染料敏化太阳能电池。在硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池 研究最早且技术最为成熟，光电转换效率最高，目前实验室最高转换效率为24.7 ％，工业规模生产的单晶硅太阳能电池效率为15％。但由于单晶硅对硅原料的纯 度要求高且使用量大、制备工艺繁琐，所以生产成本居高不下，难于推广应用。 目前作为单晶硅原料的多晶硅主要生产技术为西门子法，即先将硅砂(SiO2)还 原为纯度为97％～98％的硅与盐酸反应生成氯化氢硅，再将其还原、热分解，即 可得到纯度为99.99999％以上的多晶硅(棒状或粒状)。将得到的多晶硅进行 溶解做成单晶硅铸模，再行切割和蚀刻腐蚀，最终得到厚度约为300μm厚的硅 片。在此过程中不但能耗高且对环境污染严重。与单晶硅太阳能电池相比，多晶 硅太阳能电池的原料来源渠道较广阔，对原料的纯度要求低且原料价格较低廉。 实验室最高转换效率为20.3％，工业规模生产的转换效率达13％～16％。适合 大规模商业化生产。

相对于硅太阳能电池，CIS/CIGS、GaAs和CdTe薄膜太阳能电池以其低成 本、高效率、高稳定性成为人们研究最多的化合物半导体太阳能电池，但由于其 制作工艺重复性差，高效电池的成品率低等原因，限制了商业化进程。染料敏化 太阳能电池(DSSC)是20世纪90年代后发展的新一代太阳能电池，以其潜在的 低成本、相对简单的制作工艺和技术等优势赢得了广泛重视，但在电极材料、染 料敏化剂和电解质的选择与制备等还存在一系列问题，制约了染料敏化太阳能 电池转换效率和稳定性的进一步提高。

在硅太阳能电池的成本中，约50％～60％的造价源于硅原料，若采用薄膜太 阳能电池，在廉价衬底上沉积硅薄膜作为吸收层，如40μm厚的硅薄膜即可吸收 80％太阳光，从而减少高成本硅的用量，达到降低成本的目的。目前研究最多的是 多晶硅薄膜和非晶硅薄膜太阳能电池。目前，日本三菱公司在SiO₂衬底上制作的 多晶硅薄膜太阳能电池效率达到16.5％。多晶硅薄膜太阳能电池制备工艺主要 有化学气相沉积法(CVD)和液相外延法(L PE)，设备昂贵，工艺复杂。非晶硅 薄膜太阳能电池成本低，是目前产业规模最大的薄膜电池，最高转换效率已达16. 6％，但因非晶硅的光学带隙为1.7eV，其材料本身对太阳辐射光谱的长波区 域不敏感，因而限制了非晶硅太阳能电池的转换效率；此外，其光电效率随着光 照时间的延长而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应。近年来，对非晶硅薄膜太 阳能电池的研究多为提高电池转换效率并改善电池的稳定性。

近年来，发展的新型硅太阳能电池有硅带太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电 池和HIT太阳能电池等。带状多晶硅技术可以避免切割过程，大大降低了硅太阳 能电池生产成本，主要工艺有颗粒硅带工艺和EFG工艺等。当太阳能电池成本降 为1$/W时就具有与常规能源竞争的优势，但严重的切割损耗问题，很难将单 晶硅和多晶硅电池的成本降低至2$/W以下。在实验室研究阶段，颗粒硅带制 备的太阳能电池效率最高已达8.25％，成本已降为0.8$/W。由于硅带缺陷 多、表面平整度不高，给后续工艺和电池效率均带来负面影响，因此提高硅带质 量是硅带工艺面临的最大挑战。微晶硅由于具有单晶硅的高稳定、非晶硅的节 省材料、可低温大面积沉积等优点，而且可将光谱响应扩展到红外光(λ＞ 800nm)，进一步提高效率的潜力很大，被公认为新一代硅基薄膜太阳能电池材 料。目前，对微晶硅薄膜太阳能电池的研究集中于中国的南开大学光电子薄膜器 件与技术研究所、美国的United Solar公司、日本的Kaneka公司、德国的J ulich 光伏研究所、荷兰的Utrecht大学和瑞士的IMT研究所，微晶硅太阳能电池效率 均已达9％以上，但沉积速率都不高(0.5nm/s)。因此，提高沉积速率是微晶 硅薄膜太阳能电池产业化的重中之重。