[发明专利]具有同质结和异质结的硅基双结太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种硅基太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的发展，能源的消耗急剧增长。当前，绝大多数能源是化石燃料，不仅资源日渐减少，而且大量二氧化碳等气体排放，使环境问题日益严重。因此，国内外越来越重视可再生能源，特别是光伏发电的开发利用。在过去的十年里全球太阳能光伏产业保持了高速增长，已逐步成为继微电子产业之后驱动全球经济发展最主要的产业之一。

太阳能光伏发电的核心是太阳电池。目前，90％以上的太阳电池是硅基太阳电池。但硅太阳电池制造成本高，阻碍了光伏发电大量推广使用，为此人们一直在努力改进工艺、减少硅材料的用量、提高太阳电池的效率。

现在常用硅基太阳电池分为晶体硅(包括单晶硅和多晶硅)太阳电池和非晶硅太阳电池。

晶体硅太阳电池结构通常为P型晶体硅硅片上扩散掺杂磷形成PN结，P型晶体硅上表层为N型的顶区，构成一个PN结。顶区表面有栅状的金属电极，背表面为金属底电极。正面、背面电极分别与N区和P区形成欧姆接触，整个上表面覆盖着减反射膜。其生产技术如中国专利(CN1441504)给出：P型硅片(单晶和多晶硅)化学清洗、制绒；磷扩散制备PN结；等离子刻蚀周边；淀积氮化硅薄膜；丝网印刷正、背面电极；正、背面电极同时金属化烧结及氮化硅薄膜烧穿。这种电池工艺已比较成熟，太阳电池的光电转换效率一般只能做到15～16％，即使近来采用选择性发射极结构和工艺，其效率一般也只提高到16～17％。进一步提高效率和性价比的空间极其有限。

非晶硅太阳电池通常采用PIN结构，即用不锈钢(或带ITO透明导电膜的玻璃)作衬底。先沉积掺磷的N型a-Si层，沉积未掺杂的I层，再沉积掺硼的P型a-Si层，形成PIN结构。再蒸发100μm厚的ITO透明导电膜。ITO透明导电膜的作用为：作为正面电极和减反射，并构成异质结的一部分，最后蒸金属电极。也有做成NIP结构的非晶硅电池。这类电池的制造成本较低，主要问题是效率不高，而且存在光致衰退效应(S-W效应)，电池效率衰减较快，通常稳定效率只有6～7％。近年开发了多结非晶硅电池和非晶硅/微晶硅电池，但稳定效率也只有8～9％。进一步提高效率和性价比已十分困难。

日本三详电机株式会社发明了一种硅基异结太阳电池，其结构形式为非晶硅/单晶硅(a-s：/c-s)异质结结构。这种电池用电阻率为1Ω·cm、厚度200μm的N型Cz硅片制作。硅片表面制绒后，正面采用PECVD沉积很薄的本征a-Si:H和P型a-S:H，背面沉积薄的本征a-Si:H层和N型a-Si:H层；再两面溅射沉积透明导电膜(TCO)和丝网印刷Ag浆电极，形成双面异质结太阳电池。整个制造过程都在低于200℃的温度条件下进行，能耗低。其主要问题是光电效率仅略高于普通扩散结晶体硅太阳电池，且为使光电性能一致，工艺参数控制要求较高，特别是非晶硅层的厚度必须严格控制，否则仍有可能引起电池效率的衰减。

另外，有一些电池结构可获得大于20％效率，如澳大利亚新南威尔斯大学开发的刻槽埋栅太阳电池(BCSC)、发射极钝化及背面局部扩散太阳电池(PERL)以及叉指式背接触电极太阳电池(IBC)等，但这些电池结构和工艺复杂，与常规电池相比，制造成本太高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有同质结和异质结的硅基双结太阳电池，该太阳电池在获得高转换效率和性价比的同时，改善电池光电性能的一致性与稳定性；本发明的另外一个目的是提供一种制造上述的具有同质结和异质结的硅基双结太阳电池的方法。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

具有同质结和异质结的硅基双结太阳电池，该太阳电池包括晶体硅硅片、硅基半导体膜、透明导电膜、正面金属电极和背面金属电极，所述的晶体硅硅片为单晶硅片或多晶硅片，在晶体硅硅片的正面或背面采用扩散法形成所述的同质结，同质结为PN结、PP^-、PP⁺、NN^-或NN⁺浓度结；晶体硅硅片的正面设有所述的硅基半导体膜，硅基半导体膜为硅、硅/锗或碳化硅材料的非晶膜或纳米膜，硅基半导体膜与具有同质结的晶体硅硅片表层之间形成所述的异质结。

作为优选，上述的晶体硅硅片采用P型晶体硅硅片或N型晶体硅硅片，扩散法采用磷扩散法或硼扩散法形成所述的同质结，扩散同质结的结深为0.3～5微米；硅基半导体膜为本征I型硅基膜、硼掺杂P型硅基膜或磷掺杂N型硅基膜，硅基半导体膜采用硅烷磷烷PECVD沉积方法或硅烷硼烷PECVD沉积方法制备，膜层的厚度为0.03～0.3微米。