[发明专利]太阳能电池及其制作方法

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，特别是涉及一种具有选择性发射极结构的太阳能电池及其制作方法。

背景技术

太阳能电池受光照后，电池吸收一个能量大于带隙宽度的入射光子后产生电子-空穴对，电子和空穴分别激发到导带与价带的高能态。在激发后的瞬间，电子和空穴在激发态的能量位置取决于入射光子的能量。处于高能态的光生载流子很快与晶格相互作用，将能量交给声子而回落到导带底与价带顶，这过程也称作热化过程，热化过程使高能光子的能量损失了一部分。热化过程后，光生载流子的输运过程(势垒区或扩散区)中将有复合损失。最后的电压输出又有一次压降，压降来源于与电极材料的功函数的差异。由上述分析，太阳能电池效率受材料、器件结构及制备工艺的影响，包括电池的光损失、材料的有限迁移率、复合损失、串联电阻和旁路电阻损失等。对于一定的材料，电池结构与制备工艺的改进对提高光电转换效率是重要的。

一般来说太阳能电池制备工艺主要经过以下几个过程，以硅片为例说明：

1、硅片的表面处理：硅片的表面准备是制造硅太阳电池的第一步主要工艺，它包括硅片的化学清洗和表面腐蚀。当把掺杂好的硅锭按要求切割成符合生产要求的硅片后，首先要对其表面处理，因为切割后硅片表面可能有尘埃，金属离子及其他无机物和油脂等有机物，在切割时还会产生一定的机械损伤层。经过酸性腐蚀和碱性腐蚀可以去除掉这些污染和损伤，使硅片表面光亮。之后，将硅片放入1.2％-1.5％的氢氧化钠溶液或其它酸性溶液中做金字塔绒面，使入射光在表面多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的效率。

2、扩散制结：制结过程是在一块基体材料上生成导电类型不同的扩散层，它和制结前的表面处理均是电池制造过程中的关键工序。扩散是物质分子或原子运动的一种现象。热扩散制P-N结的方法是通过高温使V族杂质渗入P型硅或III族杂质渗入N型硅。硅太阳能电池最常用的V族杂质为磷，III族杂质最常用的为硼。对扩散的要求是获得适合于太阳能电池P-N结需要的结深和扩散层方块电阻。浅结死层小，电池短波效应好，而浅结引起串联电阻增加，只有提高栅电极的密度，才能有效提高电池的填充因子。这样就增加了工艺难度。结深太深，死层比较明显。如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池的开路电压和短路电流下降。在实际的电池制作中，考虑了多个方面的因素，因此太阳能电池的结深一般控制在0.3～0.5微米，方块电阻平均为20～70欧姆。目前，硅太阳能电池所用的主要热扩散方法是液态源扩散，这种工艺是通过气体携带的方法将杂质带如扩散炉内实现的。

3、去边：在扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层，周边扩散层可以使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，对电池的影响是致命的。去边的主要方法有腐蚀法、挤压法和离子干法刻蚀等。现在工业上最长使用的是等离子法，通入氮气、氧气和四氟化碳高压下产生辉光，通过氧离子和氟离子交替对硅作用，去掉扩散层周边的导同层。因为扩散中生成了P、P₂O₅、S_iO₂和磷硅玻璃，现在用10％的HF溶液清洗2分钟，达到出去杂质玻璃的目的。

4、制作减反射膜：光照射到平面的硅片上，其中有一部分被反射，即使已经绒面的硅表面，也约有11％的反射损失，在硅表面覆盖一层减反射膜，可大大降低光的反射。现在采用的喷涂法，它是利用高温在硅表面生成二氧化钛膜；还有一种喷涂的方法，是用PECVD(等离子体化学气相沉淀)系统，它是由电脑控制，在真空、高压射频源条件下，使的氨气和硅烷气体电离，在硅表面形成氮化硅膜。

5、电极制作：电极就是与P-N结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。这样的材料应该满足：与硅可形成牢固的接触而且接触电阻小、导电性优良、遮挡面积小、收集效率高等要求。目前商品化电池生产中大量被采用的工艺是银浆或银铝浆印刷，而且该工艺已经走向成熟，栅线的宽高比已经大大减小，这与电池电极设计的原则——让电池的输出最大，即电池的串联电阻尽可能小且电池的光照作用面积尽可能大是完全一致的。