[发明专利]具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏领域，具体地涉及一种具有带负电荷抗反射层的太阳电池及其制法。

背景技术

太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、无污染、使用方便等优势在各种可再生能源中占突出地位。对太阳能的利用主要以光伏发电为主，即利用太阳电池将太阳能直接转化为电能。目前，市场上销售的太阳电池大部分是以P型单晶硅或多晶硅为衬底，采用P-N结结构。由于P-N结一般通过高温磷扩散来实现，因此这种太阳电池存在以下几个缺点：1)发射区重掺杂导致禁带宽度变窄效应；2)扩散过程中在硅表面引入高浓度缺陷和复合中心，产生“死层”，引起电池光谱响应降低；3)高温过程使材料少子寿命降低。

Metal-Insulator-Semiconductor/Inversion Layer Solar Cell，中文全称为金属-绝缘体-半导体/感应反型层太阳电池，简称为MIS/IL太阳电池，这类电池的一个显著特点是避免采用高温扩散方式形成P-N结，而是依靠覆盖在半导体表面上感应层中的固定电荷(以下简称电荷)，在半导体表面感应出反型层，从而形成一个同常规太阳电池P-N结功能相同的感应结，因此与常规太阳电池相比，MIS/IL太阳电池不但没有前面所提出的缺点，而且还由于结深较浅而具有良好的短波响应，同时还具有工艺简单、成本低等优点。感应层由绝缘层和抗反射层组成，一般采用氧化硅为绝缘层，氮化硅、氧化铝为抗反射层，其中氧化硅和氮化硅带正电荷，氧化铝带负电荷，感应层的电性决定了衬底使用哪种导电类型，如果感应层显正电性，则会吸引衬底的电子在半导体表面聚集，在半导体表面感应出N型层，因此衬底必须选择P型；如果感应层显负电性，则会吸引衬底的空穴在半导体表面聚集，在半导体表面感应出P型层，相应衬底要选择N型。反型层和衬底形成一个空间电荷区，光生载流子(电子和空穴)在空间电荷区的内建电场作用下分离，如果是P型衬底，空穴被下电极收集，电子先在反型层中横向运动到栅状电极下方，然后通过遂穿效应，穿过绝缘层，被上电极收集，为了克服反型层面电阻大而带来的损失，需要制备密栅结构或者增加感应层的电量。氮化硅不但含有大量正电荷(大于10¹²cm^-2)，而且还兼有良好的抗反射作用(λ＝632.8nm时，折射率在1.8～2.5之间可调)和良好的钝化效果，此外采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法制备氮化硅具有：沉积温度低、沉积速率快、工艺重复性和薄膜均匀性好等优点，使得低成本PECVD技术在常规太阳电池产业中得到了广泛的应用，因此目前大多数MIS/IL太阳电池都是以P型硅为衬底，用PECVD技术制备的氮化硅为抗反射层。

早在1973年H.Fischer等人发现以P型硅为衬底的常规P-N结太阳电池在光照下有明显的性能衰减问题(10th IEEE PVSC.Palo Alto,CA,USA,1973)，这种现象称为光致衰减现象。1997年J.Schmidt等人证实该现象是由于硼氧对引起的(26th IEEE PVSC.New York,USA,1997)。由于N型硅材料硼含量极低，所以由硼氧对导致的光致衰减现象在以N型硅为衬底的常规P-N结太阳电池上不明显，可以忽略。近年来研究还发现，与P型晶体硅材料相比，N型硅材料具有更高的少子寿命和更高的金属污染容许度(22nd European PVSEC,Italy,2007)，因此N型电池有更高的光电转换效率，例如Sunpower、Sanyo公司生产的商品化N型电池效率已经达到20％以上，全球顶尖的光伏研究机构和企业都投入巨资进行高效N型电池的研发和产业化。

结合MIS/IL电池和N型电池的优点，制备以N型硅为衬底的MIS/IL结构太阳电池，是这种太阳电池未来的发展方向。目前仅少数专利如“太阳能电池”(公开号：CN102257623A)用含负电荷的氧化铝为感应层，制备n型衬底的MIS/IL太阳电池，但这种电池有以下缺点：1)氧化铝的折射率偏低，抗反射效果不佳，降低电流密度；2)氧化铝与硅的界面态密度较高，光生载流子在界面处复合严重，降低电流密度；3)高质量氧化铝一般采用ALD技术(Atomic Layer Deposition，单原子层沉积)生长，该设备昂贵，增加电池制作成本。倘若能用低成本技术(例如：PECVD)制备带负电荷的感应层，并且电荷量大于10¹²cm^-2量级，这样将进一步降低电池生产成本，必将成为光伏领域的一个重大技术突破。