[发明专利]一种具有高效陷光结构的晶体硅太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及一种具有高效陷光结构的晶体硅太阳能电池及其制备方法，特别是一种新型的在可见光内具有高吸收率的单晶硅光伏电池结构及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是目前新能源产业中最具有前景的一种电池，其包括单晶硅电池，多晶硅电池和薄膜电池。然而在目前太阳能电池市场上，单晶硅电池还是主要产品。提高单晶硅太阳能电池对光的吸收是进一步提高单晶硅太阳能电池的一种主要手段。光伏电池领域内的技术人员在提高晶体硅电池的对光吸收上做了大量的技术创新及改进，如有关文献报道(NatureMaterials，9205-213)，在单晶硅电池表面沉积一些金属纳米颗粒，利用金属纳米颗粒的等离子共振吸收效应来提高单晶硅太阳电池的光吸收，还有文献报道(NanoLett.2010,10,1082–1087),在单晶硅受光表面制备形成硅纳米线来增强单晶硅太阳能电池对光的吸收。然而这些工艺方法很复杂而且成本高。不仅如此，这几种工艺方法对单晶硅太阳能电池在长波段范围内的光吸收并不能起到很好的增强作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高效陷光结构的晶体硅太阳能电池。该单晶硅电池是因为在单晶硅片上制备形成周期性有序的倒置四棱台盲孔结构阵列，从而使得其对光具有高吸收率。

本发明具有高陷光效应的单晶硅光伏电池从光线照射方向依次包括前电极层、透明导电减反射层、陷光P型发射层、N型吸收层、N⁺掺杂层、背电极层；其中透明导电减反射层是TCO层，P型发射层作为本发明单晶硅光伏电池的受光面，N型吸收层即为单晶硅片，作为本发明单晶硅光伏电池的背光面；

所述的N型吸收层的背光面设置有与N型吸收层形成欧姆接触的背电极层；N型吸收层的受光面通过微加工工艺开有若干呈矩阵分布的倒置四棱台结构的盲孔，然后再通过扩散和镀膜工艺在N型吸收层的受光面依次设有P型发射层、TCO层，这样设计使得周期性有序盲孔矩阵阵列利用聚光增强电池对太阳光的吸收；其中相邻盲孔之间的间隔距离为1～2um，优选为1um；盲孔的顶面是边长为10～13um的矩形，底面为边长小于1um的矩形，四个侧壁为倒置的等腰梯形。

所述的前电极为日字型铝电极，线宽为1～2mm，该日字型的设计减少前电极对太阳光的反射；

所述的TCO层可以是一切的透明导电薄膜，如ZnO,SnO2,ITO等及其掺杂的薄膜；

所述的P型发射层的厚度在500nm以内；

所述的N型吸收层为掺杂浓度为1.0×10¹⁸～1.0×10¹⁹的单晶硅片，厚度为100～300um；

所述的N⁺掺杂层为重掺杂，浓度为1.0×10²⁰以上，可采用一切掺杂方式；

所述的背电极为厚度为100nm以上的铝电极平板；

本发明的另一个目的是提供上述高效陷光结构的单晶硅太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

将单晶硅片作为N型吸收层，然后在其受光面利用微加工工艺开有若干倒置四棱台结构的盲孔，这些盲孔呈矩阵周期性有序阵列分布；

采用扩散工艺在上述盲孔上制备P型发射层；

采用扩散工艺在N型单晶片背光面制备N⁺掺杂层；

在P型发射层的受光面利用磁控溅射等镀膜工艺制备TCO层；

利用丝网印刷工艺在TCO层的受光面上印刷日字型铝电极作为前电极层；

利用丝网印刷工艺在N⁺掺杂层的背光面印刷铝电极作为背电极层。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种高效陷光结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法，结合微加工工艺制备盲孔矩阵有序阵列，利用盲孔矩阵的聚光作用，很大程度上提高了单晶硅太阳能电池在可见光波段内的光吸收，可实现单晶硅太阳能电池对波长在550到1000nm的范围内的光的吸收率在90％以上。

附图说明

图1为本发明周期性有序盲孔矩阵阵列的结构示意图；

图2为本发明电池的剖面图；

图3为本发明前电极的结构示意图；

图4为通过维加工工艺在N型吸收层受光面形成的周期性有序盲孔矩阵阵列的扫描电镜图片；

图5为单个倒置四棱台结构盲孔的扫描电镜图片；

图6为单个倒置四棱台结构盲孔的剖面结构的扫描电镜图片；