[实用新型]一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳电池领域，也属于半导体器件领域，涉及硅太阳电池的结构设计。

背景技术

晶体硅太阳电池占据了当前全球太阳电池产量的大部分份额，其光电转换效率较高、性能稳定、结构简单、易于生产。在过去的十几年内，晶体硅太阳电池的成本不断降低，效率不断提高。目前高效率晶体硅太阳电池组件的效率已经超越20%，未来晶体硅太阳电池将向着更高效率发展。背面接触太阳电池（简称IBC电池）是高效晶体硅太阳电池中的一种。IBC电池通常采用n型硅为光吸收材料，将p型发射区和和n型的扩散接触区放置在电池背面。电池的正面由于无金属栅线，更多太阳光可以进入太阳电池内部。另外电池背面的p型区和n型区可以进行重掺杂，从而提高电池开路电压。目前基于同质结的晶体硅IBC电池最高转换效率达到25.2%。基于IBC电池的高效率，我国《能源技术创新“十三五”规划》明确将IBC电池国产化定为目标，预计在5年内将建成IBC电池25MW示范生产线。

由于半导体的光吸收特性，IBC太阳电池中大部分光生载流子产生于电池正面表面附近。相比于常规结构的太阳电池，IBC电池中少数载流子需要传输较长的距离才能被收集。因此，IBC电池对硅材料的少子寿命要求更高。另外IBC电池在正面也会制备表面电场，辅助少数载流子空穴的输运。除此之外，IBC电池的正面还需制备减反射层以及钝化层，以减少入射光的损失以及抑制表面复合。这使得IBC电池正面结构及制备工艺非常复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了简化IBC电池正面的结构及其制备工艺，提出一种可应用于IBC电池正面的双层TiO_x（x≈2）结构，该结构可同时起到钝化硅片正表面、形成表面电场、增强空穴传输以及减反射层等作用，而且该结构可在低温下（不超过300°C）制备。采用这种结构可简化IBC电池的制备工艺及减少制备过程中能源的消耗。

本实用新型提出一种可应用于IBC电池正面的双层TiO_x结构（结构示意图见附图1），可简化IBC电池的结构及制备工艺。该结构中，靠近IBC电池正面硅表面的内层TiO_x主要起钝化硅表面的作用。该TiO_x层可采用原子层外延等工艺制备，经TiO_x钝化的硅片表面复合速率可低于10cm/s。外层的TiO_x层为掺杂浓度较高的n型半导体，可与n型硅形成方向指向电池内部的表面内建电场，该电场可增强n型硅中少数载流子空穴的输运。另外，由于TiO_x的价带要远低于硅的价带，所形成的价带阶可对硅材料内部空穴形成势垒，阻碍空穴靠近表面，从而减少表面复合。TiO_x材料的光学带隙较宽，对太阳光的吸收有限，不会对电池的短路电路产生较大影响。而且TiO_x本身就是一种减反射材料，通过控制TiO_x层的厚度，即可降低太阳光的反射损失。

本实用新型是通过以下技术方案实现。

本实用新型所述的一种应用于背面接触太阳电池的双层TiO_x结构，其特征是在IBC电池正面硅材料表面形成一层对硅表面具有良好钝化效果的钝化TiO_x层，在钝化TiO_x层之上再形成一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n-TiO_x层。形成IBC电池正面硅表面-钝化TiO_x层-n-TiO_x层结构。

本实用新型所述的结构的形成过程是：首先对IBC电池正面进行处理使得新鲜的硅表面裸露出来；使用原子层沉积工艺等制备一层钝化TiO_x层，该TiO_x层对硅片表面提供良好钝化；在钝化TiO_x层之上使用蒸发或溅射等工艺沉积一层n型掺杂的TiO_x层，沉积过程中通过调整制备参数调节所制备TiO_x的掺杂浓度等，使得表面形成合适强度的内建电场。另外，控制外层TiO_x至合适厚度，形成减反射层以减少入射光的反射损失。

本实用新型所述的对硅片形成具有良好钝化的TiO_x层（钝化TiO_x层）为非晶态半导体，导电类型为本征型或弱n型。