CN101325225A - 一种提高晶硅太阳电池短波响应的发射极结构 - Google Patents
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Abstract
一种提高晶硅太阳电池短波响应的发射极结构。所述发射极结构依次包括一种掺杂类型的晶硅衬底1，在所述晶硅衬底1上制备的与所述晶硅衬底1掺杂类型相反的晶硅层2，在所述晶硅层2上制备的透明导电电极层3，在透明导电电极层3上制备的金属栅线4。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高晶硅太阳电池短波响应的发射极结构。
背景技术
硅太阳能电池的研究和利用是实现可再生能源的主要途径之一，晶硅电池占光伏市场总份额的90％以上。尽管硅太阳电池的理论转换效率接近30％，实验室获得的最高效率也已经达到了24.5％，但是市场上的晶硅电池转换效率只有16％左右。造成这种低效率的原因是，产业太阳电池扩散制备的发射极方块电阻在40Ω·cm左右。这样的发射极具有较大的结深和较高的掺杂浓度，为的是后续金属栅线烧结时获得良好的欧姆接触，并防止烧穿。尽管有此好处，但这种发射极由于深而重的掺杂而具有较差的光电性能，太阳光谱中的短波很大一部分被发射极所吸收，产生的光生载流子会很快复合掉，从而造成光电流损失，限制了太阳电池的转换效率。
理想的发射极结构应该具有掺杂重而结深浅的掺杂分布，我们的研究结果表明方块电阻在100Ω·cm以上，表面掺杂浓度在1×1019cm-3以上的发射极可以使晶硅太阳电池获得高效率。但浅结深对后续的金属栅线欧姆接触带来难度，很容易造成金属栅线的烧穿而形成漏电。
为了解决这个问题，提出了一种选择性发射极结构，其基本原理是在发射极非接触区采用较轻的掺杂，而在接触区采用重掺杂，形成欧姆接触。比如，中国发明专利98123579.4以及中国发明专利申请200710025032.7中所公开的都是这种选择性发射极太阳电池的例子。但这种结构需要多次扩散，制作栅线时需要严格的对正工艺以使栅线刚好制作在重掺杂区上，制作工艺比较复杂。
另一种方法是日本Sanyo公司开发的HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)异质结电池结构，利用掺杂非晶硅薄膜在晶硅上制作pn结，并在其间插入一层本征非晶硅层来钝化异质结界面。正如美国专利US2005062041-A1和US2004182433-A1中所公开的结构。通过这种方法，利用掺杂非晶硅层得到薄而重掺的发射极。但是，这种结构极大的受到非晶硅/晶体硅异质结界面质量的影响，界面态密度过高，会使电池效率大大降低。常规硅片清洗工艺很难得到特别低的界面态密度，因此，这种电池对界面处理工艺要求苛刻。目前，也只有Sanyo公司自己掌握了一定的解决办法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有传统太阳电池发射极掺杂重，结深大所造成的短波响应差对光电流带来的限制，提供一种相比选择性发射极技术更加容易实现的提高电池短波响应的发射极结构。本发明所述发射极结构依次包括一种掺杂类型的晶硅衬底，在所述晶硅衬底上制备的与所述晶硅衬底掺杂类型相反的晶硅层，在所述晶硅层上制备的透明导电电极层，在透明导电电极层上制备的金属栅线。所述晶硅层的方块电阻在100Ω·cm以上，所述晶硅层与透明导电电极层相邻表面的掺杂浓度在1×1019cm-3以上。
所述的晶硅衬底可以是单晶硅衬底，也可以是多晶硅衬底，其表面可以是平面的，也可以是具有绒面减反射特征结构的。所述晶硅层可以是在晶硅衬底上扩散制备的，也可以是在晶硅衬底上外延生长的；所述透明导电电极层是采用各种薄膜淀积工艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的；所述金属栅线是采用各种薄膜淀积工艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的。
在本发明的发射极结构中，所述晶硅层表面掺杂重，但与晶硅衬底构成的pn结结深浅，从而既保证了让更多的光进入到下面的晶硅衬底吸收区，提高电池的短波响应，又保证了可以与所述的透明导电电极层之间形成良好的欧姆接触。所述的透明导电电极层一方面起到减小发射极侧向电阻的作用，一方面可以起到金属栅线阻挡层的作用，通过调节透明导电电极层的厚度，还可以起到减反射层的作用。
在所述晶硅层和透明导电电极层之间可以含有一层本征非晶硅层，起到钝化异质结界面的作用。所述本征非晶硅层的厚度在1nm到20nm之间。所述本征非晶硅层是通过各种化学气相淀积工艺，比如低压化学气相淀积(LPCVD)，热丝化学气相淀积(HWCVD)，等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)等淀积制备的。
附图说明
图1本发明所述的太阳电池发射极结构示意图；
图2实施例1中的示例发射极结构示意图；
图3实施例2中的示例发射极结构示意图；
图4实施例3中的示例发射极结构示意图；
图5为实施例4中的示例发射极结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的基本结构包括：一种掺杂类型的晶硅衬底1，在所述晶硅衬底1上制备的与所述晶硅衬底1掺杂类型相反的晶硅层2，在所述晶硅层2上制备的透明导电电极层3，在透明导电电极层3上制备的金属栅线4。所述晶硅衬底1可以是单晶硅衬底，也可以是多晶硅衬底，其表面可以是平面的，也可以是具有绒面减反射特征结构的。所述晶硅层2可以是在晶硅衬底1上扩散制备的，也可以是在晶硅衬底1上外延生长的，所述晶硅层2的方块电阻在100Ω·cm以上，所述晶硅层2与透明导电电极层3相邻表面的掺杂浓度在1×1019cm-3以上。所述透明导电电极层3是采用各种薄膜淀积工艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的；所述金属栅线4是采用各种薄膜淀积工艺，比如磁控溅射，热蒸发，电子束蒸发等工艺淀积制备的。
在所述晶硅层2和透明导电电极层3之间可以含有一层本征非晶硅层5，所述本征非晶硅层5的厚度在1nm到20nm之间。所述本征非晶硅层5是通过各种化学气相淀积工艺，比如低压化学气相淀积(LPCVD)，热丝化学气相淀积(HWCVD)，等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)等淀积制备的。
实施例1
本实施例中的发射极结构如图2所示，晶硅衬底1是p型单晶硅衬底，表面具有绒面结构。在晶硅衬底1上是晶硅层2，晶硅层2是扩散制备的n型单晶硅层，表面掺杂浓度为1.0×1019/cm3，方块电阻200Ω·cm。在晶硅层2上是透明导电电极层3，透明导电电极层3是磁控溅射制备的80nm厚的ITO层。透明导电电极层3上是金属栅线4，金属栅线4是热蒸发制备的Ag栅线。
实施例2
本实施例中的发射极结构如图3所示，晶硅衬底1是n型多晶硅衬底，表面为平面。在晶硅衬底1上是晶硅层2，晶硅层2是外延生长的p型晶硅层，掺杂浓度为1.0×1020/cm3，方块电阻300Ω·cm。在晶硅层2上是本征非晶硅层5，本征非晶硅层5是采用PECVD制备的，厚度为1nm。在本征非晶硅层5上是透明导电电极层3，透明导电电极层3是热蒸发制备的80nm厚的ZnO·Al层。在透明导电电极层3上是金属栅线4，金属栅线4是磁控溅射制备的Al栅线。
实施例3
本实施例中的发射极结构如图4所示，晶硅衬底1是p型多晶硅衬底，表面具有绒面结构。在晶硅衬底1上是晶硅层2，晶硅层2是扩散制备的n型晶硅层，掺杂浓度为1.0×1020/cm3，方块电阻500Ω·cm。在晶硅层2上是本征非晶硅层5，本征非晶硅层5是HWCVD制备的，厚度为10nm。在本征非晶硅层5上透明导电电极层3，透明导电电极层3是电子束蒸发制备的80nm厚的ZnO·Al层。在透明导电电极层3上是金属栅线4，金属栅线4是电子束蒸发制备的AgAl合金栅线。
实施例4
本实施例中的发射极结构如图5所示，晶硅衬底1是n型单晶硅衬底，表面为平面。在晶硅衬底1上是晶硅层2，晶硅层2是外延制备的n型晶硅层，掺杂浓度为5.0×1019/cm3，方块电阻600Ω·cm。在晶硅层2上是本征非晶硅层5，本征非晶硅层5是PECVD制备的，厚度为20nm。在本征非晶硅层5上透明导电电极层3，透明导电电极层3是热蒸发制备的80nm厚的SnO2·F层。在透明导电电极层3上是金属栅线4，金属栅线4是磁控溅射制备的Ag栅线。
Claims (5)
1、一种提高晶硅太阳电池短波响应的发射极结构，其特征在于，所述发射极结构包括一种掺杂类型的晶硅衬底(1)，在所述晶硅衬底(1)上制备的与所述晶硅衬底(1)掺杂类型相反的晶硅层(2)，在所述晶硅层(2)上制备的透明导电电极层(3)以及在所述透明导电电极层(3)上制备的金属栅线(4)。
2、根据权利要求1所述的发射极结构，其特征在于所述晶硅层(2)的方块电阻在100Ω·cm以上，所述晶硅层(2)与透明导电电极层(3)相邻表面的掺杂浓度在1×1019cm-3以上。
3、根据权利要求1所述的发射极结构，其特征在于所述的晶硅衬底(1)为单晶硅衬底或多晶硅衬底；晶硅衬底(1)表面是平面或具有绒面减反射特征结构。
4、根据权利要求1至3的任何一项所述的发射极结构，其特征在于在所述晶硅层(2)和透明导电电极层(3)之间可含有一层本征非晶硅层(5)。
5、根据权利要求4所述的发射极结构，其特征在于所述本征非晶硅层(5)的厚度在1nm到20nm之间。
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