專利名稱：晶體硅太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種晶體硅(單晶硅或多晶硅)太陽能電 池及其制備方法。
背景技術：
目前，通常的晶體硅太陽能電池10，如圖1所示，其典型結構包括正面柵狀金屬 電極12、減反射及鈍化層13、η+型重摻雜層14、ρ型輕摻雜晶體硅襯底16、背面電極17，其 中，正面柵狀金屬電極12必須通過燒結工藝來穿透減反射及鈍化層13，并與η+型重摻雜層 14形成歐姆接觸；η+型重摻雜層14是在ρ型輕摻雜晶體硅襯底16的一個表面上通過擴散、 離子注入或外延等方法形成的，并且，η+型重摻雜層14和ρ型輕摻雜晶體硅襯底16構成同 質(zhì)ρ-η結，并在其交界處形成ρ-η結耗盡區(qū)(cbpletion region) 15 ；減反射及鈍化層13由 一種或多種非晶或多晶絕緣薄膜構成并起著減反射的作用；P型輕摻雜晶體硅襯底16與背 面電極17形成歐姆接觸。太陽光線11經(jīng)過減反射及鈍化層13入射到該電池內(nèi)，被晶體硅 吸收后產(chǎn)生電子_空穴對，進而產(chǎn)生光生電動勢，由此，晶體硅太陽能電池就可以完成將光 能轉換為電能的功能。上述電池是一 ρ型晶體硅太陽能電池，也可以在η型晶體硅襯底上制作太陽能電 池，其結構與上述電池的結構類似。圖1所示通常的晶體硅太陽能電池，其理論上的最大的轉換效率約是29%左右， 但由于存在各種損耗，這個轉換效率是達不到的，這些損耗主要是光學損失和電學損失。其 中，光學損失主要包括由于電池表面對光的反射所引起的反射損失和由于金屬前電極的遮 擋造成電池吸收光的有效面積下降所引起的遮擋損失；電學損失主要包括由于載流子的復 合所造成的復合損失和由于引出電極(正面柵狀金屬電極12以及背面電極17)之間的等 效串聯(lián)電阻所引起的歐姆損失。在這些損失中，如何降低復合損失是提高晶體硅太陽能電 池性能的主要難點之一。對于通常的晶體硅太陽能電池10來說，目前面臨的技術難題是1、在通常的晶體硅太陽能電池10中，正面柵狀金屬電極12必須與η+型重摻雜層 14形成歐姆接觸，而這是通過700 900°C的高溫燒結工藝來完成的。在半導體技術中，我 們已經(jīng)清楚，當金屬燒結或合金溫度在400°C左右時就會對晶體硅中的少子壽命有影響，因 而700 900°C的高溫燒結工藝勢必會大大降低晶體硅中的少子壽命，進而大大增加復合 損失。對這一問題的通常解決辦法是采用光刻技術，但這會大大增加成本。2、在不增加電池的歐姆損失的前提下，降低電池的金屬前電極的遮擋損失與降低 電池的載流子的復合損失是有矛盾的。這個矛盾的另一種表述是，在不增加電池的金屬前 電極的遮擋損失的前提下，降低電池的歐姆損失與降低電池的載流子的復合損失是有矛盾 的。在通常的晶體硅太陽能電池10中，η+型重摻雜層14要完成3個功能a、吸收光 子以產(chǎn)生電子_空穴對；b、將載流子輸運到正面柵狀金屬電極12中去的橫向導電功能；C、 形成ρ-η結以分離電子-空穴對。若要降低遮擋損失，就要減少正面柵狀金屬電極12的電極條數(shù)，而這增加了電極之間的距離，要想保持歐姆損失不變，就必須降低n+型重摻雜層14 的方塊電阻，進而必須增加n+型重摻雜層14的摻雜濃度，而這又會增加η+型重摻雜層14 中的復合損失。上述矛盾，在公開號為CN1416179Α的中國專利申請中已被提出，并給出了如圖2 所示的發(fā)明20來解決這一矛盾，該發(fā)明20包括金屬電極22、高電導透明導電膜導電層 23、高電阻透明導電膜阻擋層24、η型摻雜層25、ρ型晶體硅襯底27、背電極28，η型摻雜層 25和ρ型晶體硅襯底27在它們之間的交界處形成ρ-η結耗盡區(qū)26，該發(fā)明20旨在通過采 用高電導透明導電膜導電層23和高電阻透明導電膜阻擋層24組合成的復合膜——透明導 電膜前電極來取代上述的柵狀金屬電極和減反射層，以達到增加入射光的通過、降低表層 電阻的目的。上述專利的技術方案確實在降低遮擋損失(增加了光的有效入射面積)、降低歐 姆損失(降低表層電阻)等方面具有積極的技術效果，然而，現(xiàn)通過研究發(fā)現(xiàn)，它會同時帶 來其他問題，即帶來大量的復合損失，從而使整個晶體硅太陽能電池的損耗增加，原因如 下1、高電導透明導電膜的特性決定了它并不能簡單、直接地在晶體硅太陽能電池得 到應用。高電導透明導電膜在太陽能電池中的應用被發(fā)現(xiàn)，最先是被應用于非晶或多晶薄 膜太陽能電池，由于高電導透明導電膜導電層是高摻雜的簡并半導體，因此由于高摻雜會 產(chǎn)生強烈的復合過程，并且它又是非晶或多晶薄膜，其中由于晶格的嚴重錯位會形成大量 的載流子的復合中心，對于非晶或多晶薄膜太陽能電池，由于其各個層次都是非晶或多晶 薄膜，其中由晶格錯位所造成的復合中心隨處可見，因而透明導電膜中的由于同樣原因產(chǎn) 生的復合中心就變得無關緊要。而在晶體硅太陽能電池中，由于晶體硅中各個層次的晶格 都比較完整，其中由此產(chǎn)生的復合損失是比較小的，如果在其中采用高電導透明導電膜，透 明導電膜中由晶格錯位所造成的復合中心的復合作用就變得非常突出，將會造成非常大的 復合損失。2、高電導透明導電膜導電層23是一個比η+型重摻雜層14更“死”的“死層”，其 產(chǎn)生的復合損失比η+型重摻雜層14要大得多，它既包含了由于高摻雜所產(chǎn)生的復合損失， 這一點與η+型重摻雜層中的“死層”是一樣的，同時又包含了 η+型重摻雜層14所沒有的， 由于晶格的嚴重錯位所形成的大量的載流子的復合中心所造成的更大的復合損失，所有這 些會將連接著透明導電膜前電極的晶體硅摻雜層中所產(chǎn)生的幾乎所有的電子-空穴對復 合損失掉。下面的分析是假定高電導透明導電膜導電層23是η型的，若該導電層是ρ型，或 者η型摻雜層25和ρ型晶體硅襯底27分別改成ρ型的和η型的，其分析方法基本相似。由前述可知，高電導透明導電膜導電層23是一個會產(chǎn)生大量復合損失的透明導 電膜，如果有電子-空穴對或空穴從其它區(qū)域注入到該薄膜中，則會在該薄膜中非常迅速 地復合損失掉。而對于η+型重摻雜層14，由于其晶格比較完整，并且通過良好的表面鈍化， 因而只有高摻雜和少量的復合中心所引起的復合損失，而這些比高電導透明導電膜導電層 23所引起的復合損失就要少得多。因此，當太陽光線21照射到該發(fā)明20時，晶體硅就會產(chǎn)生電子_空穴對并形成光生電動勢，按照上述專利(公開號為CN1416179A)中的說法，高電阻透明導電膜阻擋層24 對電子或空穴的運動幾乎不起阻礙作用，因而η型摻雜層25所產(chǎn)生的電子-空穴對中的大 部分電子會因晶體硅中形成的光生電動勢做漂移(drift)運動而穿過高電阻透明導電膜 阻擋層24并注入到η型高電導透明導電膜導電層23中去，另外，η型摻雜層25和p-η結 耗盡區(qū)26都因吸收光而產(chǎn)生電子_空穴對，其空穴濃度的變化是連續(xù)和緩慢的，而所形成 的光電動勢的電壓比較小，一般小于0. 7V，其驅動能力比較小，因而η型摻雜層25所產(chǎn)生的 空穴向P-η結耗盡區(qū)26所做的擴散(diffusion)運動和漂移運動就要緩慢得多，而由于η 型高電導透明導電膜導電層23不會因吸收光而產(chǎn)生電子-空穴對，其中原有的空穴濃度很 低，η型摻雜層25所產(chǎn)生的空穴的濃度與η型高電導透明導電膜導電層23中的空穴濃度 就因此而存在巨大的濃度差，因而在η型摻雜層25中靠近透明導電膜前電極的區(qū)域所產(chǎn)生 的電子-空穴對中的空穴就會因這一巨大的濃度差所引起的擴散運動而迅速穿過高電阻 透明導電膜阻擋層24并注入到η型高電導透明導電膜導電層23中去，并與其中的電子迅 速復合掉，這樣就會使得η型高電導透明導電膜導電層23中的空穴濃度依然是很低的，同 時使得在η型摻雜層25中靠近透明導電膜前電極的區(qū)域的空穴濃度迅速降低，而這又會使 得η型摻雜層25的內(nèi)部所產(chǎn)生的電子_空穴對中的空穴迅速擴散到在η型摻雜層25中靠 近透明導電膜前電極的區(qū)域，這種連鎖反應會使得η型摻雜層25中一個少子擴散長度的區(qū) 域所產(chǎn)生的電子-空穴對中的大部分空穴會因擴散運動而迅速穿過高電阻透明導電膜阻 擋層24并注入到η型高電導透明導電膜導電層23中去，并與其中電子迅速復合掉，而上述 η型摻雜層25 —般是通過液態(tài)源擴散的，其結深小于1 μ m，其少子壽命約為十幾微妙，因而 其少子擴散長度至少是幾十微米，這遠遠大于其結深。因此，η型摻雜層25所產(chǎn)生的幾乎所 有電子_空穴對會分別因漂移運動和擴散運動而迅速穿過高電阻透明導電膜阻擋層24并 注入到η型高電導透明導電膜導電層23中去，并在其中被非常迅速地復合掉。在上面的敘述中沒有提及由于晶體硅表面復合中心所造成的復合損失，是因為這 種損失比上述的損失要小得多。另外晶體硅中的復合過程對上面的分析沒有影響。相對于1 μ m的深結，500nm的結深應該算是淺結。以結深為500nm的采用上述專 利技術的晶體硅太陽能電池(以下簡稱專利電池)為例，由于采用了高電導透明導電膜， 在柵線密度為最小(1.25條/cm)的情況，其遮擋損失較通常的晶體硅太陽能電池降低約 3. 1%，即該專利電池會多吸收3. 的光子數(shù)，500nm的結深意味著該專利電池中的η型擴 散層要吸收17. 4%的光子數(shù)，由于一個光子最多只能產(chǎn)生一對電子_空穴對，即光子數(shù)直 接對應于電子-空穴對數(shù)，而該專利電池中由于透明導電膜前電極造成的復合損失會使得 這些被吸收的幾乎所有的光子變得毫無用處，因此，去掉因降低遮擋損失而多吸收的光子 數(shù)，500nm結深的專利電池會多出接近14. 8%的復合損失，如果結深再增大，其復合損失也 會更大，這樣高的復合損失反而會使該專利電池的轉換效率低于具有同樣結深的通常的晶 體硅太陽能電池，這是因為，對于通常的晶體硅太陽能電池10，通過改善其η+型重摻雜層 14的摻雜結構，例如，降低其摻雜濃度，使其約為5X1018/cm3，并使該層有足夠小的方塊電 阻以完成導電功能，甚至不惜增加結深來達到這一目的，同時采用合適的減反射及鈍化膜， 例如半絕緣的氮化硅膜，以最大限度的降低表面復合損失，則該通常的晶體硅太陽能電池 中的η+型重摻雜層所產(chǎn)生的電子_空穴對就會有大部分沒有被損失掉。綜上所述，如果僅僅將高電導透明導電膜直接應用于晶體硅太陽能電池中，并不能有效解決通常的晶體硅太陽能電池中所存在的問題，在對p-n結的結構沒有做具體說明 的情況下，有時反而會增大復合損失，從而降低電池的轉換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述申請之缺陷，揭露晶體硅太陽能電池的復合損失的產(chǎn) 生機理，以提供一種既能降低電池的歐姆損失，也能降低遮擋損失與復合損失的晶體硅太 陽能電池。本發(fā)明之一采用的技術方案為，一種如圖3所示的晶體硅太陽能電池30，其結構 依次為正面柵狀金屬電極32、窗口層33、第二導電類型重摻雜層35、第一導電類型輕摻雜 晶體硅襯底37、第一導電類型重摻雜層38、背面電極39，其中，一種選擇是，若第一導電類 型為P型，則第二導電類型為η型，另一種選擇是，若第一導電類型為η型，則第二導電類型 為P型，所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37是指摻有第一導電類型雜質(zhì)的晶體硅， 且是輕度摻雜的，它有兩個基本是平的主表面。光線31經(jīng)過窗口層33入射到該電池內(nèi)，被 作為吸收層的第二導電類型重摻雜層35、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37、第一導電類 型重摻雜層38所吸收并產(chǎn)生電子-空穴對，進而產(chǎn)生光生電動勢。 本發(fā)明的敘述方式，是為了表明，不論是ρ型輕摻雜晶體硅襯底還是η型輕摻雜晶 體硅襯底都可以采用本發(fā)明來制作太陽能電池。本發(fā)明之一的技術方案的一個最主要的改進是，所述的第二導電類型重摻雜層 (35)是通過燒結合金、擴散、外延、離子注入或浸入式等離子體注入(Plasma Immersion Ion Implantation)等的方法在所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)的一個主表 面上形成的并摻入第二導電類型雜質(zhì)的晶體硅，并與所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯 底(37) —起構成同質(zhì)p-n結，并在它們之間的交界處形成p-n結耗盡區(qū)36，可以要求，其 摻雜濃度彡5X1018/cm3，優(yōu)選彡5X1019/cm3，其厚度彡400nm，優(yōu)選為10 300nm，更優(yōu)選 為10 200nm，當然，在保證上述厚度的前提下，并確保不引進過多缺陷和過多不需要的雜 質(zhì)的情況下，盡量提高第二導電類型重摻雜層35的摻雜濃度將會獲得更佳的實施效果，特 別是當所述第二導電類型重摻雜層35的導電類型與所述窗口層33的導電類型不一樣的時 候，尤為如此。在下面的實施例中未給出結深為200nm的例子，但是，厚度為IOOnm的第二導電類 型重摻雜層35約吸收7%左右的光子能量，厚度為200nm的第二導電類型重摻雜層35約吸 收12%左右的光子能量，即，后者的電池的轉換效率與前者相比最多降低5%左右的比例， 因此，具有厚度為200nm的第二導電類型重摻雜層35的本發(fā)明的電池也是可行的。本發(fā)明之一通過制作厚度足夠“薄”(厚度< 400nm)和摻雜濃度足夠“濃”(摻雜 濃度彡5 X IO1Vcm3)的第二導電類型重摻雜層35以后，具有如下優(yōu)點1、所述的摻雜濃度足夠“濃”的第二導電類型重摻雜層35會在p-n結的冶金結 (metallurgical junction)及其附近(p_n結耗盡區(qū)35)形成一個足夠強的電場，它會最 大程度地阻止P-n結耗盡區(qū)36和第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37所產(chǎn)生的電子(對于 η型襯底)或空穴(對于ρ型襯底)進入到所述窗口層33內(nèi)而被復合掉。換句話說，由于 在p-n結耗盡區(qū)35內(nèi)形成一個足夠強的電場，所述窗口層33只能將所述第二導電類型重 摻雜層35所產(chǎn)生的電子-空穴對復合損失掉，而對p-n結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和第一導電類型重摻雜層38所產(chǎn)生的電子-空穴對的復合損失被降低到很 小的程度?，F(xiàn)在考慮一用ρ型晶體硅襯底制作的本發(fā)明之一的電池，對于用η型晶體硅襯底 制作的本發(fā)明之一的電池可以做同樣分析。當太陽光線31經(jīng)過窗口層33入射到電池內(nèi)， 通過與背景技術中類似的分析可知，所述第二導電類型重摻雜層35中因吸收光所產(chǎn)生的 幾乎所有電子_空穴對會注入到所述窗口層33而被復合損失掉；而對于ρ-η結耗盡區(qū)36 中因吸收光所產(chǎn)生的電子-空穴對，其中的電子會因ρ-η結耗盡區(qū)36的內(nèi)建電勢做指向窗 口層33的漂移運動，而其中的空穴除了會因ρ-η結耗盡區(qū)36與第二導電類型重摻雜層35 之間存在的空穴濃度差做指向窗口層33的擴散運動以外，同時還會因ρ-η結耗盡區(qū)36的 內(nèi)建電勢做遠離窗口層33的漂移運動，因而其中的空穴是否會進入第二導電類型重摻雜 層35就有賴于ρ-η結耗盡區(qū)36的內(nèi)建電場的大小及分布，若該電場較強，則其中的空穴就 會因較強的漂移運動而注入到第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37，若該電場較弱，則其中 的空穴就會因較強的擴散運動而注入到第二導電類型重摻雜層35，進而被窗口層33復合 損失掉；而對于第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37因吸收光所產(chǎn)生的電子_空穴對，其中 的電子會因Ρ-η結耗盡區(qū)36中靠近第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37的區(qū)域的電子濃度 的下降而做擴散運動以及因光生電動勢而做漂移運動并注入到Ρ-η結耗盡區(qū)36，而其中的 空穴則要看Ρ-η結耗盡區(qū)36中靠近第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37的區(qū)域的空穴濃度 是否下降而是否注入到Ρ-η結耗盡區(qū)36，因而也有賴于ρ-η結耗盡區(qū)36的內(nèi)建電場的大小 及分布。當?shù)诙щ婎愋椭負诫s層35摻雜濃度足夠“濃”時，就會形成單邊突變結 (one-side abrupt junction)，p_n結耗盡區(qū)35內(nèi)就會形成一個足夠強的電場，該“足夠強 的電場”就象一面“墻” 一樣，它會最大程度地阻止Ρ-η結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕摻雜 晶體硅襯底37和第一導電類型重摻雜層38所產(chǎn)生的空穴注入到第二導電類型重摻雜層35 中去，進而這些被阻止的空穴也就不能被窗口層33的復合中心復合掉。2、所述第二導電類型重摻雜層35的厚度足夠“薄”，使得第二導電類型重摻雜層 35因吸收光而產(chǎn)生的載流子的數(shù)量很少，進而由窗口層33和第二導電類型重摻雜層35造 成的復合損失被降到很低。由于第二導電類型重摻雜層35的厚度足夠薄，這樣第二導電類型重摻雜層35所 吸收的太陽光的光子數(shù)達到可以忽略的程度，粗略的計算表明，IOnm厚的第二導電類型重 摻雜層35只能吸收大約0. 6%的太陽光子數(shù)，30nm厚的第二導電類型重摻雜層35只能吸 收大約1.7%的太陽光子數(shù)，這樣少的吸收比例還不足電池對光的反射損失(約為2%)，而 IOOnm厚的第二導電類型重摻雜層35只能吸收大約5%的太陽光子數(shù)，與本發(fā)明之一中通 過將金屬電極的間距做到8mm以后所降低的遮擋損失(約為3. 2%)相當，進而大部分的光 子都被Ρ-η結耗盡區(qū)36和第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37吸收，因此，即使第二導電類 型重摻雜層35吸收的光子所產(chǎn)生的電子-空穴對，由于濃度差全部被注入到窗口層33內(nèi)， 并被其復合中心損失掉，其造成的復合損失對于電池的整體損耗而言也是微不足道的。由上不難看出，在本發(fā)明之一中，所述的摻雜濃度足夠“濃”的第二導電類型重摻 雜層35會形成單邊突變結，它會在ρ-η結耗盡區(qū)36中形成一個足夠強的電場以盡可能 地阻止ρ-η結耗盡區(qū)36、所述第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和第一導電類型重摻雜層38所產(chǎn)生的電子(對于η型襯底)或空穴(對于P型襯底)注入到所述第二導電類型 重摻雜層35中去，使得在本發(fā)明之一的電池中只有第二導電類型重摻雜層35所產(chǎn)生的電 子_空穴對能夠被窗口層33和第二導電類型重摻雜層35復合損失掉，所述厚度足夠“薄” 的第二導電類型重摻雜層35又使得該層所吸收的光子數(shù)達到可以忽略的程度，這樣，使得 在本發(fā)明之一的電池中只有位于上述的“墻”的一面——第二導電類型重摻雜層35因吸收 少量太陽光所產(chǎn)生的電子_空穴對會進入到窗口層33被復合損失掉，而位于“墻”的另一 面——ρ-η結耗盡區(qū)36 (大部分)、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和第一導電類型重 摻雜層38所吸收的大量光子則不會被窗口層33復合損失掉，從而使復合損失大大降低，這 就可以使通常的晶體硅太陽能電池的性能得到明顯的改善。作為本發(fā)明之一的進一步改進在本發(fā)明之一中，所述的窗口層33沒有采用上述的專利(CN1416179A)中所使用 的名稱“高電導透明導電膜導電層”，是因為，本發(fā)明之一認為，凡是具備所述的窗口層33 所具有的特征的化合物半導體非晶或多晶薄膜就可以作為所述的窗口層33來使用，就能 夠發(fā)揮上述的專利(CN1416179A)中所提到的那幾種高電導透明導電膜導電層所能發(fā)揮的 作用，即一是導電的，這使得通常晶體硅太陽能電池的η+型重摻雜層14所必須具備的橫 向導電功能，在本發(fā)明之一中則是不必要的，該功能可由窗口層33來完成；二是對太陽光 幾乎是透明的，這使得無論是“厚”還是“薄”的窗口層33都對可見太陽光幾乎沒有損失， 進而可以兼顧電池的歐姆損失和遮擋損失的降低，而所述的第二導電類型重摻雜層35只 需完成“形成Ρ-η結”這一個功能就可以了，因此，所有這些就足以確保本發(fā)明之一能夠采 用上述的Ρ-η結的結構，而上述的專利(CN1416179A)中所提到的那幾種高電導透明導電膜 導電層也是一些化合物半導體非晶或多晶薄膜。綜上所述，這些所述的窗口層33所具有的 特征是所述的窗口層33主要是由一種或多種化合物半導體的非晶或多晶薄膜構成，或者 主要是由多層一種或多種化合物半導體的非晶或多晶薄膜復合而成，可以要求，其對AMI. 5 條件下的太陽光譜中波長在0. 39 1. Ιμπι范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率彡70%，優(yōu)選 ^ 85%，所述的晶體硅太陽能電池的每平方厘米上的串聯(lián)電阻< 4Ω，優(yōu)選< 3Ω，更優(yōu)選 <2Ω，通過這一參數(shù)來反映對窗口層33的導電能力的要求，當然，在可能的情況下，上述 的串聯(lián)電阻是越小越好，平均透過率是越大越好。前述已經(jīng)表明所述的窗口層33必須起著載流子的輸運功能，而這就必然會對所 述的晶體硅太陽能電池的串聯(lián)電阻產(chǎn)生影響，本發(fā)明只是將通常的晶體硅太陽能電池中的 各個層次所起的各種必要功能進行了重新分配，并未改變電池的串聯(lián)電阻——這一綜合參 數(shù)必須滿足的要求，這一綜合參數(shù)的要求是任何晶體硅太陽能電池都必須滿足的，而且只 要所述的窗口層33的導電能力能夠滿足電池的串聯(lián)電阻的要求，就不會引起過大的歐姆 損失，而對電池的其它因素沒有任何影響，因此讓所述的晶體硅太陽能電池的串聯(lián)電阻的 要求來間接反映對窗口層33的導電能力的要求是可行的。所述的晶體硅太陽能電池的每 平方厘米上的串聯(lián)電阻指的是所述的晶體硅太陽能電池的串聯(lián)電阻與該電池的面積的乘 積，任何太陽能電池都可以看作是許多小塊電池的并聯(lián)，因而該整塊電池的串聯(lián)電阻即為 這些小塊電池的串聯(lián)電阻的并聯(lián)，因此，所述的晶體硅太陽能電池的串聯(lián)電阻與該電池的 面積的乘積即是面積為1平方厘米的與該電池具有同樣結構的太陽能電池的串聯(lián)電阻。一 般情況下，通常的晶體硅太陽能電池10的每平方厘米上的串聯(lián)電阻約為1.5Ω，其變化很小，粗略的計算機模擬計算表明，當這個阻值為2Ω時，電池的轉換效率降低的比例約為 4%，當這個阻值為3Ω時，電池的轉換效率降低的比例約為9%左右，當這個阻值為4Ω時， 電池的轉換效率降低的比例約為15%左右，因此，可以將這些數(shù)據(jù)作為本發(fā)明的要求，即， 所述的晶體硅太陽能電池的每平方厘米上的串聯(lián)電阻彡4Ω，優(yōu)選彡3Ω，更優(yōu)選彡2Ω。對透過率的要求則因為在設計晶體硅太陽能電池時，只需考慮波長在0.39 1. Iym范圍內(nèi)的太陽光，即要求晶體硅太陽能電池中晶體硅上的薄膜對該范圍的太陽 光幾乎是透明的，上面的敘述還要求該薄膜是導電的，即要求該薄膜至少是透明導電膜 (TransparentConducting Oxide, TCO)，而目前一般要求透明導電膜對波長在0. 39 1. 1 μ m范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率彡75 %，優(yōu)選彡85 %，因此，本發(fā)明之一也將此作為 對所述的窗口層33的要求。實際上平均透過率>70%也是可以的，因為，在制作晶體硅太 陽能電池的時候，一般都要將晶體硅的表面進行織構化處理，即將晶體硅的表面做成倒金 字塔結構，因而，光線在被電池反射以前都至少要被吸收兩次，這樣，電池的反射損失就小 于9%，實驗表明，本發(fā)明之一的電池轉換效率比通常晶體硅太陽能電池的轉換效率至少高 出10%以上，因此本發(fā)明之一采用平均透過率彡70%的窗口層33是可行的。為了確保所述的窗口層33的平均透過率> 70%，所述的窗口層33還必須有減反 射功能，因此，在確定了何種材料作為所述的窗口層33來使用時，也即確定了其中的各種 薄膜的折射率，此時還必須使該薄膜的厚度滿足減反射條件。當然，組成所述的窗口層33的化合物半導體的非晶或多晶薄膜，可以為滿 足上述特征的金屬氧化物和金屬硫化物半導體非晶或多晶薄膜，如Sn02:F、ZnO:Al, In2O3: Sn (ITO)、Zn2SnO4, SnO2:Ga、ZnS:Al、SnO2, ZnO、ZnS 等非晶或多晶薄膜，這些膜的平均 透過率> 85%，當把這些膜組成復合膜時，這些復合膜的方塊電阻可以做到< 150Ω/ 口。 在一般情況下，用上述薄膜制成的電池的每平方厘米上的串聯(lián)電阻<2Ω，上述的金屬氧化 物半導體非晶或多晶薄膜即含有通常所說的透明導電膜。上述表明，在本發(fā)明之一的技術方案中，所述的厚度足夠“薄”和摻雜濃度足夠 “濃”的第二導電類型重摻雜層35能夠降低所述的“透明”且“導電”的窗口層33帶來的復 合損失，而所述的“透明”且“導電”的窗口層33又會降低所述的厚度足夠“薄”和摻雜濃度 足夠“濃”的第二導電類型重摻雜層35帶來的歐姆損失，并同時降低所述正面柵狀金屬電 極32帶來的遮擋損失，因而，所述的厚度足夠“薄”和摻雜濃度足夠“濃”的第二導電類型 重摻雜層35和所述的“透明”且“導電”的窗口層33互為前提，互為結果，彼此相互支持， 缺一不可，但它們都是通常的晶體硅太陽能電池的性能得以明顯改善的必要前提，都是本 發(fā)明之一的必要前提。而在上述的專利(公開號為CN1416179A)中，淺結是采用透明導電 膜前電極以后的結果之一，因而對ρ-η結的結構不需要做任何說明。所述正面柵狀金屬電極32與所述的窗口層33相連接并形成歐姆接觸，并與通常 的晶體硅太陽能電池的正面柵狀金屬電極12有著類似的形狀，可以采用同樣的材料，也可 以采用其它的材料(見下面的敘述)，但是，由于采用了所述的窗口層33，其電阻率可以做 得比較低，所述的正面柵狀金屬電極32的間距就可以更大些，例如，通常的晶體硅太陽能 電池的正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距一般選為2 3mm，而本發(fā)明之一所述的正面 柵狀金屬電極32的間距則可以選為2 8mm之間，或更大一些，這樣，正面柵狀金屬電極32 的金屬柵線的數(shù)量就減少了，進而晶體硅太陽能電池的遮擋損失就降低了。
所述背面電極39與所述第一導電類型重摻雜層38相連接并形成歐姆接觸。在本發(fā)明之一的技術方案中，由于采用了窗口層33，使得正面柵狀金屬電極32沒 有必要與第二導電類型重摻雜層35直接形成歐姆接觸，只要與窗口層33形成歐姆接觸 就可以了，進而，若正面柵狀金屬電極32采用與通常的晶體硅太陽能電池相同的材料來制 作，同時，窗口層33選擇的合適，例如高純ΙΤ0，燒結工藝就可以在500°C左右的溫度下完 成，因為，此時高純ITO薄膜具有阻止或部分阻止雜質(zhì)對晶體硅的沾污和在晶體硅中引入 缺陷的能力。甚至，若正面柵狀金屬電極32和背面電極39都選擇合適的導電漿料，例如含 有合成樹脂的金屬導電漿料，這種漿料在通常的晶體硅太陽能電池中是不能使用的，就可 以在150°C或以下的溫度進行燒結或固化工藝，若窗口層33選擇的合適，例如高純ΙΤ0，甚 至可以對這種漿料在300°C或以下的溫度進行燒結或固化工藝，以確保正面柵狀金屬電極 32與窗口層33以及第一導電類型重摻雜層38與背面電極39形成歐姆接觸。如此低的溫 度處理對晶體硅中的少子壽命幾乎沒有影響。所有這些就解決了在背景技術中提出的在通 常的晶體硅太陽能電池中存在的第一個問題。也正由于此，使得即使本發(fā)明之一中第二導 電類型重摻雜層35的厚度增加到400nm甚至更厚，本發(fā)明之一的電池性能與通常的晶體硅 太陽能電池的性能相比也會相差不大，這是因為，雖然本發(fā)明之一中的第二導電類型重摻 雜層35的光電轉換性能很低，但p-n結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和第 一導電類型重摻雜層38的少子壽命卻遠高于通常的晶體硅太陽能電池的相同或類似區(qū)域 的少子壽命，進而，P-n結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和第一導電類型重 摻雜層38的光電轉換性能會遠高于通常的晶體硅太陽能電池的相同或類似區(qū)域的性能。所述的第一導電類型重摻雜層38主要是由一種或多種摻有第一導電類型雜質(zhì)的 半導體組成，或者主要是由多層一種或多種摻有第一導電類型雜質(zhì)的半導體復合而成，它 可以是通過燒結合金、擴散、外延、離子注入或浸入式等離子體注入等的方法在所述的第一 導電類型輕摻雜晶體硅襯底37的另一個主表面上摻入第一導電類型雜質(zhì)而形成的，也可 以是通過物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)或涂膜等方法形成于第一導電類型輕 摻雜晶體硅襯底37的另一個主表面之上的摻有第一導電類型雜質(zhì)的非晶或多晶半導體， 當然，還可以通過其它的方法予以制作，所述的第一導電類型重摻雜層38的摻雜濃度以輕 度重摻雜為宜，例如，可以是彡5X1018/cm3，引進這一層的主要目的是為了讓正面柵狀金屬 電極32與窗口層33以及第一導電類型重摻雜層38與背面電極39形成歐姆接觸能在低溫 (例如150°C )下進行更為方便，以及在某些情況下形成背面場?；诒景l(fā)明之一的技術方案的一些其他變化，如可以將第一導電類型重摻雜層38 刪除掉，讓第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和背面電極39直接連接并形成歐姆接觸，這 樣做以后，上述的本發(fā)明的特征幾乎不會受到影響；或者，若所述的第一導電類型重摻雜層 38是通過物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)或涂膜等方法形成于第一導電類型輕 摻雜晶體硅襯底37的另一個主表面之上的摻有第一導電類型雜質(zhì)的非晶或多晶半導體， 則還可以在所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37和所述的第一導電類型重摻雜層38 之間插入一層氧化硅薄膜或摻氫的非晶硅薄膜或摻氮的非晶硅薄膜或摻氫摻氮的非晶硅 薄膜以起著鈍化表面以及阻止雜質(zhì)和缺陷從背面進入晶體硅中去的作用。在本發(fā)明之一的技術方案中，由于窗口層33是與第二導電類型重摻雜層35直接 連接，就要求在制作窗口層33的時候應盡量避免額外的不需要的雜質(zhì)的沾污，即盡量避免額外的不需要的雜質(zhì)進入p-n結耗盡區(qū)36，或者進入到p-n結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕 摻雜晶體硅襯底37和第一導電類型重摻雜層38中去的雜質(zhì)及其數(shù)量不至于降低電池的轉 換效率，或降低的少，這就要求制作窗口層33的環(huán)境是高級別的超凈環(huán)境，所采用的原材 料是高純度的，至少是99. 999%或以上的純度，這與電池的制作過程密切相關，當然，若超 凈環(huán)境的級別越高，原材料的純度越高，則所制作出來的電池的轉換效率就越高，另外，若 窗口層33中的某些組成元素對晶體硅中的少子壽命有明顯的影響，則同時還要求這些元 素在晶體硅中有比較慢的熱擴散速度，使這些元素在窗口層33的制作過程中不至于擴散 到p-n結耗盡區(qū)36中去，或者擴散到p-n結耗盡區(qū)36、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底37 和第一導電類型重摻雜層38中去的元素及其數(shù)量不至于降低電池的轉換效率，或降低的 少。正由于這些，本發(fā)明之一的技術方案的電池會有較高的光電轉換性能，但這些也是對本 發(fā)明之一的技術方案的比較高的限制，這無疑增加了制作成本。通常市售的制作窗口層33的材料的純度都是比較低的，例如ΙΤ0，其純度一般為 99. 99%，其中鐵元素(Fe)的含量接近lOppm，濃度接近IO1Vcm3，若在150°C的條件下處理 30分鐘，鐵在硅中擴散的深度可達1 μ m，因此，若采用這樣的材料來制作本發(fā)明之一的技 術方案的電池，其轉換效率就會非常低，因為若鐵在晶體硅中的含量達到1015/cm3，就會對 電池的性能產(chǎn)生壞的影響。實驗結果也證明了上面的描述。為解決上述問題，特提出本發(fā)明之二的技術方案，如圖4所示，即在本發(fā)明之一的 基礎上，在所述的第二導電類型重摻雜層35和窗口層33之間插入一層雜質(zhì)缺陷阻擋層34， 以便改進上述的本發(fā)明之一的不足之處。下面所述的“雜質(zhì)”是指能夠降低晶體硅中少子壽命并能降低采用本發(fā)明的技術 方案制作的太陽能電池的轉換效率的那些雜質(zhì)。首先，雜質(zhì)缺陷阻擋層34主要是由一種或多種物質(zhì)的薄膜組成，或者，主要是由 多層一種或多種物質(zhì)的薄膜復合而成。其次可以要求雜質(zhì)缺陷阻擋層34和窗口層43作為一個整體幾乎是“透明的”， 即對AMI. 5條件下的太陽光譜中波長在0. 39 1. 1 μ m范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率 ^ 70%，優(yōu)選彡85%，且是導電的，即所述的晶體硅太陽能電池的每平方厘米上的串聯(lián)電 阻< 4 Ω，優(yōu)選< 3 Ω，更優(yōu)選< 2 Ω。對于選取這些參數(shù)的描述與本發(fā)明之一的技術方案幾
乎完全一樣。再次可以要求，雜質(zhì)缺陷阻擋層34應能在電池的制作過程中阻止或部分阻止雜 質(zhì)對晶體硅的沾污以及在晶體硅中引入缺陷，之所以有這樣的要求，是因為，晶體硅中的雜 質(zhì)和缺陷一般是由電池的制作過程引入的。制作雜質(zhì)缺陷阻擋層34和窗口層33的方法 一般有高溫氧化擴散、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、溶膠凝膠、涂膜等方法， 制作正面柵狀金屬電極32和背面電極39的方法一般有物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉 積(CVD)、涂膜、絲網(wǎng)印刷及燒結等方法，而這些就包含由熱效應引起的雜質(zhì)擴散和由此引 起的缺陷、由膜和晶體硅之間的應力差別所造成的應力損傷帶來的缺陷以及由電磁效應引 起的雜質(zhì)離子注入和等離子體損傷，因此，上述要求包含兩層意思一層是，在制作雜質(zhì)缺 陷阻擋層34的時候，工藝過程本身應能阻止雜質(zhì)對晶體硅的沾污以及在晶體硅中引入缺 陷，或者，所能沾污的雜質(zhì)在晶體硅中的擴散速度應足夠低或者其數(shù)量應足夠少，以及在晶 體硅中所能引入的缺陷的數(shù)量應足夠少，使得在電池制作過程完成以后，進入到晶體硅中去的雜質(zhì)及其數(shù)量以及缺陷的數(shù)量不至于降低電池的轉換效率，或降低的少；另一層是，在 此后面的電池制作過程中，所能沾污的雜質(zhì)和引入的缺陷在雜質(zhì)缺陷阻擋層34中的擴散 速度應足夠低，使得在電池制作過程完成以后，雜質(zhì)和缺陷不能穿過雜質(zhì)缺陷阻擋層34，或 者穿過以后，進入到晶體硅中去的雜質(zhì)及其數(shù)量以及缺陷的數(shù)量不至于降低電池的轉換效 率，或降低的少。從上面的描述可以看出，導致晶體硅太陽能電池轉換效率下降的雜質(zhì)的沾污和缺 陷的引入是和制作該電池的工藝過程密切相關的，而控制這些工藝過程的方法一般是控制 與這些工藝過程密切相關的各種宏觀條件，但雜質(zhì)的沾污和缺陷的引入?yún)s是一些微觀活 動，其隨機性非常大，因此要想絕對避免雜質(zhì)的沾污和缺陷的引入幾乎是不可能的，或者需 要花費非常大的代價；另外，導致晶體硅太陽能電池轉換效率下降的雜質(zhì)和缺陷是與其種 類和數(shù)量密切相關的，現(xiàn)在已經(jīng)清楚，對于晶體硅太陽能電池而言，當鉭、鉬、鈮、鋯、鎢、鈦、 釩等元素的濃度超過1013/Cm3時即對電池的轉換效率產(chǎn)生影響，當鎳、鋁、鈷、鐵、錳、鉻等元 素的濃度超過1015/cm3時也會對電池的轉換效率產(chǎn)生影響；第三，電池的光電轉換性能是 對各種有影響的因素的一個綜合反映，而這些因素彼此之間往往又是相互矛盾的，例如，若 所選擇的雜質(zhì)缺陷阻擋層34對雜質(zhì)的沾污有非常強的阻擋能力，就意味著這種雜質(zhì)缺陷 阻擋層34是非常致密的，因而其應力與晶體硅的應力的差別往往就非常大，進而會帶來非 常多的由應力損傷所造成的缺陷。綜上所述，選擇雜質(zhì)缺陷阻擋層34的原則是所選擇的 雜質(zhì)缺陷阻擋層34在電池的制作過程中應能盡量阻止雜質(zhì)對晶體硅的沾污以及在晶體硅 中引入缺陷，并且這種盡量的阻止能力應與工藝過程以及雜質(zhì)和缺陷在晶體硅和雜質(zhì)缺陷 阻擋層34中的行為相匹配，以盡量提高電池的光電轉換性能或使電池的光電轉換性能達 到最大化。所有上述以及本發(fā)明允許在很低的溫度(例如150°C的溫度)下進行金屬電極的 燒結或固化工藝，使得對組成雜質(zhì)缺陷阻擋層34的物質(zhì)的選擇有一個比較寬的范圍對于導體膜，例如鈦鎢合金(TiW)等薄膜，它們在半導體技術中被用作金屬阻擋 層，當其厚度減小到5 IOnm的時候，或者再厚一些，就對太陽光幾乎是“透明的”，因此它 們可以用作組成雜質(zhì)缺陷阻擋層34的物質(zhì)。對于半導體膜，可選的膜就比較多了?；衔锇雽w薄膜，特別是所有不含有害雜 質(zhì)或所含有害雜質(zhì)數(shù)量較少的透明導電膜或電阻膜，例如Sn02:F、Zn0:Al、In203:Sn(IT0)、 SnO2 Ga、Zn2SnO4, ZnS Al、SnO2, ZnO, ZnS、GaN, A1N、TiN 等都可以用作組成雜質(zhì)缺陷阻擋層 34的物質(zhì)。對于絕緣或半絕緣膜，可選的膜也比較多。在半導體技術中用作表面鈍化的薄膜， 例如Ti02、Al2O3、氮化鍺、氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、摻氫非晶硅、摻氮非晶 硅、摻氫摻氮非晶硅、氮化硅等，當這些薄膜的厚度減小到5 IOnm的時候，或者再厚一些， 由于存在量子隧穿現(xiàn)象(quantum tunneling phenomenon)，它們對載流子的阻礙作用就非 常小了，因此，它們都可以用作組成雜質(zhì)缺陷阻擋層34的物質(zhì)。若按上述方法選擇雜質(zhì)缺陷阻擋層34，則對窗口層33中的雜質(zhì)含量就可以不作 要求。雖然本發(fā)明之二增加了制作雜質(zhì)缺陷阻擋層34的步驟，但這相對于低電阻的高純度 的窗口層33的制作卻要容易得多，而窗口層33也要比窗口層33容易制作一些，因此，通 過合理選擇雜質(zhì)缺陷阻擋層34，本發(fā)明之二的制作成本反而比本發(fā)明之一的制作成本要低些。另外，對于合適的雜質(zhì)缺陷阻擋層34，例如，氮化硅膜，由于其有很強的阻擋作用，本發(fā) 明之二的金屬電極燒結工藝可以在600°C或甚至更高的溫度下進行?；诒景l(fā)明之二的一些其他變化，還可以在第一導電類型重摻雜層38和背面電 極39之間插入一層與雜質(zhì)缺陷阻擋層34同樣的或類似的薄膜，它也起著阻止雜質(zhì)和缺陷 向晶體硅中擴散的目的。本發(fā)明相對于通常晶體硅太陽能電池10有如下改進1、通常晶體硅太陽能電池10的結深一般為300 500nm，這一部分將吸收16% 23 %的光子能量，其中至少有一部分會損失掉，而在本發(fā)明中，這一部分就幾乎沒有損失。2、對于晶體硅太陽能電池，其中的少子壽命是一個關鍵參數(shù)，它直接決定了光生 電流的大小。對于通常晶體硅太陽能電池10，即使采用了半導體級的晶體硅片，其少子壽命 比太陽能級的晶體硅片的少子壽命高出幾十至幾百倍，也無法做出高轉換效率的電池，其 主要原因之一就是采用了高溫燒結工藝，以使金屬電極穿過減反射膜，這會在晶體硅中引 入大量的雜質(zhì)和缺陷，進而大幅度降低少子壽命，而在本發(fā)明中，這部分損失會降低到最低 限度。3、由于采用了透明且導電的窗口層，這會降低由于柵狀金屬電極引起的遮擋損 失，其比例接近4%。對于本發(fā)明的兩個技術方案，通過合理選擇其中各層的各項參數(shù)及其制作工藝， 即可有效降低通常的晶體硅太陽能電池的遮擋損失、復合損失和歐姆損失，并且維持反射 損失不變或變化較小，進而本發(fā)明的電池的轉換效率肯定高于通常的晶體硅太陽能電池的 轉換效率，其高出的比例至少是10%以上，通過技術的改進甚至可以提高20%以上。根據(jù)上述可以給出本發(fā)明的一個制造方法，其步驟如下1、對提供的<100>晶向的第一導電類型輕摻雜的晶體硅片，在含有氫氧化鈉的溶 液中進行化學拋光處理，去掉損傷層。2、在第一導電類型輕摻雜晶體硅片的兩個主表面上通過擴散方法形成第一導電 類型重摻雜層，而后將晶體硅片上的氧化硅膜去掉，可以要求其雜質(zhì)濃度> 5X1019/cm3，其 結深彡lym，若第一導電類型選擇的是ρ型，則摻雜劑材料可以是硼(B)，摻雜源優(yōu)選BBr3, 若第一導電類型選擇的是η型，則摻雜劑材料可以是磷(P)，摻雜源優(yōu)選P0C13。3、從所述的已形成第一導電類型重摻雜層的晶體硅片的兩個主表面上選擇一個 作為背面，另一面則就是正面，將該背面用氧化硅膜或采用其他方法予以保護，再在含有硝 酸加氫氟酸的醋酸溶液或者其他可以腐蝕重摻雜硅的溶液中將正面的第一導電類型重摻 雜層腐蝕掉，而后再在含有氫氧化鈉和異丙醇的溶液中將正面進行織構化處理，最后將晶 體硅片上的保護層去掉。4、將兩片所述的在背面已形成第一導電類型重摻雜層的晶體硅片的背面靠在一 起并同時放入擴散爐中，對已進行織構化處理的正面通過擴散方法形成第二導電類型重摻 雜層，可以要求其雜質(zhì)濃度彡5X1019/cm3，其結深彡lOOnm，表面的氧化硅膜的厚度在5 20nm之間，若第二導電類型選擇的是ρ型，則摻雜劑材料可以是硼(B)，摻雜源優(yōu)選BBr3,若 第二導電類型選擇的是η型，則摻雜劑材料可以是磷(P)，摻雜源優(yōu)選P0C13。5、在所述的晶體硅片的已形成第二導電類型重摻雜層的正面上，通過物理氣相沉 積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、溶膠凝膠或涂膜等方法，沉積一層窗口層。
6、采用等離子刻蝕、激光刻蝕等方法將所述晶體硅片邊緣的摻雜層和各種膜都去掉。7、通過絲網(wǎng)印刷，在所述晶體硅片背面的第一導電類型重摻雜層上印刷一層大面 積金屬電極漿料，在所述晶體硅片正面的窗口層上印刷一層正面柵狀金屬電極漿料，通過 燒結工藝，在所述晶體硅片的背面形成大面積歐姆接觸層和金屬焊接層，并在所述晶體硅 片正面的窗口層上形成正面柵狀金屬電極歐姆接觸層和金屬焊接層。若所述的金屬電極漿 料選擇的是通常晶體硅太陽能電池所使用的金屬導電漿料，則所述的燒結工藝的溫度可以 是550°C或以下的某些溫度；若所述的金屬電極漿料選擇的是含有合成樹脂的金屬導電漿 料，則所述的燒結工藝的溫度可以是150°C或以下的某些溫度。在上述步驟4中，由于是背靠背裝片，并且擴散的溫度和時間都遠低于步驟2中的 擴散溫度和時間，因而，步驟4中的第二導電類型雜質(zhì)對步驟2中形成的第一導電類型重摻 雜層幾乎沒有影響，若步驟2中的摻雜濃度越高方塊電阻越小，則這種影響就越小。另外， 由于在上述步驟4中所產(chǎn)生的氧化硅膜的厚度非常小，由于存在量子隧穿現(xiàn)象，其對載流 子的運動幾乎沒有阻礙作用，但對雜質(zhì)和缺陷的熱擴散具有一定的阻擋作用，因此，本制造 方法對本發(fā)明之一和本發(fā)明之二都適用，只是，在采用本制造方法來制造本發(fā)明之一的電 池時，可以讓晶體硅襯底處于較高的溫度下進行窗口層和正、背面電極的制作，例如300 550°C，而采用本制造方法來制造本發(fā)明之二的電池，晶體硅襯底就只能處于較低的溫度下 進行窗口層和正、背面電極的制作，例如150°C左右，此時氧化硅膜作為雜質(zhì)缺陷阻擋層來 使用。在上述步驟2和步驟4中，之所以選擇BBr3、P0Cl3作為優(yōu)選摻雜源，是因為這些源對 晶體硅中的少子壽命有好處。若在上述制造方法中，不使用氧化硅膜作為阻擋層，則可將這層膜去掉，在步驟4 與步驟5之間增加一個制作雜質(zhì)缺陷阻擋層的步驟，這些雜質(zhì)缺陷阻擋層可以是Al2O3、摻 氮非晶硅、摻氫摻氮非晶硅、氮化硅等膜，其厚度約為5 20nm，因為這些膜的阻擋雜質(zhì)的 能力都要強于氧化硅膜。以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明之一、本發(fā)明之二和本發(fā)明的制造方法做 進一步說明。


圖1是通常的晶體硅太陽能電池的示意圖；圖2是公開號為CN1416179A的前述專利的結構示意圖；圖3是本發(fā)明之一的結構示意圖；圖4是本發(fā)明之二的結構示意圖。
具體實施例方式實施例1 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之一的電池，只是在進行步驟5之前，將晶體 硅片上的氧化硅膜去掉。采用與通常的晶體硅太陽能電池工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ 級別的0. 2mm厚度的<100>晶向ρ型單晶硅片，選擇各工藝參數(shù)為ρ型單晶硅片的電阻率 約為IQcm;背面的ρ+型重摻雜層，其方塊電阻約為3Ω/口 ；正面的η+型重摻雜層，其厚
16度約為40nm，其摻雜濃度約為9X 1019/cm3 ；窗口層是采用蒸發(fā)的方法制作的ITO薄膜，采用 的材料是99. 9999%的高純度InSn合金(比例為9 1)，蒸發(fā)時將晶體硅片的溫度加熱到 300°C，其方塊電阻< 20 Ω / □，其厚度約為150nm ；正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為 5. 5mm，正、背面電極采用的材料都是合成樹脂導電銀獎，固化是在200°C或以下的溫度下完 成的。該電池的轉換效率可達到18. 7%左右，遠高于通常的晶體硅太陽能電池的工業(yè)化平 均水平。實施例2 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之一的電池，只是在進行步驟5之前，將晶體 硅片上的氧化硅膜去掉。采用CZ級別的0. 2mm厚度的<100>晶向η型單晶硅片，選擇各 工藝參數(shù)為年型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的η+型重摻雜層，其方塊電阻約為 1 Ω / □；正面的ρ+型重摻雜層，其厚度約為40nm，其摻雜濃度約為9X 1019/cm3 ；窗口層 是采用蒸發(fā)的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是99. 9999%的高純度InSn合金(比例 為9 1)，蒸發(fā)時將晶體硅片的溫度加熱到300°C，其方塊電阻彡20Ω/□，其厚度約為 150nm;正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為5. 5mm，正、背面電極采用的材料都是合成 樹脂導電銀獎，固化是在200°C或以下的溫度下完成的。該電池的轉換效率可達到19.2% 左右ο實施例3:按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之二的電池。采用與通常的晶體硅太陽能電 池工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ級別的0. 2mm厚度的<100>晶向ρ型單晶硅片，選擇各 工藝參數(shù)為Ρ型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的ρ+型重摻雜層，其方塊電阻約為 3 Ω / 口 ；正面的η+型重摻雜層，其厚度約為10 20nm，其摻雜濃度約為5 X 1019/cm3，雜質(zhì)缺 陷阻擋層(氧化硅膜)的厚度約為7 15nm;窗口層是采用濺射的方法制作的ITO薄膜，采 用的材料是通常的ITO靶材，濺射時晶體硅片的溫度小于150°C，其方塊電阻約為40 Ω / □， 其厚度約為150nm;正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為2. 85mm，正、背面電極采用的材 料都是合成樹脂導電銀獎，固化是在150°C下完成的。該電池的轉換效率可達到18. 2%左 右ο實施例4 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之二的電池，此時需在步驟4與步驟5之間增 加一個步驟，采用高溫氧化的方法制作雜質(zhì)缺陷阻擋層。采用與通常的晶體硅太陽能電池 工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ級別的0. 2mm厚度的<100>晶向ρ型單晶硅片，選擇各 工藝參數(shù)為Ρ型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的ρ+型重摻雜層，其方塊電阻約為 3Ω/ 口 ；正面的η+型重摻雜層，其厚度約為lOOnm，其摻雜濃度約為5X1018/cm3 ；雜質(zhì)缺陷 阻擋層(氧化硅膜)的厚度約為7 15nm;窗口層是采用濺射的方法制作的ITO薄膜，采 用的材料是通常的ITO靶材，濺射時晶體硅片的溫度小于150°C，其方塊電阻約為40 Ω / □， 其厚度約為150nm ；正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為2. 85mm，正、背面電極采用的材 料都是合成樹脂導電銀獎，固化是在150°C下完成的。該電池的轉換效率可達到17. 2%左 右ο實施例5 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之二的電池，此時需在步驟4與步驟5之間增加一個步驟，采用高溫氧化的方法制作雜質(zhì)缺陷阻擋層。采用與通常的晶體硅太陽能電池 工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ級別的0. 2mm厚度的<100>晶向ρ型單晶硅片，選擇各 工藝參數(shù)為Ρ型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的ρ+型重摻雜層，其方塊電阻約為 3Ω/□；正面的η+型重摻雜層，其厚度約為300nm，其摻雜濃度約為102°/cm3;雜質(zhì)缺陷阻擋 層(氧化硅膜)的厚度約為7 15nm;窗口層是采用濺射的方法制作的ITO薄膜，采用的 材料是通常的ITO靶材，濺射時晶體硅片的溫度小于150°C，其方塊電阻約為彡20 Ω / □，其 厚度約為300nm ；正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為2. 85mm，正、背面電極采用的材料 都是合成樹脂導電銀獎，固化是在150°C下完成的。該電池的轉換效率可達到16%左右。實施例6 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之二的電池，此時需在步驟4與步驟5之間增 加一個步驟，采用高溫氧化的方法制作雜質(zhì)缺陷阻擋層。采用與通常的晶體硅太陽能電池 工業(yè)化制作一樣的硅材料，即CZ級別的0. 2mm厚度的<100>晶向ρ型單晶硅片，選擇各 工藝參數(shù)為Ρ型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的ρ+型重摻雜層，其方塊電阻約為 3Ω/□；正面的η+型重摻雜層，其厚度約為400nm，其摻雜濃度約為102°/cm3;雜質(zhì)缺陷阻擋 層(氧化硅膜)的厚度約為7 15nm;窗口層是采用濺射的方法制作的ITO薄膜，采用的 材料是通常的ITO靶材，濺射時晶體硅片的溫度小于150°C，其方塊電阻約為20 Ω / □，其厚 度約為300nm ；正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距為2. 85mm，正、背面電極采用的材料都 是合成樹脂導電銀獎，固化是在150°C下完成的。該電池的轉換效率可達到15. 5%左右。實施例7 按照本發(fā)明的制造方法制作本發(fā)明之二的電池。采用CZ級別的0. 2mm厚度的 <100>晶向η型單晶硅片，選擇各工藝參數(shù)為η型單晶硅片的電阻率約為IQcm;背面的 η+型重摻雜層，其方塊電阻約為1Ω / □；正面的η+型重摻雜層，其厚度約為20nm，其摻雜 濃度約為9X1019/cm3，雜質(zhì)缺陷阻擋層(氧化硅膜)的厚度約為7 15nm;窗口層是采用 濺射的方法制作的ITO薄膜，采用的材料是通常的ITO靶材，濺射時晶體硅片的溫度小于 150°C，其方塊電阻約為40 Ω / □，其厚度約為150nm ；正面柵狀金屬電極的金屬柵線的間距 為2. 85mm，正、背面電極采用的材料都是合成樹脂導電銀獎，固化是在150°C下完成的。該 電池的轉換效率可達到18. 7%左右。在上面的實施例中，所述窗口層或雜質(zhì)缺陷阻擋層還可以采用其它的符合條件的 薄膜，其效果是差不多的。另外，通過對各種參數(shù)的不同選擇，就可以得到各種不同組合的 本發(fā)明實施例，這些通過對本發(fā)明的上述描述已可簡便獲得，在此就不再贅述。
權利要求
一種晶體硅太陽能電池，其結構依次為正面柵狀金屬電極(32)、窗口層(33)、第二導電類型重摻雜層(35)、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)、背面電極(39)，光線(31)經(jīng)過窗口層(33)入射到該電池內(nèi)，被作為吸收層的第二導電類型重摻雜層(35)和第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)、所吸收并產(chǎn)生電子 空穴對，進而產(chǎn)生光生電動勢，其特征在于所述的第二導電類型重摻雜層(35)是通過燒結合金、擴散、外延、離子注入或浸入式等離子體注入等的方法在所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)的一個主表面上形成的并摻入第二導電類型雜質(zhì)的晶體硅，并與所述的第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)一起構成同質(zhì)p n結，所述的窗口層(33)主要是由一種或多種化合物半導體的非晶或多晶薄膜構成，或者主要是由多層一種或多種化合物半導體的非晶或多晶薄膜復合而成，所述的窗口層(33)對AM1.5條件下的太陽光譜中波長在0.39～1.1μm范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率≥70％，所述的晶體硅太陽能電池的每平方厘米上的串聯(lián)電阻≤4Ω。
2.根據(jù)權利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的第二導電類型重摻 雜層(35)的摻雜濃度彡5X1018/cm3，所述的第二導電類型重摻雜層(35)的厚度彡400nm。
3.根據(jù)權利要求2所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的第二導電類型重摻 雜層(35)的摻雜濃度為彡5X1019/cm3。
4.根據(jù)權利要求2所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的第二導電類型重摻 雜層(35)的厚度為10 300nm。
5.根據(jù)權利要求4所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的第二導電類型重摻 雜層(35)的厚度為10 200nm。
6.根據(jù)權利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的晶體硅太陽能電池 的每平方厘米上的串聯(lián)電阻為< 3 Ω。
7.根據(jù)權利要求6所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的晶體硅太陽能電池 的每平方厘米上的串聯(lián)電阻為< 2 Ω。
8.根據(jù)權利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的窗口層(33)對 AMI. 5條件下的太陽光譜中波長在0. 39 1. 1 μ m范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率彡85%。
9.根據(jù)權利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于組成所述的窗口層(33) 的化合物半導體的非晶或多晶薄膜是Sn02:F、ZnO:Al, In2O3:Sn(ITO)、Zn2SnO4, SnO2:Ga, ZnSiAUSnO2, ZnO, ZnS等非晶或多晶薄膜的一種或多種。
10.根據(jù)權利要求1所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于在窗口層(33)與第二導 電類型重摻雜層(35)之間增加一層雜質(zhì)缺陷阻擋層(34)，所述的雜質(zhì)缺陷阻擋層(34)在所述的晶體硅太陽能電池的制作過程中能夠阻止雜質(zhì) 對晶體硅的沾污以及在晶體硅中引入缺陷，所述的雜質(zhì)缺陷阻擋層(34)主要是由一種或 多種物質(zhì)的薄膜組成，或者主要是由多層一種或多種物質(zhì)的薄膜復合而成，所述的雜質(zhì)缺陷阻擋層(34)和所述的窗口層(33)作為一個整體，該整體對AMI. 5條 件下的太陽光譜中波長在0. 39 1. Ιμπι范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率彡70%。
11.根據(jù)權利要求10所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的雜質(zhì)缺陷阻擋層(34)和所述的窗口層(33)作為一個整體，該整體對AMI. 5條件下的太陽光譜中波長在 0. 39 1. Iym范圍內(nèi)的太陽光的平均透過率彡85%。
12.根據(jù)權利要求10所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的雜質(zhì)缺陷阻 擋層(34)中的組成物質(zhì)是鈦鎢合金(TiW)等金屬的一種或多種，或Sn02:F、ZnO:Al, In2O3: Sn (ITO)、SnO2:Ga、Zn2SnO4, ZnS:Al,Sn02, ZnO、ZnS, GaN、A1N、TiN 等化合物半導體的 一種或多種，或Ti02、Al2O3、氮化鍺、氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、摻氫非晶硅、 摻氮非晶硅、摻氫摻氮非晶硅、氮化硅等絕緣或半絕緣物質(zhì)的一種或多種。
13.根據(jù)權利要求1 12所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于可以在背面電極 (39)與第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底(37)之間增加一層第一導電類型重摻雜層(38)，所述的第一導電類型重摻雜層(38)主要是由一種或多種摻有第一導電類型雜質(zhì)的半 導體組成，或者主要是由多層一種或多種摻有第一導電類型雜質(zhì)的半導體復合而成。
14.根據(jù)權利要求13所述的晶體硅太陽能電池，其特征在于所述的第一導電類型重 摻雜層(38)的摻雜濃度彡5X1018/cm3。
15.一種晶體硅太陽能電池的制造方法，主要由如下步驟組成①、對提供的<100>晶向的第一導電類型輕摻雜的晶體硅片，在含有氫氧化鈉的溶液 中進行化學拋光處理，去掉損傷層；②、在第一導電類型輕摻雜晶體硅片的兩個主表面上通過擴散方法形成第一導電類型 重摻雜層，而后將晶體硅片上的氧化硅膜去掉；③、從所述的已形成第一導電類型重摻雜層的晶體硅片的兩個主表面上選擇一個作為 背面，另一面則就是正面，將該背面用氧化硅膜或采用其他方法予以保護，再在含有硝酸加 氫氟酸的醋酸溶液或者其他可以腐蝕重摻雜硅的溶液中將正面的第一導電類型重摻雜層 腐蝕掉，而后再在含有氫氧化鈉和異丙醇的溶液中將正面進行織構化處理，最后將晶體硅 片上的保護層去掉；④、將兩片所述的在背面已形成第一導電類型重摻雜層的晶體硅片的背面靠在一起 并同時放入擴散爐中，對已進行織構化處理的正面通過擴散方法形成第二導電類型重摻雜 層；⑤、在所述的晶體硅片的已形成第二導電類型重摻雜層的正面上，通過物理氣相沉積 (PVD)、化學氣相沉積(CVD)、溶膠凝膠或涂膜等方法，沉積一層窗口層；⑥、將所述晶體硅片邊緣的摻雜層和各種膜都去掉；⑦、通過絲網(wǎng)印刷，在所述晶體硅片背面的第一導電類型重摻雜層上印刷一層大面積 金屬電極漿料，在所述晶體硅片正面的窗口層上印刷一層正面柵狀金屬電極漿料，通過燒 結工藝，在所述晶體硅片的背面形成大面積歐姆接觸層和金屬焊接層，并在所述晶體硅片 正面的窗口層上形成正面柵狀金屬電極歐姆接觸層和金屬焊接層。
16.根據(jù)權利要求15所述的一種晶體硅太陽能電池的制造方法，其特征在于在所述的步驟②中，對于第一導電類型重摻雜層，其雜質(zhì)濃度> 5X1019/cm3，其結深> lym，若所述的第一導電類型選擇的是ρ型，則摻雜劑材料可以是硼(B)，摻雜源優(yōu) 選BBr3,若所述的第一導電類型選擇的是η型，則摻雜劑材料可以是磷(P)，摻雜源優(yōu)選 POCl3；在所述的步驟④中，對于第二導電類型重摻雜層，其雜質(zhì)濃度》5 X IO1Vcm3,其結深彡lOOnm，其上的氧化硅膜的厚度在5 15nm之間，若所述的第二導電類型選擇的是ρ型， 則摻雜劑材料可以是硼(B)，摻雜源優(yōu)選BBr3,若所述的第二導電類型選擇的是η型，則摻 雜劑材料可以是磷(P)，摻雜源優(yōu)選POCl3 ；在所述的步驟⑦中，所述的燒結工藝的溫度可以是550°C或以下的某些溫度，若所述的 燒結工藝的溫度是150°C或以下的某些溫度，則所述的金屬電極漿料可以是含有合成樹脂 的金屬導電漿料。
17.根據(jù)權利要求15或16所述的一種晶體硅太陽能電池的制造方法，其特征在于 去掉所述的步驟④產(chǎn)生的氧化硅膜，再在所述的步驟④和所述的步驟⑤之間增加一個 制作雜質(zhì)缺陷阻擋層的步驟，這些雜質(zhì)缺陷阻擋層可以是由Al2O3、摻氮非晶硅、摻氫摻氮非 晶硅、氮化硅等膜組成，其厚度約為5 20nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽能電池及其制造方法，屬于太陽能電池技術領域，包括正面柵狀金屬電極、窗口層、第二導電類型重摻雜層、第一導電類型輕摻雜晶體硅襯底、第一導電類型重摻雜層、背面電極，本發(fā)明通過設置“薄”且高摻雜的第二導電類型重摻雜層以及“透明”且“導電”的窗口層，并且在電池制作過程中引入金屬電極的低溫燒結工藝，就可降低通常晶體硅太陽能電池的復合損失、歐姆損失和遮擋損失，因而可將其轉換效率提高至少10％以上。同時通過在窗口層和第二導電類型重摻雜層之間增加一層雜質(zhì)缺陷阻擋層，即可阻止晶體硅在電池制作過程中沾污雜質(zhì)和引入缺陷，使得電池的制作更為方便成本更為低廉。
文檔編號H01L31/0256GK101924144SQ20091009971
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權日2009年6月9日
發(fā)明者黃麟 申請人:黃麟