本發(fā)明屬于太陽電池領(lǐng)域，也屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，涉及硅太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著光伏發(fā)電技術(shù)的日益普及，全球太陽電池的產(chǎn)量不斷上升。當(dāng)前太陽電池的產(chǎn)量中，晶體硅太陽電池占據(jù)了絕大部分份額。雖然晶體硅為間接帶隙半導(dǎo)體，用其制備太陽電池需要消耗較多的材料。但硅材料在地球上儲(chǔ)量豐富，制備技術(shù)成熟，制造成本也不斷下降。因此，人們?nèi)匀辉敢庥霉鑱碇苽涮栯姵夭⑼度氪罅康难邪l(fā)，希望能提高硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率并降低其成本。
晶體硅太陽電池按其結(jié)構(gòu)可分為同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)上生產(chǎn)的晶體硅電池多數(shù)基于同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。隨著工藝的進(jìn)步，同質(zhì)結(jié)晶體硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)逐漸接近極限。與同質(zhì)結(jié)太陽電池相比，異質(zhì)結(jié)太陽電池可在電池內(nèi)建電場之外形成額外的有效勢(shì)場，最終可提高電池的開路電壓及光電轉(zhuǎn)換效率。可以預(yù)見，未來異質(zhì)結(jié)將取代同質(zhì)結(jié)成為硅太陽電池中主要采用的結(jié)構(gòu)。
目前技術(shù)上比較成熟的晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池是基于非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)的hit電池（典型結(jié)構(gòu)為ito/α-si(p)/α-si(i)/c-si/α-si(i)/α-si(n)/ito）。然而，hit電池也存在由于非晶硅層的吸收而導(dǎo)致的電池短路電流密度偏低的問題。本發(fā)明提出一種可應(yīng)用于晶體硅太陽電池的新型si/tiox異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，希望在提高晶體硅太陽電池開路電壓前提下，減小電池短路電流的損失，提高其光電轉(zhuǎn)換效率。
tiox（x≈2）是一種寬帶隙（>3ev）的過渡金屬氧化物半導(dǎo)體，其導(dǎo)帶位置稍高于硅的導(dǎo)帶（<0.3ev）而價(jià)帶位置遠(yuǎn)低于硅的價(jià)帶（>2.0ev）。如果tiox與si形成異質(zhì)結(jié)，其界面處的導(dǎo)帶偏移可有助于增強(qiáng)si/tiox異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場，而價(jià)帶偏移可抑制暗電流或反向飽和電流。因此si/tiox異質(zhì)結(jié)擁有能帶結(jié)構(gòu)上的天然優(yōu)勢(shì)，理論上可制備得到高效的si/tiox異質(zhì)結(jié)太陽電池。
要想得到高效的晶體硅太陽電池，硅片表面必須要進(jìn)行良好的鈍化。目前使用原子層沉積等方法制備的非晶態(tài)tiox薄膜，可對(duì)硅表面形成良好的鈍化（硅片表面復(fù)合速率<10cm/s，少子壽命>1ms）。雖然非晶態(tài)的tiox對(duì)硅表面的鈍化效果良好，但其電學(xué)性能往往較差，摻雜水平僅為本征型或弱n型。若僅僅使用tiox鈍化層與硅形成異質(zhì)結(jié)，其內(nèi)部的內(nèi)建電場將較弱，這將導(dǎo)致電池的開路電壓偏低。若采用其它制備工藝如濺射來沉積tiox薄膜，雖然可以提高其n型摻雜濃度以增強(qiáng)內(nèi)建電場的強(qiáng)度，然而所制備的tiox層并不能對(duì)硅表面形成良好的鈍化，這將會(huì)導(dǎo)致較高的表面復(fù)合而減小開路電壓。綜上可知，目前的工藝水平無法制備同時(shí)具有良好鈍化效果且具有較高n型摻雜水平的tiox薄膜，使得si/tiox異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)無法完全發(fā)揮，這限制了si/tiox異質(zhì)結(jié)在硅太陽電池中的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種應(yīng)用于晶體硅太陽電池的si/tiox結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用雙層tiox與晶體硅形成異質(zhì)結(jié)（結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示）。其中內(nèi)層tiox一般為非晶態(tài)，其主要作用是對(duì)si表面提供良好鈍化，該tiox層厚度為1-20nm，導(dǎo)電類型為本征或弱n型。外層tiox主要作用是增強(qiáng)該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中內(nèi)建電場的強(qiáng)度，該層tiox為n型摻雜，摻雜濃度為1×1016-1×1020cm-3，厚度為10-300nm。
本發(fā)明所述的一種應(yīng)用于晶體硅太陽電池的si/tiox結(jié)構(gòu)，其特征是在晶體硅表面制備一層對(duì)硅表面具有良好鈍化效果的鈍化tiox層，鈍化tiox層之上再制備一層n型摻雜且摻雜濃度較高的n-tiox層，形成晶體硅-鈍化tiox層-n-tiox層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)可以通過以下工藝制備：首先在清洗干凈的硅片表面使用原子層沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝等制備一層非晶態(tài)tiox層，該tiox層對(duì)硅片表面提供良好的鈍化；隨后，在鈍化tiox層之上使用蒸發(fā)或?yàn)R射工藝等沉積一層10-300nm厚的tiox層，沉積過程中通過調(diào)整制備參數(shù)使得所制備的tiox具有適當(dāng)?shù)膎型摻雜濃度等。
本發(fā)明所述的對(duì)硅片形成具有良好鈍化的tiox層（鈍化tiox層）為非晶態(tài)半導(dǎo)體，導(dǎo)電類型為本征型或弱n型。
本發(fā)明所述的n型摻雜的tiox層（n-tiox層）為結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體，其摻雜濃度為1×1016-1×1020cm-3。
本發(fā)明借鑒hit電池的中的p-i-n結(jié)構(gòu)，使用雙層tiox與晶體硅形成異質(zhì)結(jié)。其中靠近硅片表面的內(nèi)層tiox主要作用是對(duì)硅片表面進(jìn)行鈍化，而外層tiox主要作用是增強(qiáng)si/tiox結(jié)構(gòu)中內(nèi)建電場的強(qiáng)度。采用這種結(jié)構(gòu)，既能使硅片表面得到良好鈍化，又能在異質(zhì)結(jié)內(nèi)部形成較強(qiáng)的內(nèi)建電場，加上硅與tiox異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)本身具有的抑制反向飽和電流等優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)較高的開路電壓。另外，由于tiox帶隙較寬（>3ev），其對(duì)太陽光的吸收較弱。制備太陽電池時(shí)可使光從tiox一側(cè)入射，這樣就可使絕大多數(shù)入射光進(jìn)入電池內(nèi)部并被有效利用。因此采用這種結(jié)構(gòu)的太陽電池可同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的開路電壓和短路電流。
本發(fā)明所提出的硅與雙層tiox形成的異質(zhì)結(jié)，既能使硅片表面得到良好鈍化，又能在異質(zhì)結(jié)內(nèi)部形成較強(qiáng)的內(nèi)建電場。此外，硅與tiox形成的異質(zhì)結(jié)其能帶結(jié)構(gòu)具有可抑制反向飽和電流等優(yōu)勢(shì)，因此采用本發(fā)明所提出的si/tiox結(jié)構(gòu)的太陽電池可實(shí)現(xiàn)較高的開路電壓。另外由于tiox帶隙較寬，如太陽光從tiox一面入射，其對(duì)太陽光的吸收較弱，因此電池的短路電流也將較高。綜合以上，本發(fā)明所提出的si/tiox結(jié)構(gòu)將使硅太陽電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
附圖說明
附圖1為本發(fā)明所提及的si/tiox結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為硅片；2為鈍化tiox層，其對(duì)硅片表面提供良好鈍化作用；3為n-tiox層，其為n型摻雜且具有一定摻雜濃度。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1。
（1）對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗、制絨等預(yù)處理。
（2）在處理好的硅片表面沉積一層非晶態(tài)tiox層，該tiox層為硅材料表面提供良好的鈍化效果。鈍化tiox層的制備使用原子層沉積工藝，其厚度控制在1nm。
（3）在非晶態(tài)的鈍化tiox層上沉積一層結(jié)晶態(tài)tiox層，其摻雜類型為n型。該n型tiox層的制備使用濺射工藝，其厚度為100nm，摻雜濃度控制在1×1018cm-3。
實(shí)施例2。
（1）對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗、制絨等預(yù)處理。
（2）在處理好的硅片表面沉積一層非晶態(tài)tiox層，該tiox層為硅材料表面提供良好的鈍化效果。鈍化tiox層的制備使用化學(xué)氣相沉積工藝，其厚度控制在3nm。
（3）在非晶態(tài)的鈍化tiox層上沉積一層結(jié)晶態(tài)tiox層，其摻雜類型為n型。該n型tiox層的制備使用蒸發(fā)工藝，其厚度為50nm，摻雜濃度控制在5×1017cm-3。