專利名稱：一種mis/il太陽(yáng)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電器件－光伏電池或太陽(yáng)電池。
利用半導(dǎo)體材料的光電特性制造的太陽(yáng)電池，其結(jié)構(gòu)大多屬于PN結(jié)太陽(yáng)電池。PN結(jié)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體二極管是相似的，例如，通過在P型半導(dǎo)體上摻雜形成一層N型半導(dǎo)體，并由此構(gòu)成PN結(jié)和空間電荷區(qū)、形成內(nèi)建電場(chǎng)。在該電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，由入射光作用在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子，即電子和空穴，被分開，并進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)。光生電子逆內(nèi)建電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，被N型半導(dǎo)體層上的柵狀電極收集，而空穴則被P型半導(dǎo)體背面的電極收集。這就是PN結(jié)太陽(yáng)電池及工作過程。直至目前，我國(guó)生產(chǎn)的均為PN結(jié)太陽(yáng)電池。
另一種結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池是Metal－Insulator－Semiconductor／InversionLayerSolarCell，中文全稱為金屬－絕緣體－半導(dǎo)體／反型層太陽(yáng)電池，簡(jiǎn)稱為MIS／IL太陽(yáng)電池。MIS／IL太陽(yáng)電池與PN結(jié)太陽(yáng)電池相比較，具有更好的性能，且工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)過程無污染及成本低。如專利文件DE2846096中所描述的，通過P型半導(dǎo)體正面的氮化硅或氮氧化硅層中靠近絕緣層存在的固定正電荷，或在氮化硅或氮氧化硅層中通過堿金屬沾污引入固定正電荷，在P型半導(dǎo)體中靠近正面的區(qū)域，感應(yīng)出一個(gè)N型反型層和在其下的空間電荷區(qū)，從而形成一個(gè)同PN結(jié)太陽(yáng)電池中的PN結(jié)功能相同的感應(yīng)結(jié)。反型層和空間電荷區(qū)組成的內(nèi)建電場(chǎng)將光生電子和空穴分開，并驅(qū)動(dòng)電子沿反型層運(yùn)動(dòng)到正面柵狀上電極下，通過隧道機(jī)理穿過絕緣層，進(jìn)入柵狀上電極，即柵狀MIS接觸電極；而空穴則被下電極，即歐姆接觸電極，所收集。這就是已有的MIS／IL太陽(yáng)電池的簡(jiǎn)單構(gòu)成及工作過程。
從上述MIS／IL太陽(yáng)電池的構(gòu)成及工作過程可知，MIS／IL太陽(yáng)電池賴以工作的感應(yīng)反型層深度、空間電荷區(qū)寬度均直接受固定正電荷量的影響，直接關(guān)系著MIS／IL太陽(yáng)電池的性能。由于上述MIS／IL太陽(yáng)電池的固定正電荷量有限，限制了MIS／IL太陽(yáng)電池性能的提高，突出表現(xiàn)在這種太陽(yáng)電池在強(qiáng)紫外光照射下不穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的是提供一種克服了上述缺點(diǎn)的性能更好的MIS／IL太陽(yáng)電池。
本發(fā)明的構(gòu)思及技術(shù)方案與原有的MIS／IL太陽(yáng)電池不同的是在氮化硅或氮氧化硅介質(zhì)層下，加入一獨(dú)立的、厚度不小于一個(gè)原子層的銫或銫氧化物層，該層均勻地覆蓋在絕緣層之上。由于銫是極活潑的堿金屬，極易自然電離成帶正電荷的離子，這樣，該銫或銫氧化層得以擁有大量固定正電荷，并由該層固定正電荷感應(yīng)出反型層、空間電荷區(qū)及內(nèi)建電場(chǎng)。
采用本發(fā)明技術(shù)方案制造的MIS／IL太陽(yáng)電池，大幅度提高了固定正電荷量，具有更深的反型層，更寬的空間電荷區(qū)和更強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)，從而具有比原有MIS／IL太陽(yáng)電池更好的性能，特別是提高了這種太陽(yáng)電池在強(qiáng)紫外光照射下的穩(wěn)定性。


圖1是采用本發(fā)明的基本實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的第二種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的第三種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
為完整、詳細(xì)、清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖來加以說明。參照?qǐng)D1；太陽(yáng)電池的基體(4)為P型半導(dǎo)體材料，如P型硅。
絕緣層(3)是厚度小于4nm的氧化膜，可以是天然氧化膜，但最好是用800℃以下的工藝方法所生成。
鈍化層(1)是一介質(zhì)層，可以是單一介質(zhì)(如氮化硅)的單層絕緣膜，也可采用多種介質(zhì)(如氮化硅、氮氧化硅)的多層絕緣膜。其作用是鈍化、保護(hù)太陽(yáng)電池的正面，減少入射光的反射。
銫或銫氧化物層(2)在絕緣層(3)和鈍化層(1)之間、均勻地覆蓋在絕緣層(3)之上，由一獨(dú)立的、厚度不小于一個(gè)原子層的銫或銫氧化物所構(gòu)成，可采用蒸發(fā)銫的鹽類化合物的方法、也可采用在銫的鹽類化合物溶液中浸漬的方法來獲得。
柵狀MIS接觸電極(5)可采用掩模板蒸發(fā)金屬(如鋁)的方法獲得。
歐姆接觸電極(6)也可通過蒸發(fā)金屬的方法獲得。
其工作過程是這樣的由于自然電離，銫原子成為帶正電荷的離子，銫或銫氧化物層(2)提供了大量的固定正電荷。在該正電荷的感應(yīng)下，基體(4)P型半導(dǎo)體近表面的區(qū)域形成了N型反型層(圖1中虛線與絕緣層(3)之間的區(qū)域)及空間電荷區(qū)(圖1中點(diǎn)劃線和虛線之間的區(qū)域)。反型層和空間電荷區(qū)組成內(nèi)建電場(chǎng)(點(diǎn)劃線和絕緣層(3)之間的區(qū)域)。
在受到入射光照射時(shí)，基體(4)中產(chǎn)生電子、空穴對(duì)，被內(nèi)建電場(chǎng)分開，電子沿反型層運(yùn)動(dòng)，到達(dá)柵狀MIS接觸電極(5)下，通過隧道機(jī)理進(jìn)入上電極，即柵狀MIS接觸電極(5)；被分開的空穴則被下電極，即歐姆接觸電極(6)，所收集。用外電路接通歐姆接觸電極(6)和柵狀MIS接觸電極(5)，就有電流輸出。
此外，為增加入射光的入射量，提高太陽(yáng)電池的輸出，還可采用化學(xué)腐蝕的方法，在基體(4)的表面形成所謂絨面(texturing)結(jié)構(gòu)(圖中未表示)。
圖2所示的太陽(yáng)電池(9)是采用本發(fā)明的一種MIS／IL雙面太陽(yáng)電池。與圖1不同的是，太陽(yáng)電池(9)的基體(4)的厚度小于該基體材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，歐姆接觸電極(6)也做成柵狀，同時(shí)，覆蓋與鈍化層(1)作用相同的鈍化層(7)。這樣，不僅正面的入射光，其背面的入射光都能在基體(4)內(nèi)產(chǎn)生電子，且都為柵狀MIS接觸電極(5)所收集。
圖3所示的太陽(yáng)電池(10)也是采用本發(fā)明的一種MIS／IL雙面太陽(yáng)電池，與太陽(yáng)電池(9)的不同之處在于其背面采用了臺(tái)形結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，歐姆接觸電極(6)安置在臺(tái)頂(12)之上，兩臺(tái)柱(11)之間的基體(4)的厚度小于該基體材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，而臺(tái)柱(11)所對(duì)應(yīng)的基體(4)的厚度大于該基體材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，使太陽(yáng)電池(10)較之太陽(yáng)電池(9)有更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。其臺(tái)柱(11)可以是梯形、矩形、正方形或其他形狀，可通過機(jī)械方法或化學(xué)腐蝕的方法形成。
權(quán)利要求1.一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體/反型層太陽(yáng)電池，具有柵狀MIS接觸電極(5)、歐姆接觸電極(6)、絕緣層(3)、鈍化層(1)以及基體(4)，在近基體(4)正表面的區(qū)域，具有反型層、空間電荷區(qū)及內(nèi)建電場(chǎng)，其特征在于絕緣層(3)和鈍化層(1)之間有一層獨(dú)立的、厚度不小于一個(gè)原子層的、均勻地覆蓋在絕緣層(3)之上的銫或銫氧化物層(2)，具有更深、更寬的反型層和空間電荷區(qū)，以及更強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的太陽(yáng)電池，其特征在于，基體(4)可以是單晶、多晶、非晶的硅、鍺、Ⅲ－Ⅴ族化合物、Ⅱ－Ⅵ族化合物等無機(jī)和有機(jī)的半導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的太陽(yáng)電池，其特征在于，絕緣層(3)的厚度小于4nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的太陽(yáng)電池，其特征在于，其基體(4)的厚度可以小于該基體(4)的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，其背面的歐姆接觸電極(6)為柵狀，并具有鈍化層(7)，構(gòu)成太陽(yáng)電池(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1.所述的太陽(yáng)電池，其特征在于，其基體(4)的背面可以為臺(tái)形結(jié)構(gòu)，其臺(tái)柱(11)可以是梯形、矩形、正方形或其他形狀，臺(tái)柱(11)所對(duì)應(yīng)的基體(4)的厚度大于該基體(4)的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，兩臺(tái)柱(11)之間的基體(4)的厚度小于該基體(4)的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，其臺(tái)頂(12)之上有歐姆接觸電極(6)，并具有鈍化層(7)，構(gòu)成太陽(yáng)電池(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5、所述的太陽(yáng)電池，其特征在于，鈍化層(1)、鈍化層(7)可以由一種單層介質(zhì)構(gòu)成，也可以由多種多層介質(zhì)構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電器件，是一種新型的MIS/IL太陽(yáng)電池。本實(shí)用新型的主要技術(shù)特征在于，引入了獨(dú)立的銫或銫氧化物層(2)，大幅度地提高了固定正電荷量，加深加寬了反型層和空間電荷區(qū)。本實(shí)用新型較已有技術(shù)同類產(chǎn)品性能有較大提高，特別是特定性更好，從而提供了性能更好的一種干凈新能源。
文檔編號(hào)H01L31/04GK2190350SQ93225310
公開日1995年2月22日 申請(qǐng)日期1993年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月12日
發(fā)明者郭里輝, 張永書, 張怡彬 申請(qǐng)人:郭里輝, 張永書, 張怡彬