[发明专利]一种提高太阳能光伏电池转换效率的技术

说明书

技术领域

本发明属于半导体太阳能光伏电池技术领域，涉及一种新的提高太阳能光伏电池转换效率的技术。在太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层中注入带电荷的离子或电子，以改变太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层下面的半导体材料的表面电势，表面能带，和表面空间电荷区，达到降低光生载流子的有效表面复合速率，改善太阳能光伏电池的短波响应特性，提高太阳能光伏电池的短波光生少数载流子的收集，增加太阳能光伏电池的光电流输出，提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。 

背景技术： 

太阳能光伏电池属于太阳能利用的两种方式中的一种，有硅太阳能光伏电池，III-V族，和硫化镉等半导体化合物材料的太阳能光伏电池，以及有机高分子材料的太阳能光伏电池等。太阳能光伏电池还可分为单晶太阳能光伏电池，多晶太阳能光伏电池，微晶或非晶薄膜太阳能光伏电池等。 

在以N型单晶硅与多晶硅半导体材料为衬底，制造的P-N结(P在N上)硅太阳能光伏电池中，在半导体的前表面附近都存在一个光生载流子的“死层”区域，且太阳光短波段的光生载流子多位于这个区域。由于这类型太阳能光伏电池中“死层”区域的存在和界面复合的影响，在这个区域和其邻近区域中的光生数载流子会复合掉，不产生光电流，对太阳能光伏电池的输出电流没有贡献。结果是，太阳能光伏电池的短波响应很差，限制了太阳能光伏电池转换效率的提高。 

采用氮化硅膜等钝化界面缺陷的技术，降低界面的光生载流子复合速率，达到提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池，都以降低了“死层”区域的影响，提高电池的短波响应，达到提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。但这些技术都不能完全消除“死层”区域和界面复合的影响。 

选用P型半导体材料(硅)作为衬底制造的硅太阳能光伏电池，避免了在P-N结(P在N上)的太阳能光伏电池中半导体前表面耗尽层区域的影响，提高 了太阳能光伏电池的转换效率，但界面缺陷能级作为复合中心，对半导体表面附近的光生载流子的不利影响也仍然存在。而且，在实际生产中，不得不实施的n型重掺杂，也可能在半导体的表面附近形成俄歇复合的“死层”区域。 

2009年，Fraunhofer ISE宣布，开发出带负电荷的氧化铝(Al₂O₃)薄膜层，并替代SiO₂薄膜层作为n型Si衬底制造的太阳能光伏电池的表面掩膜层。带负电荷的氧化铝(Al₂O₃)薄膜层的应用，避免了SiO₂层中所含的氧化物电荷，如正离子钠(Na⁺)，对n型单晶硅太阳能光伏电池的转换效率的不利影响，提高n型单晶硅太阳能电池的转换效率到了23.4％。然而，即使是氧化铝(Al₂O₃)薄膜层中的负电荷面密度达到10^11-12/cm²，它也只能避免表面空间电荷区为耗尽层时对光生载流子的不利影响，但位于Si半导体禁带中央的界面缺陷能级，作为光生载流子的表面复合中心，对光生载流子的不利影响仍然存在，限制了n型单晶硅太阳能电池的转换效率进一步的提升。 

发明内容

本技术发明的目的，提出了一种新的提高太阳能光伏电池转换效率的技术，采用离子注入方式，在太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层(单层，或多层)中注入离子或电子，改变太阳能光伏电池前表面的绝缘介质掩膜层下面半导体材料的表面电势，表面能带，和表面空间电荷区，不仅能消除半导体的表面空间电荷区为耗尽层时对光生少数载流子的不利影响，而且，半导体表面能带的弯曲使其导带(或价带)远离禁带中央的半导体与掩膜层的界面缺陷能级，和半导体的表面电场驱使光生少数载流子离开半导体表面附近向p-n结区域移动，有效地降低光生载流子的有效表面复合速率，消除“死层”区域，改善太阳能光伏电池的短波响应特性，提高太阳能光伏电池的短波光生少数载流子的收集，增加太阳能光伏电池的光电流输出，提高太阳能光伏电池的转换效率的目的。 

本发明的技术方案如下：