[发明专利]太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制作方法。

背景技术

太阳能电池是一种少数载流子工作器件，少数载流子在电池内的寿命决定了电池的转换效率。因此，要提高电池的转换效率，就必须设法减少少数载流子在电池内的复合，从而增加少数载流子的寿命。影响少数载流子寿命的因素有：(1)体内复合；(2)表面复合；(3)电极区复合。减少体内复合的办法首先是提高晶体的质量，减少缺陷和杂质，其次是选用适当的掺杂浓度，另外，吸杂工艺也能有效的提高晶体的质量。减少表面复合通常采用钝化膜的方式，例如，对硅电池，可在硅表面生成一层介质膜，如二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(SiN)，这种介质膜完善了晶体表面的悬挂键，从而达到表面钝化的目的。如果这种介质膜生成在n－型硅的表面，由于在这些介质膜内固有的存在着一些正离子，这些正离子排斥了少数载流子空穴向表面移动。另外一种表面钝化的方法是在电池表面形成高－低结(high-low junction)，这种结在表面产生一个电场，从而排斥了少数载流子空穴向表面移动，例如，宽禁带的无定形硅(a-Si)(1.7eV)有很好的表面钝化效果。减少电极区的复合可采用将电极区的掺杂浓度提高，从而降低少数载流子在电极区的浓度，减少了载流子在此区域的复合。

通过改善工艺，可以大大减少转换效率的损耗，如光学损耗(反射和光陷阱等)、电阻损耗(电极、体材料等)以及缺陷、杂质和发射区复合损耗等等。澳大利亚新南威尔士大学的PERL(发射区钝化背面点接触)电池，它仍保持着转换效率最高的世界记录是24.7％，已经非常接近俄歇复合理论上限。以Aberle等发表PERL电池为例，转换效率为22.9％，其中，复合损耗占3.4％，光学损耗占2.9％，电阻损耗占0.6％。PERL电池采用了高质量的单晶硅材料来减少体内复合，采用热氧化法生成的SiO₂薄膜来减少表面复合，有效地减少了载流子的复合损耗，使得复合损耗只占总损耗的3.4％。但缺点是高质量的单晶硅材料成本很高，热氧化法生成SiO₂薄膜的工艺在1000℃以上的高温长达数小时，不适合于商业化生产。和PERL电池相比，采用简单工艺的商业化多晶硅电池的损耗要严重的多。以一种转换效率只有13.0％的普通商业化的多晶硅电池为例，复合损耗占8.1％，光学损耗占7.0％，电阻损耗占1.7％。多晶硅电池的体内复合比较严重，虽然吸杂工艺可以在一定程度上减少复合损耗，但晶界造成的损耗是不可避免的。另外，商业化多晶硅电池普遍采用氮化硅钝化材料或铝背表场(BSF)来减少表面复合损耗，但复合损耗仍然高达8.1％。和单晶硅的PERL电池相比，还有很大的提升空间。

目前，减少复合损耗大部分是依靠工艺来改善的，利用电池结构的优化来改善转换效率的研究还很不充分。现有太阳能电池按电极设计可分为两类，一类是常规的上下电极结构。以p型硅衬底制成的n⁺/p型上下电极结构太阳能电池为例，p层为基体，厚度为0.2～0.5mm；p层上面是n层，又称为发射区层，通常是用高温掺杂扩散方法制得的，因而又称为扩散层，厚度为0.2～1μm。单晶硅的少子扩散长度大约为200μm，多晶硅的少子扩散长度大约为大约为50～150μm，所以少子扩散长度远远大于发射区长度。光在发射区中激发产生的少子除了一部分由于各种原因复合以外，大部分能扩散至pn节。在pn节内建电场的作用下，向p区漂移，从而产生光生电压。而电池基体(p区)厚度却大于少子扩散长度，光在基区中激发产生的少子由于有限的扩散长度在扩散至pn节前已经复合，造成相当一部分损耗。另一类是背电极结构，正、负电极都在电池背面。和上下电极结构相反，pn节靠近电池的背表面。由于大部分光会在上表面被吸收，在上表面激发产生的少子由于有限的扩散长度在扩散至背表面的pn节前已经复合，也会造成相当一部分部分损耗，所以对衬底复合损耗和表面复合损耗的要求很高，同时为了增加扩散长度，衬底应该是低掺杂的。目前为止，背接触电池只应用于高质量的区融硅衬底或或非常薄的衬底。由于目前占市场主导地位的多晶硅电池的少子扩散长度很短，约为50～150μm，所以不管是上下电极结构或背电极结构，此种损耗相当严重，传统的表面钝化以及吸杂工艺并不能有效地解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合损耗较低、结构工艺简单且适合于大规模生产的太阳能电池及其制作方法，以提高太阳能电池的转换效率。