[实用新型]一种应用于晶体硅太阳电池的Si/TiOx结构

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳电池领域，也属于半导体器件领域，涉及硅太阳电池的结构设计。

背景技术

随着光伏发电技术的日益普及，全球太阳电池的产量不断上升。当前太阳电池的产量中，晶体硅太阳电池占据了绝大部分份额。虽然晶体硅为间接带隙半导体，用其制备太阳电池需要消耗较多的材料。但硅材料在地球上储量丰富，制备技术成熟，制造成本也不断下降。因此，人们仍然愿意用硅来制备太阳电池并投入大量的研发，希望能提高硅太阳电池的转换效率并降低其成本。

晶体硅太阳电池按其结构可分为同质结和异质结结构。目前工业上生产的晶体硅电池多数基于同质结结构。随着工艺的进步，同质结晶体硅太阳电池的光电转换效率已经逐渐接近极限。与同质结太阳电池相比，异质结太阳电池可在电池内建电场之外形成额外的有效势场，最终可提高电池的开路电压及光电转换效率。可以预见，未来异质结将取代同质结成为硅太阳电池中主要采用的结构。

目前技术上比较成熟的晶体硅异质结太阳电池是基于非晶硅/晶体硅异质结的HIT电池（典型结构为ITO/α-Si(p)/α-Si(i)/c-Si/α-Si(i)/α-Si(n)/ITO）。然而，HIT电池也存在由于非晶硅层的吸收而导致的电池短路电流密度偏低的问题。本实用新型提出一种可应用于晶体硅太阳电池的新型Si/TiO_x异质结结构，希望在提高晶体硅太阳电池开路电压前提下，减小电池短路电流的损失，提高其光电转换效率。

TiO_x（x ≈ 2）是一种宽带隙（>3 eV）的过渡金属氧化物半导体，其导带位置稍高于硅的导带（< 0.3eV）而价带位置远低于硅的价带（> 2.0eV）。如果TiO_x与Si形成异质结，其界面处的导带偏移可有助于增强Si/TiO_x异质结的内建电场，而价带偏移可抑制暗电流或反向饱和电流。因此Si/TiO_x异质结拥有能带结构上的天然优势，理论上可制备得到高效的Si/TiO_x异质结太阳电池。

要想得到高效的晶体硅太阳电池，硅片表面必须要进行良好的钝化。目前使用原子层沉积等方法制备的非晶态TiO_x薄膜，可对硅表面形成良好的钝化（硅片表面复合速率<10 cm/s，少子寿命>1 ms）。虽然非晶态的TiO_x对硅表面的钝化效果良好，但其电学性能往往较差，掺杂水平仅为本征型或弱n型。若仅仅使用TiO_x钝化层与硅形成异质结，其内部的内建电场将较弱，这将导致电池的开路电压偏低。若采用其它制备工艺如溅射来沉积TiO_x薄膜，虽然可以提高其n型掺杂浓度以增强内建电场的强度，然而所制备的TiO_x层并不能对硅表面形成良好的钝化，这将会导致较高的表面复合而减小开路电压。综上可知，目前的工艺水平无法制备同时具有良好钝化效果且具有较高n型掺杂水平的TiO_x薄膜，使得Si/TiO_x异质结能带结构上的优势无法完全发挥，这限制了Si/TiO_x异质结在硅太阳电池中的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种应用于晶体硅太阳电池的Si/TiO_x结构，该结构使用双层TiO_x与晶体硅形成异质结（结构示意图如附图1所示）。其中内层TiO_x一般为非晶态，其主要作用是对Si表面提供良好钝化，该TiO_x层厚度为1-20 nm，导电类型为本征或弱n型。外层TiO_x主要作用是增强该异质结结构中内建电场的强度，该层TiO_x为n型掺杂，掺杂浓度为1×10¹⁶ - 1×10²⁰ cm^-3，厚度为10-300 nm。

本实用新型所述的一种应用于晶体硅太阳电池的Si/TiO_x结构，其特征是在晶体硅表面制备一层对硅表面具有良好钝化效果的钝化TiO_x层，钝化TiO_x层之上再制备一层n型掺杂且掺杂浓度较高的n-TiO_x层，形成晶体硅-钝化TiO_x层-n-TiO_x层结构。