[发明专利]一种用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构，特别涉及一种利用本征非晶硅锗层做薄膜硅/晶体硅异质pn结界面钝化层的用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构。

背景技术

薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池是一种可以采用低成本实现的高效晶体硅太阳电池。这种太阳电池利用掺杂薄膜硅层在晶体硅衬底上制作pn结。这层薄膜硅层通常只有十几个纳米厚，并且可以采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)工艺在200℃以下淀积完成，因此，相比于传统的靠扩散制备pn结的太阳电池，薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池所需能量投入少，工艺也相对简单，因而制备成本低。

但是，薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池的性能受到薄膜硅/晶体硅异质结界面的严重影响。界面态会构成载流子的复合中心，界面态密度过高，太阳电池性能下降。为了减少界面态，日本Sanyo公司开发了HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)太阳电池(美国专利申请20020069911A1)，利用非晶硅层对晶体硅表面进行钝化，从而改善了电池性能。然而，由于非晶硅和晶体硅之间存在较大的能带失配，在非晶硅/晶体硅异质结界面处存在的能带台阶会阻碍载流子的输运，使在HIT太阳电池中，载流子只有靠隧穿才能输运过这些异质结界面，这就对太阳电池的性能造成限制，特别是HIT太阳电池的填充因子低，通常只有78-79％。2009年，Sanyo公司获得了23％的转换效率，创造了HIT太阳电池的世界纪录，但填充因子也只有80％。而澳大利亚新南威尔±大学创造的目前世界最高效率25％的PERL(passivated emitter，rear locally diffused，钝化发射极，背面局部扩散)结构的晶体硅太阳电池，填充因子高达82.8％。所以，需要找到更好的钝化薄膜硅/晶体硅异质结界面的方法，来提高相应的太阳电池的填充因子。在美国专利申请20090308453-A1中，公开了一种改善晶体硅衬底和金属背电极之间的金属半导体(MS)接触的结构，在晶体硅衬底和金属背电极之间插入一层本征的或者掺杂的非晶硅锗层，获得了较好效果。

发明内容

本发明的目的是为了改善薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池的载流子输运性能，特别是填充因子，提供一种用于太阳电池的采用本征非晶硅锗层做薄膜硅/晶体硅异质pn结界面钝化层的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构。与现有HIT太阳电池中的采用本征非晶硅层做钝化层的薄膜硅/晶体硅异质pn结相比，非晶硅锗层与晶体硅之间的带隙差小，可以减小薄膜硅/晶体硅异质pn结界面处存在的能带失配，改善载流子输运，从而改善太阳电池性能，特别是填充因子。

本发明所述的用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构，其特征在于，在由掺杂类型相反的薄膜硅层和晶体硅层构成的异质pn结的薄膜硅层和晶体硅层之间插入一层本征非晶硅锗层。所述的本征非晶硅锗层是单一组分的，也可以是组分渐变的，即其中的锗组分含量是逐步变化的，变化的方式是锗组分含量从与晶体硅接触的界面往与薄膜硅接触的界面逐步减小。这种渐变可以是线性的、台阶式的或者是其它任何非线性方式的。在本发明的结构中，所述的本征非晶硅锗层用来改善的是两种半导体材料：薄膜硅和晶体硅之间的异质pn结界面的载流子输运特性，这与前述美国专利申请20090308453-A1中所述的MS结构明显不同。

通过实施本发明，可以减小薄膜硅/晶体硅异质pn结界面对载流子输运的阻碍，将本发明的结构应用到太阳电池上，能够获得性能更好的薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池。

附图说明

图1本发明的用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构示意图；

图2实施例1中的太阳电池结构示意图；

图3实施例2中的太阳电池结构示意图；

图4实施例3中的太阳电池结构示意图；

图5实施例4中的太阳电池结构示意图。

图中：1本征非晶硅锗层，2晶体硅层，3薄膜硅层，4透明导电电极，5金属栅线，6金属电极，7背场。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如附图1所示，本发明的用于太阳电池的薄膜硅/晶体硅异质pn结结构，其特征在于，在所述的薄膜硅/晶体硅异质结的掺杂类型相反的薄膜硅层(3)和晶体硅层(2)之间含有一层本征非晶硅锗层(1)。