[发明专利]一种抑制光衰减的掺锗晶体硅太阳电池及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及硅太阳电池技术领域，尤其涉及一种抑制光衰减的掺锗晶体硅太阳电池及其制备。

背景技术

太阳能取之不尽，是一种重要的可再生洁净能源。利用光伏效应制备的太阳电池直接把光能转化为电能，具有非常诱人的前景。90年代以来，光伏产业每年以30-40％的速度快速增长。其中晶体硅太阳电池占了80-90％的市场份额，并且今后很长时间内仍将占据主导地位。目前晶体硅太阳电池的成本仍然较高，限制了其大规模应用，所以不断提高硅太阳电池的转换效率并降低成本一直是工业界和研究界不断努力的目标。

早在1973年，Fischer等发现直拉单晶硅太阳电池在太阳光照射下会出现效率衰减现象(H.Fischer and W.Pschunder，Proceedings of the 10thIEEE Photovoltaic Specialists Conference，Palo Alto，CA，IEEE，New York，1973，p.404.)。直到1997年，J.schmidt才提出该衰减与硅中的替位硼、间隙氧形成的复合体有关(J.Schmidt，A.G.Aberle and R.Hezel，Proceedings of the 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference，Anaheim，CA，IEEE，New York，1997，13.)。随后，J.schmidt等进一步研究发现该复合体缺陷浓度与硼的浓度成正比，与氧的浓度基本成二次方比例(J.Schmidt and K.Bothe，Phys.Rev.B 69，024107(2004).)。

晶体硅太阳电池绝大多数是基于掺硼的p型衬底制备，由于硼在硅中易于掺杂，并且硼的分凝系数接近于1，掺硼之后的晶体电阻率分布均匀。此外，在晶体生长过程中由于石英坩埚的使用，不可避免的会在晶体中引入氧杂质。通常直拉单晶硅中氧的含量很高(可达10¹⁸cm^-3左右)，所以光衰减问题显得尤为突出。光照后，直拉单晶硅太阳电池的效率衰减绝对值一般在1％-3％左右。

铸造多晶硅中氧的含量比直拉单晶硅低，所以多晶硅太阳电池效率的衰减比直拉单晶硅小一些。目前工业制造直拉单晶硅太阳电池效率为17-18％，铸造多晶硅太阳电池效率为15-16％。实验室中，单晶硅太阳电池最高效率为24.7％，多晶硅太阳电池最高效率为20.3％。因此，产业上电池效率还有一定的提升空间。随着硅太阳电池向更高效率发展，光衰减问题的解决就显得非常重要。

光衰减问题可通过减少(或替代)硼或降低氧浓度的方法来解决。主要有以下几种途径：以镓或其它IIIA元素代替硼做掺杂剂，因为镓在硅中的分凝系数为0.008，硼的分凝系数为0.8，所以掺镓晶体硅电阻率头尾变化很大。晶体的尾部及坩埚料中镓浓度很高，形成重掺，难以利用。生产电池时也要针对晶体不同电阻率部分进行分选。以磷等N型掺杂剂代替硼，生长N型晶体硅。电池制备时要通过扩散硼形成pn结，这与目前常规的电池结构和工艺不兼容。此外，采用磁控直拉单晶硅，虽然可以显著降低氧的浓度，但是会造成成本明显增加。

发明内容

本发明提供了一种抑制光衰减的掺锗晶体硅太阳电池及其制备，制得的掺锗晶体硅太阳电池在光照下的效率衰减有效减少，从而提高电池的工作效率。

一种抑制光衰减的掺锗晶体硅太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在多晶硅原料中掺入锗和硼，锗的浓度为10¹⁸～10²¹cm^-3，硼的浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^-3，然后在保护气氛下，生长掺锗的晶体硅；

(2)将步骤(1)生长得到的晶体硅切片后，进行太阳电池的制备，包括：对切片后得到的硅片进行清洗和制绒；制绒后进行磷扩散；进行刻蚀及减反射膜的沉积；最后制备电极并烧结，得到掺锗晶体硅太阳电池。

步骤(1)中，所述的保护气氛为惰性气体或氮气，优选氩气或氮气。

步骤(1)中，所述的生长掺锗的晶体硅的过程可以在单晶炉内进行，也可以在多晶炉内进行。