[发明专利]超掺杂硅薄膜太阳能电池及其制作方法

说明书

本发明提供了一种超掺杂硅薄膜太阳能电池及其制作方法，涉及太阳能电池技术领域。所述制作方法包括电极掩膜，将硅基太阳能电池作为衬底进行电极掩模后置入真空镀膜机的真空室中；抽真空，对真空室抽真空处理；镀膜，蒸发硅颗粒和过渡金属粉末或颗粒在衬底上形成厚度为0.05～1μm的混合薄膜；掺杂，待衬底冷却后，取出衬底置入保护气氛中，使用高重复频率纳秒激光熔融混合薄膜形成等间距条状半导体掺杂层。本发明还提供了一种超掺杂硅薄膜太阳能电池，其使用上述方法制得。本发明的有益效果可包括：能够制作对全光谱产生光电效应的太阳能电池；使用过渡金属作为掺入的杂质来进行硅的超掺杂，光电转换效率提升。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体来讲，涉及一种能够对全光谱(0.25～2.5μm)产生光电效应的太阳能电池及其制作方法。

背景技术

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照射到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。然而受到硅禁带宽度的限制，产生光电效应的最大波长为1.12μm。这导致近红外波段中占有太阳光能量22％的光(波长1.1～2.5μm的光)的能量未得到应用。因此，太阳光谱中近红外波段的光伏材料及其器件的研究一直受到各国广泛重视。

现有技术中存在一种在含硫气氛中利用飞秒激光脉冲在硅基材料的表面制备超掺杂硫的锥状微结构。这种异质结对近红外光谱的吸收率高达90％。在这种材料中，远超其固溶度的硫族掺杂元素在硅的禁带中引入的中间能带是硅获得近红外吸收的主要原因。同时，重掺杂的硫深能级杂质的电子态为非局域的，降低了载流子复合率。这种新材料在太阳能电池、红外探测器等领域具有非常可观的应用前景。但是其存在以下缺点：采用飞秒激光脉冲点光源在硫气氛中进行的硫重掺杂技术可同时形成微结构和硫的重掺杂，微结构和掺硫互相影响，性能难以同时优化，致使这种材料表现为高的光吸收率和低的光电转换效率，使得器件性能还远不能进入实用化。

现有技术中大多数专利生成掺杂的硅表面薄层都是利用飞秒或皮秒脉冲激光点光斑的固有特性，在SF₆气氛中形成微结构的同时在微结构中掺入硫原子。但是，在飞秒或皮秒激光同硅基材料作用时，通过剧烈气化、沉积多个物理过程形成的微结构表面呈现非晶结构，这导致薄层电阻高达几千方欧，严重地影响载流子的输运，这样形成的光伏器件串联电阻大，且超掺杂(浓度≥10¹⁹/cm³)深度有限(小于0.2μm)，影响红外吸收，造成光电转换效率低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，近红外波段中占有太阳光能量22％的光(波长1.1～2.5μm的光)的能量未得到应用的问题；微结构和掺杂互相影响导致材料表现为高的光吸收率和低的光电转换效率的问题；光伏器件串联电阻大、掺杂深度有限、光电转换率低的问题。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种超掺杂硅薄膜太阳能电池的制作方法。所述制作方法包括电极掩膜、抽真空、镀膜和掺杂四个步骤。所述电极掩模：将硅基太阳能电池作为衬底进行电极掩模后置入真空镀膜机的真空室中。所述抽真空：对真空室抽真空处理。所述镀膜：蒸发硅以及过渡金属在衬底上形成厚度为0.05～1μm的混合薄膜。所述掺杂：待衬底冷却后，取出衬底置入保护气氛中，使用高重复频率纳秒激光作用于混合薄膜形成等间距条状半导体掺杂层。

进一步地，在抽真空中，对真空室抽真空处理后，真空室内的气压小于3×10^-3Pa。

进一步地，在镀膜步骤中，过渡金属的量为0.001～0.01mol。

进一步地，在镀膜步骤中，硅与过渡金属在衬底表面形成混合薄膜时，衬底的表面温度为25～60℃。

进一步地，所使用的硅的纯度≥99.9999％，所使用的过渡金属的纯度≥99.999％。