專利名稱：量子庫太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，具體涉及一種量子庫太陽能電池，以及這種新型太陽 能電池的制備工藝。
背景技術(shù)：
太陽能電池是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的一種具有光電轉(zhuǎn)換功能的半導(dǎo)體器件。太陽能 電池的原理是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能?，F(xiàn)有的太陽能 電池通常由半導(dǎo)體襯底和擴(kuò)散層形成的PN結(jié)以及該P(yáng)N結(jié)兩端引出的電極構(gòu)成，它通過 PN結(jié)的自建電場將在光照條件下所產(chǎn)生的光生載流子遷徙到PN結(jié)的兩邊形成光生電 流，達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的效果。
太陽能電池的效率一直是人們關(guān)注的問題，單晶硅電池是目前轉(zhuǎn)換效率最高的太陽 能電池，它可將16%~20%的入射光線轉(zhuǎn)換為電流。太陽光之所以只有很少的百分比被轉(zhuǎn) 換為電能，原因是歸結(jié)于現(xiàn)有的太陽能電池都不能將大部分的太陽光轉(zhuǎn)換為電流。太陽 光包含電磁波中的一個(gè)很寬的光鐠范圍(0.25~2.2pm)，即從紅外線經(jīng)過各種顏色的可見 光直到紫外線。大體分為紫外線占7%、可見光占45%和紅外光占47%左右。對于現(xiàn)有硅 電池來說，為了產(chǎn)生電子-空穴對形成電流，波長小于Unm的光才具有足夠的能量。太 陽光i普中波長大于l.lpm長波部分不能產(chǎn)生電子-空穴對，而是轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。太陽輻射?大約有25%的這樣的光能不能被利用。如光線的能量足以產(chǎn)生電子-空穴對，剩余的能量 又被轉(zhuǎn)換為未利用的熱量。如此太陽能的30%的部分沒有被利用。上述兩個(gè)因素是傳統(tǒng) 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低的主要原因。而且，就目前的太陽電池來說，即使把所有的入射 的太陽光全部轉(zhuǎn)換成電能，仍然存在單位面積輸出功率過低，以至需要使用太陽能作動 力的時(shí)候，必需設(shè)置大面積的太陽能電池板，其面積之大已經(jīng)妨礙了它的推廣使用，例 如，太陽能汽車等技術(shù)均受此限制，無法迅速發(fā)展。在目前的現(xiàn)有技術(shù)中，小面積高輸 出功率的太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)方面，都尚未出現(xiàn)重大的突破。
發(fā)明內(nèi)容
針對上迷問題，本發(fā)明將提供一種新理論、新結(jié)構(gòu)、新工藝的太陽能電池一一量子 庫太陽能電池。新電池的結(jié)構(gòu)使其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的同時(shí)，更能夠充分吸收"熱能栽流子"
產(chǎn)生電流，形成本電池的主體電流，從而使轉(zhuǎn)換效率得到質(zhì)的飛躍。本發(fā)明還將提供這 種新結(jié)構(gòu)量子庫太陽能電池的制備工藝，使其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。 完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是
一種量子庫太陽能電池，由半導(dǎo)體村底、擴(kuò)散層和上、下電極構(gòu)成，其特征在于，
在所述的半導(dǎo)體襯底層上設(shè)有和半導(dǎo)體村底導(dǎo)電類型相同的輕摻雜的外延層，在該外延
層上設(shè)有肋所述的肋為長條狀結(jié)構(gòu)，包括多條平行的豎肋和至少有一條橫肋，橫肋貫
穿連接多條平行的豎肋；豎肋和橫肋圍成的區(qū)間為肋區(qū)間；在所述的長條狀的肋上設(shè)有
和外延層導(dǎo)電類型相反的納米離子注入層、和離子注入層導(dǎo)電類型相反的高摻雜層，高
摻雜層覆蓋在納米離子注入層上，在高摻雜層上覆蓋有金屬層；上電極引線連接在橫肋
上的金屬層上；所述擴(kuò)散層設(shè)置在整個(gè)肋間區(qū)內(nèi)，其導(dǎo)電類型與外延層的導(dǎo)電類型相反，
該擴(kuò)散層上設(shè)有氧化層；同時(shí)，在上、下電極之間外加有背場電壓。
以上方案中所述的若干平行的、長條狀的豎肋，以及橫肋，在外延層上形成4冊格狀
分布。肋的上部的外延層經(jīng)過半導(dǎo)體工藝處理形成納米離子注入層、高摻雜層以及金屬
層。所述的肋間區(qū)的擴(kuò)散層與傳統(tǒng)太陽能電池結(jié)構(gòu)上的擴(kuò)散層相同。所述的橫肋與豎肋
基本上垂直設(shè)置。
換言之，本發(fā)明的量子庫太陽能電池由太陽能電池芯片與產(chǎn)生背場電壓的直流電源 串聯(lián)構(gòu)成。同時(shí)，本發(fā)明與傳統(tǒng)太陽能電池的結(jié)構(gòu)區(qū)別是在外延層上劃分有肋和肋間 區(qū)；擴(kuò)散層設(shè)置在肋間區(qū)。在肋上設(shè)有離子注入層、高摻雜層；高摻雜層覆蓋在離子注 入層之上，離子注入層夾在外延層和高摻雜層之間形成夾層結(jié)構(gòu)，離子注入層的導(dǎo)電類 型和外延層、高摻雜層的導(dǎo)電類型相反，在夾層結(jié)構(gòu)中形成兩個(gè)PN結(jié)。多個(gè)夾層結(jié)構(gòu) 的肋之間為擴(kuò)散層，擴(kuò)散層的導(dǎo)電類型與外延層及襯底的導(dǎo)電類型相反。肋上的夾層結(jié) 構(gòu)與設(shè)在肋間區(qū)的擴(kuò)散層連在一起，形成庫阱，即量子庫。
以上方案中所述的半導(dǎo)體村底材料和外延層共同構(gòu)成半導(dǎo)體基礎(chǔ)層。 所述的半導(dǎo)體外延層可以為p—型，擴(kuò)散層為n+型，離子注入層為n+型，高摻雜層 為p+"型；或者，
所述的半導(dǎo)體外延層可以為n—型，擴(kuò)散層為p+型，離子注入層為p+型，高摻雜層 為11++型；
以上說明中的—、+、 w表示半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)摻雜程度，分別表示輕摻雜、重?fù)?雜和超重?fù)诫s。
所述的離子注入層的濃度為1014~1019cnr3,厚度在lnm 100nm之間。 所述高摻雜層的摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝中擴(kuò)散層的濃度， 一般可以達(dá)到
1017~1021cm—3，厚度在幾千個(gè)A左右。 所述金屬層可以是常用的金屬Al等。
所述上、下電極之間外加有背場電壓可以是在上、下電極之間外加反向偏置電壓電源。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)太陽能電池的區(qū)別十分明顯，例如
本發(fā)明設(shè)置有外延層，其厚度為15Mm 20ym之間，在器件中起著提高量子庫容 量的作用，確保最佳的輸出功率。傳統(tǒng)太陽能電池上則沒有這種結(jié)構(gòu)；倘若在傳統(tǒng)太陽 能電池上設(shè)置外延層，就會導(dǎo)致提高開路電壓和減少光電轉(zhuǎn)換率。而在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中， 是為提高轉(zhuǎn)換效率的重要條件，是一種新的結(jié)構(gòu)特征。
以上方案中太陽能電池的特殊結(jié)構(gòu)和外加的反向背場電壓電源成為提高轉(zhuǎn)換效率 的關(guān)鍵，只要使背場電壓保持額定，工作狀態(tài)穩(wěn)定，量子庫太陽能電池就能夠維持有效 的輸出功率。
本發(fā)明有以下優(yōu)化方案
1、 本量子庫太陽能電池反向背場電壓的設(shè)置原則是所述的背場電壓為反向偏置 電壓，該反向偏置電壓直流電源的內(nèi)阻小于/等于負(fù)栽蓄電池內(nèi)阻的1/N;其中的N大于 3,可以是3、 4、 5等(不排除非整數(shù)比)，理想狀態(tài)的N數(shù)值越大效果越好；其中有實(shí) 際工業(yè)使用意義的數(shù)值為6以上。隨著低內(nèi)阻甚至零內(nèi)阻電池研究的進(jìn)展，背場電壓直 流電源與負(fù)栽蓄電池內(nèi)阻的比值將可以趨近于無窮小。采用這類低內(nèi)阻電池作為背場電 壓直流電源，則本發(fā)明的轉(zhuǎn)換效率還可以進(jìn)一步提高。
2、 為了進(jìn)一步提高輸出功率，所述的背場電壓為反向偏置電壓，應(yīng)高于負(fù)栽蓄電 池電壓。
3、 對于上述第2條優(yōu)化方案的再優(yōu)化所述的反向偏置電壓始終要高于負(fù)栽蓄電 池電壓2V左右。
本發(fā)明推薦以下數(shù)據(jù)所述的背場電壓采用15V。
在傳統(tǒng)太陽能電池上施加15V或更高的背場電壓，會導(dǎo)致?lián)舸欢景l(fā)明中該背場 電壓成為有利的邊界條件之一，以便形成量子阱。
4、 所述的條狀的豎肋，可以設(shè)置成若干平行的堤壩狀，每條豎肋的寬度在幾微米 到十幾微米之間，相鄰兩條豎肋之間的距離(即肋間區(qū)寬度)為數(shù)百微米。每條豎肋與 其相鄰的肋間區(qū)構(gòu)成一個(gè)條形單元，依次連接的若千條形單元，構(gòu)成本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)。
同時(shí)，有至少一條同樣結(jié)構(gòu)的橫肋貫串所有的條形單元，將各單元并聯(lián)。肋的頂部金屬 化之后，在電池正面(負(fù)極)形成梳子狀電極結(jié)構(gòu)。
為了引線方便，上電極連接線可以設(shè)在橫肋頂部的金屬層上，所述的橫肋可以設(shè)置2條。
在半導(dǎo)體外延層的一側(cè)可以設(shè)有超重?fù)诫s多晶硅材料的高摻雜電極層，下電極連接
線直接從該高摻雜電極層中引出。
5、 本發(fā)明推薦所述的外延層厚度采用15~20微米，其電阻率為7.5 8.5。'cm;所 述離子注入層的厚度采用1~100納米；所述的高摻雜層的厚度采用亞微米量級。
6、 在有網(wǎng)地區(qū)，背場電壓電源可以不采用蓄電池，而通過變壓器和整流器組成的 電路設(shè)置背場電壓。
7、 在離子注入層和高摻雜層之間；以及離子注入層和半導(dǎo)體基礎(chǔ)層之間，可以設(shè) 置起緩沖作用的本征層(7T )。
8、 在所述襯底層的周邊通過擴(kuò)散設(shè)置隔離槽。
9、 為了獲取大的輸出電流，減小損耗，所述的半導(dǎo)體襯底材料采用超重?fù)诫s的半 導(dǎo)體材津+,其電阻率小于0.005。'cm。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案，可以有多種的實(shí)現(xiàn)方式，包括現(xiàn)有技術(shù)中的多種形式和技 術(shù)，例如設(shè)置鈍化層、減反射膜、采用柵狀電極等，均可與傳統(tǒng)太陽能電池相同。
在以上技術(shù)方案中，當(dāng)有光照時(shí)，太陽能電池板即將出口處的輸出電壓，大于背場 電壓，背場電壓的電源無法向負(fù)栽輸出電流，所以在使用過程中，背場電壓電源的電壓 基本穩(wěn)定。
本發(fā)明采用增加離子注入層和高摻雜層與外延層，并在半導(dǎo)體村底與高摻雜層之間 設(shè)背場電壓的技術(shù)方案以后，特別是在選擇了特定的背場電壓電源的小內(nèi)阻比等邊界條 件下，使太陽能電池的效率大幅度提高傳統(tǒng)太陽能電池的輸出電流為30mA;而本發(fā)明 的量子庫太陽能電池的輸出電流從可以增加到150mA;傳統(tǒng)太陽能電池的輸出電壓為0. 5V;而本發(fā)明的輸出電壓為15V左右，甚至達(dá)到17V;傳統(tǒng)太陽能電池的輸出功率一般 為0.02W/cm2，，本發(fā)明太陽能電池板的輸出功率可以達(dá)到2W/cm、在實(shí)驗(yàn)室的理想工藝 條件下，可以達(dá)到7W/cm2。
本發(fā)明的效率提高的幅度之大，是實(shí)際試驗(yàn)與檢測的結(jié)果；其數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前 太陽能發(fā)電理論的極限效率。由太陽能電池的自建電場(內(nèi)建場)與外加的直流電源電 場(外建場) 一起組成一個(gè)新的電場，這個(gè)新的總電場可使原有的空間電荷區(qū)擴(kuò)大很多
倍，在光照以后經(jīng)太陽激發(fā)的少子和熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的多子(包括利用日光中的紅外線以
及利用光照產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的多子；以及利用周邊環(huán)境熱量進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換 產(chǎn)生的多子)形成了多子傳輸體制，在本發(fā)明的邊界條件下，使熱電子的無序運(yùn)動變?yōu)?有序運(yùn)動，形成電流，從而大幅度提高轉(zhuǎn)換效率。原來傳統(tǒng)意義上的光電轉(zhuǎn)化效率已不 適用于估算本電池的轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)楸倦姵爻怆娹D(zhuǎn)化以外主要的還有熱電轉(zhuǎn)化，而周 圍的熱又難以測定，因而本電池?zé)o法用轉(zhuǎn)化效率來表示，僅用實(shí)測功率表示。其具體作 用機(jī)理的細(xì)節(jié)，需要進(jìn)一步的探討。
本發(fā)明的量子庫太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
1、 襯底準(zhǔn)備采用n型或P型的半導(dǎo)體材料；
2、 外延層的生長生長iT型或P—型的外延層；
3、 擴(kuò)散區(qū)的形成在外延層上氧化及對預(yù)定的肋間區(qū)進(jìn)行第一次光刻后，通過擴(kuò) 散，形成p+型或n+型擴(kuò)散區(qū)；
4、 離子注入層的形成再生長一層二氧化硅，隨后進(jìn)行第二次光刻在上述擴(kuò)散 區(qū)之間留出的肋的位置上刻出窗口，刻蝕掉窗口區(qū)的氧化層；注入或擴(kuò)散三或五族元素 化合物，并退火使雜質(zhì)推進(jìn)到所需的深度，形成p+型或n+型離子注入層；
5、 高摻雜層的形成在離子注入層上再生長一層二氧化硅，隨后進(jìn)行第三次光刻， 刻出窗口，生長多晶硅；進(jìn)行第四次光刻，在多晶硅上面刻蝕掉氧化層，并刻出擴(kuò)散窗 口，通過形成離子注入的辦法注入或擴(kuò)散三或五族元素化合物，或通過LPCVD方法形 成高摻雜層；
6、 金屬接觸和互聯(lián)在高摻雜層表面蒸鋁，形成蒸鋁層，進(jìn)行第五次光刻，形成 金屬電極互聯(lián)；
8、 后部封裝工藝；
9、 在電極之間連接背場電壓電源。
上述制備方法中的最后一個(gè)步驟(連接背場電壓電源)，在生產(chǎn)階段可以暫時(shí)不進(jìn) 行，而在該太陽能電池的使用時(shí)進(jìn)行連接。
以上制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)，有以下優(yōu)化方案
1、 襯底材料采用重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料，例如11++型或？++型硅，其電阻率小于0.005
2、 所述的外延層的生長步驟中，所制備的外延層厚度為15~20微米；電阻率7.5~8.5 Q -cm;
3、 所述的工藝步驟中，光刻工藝的條件為溫度控制在30 50'C，時(shí)間3 5分鐘；
4、 所述的擴(kuò)散步驟中，工藝的條件為溫度控制在1000-i20(TC，時(shí)間16~20分鐘；
5、 所述的離子層形成步驟中，工藝的條件為在50千伏下注入三或五族元素化合 物，溫度控制在100(TC,時(shí)間約3小時(shí)，濃度1014~1019cm—3;厚度控制在lnm 100nm, 寬度為幾微米至幾十微米；
6、 所述的高摻雜層形成步驟中，采用原位摻雜工藝的條件為溫度控制在550 650 。C，真空度控制在10-5乇，保溫三小時(shí)，生長摻砷多晶硅，厚度控制在l微米左右；濃 度1017~1021cm—3;寬度為幾^f鼓米至幾十微米；
7、 在金屬互聯(lián)步驟中，在高摻雜注入?yún)^(qū)表面蒸鋁層的工藝的條件為溫度1148 。C，襯底溫度250。C,恒溫8 12分鐘，在高摻雜層上形成表面蒸鋁層；
8、 在連接背場電壓電源的步驟中，背場電壓電源的電壓為加在電極間的反向偏置 電壓，使得器件的反向偏置電壓為0.1 3V。若負(fù)栽為蓄電池，直流電源內(nèi)阻小于/等于蓄 電池的1/N, N的最佳值等于或大于6。
本發(fā)明克服了傳統(tǒng)太陽能電池光單位面積輸出功率過低等不足，提供的新結(jié)構(gòu)的量 子庫太陽能電池，在進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的同時(shí)，更能夠充分吸收"熱能栽流子"產(chǎn)生電流， 形成本電池的主體電流，從而使轉(zhuǎn)換效率得到質(zhì)的飛躍。本發(fā)明提供的這種新結(jié)構(gòu)量子 庫太陽能電池的制備工藝是成熟工藝，可以實(shí)現(xiàn)大賴j莫的工業(yè)生產(chǎn)。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1,量子庫太陽能電池，由太陽能電池板與背場電壓的直流電源串聯(lián)構(gòu)成， 其結(jié)構(gòu)參照圖l:超重?fù)诫sn^型硅襯底1下面設(shè)有金屬電極層14，并連接有下電極6， n++ 垔硅襯底1上設(shè)有輕摻雜的n—型硅外延層10，該外延層10的厚度為15~20微米，其上 設(shè)有多條相互平行的豎11和兩條橫肋13,豎肋U橫肋13圍成的區(qū)間為肋區(qū)間12;豎 肋11上設(shè)有p+型離子注入層3和iT型高摻雜層4，高摻雜層4覆蓋離子注入層3，在高 摻雜層4上覆蓋有金屬鋁層9;上電極7連接在橫肋13的頂部的金屬鋁層9上；肋間區(qū) 內(nèi)為p+型擴(kuò)散層2，該擴(kuò)散層2上設(shè)有氧化層5;同時(shí)，在上下電極7、 6之間外接有直 流背場電壓的電源15,其背場電壓為15V，其內(nèi)阻小于或等于負(fù)栽蓄電池內(nèi)阻的六分之
離子注入層3夾在n—型外延層1與n"型高滲雜層4之間，形成上下兩個(gè)PN結(jié)， 構(gòu)成n++、 p+、 n—夾層結(jié)構(gòu)。p+型離子注入層3被11++高滲雜層4覆蓋，厚度為lnm 100nm。 就電池整體而言，n++、 p+、 n—夾層結(jié)構(gòu)呈肋狀排列，每條豎肋ll的寬度在幾微米到十幾 微米之間，其互相之間為p+型擴(kuò)散層2形成的矩形區(qū)域，相鄰兩條豎肋11之間的距離 (即肋間區(qū)寬度)為數(shù)百微米。擴(kuò)散層2上表面蓋有氧化層5,工作時(shí)用以接收太陽能入 射能。此外，各n, p+、 iT夾層結(jié)構(gòu)形成的肋11、 13為金屬鋁層5所連接。電極6和7 分別從金屬電極層14和橫肋13頂端的鋁層5上引出。
本實(shí)施例納米量子庫太陽能電池的具體制備工藝如圖2所示，包括以下步驟
1、 襯底準(zhǔn)備采用重?fù)诫s的iT聖硅半導(dǎo)體材料，電阻率小于0.005Q'cm;選用標(biāo) 準(zhǔn)的(100)晶面；
2、 外延層的生長外延生長一層輕摻雜的iT硅，所制備的外延層厚度為15~20微 米；電阻率7.5 8.5Q'cm;
3、擴(kuò)散層的形成約5份干氧加60份濕氧再加5份干氧，氧化溫度控制在1100 。C,使n—型外延層IO表面再生長一層二氧化硅；溫度控制在40。C,時(shí)間4分鐘，刻蝕 掉擴(kuò)散區(qū)的氧化層，形成擴(kuò)散窗口；溫度控制在1100'C，時(shí)間18分鐘，通過在n—型硅 外延層的肋區(qū)間12上的硼擴(kuò)散，雜質(zhì)推進(jìn)深度為微米級，形成p+擴(kuò)散層2;
4、 離子注入層的形成約30分鐘濕氣加40份千氧，溫度控制在1050。C,再生長 一層二氧化硅，隨后進(jìn)行第二次光刻，在各擴(kuò)散區(qū)之間的豎肋11和橫肋13的位置上刻 蝕掉氧化層；在50千伏下注入三氟化棚，溫度控制在1000。C，時(shí)間約3小時(shí)，厚度控制 在lnm 100nm,濃度1014~1019cm—3，退火形成離子注入層3;
5、 高摻雜層的形成進(jìn)行第三次光刻，在離子注入層3表面刻出窗口，并刻蝕掉 氧化層，生長多晶硅；進(jìn)行第四次光刻，溫度控制在60(TC，真空度控制在10-5乇，保溫 三小時(shí)，濃度1017~1021cm—3，對多晶硅摻砷，形成高摻雜層4;
6、 金屬互聯(lián)再進(jìn)行第五次光刻，在高摻雜層4表面刻出窗口，并刻蝕掉氧化層， 在溫度1148X:,襯底溫度250°C,恒溫10分鐘的條件下，在高摻雜層4上表面蒸鋁層5, 形成梳狀電極結(jié)構(gòu)；
7、 在橫肋頂部的蒸鋁層上連接上電極，之后進(jìn)行進(jìn)行減薄、背面金屬化、劃片、 裝架、封裝；
8、 在電極之間連接背場電壓電源。 實(shí)施例2
圖2所示的實(shí)施例2與實(shí)施例1的主要區(qū)別該半導(dǎo)體村底1為p"型，外延層為p 一型，擴(kuò)散層2為n+型，離子注入層3為n+型，高摻雜層4為？++型。
此外，高滲雜層采用摻雜多晶硅，摻雜多晶硅不僅可以作為摻雜擴(kuò)散源，還可以作 為互連引線，在半導(dǎo)體外延層的一側(cè)的高滲雜電極層8直接用作下電極6的引出電極。 這樣不僅電極的引出更加方便，可以實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)，用單晶硅即可制作，成本更低。
本實(shí)施例量子庫太陽能電池的制備方法與實(shí)施例1的不同之處是在擴(kuò)散層形成步 驟中，以磷擴(kuò)散取代硼擴(kuò)散；在離子注入層形成步驟中，以三氟化磷離子注入取代三氟 化硼離子注入；在高摻雜層形成步驟中，以生長摻硼多晶硅取代生長摻砷多晶硅。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他變化形式。例如，在高摻雜層與離子注入層 之間、以及離子注入層與襯底之間也可以設(shè)置本征層(7T )起緩沖作用。以及為了減小 漏電流，在襯底周邊通過擴(kuò)散設(shè)置p+或n+隔離槽(為了降低成本，也可不設(shè)置隔離槽)。
權(quán)利要求
1、一種量子庫太陽能電池，由半導(dǎo)體襯底、擴(kuò)散層和上、下電極構(gòu)成，其特征在于，在所述的半導(dǎo)體襯底層上設(shè)有和半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相同的輕摻雜的外延層，在該外延層上設(shè)有肋所述的肋為長條狀結(jié)構(gòu)，包括多條平行的豎肋和至少有一條橫肋，橫肋貫穿連接多條平行的豎肋；豎肋和橫肋圍成的區(qū)間為肋區(qū)間；在所述的長條狀的肋上設(shè)有和外延層導(dǎo)電類型相反的納米離子注入層、和離子注入層導(dǎo)電類型相反的高摻雜層，高摻雜層覆蓋在納米離子注入層上，在高摻雜層上覆蓋有金屬層；上電極引線連接在橫肋上的金屬層上；所述擴(kuò)散層設(shè)置在整個(gè)肋間區(qū)內(nèi)，其導(dǎo)電類型與外延層的導(dǎo)電類型相反，該擴(kuò)散層上設(shè)有氧化層；同時(shí)，在上、下電極之間外加有背場電壓。
2、 按照權(quán)利要求1所迷的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的背場電壓為反向偏置電壓，該反向偏置電壓的直流電源的內(nèi)阻小于或等于負(fù)栽蓄電池內(nèi)阻的1/N;其中 N的數(shù)值大于6。
3、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的背場電壓高于 負(fù)栽蓄電池電壓。
4、 按照權(quán)利要求3所迷的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的背場電壓始終 高于負(fù)栽蓄電池電壓2V左右。
5、 按照權(quán)利要求3所迷的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的背場電壓采用15V。
6、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的每條豎肋的寬 度在幾微米到十幾微米之間，相鄰兩條豎肋之間的距離為數(shù)百微米。
7、 按照權(quán)利要求6所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的橫肋共設(shè)置有2 條，上電極連接在該橫肋頂部的金屬層上。
8、 按照權(quán)利要求6所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，在半導(dǎo)體外延層的一 側(cè)設(shè)有超重?fù)诫s多晶硅材料的高摻雜電極層，下電極連接線直接從該高摻雜電極層中引 出。
9、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的外延層厚度采 用15~20納米，其電阻率為7.5-8.5Q cm;所述離子注入層的厚度采用1~100納米，其 摻雜濃度為1014~1019 cm—3;所述的高摻雜層的厚度采用亞微米量級；其摻雜濃度為 10〃-102'cm一J。
10、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，在有網(wǎng)地區(qū)，背場電壓電源是通過變壓器和整流器組成的背場電壓電源電路。
11、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的半導(dǎo)體襯底材料采用超重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料，其電阻率小于0.005 Q'cm。
12、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述的所述半導(dǎo)體襯 底為iT型硅、外延層為iT型硅，所述擴(kuò)散層為p+型硅，所述高摻雜層為n++型超重?fù)?雜多晶硅。
13、 按照權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為？++ 型硅、外延層為p—型硅，所述擴(kuò)散層為n+型硅，所述高摻雜層為？++型超重?fù)诫s多晶硅。
14、 按照權(quán)利要求1~13之一所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，在負(fù)栽電路 上，經(jīng)過一個(gè)直流升壓器連接有一個(gè)充電支路，該支路連接在背場電源上。
15、 按照權(quán)利要求1~13之一所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，在所迷襯底 層的周邊通過擴(kuò)散設(shè)置有隔離槽。
16、 按照權(quán)利要求1~13之一所述的量子庫太陽能電池，其特征在于，在離子注入 層和高摻雜層之間；以及離子注入層和半導(dǎo)體基礎(chǔ)層之間，設(shè)置有起緩沖作用的本征層。
17、 一種權(quán)利要求1所述的量子庫太陽能電池的制備方法，包括以下步驟(1) 、村底準(zhǔn)備采用n型或P型的半導(dǎo)體材料；(2) 、外延層的生長生長iT型或P—型的外延層；(3) 、擴(kuò)散區(qū)的形成在外延層上氧化及對預(yù)定的肋間區(qū)進(jìn)行第一次光刻后，通過擴(kuò) 散，形成p+型或n+型擴(kuò)散區(qū)；(4) 、離子注入層的形成再生長一層二氧化硅，隨后進(jìn)行第二次光刻在上述擴(kuò)散 區(qū)之間留出的肋的位置上刻出窗口 ，刻蝕掉窗口區(qū)的氧化層；注入或擴(kuò)散三或五族元素 化合物，并退火使雜質(zhì)推進(jìn)到所需的深度，形成p+型或n+型離子注入層；(5) 、高摻雜層的形成在離子注入層上再生長一層二氧化硅，隨后進(jìn)行第三次光刻， 刻出窗口，生長多晶硅；進(jìn)行第四次光刻，在多晶硅上面刻蝕掉氧化層，并刻出擴(kuò)散窗 口，通過注入或擴(kuò)散三或五族元素化合物，用離子注入的辦法或LPCVD方法形成超重 摻雜的高摻雜層；(6) 、金屬接觸和互聯(lián)進(jìn)行第五次光刻，在高摻雜層表面蒸鋁，形成蒸鋁層，形成 金屬電極互聯(lián)； (7) 、后部封裝工藝；(8) 、在電極之間連接背場電壓電源。
18、 按照權(quán)利要求17所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述的 半導(dǎo)體襯底材料采用重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料，其電阻率小于0.005。-cm;
19、 按照權(quán)利要求17所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述的 工藝步驟中，所制備的外延層厚度為10~20納米。
20、 按照權(quán)利要求17所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所制備 的離子注入層，其厚度1 100納米、濃度1014 1019cnT3。
21、 按照權(quán)利要求17所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所制備 的高摻雜層的摻雜濃度為1017~1021cm—3,厚度在0.7tim 0.9pm之間。
22、 按照權(quán)利要求15~21之一所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于， 所述的工藝步驟中，光刻工藝的條件為溫度控制在30~50'C，時(shí)間3 5分鐘；所迷的擴(kuò)散步驟中，工藝的條件為溫度控制在1000~1200°C,時(shí)間16 20分鐘；所述的離子層形成步驟中，工藝的條件為在50千伏下注入三或五族元素化合物， 溫度控制在IOOO'C,時(shí)間約3小時(shí)；所述的高摻雜層形成步驟中，采用原位摻雜工藝的條件為溫度控制在550-6500'C， 真空度控制在10-5,保溫三小時(shí)；所述的金屬接觸和互聯(lián)步驟中，在高摻雜注入?yún)^(qū)表面蒸鋁層的工藝的條件為溫 度U48。C，襯底溫度250'C，恒溫8-12分鐘，在高摻雜層上形成表面蒸鋁層；在連接背場電壓電源步驟中，背場電壓電源加在電極間的背場電壓為1~3伏，其內(nèi) 阻小于或等于外接負(fù)栽蓄電池的內(nèi)阻的1/6。
23、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述擴(kuò) 散層形成步驟中，溫度控制在1100'C,時(shí)間18分鐘，通過在n—型硅半導(dǎo)體外延材料的 擴(kuò)散區(qū)上硼擴(kuò)散，形成p+型擴(kuò)散層。
24、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述擴(kuò) 散層形成步驟中，溫度控制在1100'C，時(shí)間18分鐘，通過在p—型硅半導(dǎo)體外延材料的 擴(kuò)散區(qū)上磷擴(kuò)散，形成n+型擴(kuò)散層。
25、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述離 子注入層形成步驟中，所述三或五族元素化合物為三氟化硼。
26、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述離 子注入層形成步驟中，所述三或五族元素化合物為三氟化磷。
27、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述高 摻雜層的形成步驟中，所述超重?fù)诫s多晶硅為超重砷摻雜多晶硅。
28、 按照權(quán)利要求22所述的量子庫太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述高 摻雜層的形成步驟中，所述超重?fù)诫s多晶硅為超重硼摻雜多晶硅。
全文摘要
一種量子庫太陽能電池，由半導(dǎo)體襯底、擴(kuò)散層和上、下電極構(gòu)成，在所述的半導(dǎo)體襯底層上設(shè)有和半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相同的輕摻雜的外延層，在該外延層上設(shè)有肋所述的肋為長條狀結(jié)構(gòu)，包括多條平行的豎肋和至少有一條橫肋，橫肋貫穿連接多條平行的豎肋；豎肋和橫肋圍成的區(qū)間為肋區(qū)間；在所述的長條狀的肋上設(shè)有和外延層導(dǎo)電類型相反的納米離子注入層、和離子注入層導(dǎo)電類型相反的高摻雜層，高摻雜層覆蓋在納米離子注入層上，在高摻雜層上覆蓋有金屬層；上電極引線連接在橫肋上的金屬層上；所述擴(kuò)散層設(shè)置在整個(gè)肋間區(qū)內(nèi)，其導(dǎo)電類型與外延層的導(dǎo)電類型相反，該擴(kuò)散層上設(shè)有氧化層；同時(shí)，在上、下電極之間外加有背場電壓。
文檔編號H01L31/06GK101167192SQ200680011194
公開日2008年4月23日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者陳鐘謀 申請人:陳鐘謀