硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法

摘要

本发明为硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法，解决在SF₆气氛中激光掺硫形成黑硅，半导体非晶硅薄膜层硫元素的掺入量低且不稳定，在厚度到微米量级的非晶层中掺入5×10¹⁸-10²⁰/cm³生长周期长，效率低，近红外光波段光电转换效应非常微弱的问题。在商用太阳能电池衬底芯片表面上激光外延生长含S/Si半导体合金层0.5-3.5µm厚度。在N₂气氛中利用脉冲宽度为1-800ns脉冲激光，控制能量密度使太阳能电池表面上含硫的Si膜材料温度达到熔点。大约宽1mm×30mm高的带状ns激光，以50-500µm/s速度对其进行扫描，使其表面形成高浓度硫掺杂的具有多晶结构的n⁺(s)型硫硅半导体合金层，掺硫浓度为5×10¹⁸-10²⁰/cm³。n⁺(s)合金层与衬底电池的掺P的n(p)型层构成n⁺(s)/n(p)异质结。

主权项

硫硅半导体合金叠层太阳能电池的制作方法，其特征在于包含以下步骤：1）将硅基太阳能电池衬底芯片清洗烘干后，放置于真空镀膜机真空室内旋转支架上，2）用高真空电子束镀膜装置，真空度优于3´10^‑3Pa，电子束加热装置的束流100‑350mA，蒸镀时间5‑30min，石墨坩埚盛Si块，衬底芯片置于旋转支架上，旋转支架转速5‑10圈/分，蒸镀第一层Si膜，厚度0.1‑1µm，3）关闭电子束加热装置，开启钼舟热电阻加热器，加热电流50‑350A，钼舟内盛高纯S粉末0.05‑0.15g重量，在衬底芯片的第一层Si膜上蒸镀第二层S膜，厚度0.1‑0.5µm，关闭钼舟加热器，4）用步骤2）同样工艺在衬底芯片的第二层S膜蒸镀第三层Si膜，厚度控制在0.3‑1µm，在衬底芯片的表面形成Si/S/Si三层膜，5）关闭电子束加热装置，开启旋转支架的电加热器，3´10^‑3 Pa高真空度下升温至80‑300℃，将Si/S/Si三层膜进行真空退火处理10‑30分钟，使液态S原子向多孔的Si膜中扩散迁移，S均匀分布在多孔的Si膜中，3´10^‑3 Pa高真空度下的退火处理，防止S原子的氧化，6）将衬底芯片从高真空镀膜机真空室取出，置于高温退火炉或高温氧化炉，在300‑800℃高温、N₂保护下热处理5‑30分钟，使衬底芯片表面上的多层薄膜转变成S均匀分布致密的S/Si混合物，防止ns激光外延生长S/Si合金，S原子的外扩散造成合金体中S原子浓度的降低，7）将衬底芯片置于可移动的真空室中，充入高纯N₂至1个大气压，8）用激光带产生装置将纳秒激光整形，形成激光带，9）将上述激光带扫描置于可移动的真空室中的衬底芯片，在其表面形成平行等间距的条状n⁺(s)型S/Si半导体合金层，呈现多晶结构。