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CN202196801U - 光电转换装置 - Google Patents

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CN202196801U
CN202196801U CN2011201758367U CN201120175836U CN202196801U CN 202196801 U CN202196801 U CN 202196801U CN 2011201758367 U CN2011201758367 U CN 2011201758367U CN 201120175836 U CN201120175836 U CN 201120175836U CN 202196801 U CN202196801 U CN 202196801U
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CN
China
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electrode
semiconductor substrate
sensitive surface
hole
semiconductor
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CN2011201758367U
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章灵军
吴坚
张凤
王栩生
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CSI Cells Co Ltd
Original Assignee
CSI Cells Co Ltd
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Priority to US13/193,458 priority patent/US8916410B2/en
Priority to US13/193,470 priority patent/US9153713B2/en
Priority to US13/193,433 priority patent/US9281435B2/en
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Abstract

本实用新型提供了一种光电转换装置，具有受光面和背光面，主要包括：任意导电类型的半导体基板和贯穿该半导体基板的孔洞，并且仅在半导体基板的受光面上设置与半导体基板导电类型相反的半导体。通过上述本实用新型中仅在受光面处设置半导体，并且基于导电类型相反的半导体基板和该半导体构成可实现受光面上的光转换为电的结构，以便于实现在增加光电转换效率的同时，降低制造成本和制作步骤、时间的目的。

Description

光电转换装置
技术领域
本实用新型涉及光电转换技术和半导体制造领域，更具体的说是涉及一种光电转换装置。 
背景技术
当人们对常规能源的持续使用造成常规能源紧缺以及环境恶化的问题时，在如今倡导节约型能源社会的时机中，大力发展和推广可再生能源成为解决上述问题的最好途径。而在可再生能源中，基于地域限制小、应用范围广、绿色无污染、可持续利用率高等优点，利用光能(尤其是太阳能)发电，则成为继水能和风能后，最佳的提供电能源的方式。 
太阳光发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。目前太阳能电池有很多种类和结构。传统的做法是将光电池的正负极分别置于受光面和背光面，同类光电池可通过低电阻的金属实现正负互联。但是，传统的光电池由于受光面很多区面积被电极遮挡容易损失一部分电流，因此，为改善上述结构带来的光电转化的损失，最近的现有技术中主要采用两种结构的光电池。 
一种，其特点是电池的正负极均在背光面，因而可减少受光面的遮光，增加光电转换效率，且利于光电池之间的相互连接。具体为：将具有光生伏特效应的PN结设置在器件的背光面，而受光面不设PN结，详参考文献(R.A.Sinton，Y.Kwark，J.Y.Gan，R.M.Swanson，IEEE Electron Device Letters，Vol.ED-7.No.10，October1986)。但是，由于该类结构的电池需要质量极佳的硅片(主要是少数载流子寿命足够大)，以保证受光面产生的电流能穿越整个基区达到背光面的电极，所以其制造成本较高并不利于大面积推广。 
另一种，其特点是将具有光生伏特效应的PN结仍然做在器件的受光面和背光面上，同时，设置多个贯穿整个器件的孔洞，并使孔洞内壁设置的低电阻的电极与受光面上的电极相连接。从而使受光面产生的光电流由孔洞内的 电极传导至器件背光面上相应电极处。采用该种设置可以解决前一种光电池的弱点，利用现有水平的硅片即可生产制造出更高光电转化效率的光电池，且不会增加成本。 
但是，如图1所示，该种在受光面、背光面、以及孔洞内壁均设置有PN结的光电池，其要形成双面以及孔内的PN结，与单面PN结相比不仅产量低，同时，背光面的PN结还需要基于额外的绝缘方式来防止背光面的正负极短路，因此，在形成该结构的光电池时需要更多繁琐的制造步骤，会花费更多的时间。 
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种光电转换装置，在实现增加光电转换效率的基础上，以克服现有技术中光电池制作步骤繁琐花费较多时间，容易增加制作成本的问题。 
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 
一种光电转换装置，具有受光面和背光面，包括： 
半导体基板(1)； 
贯穿所述半导体基板(1)的孔洞(3)，所述孔洞(3)的内壁导电类型与所述半导体基板(1)相同； 
仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上且与半导体基板(1)导电类型相反的半导体(2)； 
位于所述孔洞(3)内并与孔洞(3)的内壁直接接触的电极(9)。 
优选地，包括：当所述半导体基板(1)的导电类型为P型时，仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上的所述半导体(2)的导电类型为N型。 
优选地，包括：当所述半导体基板(1)的导电类型为N型时，仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上的所述半导体(2)的导电类型为P型。 
优选地，还包括： 
设置于所述半导体(2)表面的介质膜(4)。 
优选地，还包括： 
在所述半导体基板(1)的背光面上设置有与其导电类型相同的掺杂物质层或介质膜； 
或者，在所述半导体基板(1)的背面上设置有与其导电类型相同的掺杂物质层和介质膜。 
优选地，还包括： 
设置于所述半导体(2)上收集并传导所述受光面产生的电流的电极(5)。 
优选地，还包括： 
位于所述受光面上并设于所述孔洞(3)上方的电极(10)； 
所述电极(10)与所述电极(5)电性相连，传导所述电极(5)上汇集的电流。 
优选地，还包括： 
设置于所述半导体基板(1)的背光面处的所述孔洞(3)上的电极(8)，所述孔洞(3)内的电极(9)两端分别与所述电极(10)和电极(8)电学连通。 
优选地，包括： 
所述电极(8)、电极(9)和电极(10)的构成包括：全空心、部分空心或全实心填充中的任一结构。 
优选地，所述受光面上的电极(10)与所述背光面上的电极(8)均为全实心填充结构，而孔洞(3)内的电极(9)为全空心结构。 
优选地，所述受光面上的电极(10)与背光面上的电极(8)，孔洞(3)内的电极(9)以及电极(5)的材料或制作方式同样可以采用全部相同的、部分相同的或者全部不同的方式进行。 
优选地，还包括： 
设置于所述背光面上的电极(7)； 
所述电极(7)与所述电极(8)仅靠空气绝缘隔离且电极极性相反，所述电极(7)收集传导与所述受光面上电流电性相反的电流。 
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种光电转换装置，基于任意导电类型的半导体基板和贯穿该半导体基板的孔洞，以及仅在半导体基板的受光面上设置与半导体基板导电类型相反的半导体。本实用新型通过由半导体基板，以及仅设置其上的导电类型相反的半导体构 成的结构，使得孔洞内壁上不设有PN结或绝缘层，孔洞内的电极与孔洞内壁可直接接触，大大减少了漏电率，实现将受光面上的光转换为电，以便于在实现增加光电转换效率的同时降低制造成本和制作步骤、时间的目的。 
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 
图1为现有技术中的光电池的一种PN结构示意图； 
图2为本实用新型实施例公开的一种光电转换装置的半导体基板与其上的半导体的结构示意图； 
图3为本实用新型实施例公开的一种光电转换装置的结构示意图； 
图4为本实用新型示例一公开的一种光电转换装置的结构示意图； 
图5为本实用新型示例二公开的一种光电转换装置的结构示意图； 
图6为本实用新型示例三公开的一种光电转换装置的结构示意图； 
图7为本实用新型示例四公开的一种光电转换装置的结构示意图； 
图8为本实用新型示例五公开的一种光电转换装置的结构示意图。 
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 
由背景技术可知，现有技术中进行光电转换的光电池的结构为在受光面、背光面、以及孔洞内壁均设置有PN结，但是采用现有技术在形成双面以及孔内的PN结与单面PN结相比，不仅产量低，同时，背光面的PN结还需要基 于额外的绝缘方式来防止背光面的正负极短路，因此，在形成该结构时需要更多繁琐的制造步骤，会花费更多的时间而且基于该种结构进行光电转换的效率并没有达到更高。 
因此，本实用新型提供了一种光电转换装置，通过处于受光面处的任意导电类型的半导体基板，以及设置其上的导电类型相反的半导体构成可实现将受光面上的光转换为电的结构，以便于实现增加光电转换效率的同时降低制造成本和制作步骤、时间的目的。具体内容通过以下实施例进行详细说明。 
实施例
请参见附图2和附图3，主要包括：任意导电类型的半导体基板1；贯穿所述半导体基板1的内壁的孔洞3，并且该孔洞3的内壁的导电类型与半导体基板1相同；设置于所述半导体基板1的受光面上与其导电类型相反的半导体2，所述半导体2与所述半导体基板1形成的结构作为受光面上的发射极。 
需要说明的是，由于半导体基板1与设置于受光面上的半导体2的导电类型不同，因此，当该半导体基板1的导电类型为P型时，设置于受光面上的半导体2的导电类型为N型；当该半导体基板1的导电类型为N型时，设置于受光面上的半导体2的导电类型为P型。此外，对于本实用新型中公开的半导体基板1的导电类型并不仅限于上述P型、或者N型结构，该半导体基板1也可以是其他新兴的导电结构。 
由图3所示，半导体2只位于受光面，为了减少受光面的光反射需要钝化受光面，因此在半导体2上设置用于减少光反射和钝化受光面的介质膜4。 
而对于半导体基板1的背光面的钝化，则采用在半导体基板1的背光面上设置与半导体基板1导电类型相同的掺杂物质6；或者设置介质膜6；或者兼并与该半导体基板1导电类型相同的掺杂物质和介质膜6设置于背光面上。 
如图3所示，在位于受光面处的半导体2上设置有电极5，该电极5用于收集并传导受光面上产生的电流，该电极5的个数和形状可根据具体情况进行设定。 
孔洞3贯穿半导体基板1，在位于半导体基板1的受光面处的孔洞3上设置有电极10，该电极10与电极5相连，用于传导收集或汇集在电极5上的电 流，该电极10可以传导全部电极5上汇集的电流，也可以传导部分电极5上汇集的电流。 
在本实用新型所公开的光电转换装置内，孔洞3的内壁上不设PN结，该孔洞3内设置有电极9且电极9直接与孔洞3的内壁接触，该电极9与电极10相连，用于传导电极10收集和/或传导的受光面生成的电流；而半导体基板1的背光面处的孔洞3上则设置有电极8，该电极8与电极9相连，用于接收经电极9传导的受光面生成的电流。 
在半导体基板1的背光面上设置有电极7，该电极7用于收集并传导与受光面所产生的电流电性相反的电流，并且电极8与电极7之间的电极极性相反。为避免该装置短路，因此，在制作的过程中使电极7与电极8之间不相连，同时，由于电极8和电极7作为本实用新型公开的光电转换装置产生的电流正负极均设置于背光面上，便于相同类型的该装置之间的连接，并且不会遮挡受光面的光吸收，从而提高了光电转化的效率。 
针对上述进行光电转换的过程具体为，受光面进行光吸收并产生电流(正电性或负电性)，然后经过位于受光面处的电极5对产生的电流进行收集或汇集，并传导至位于受光面处的孔洞3上的电极10上，而后由电极10将电流通过孔洞3内的电极9传导至位于背光面处的孔洞3上的电极8处，位于背光面上的电极7则收集与电极8上的电流电性相反的电流。需要说明的是，针对半导体基板1和半导体2的导电类型的不同，受光面上产生的电流的电性有所不同，即电极8所接收到的电流的电性也有所不同。 
需要说明的是，上述电极8、电极9和电极10的构成包括：全空心、部分空心或全实心填充的相同结构或任一结构，即电极8、电极9和电极10可采用相同的填充结构，也可以分别采用上述三种不同的填充结构。 
此外，在本实用新型所公开的装置的制作过程中，电极5、电极7、电极8、电极9和电极10的材料或制作方式同样可以采用全部相同的、部分相同的或者全部不同的方式进行。 
在上述本实用新型所公开的装置的基础上，构成发射极的半导体基板1和半导体2可制作成为可进行多次反射的结构，以便于增加光吸收，从而进一步提高光转换为电的效率。 
在上述本实用新型所公开的装置的基础上，在设置孔洞3时，该孔洞3可采用物理或化学的方法形成，即可采用激光钻孔、机械钻孔或化学腐蚀不同的方式形成。 
通过采用上述本实用新型所公开的装置，与现有技术中的装置进行对比可知，本实用新型所公开的光电转换装置上，由于只在受光面上设置与半导体基板导电类型相反的半导体，并形成可将受光面上的光转换成为电的结构，而背光面上和孔洞内都不设置半导体，现有技术相比不需要进行绝缘。 
因此，采用上述该装置的结构，即基于处于受光面处的由半导体基板，以及仅设置其上的导电类型相反的半导体构成的结构，实现将受光面上的光转换为电，以便于在实现增加光电转换效率的同时降低制造成本和制作步骤、时间的目的。 
由于，在制作的过程中上述本实用新型公开的装置内的各部件的结构存在多样性的情况，并且其可以任意组合，因此以下采用具体的示例对该装置存在多样性的结构进行详细描述。 
示出一示例一： 
请参阅附图4，为本实用新型公开的具体的光电转换装置的结构示意图，其结构主要为： 
半导体基板1采用P型Si，设置于受光面处的半导体2采用与半导体基板1导电类型相反的N型Si，使两者作为该装置的发射极，在受光面上构成PN结。 
在该半导体基板1上设置孔洞3，在该示例中在该半导体基板1上设置9个贯穿该半导体基板1的孔洞3，并且在该装置的背光面和孔洞3内壁上不设置PN结。 
在该具体示例中，上述作为发射极的N型半导体2上设置SiO2膜4以减少光反射并钝化受光面；在背光面上则设置P+掺杂层6。 
位于受光面上的所有电极5与孔洞3上的电极10直接相连，在该具体示例中，受光面上的电极5与孔洞3上的电极10、位于孔洞3内的电极9、位于背光面的孔洞3上的电极8均采用相同的材料构成，电极8、9、10连为一体而形成“工”子型。 
位于背光面上的电极7仍然收集并传导与受光面电流电性相反的电流。 
需要说明的是，在该示出的示例一中，电极8、电极9和电极10均采用空心结构，且位于孔洞3内的电极9与孔洞3的内壁直接接触，两者之间不设置有绝缘层，可减少漏电率，提高光电转换率和生产效率。 
示出一示例二： 
请参阅附图5，为本实用新型公开的具体的光电转换装置的结构示意图，其结构主要为： 
半导体基板1采用N型Si，设置于受光面处的半导体2采用与半导体基板1导电类型相反的P型Si，使两者作为该装置的发射极，在受光面上构成PN结。 
在该半导体基板1上设置孔洞3，在该示例中在该半导体基板1上设置20个贯穿该半导体基板1的孔洞3，并且在该装置的背光面和孔洞3内壁上不设置PN结。 
在该具体示例中，上述作为发射极的P型半导体2上设置SiO2膜4以减少光反射并钝化受光面；在背光面上则依次设置N+掺杂层和SiO2介质膜6。 
位于受光面上的所有电极5与孔洞3上的电极10直接相连，在该具体示例中，受光面上的电极5与孔洞3上的电极10采用相同材料构成，而位于孔洞3内的电极9与位于背光面的孔洞3上的电极8采用另一种相同的材料构成。 
位于背光面上的电极7仍然收集并传导与受光面电流电性相反的电流。 
需要说明的是，在该示出的示例二中，电极8、电极9和电极10均采用实心结构，且位于孔洞3内的电极9与孔洞3的内壁直接接触，两者之间不设置有绝缘层和PN结，可减少漏电率，提高光电转换率和生产效率。 
示出一示例三： 
请参阅附图6，为本实用新型公开的具体的光电转换装置的结构示意图，其结构主要为： 
半导体基板1采用P型Si，设置于受光面处的半导体2采用与半导体基板1导电类型相反的N型Si，使两者作为该装置的发射极，在受光面上构成PN结。 
在该半导体基板1上设置孔洞3，在该示例中在该半导体基板1上形成设置25个贯穿该半导体基板1的孔洞3，并且在该装置的背光面和孔洞3内壁上不设置PN结。 
在该具体示例中，上述作为发射极的N型半导体2上设置SiNx(氮化硅)膜4以减少光反射并钝化受光面；在背光面上则设置P+掺杂层6。 
在该具体示例中，部分电极5与电极10相连，所有受光面上的电极5将收集到的电流先汇集至部分电极5上，再通过电极10进行传导。其中，电极5、电极10与电极9采用同一种材料构成，而电极8则采用另一种不同的材料构成。 
位于背光面上的电极7仍然收集并传导与受光面电流电性相反的电流。 
需要说明的是，在该示出的示例三中，电极10和电极9采用空心结构，而电极8则采用实心填充的结构，且位于孔洞3内的电极9与孔洞3的内壁直接接触，两者之间不设置有绝缘层，可减少漏电率，提高光电转换率和生产效率。 
示出一示例四： 
请参阅附图7，为本实用新型公开的具体的光电转换装置的结构示意图，其结构主要为： 
半导体基板1采用P型Si，设置于受光面处的半导体2采用与半导体基板1导电类型相反的N型Si，使两者作为该装置的发射极，在受光面上构成PN结。 
在该半导体基板1上设置孔洞3，在该示例中在该半导体基板1上设置40个贯穿该半导体基板1的孔洞3，并且在该装置的背光面和孔洞3内壁上不设置PN结。 
在该具体示例中，上述作为发射极的N型半导体2上设置SiNx膜4以减少光反射并钝化受光面；在背光面上则设置P+掺杂层6。 
在该具体示例中，部分电极5与电极10相连，所有受光面上的电极5将收集到的电流先汇集至部分电极5上，再通过电极10进行传导。其中，孔洞3上的电极10与位于背光面孔洞3上的电极8采用同一种材料构成，而位于孔洞3内的电极9则采用另一种不同的材料构成。 
位于背光面上的电极7仍然收集并传导与受光面电流电性相反的电流。 
需要说明的是，在该示出的示例三中，电极9采用空心结构，而电极8和电极10则采用实心填充的结构，且位于孔洞3内的电极9与孔洞3的内壁直接接触，两者之间不设置有绝缘层，可减少漏电率，提高光电转换率和生产效率。 
示出一示例五： 
请参阅附图8，为本实用新型公开的具体的光电转换装置的结构示意图，其结构主要为： 
半导体基板1采用N型Si，设置于受光面处的半导体2采用与半导体基板1导电类型相反的P型Si，使两者作为该装置的发射极，在受光面上构成PN结。 
在该半导体基板1上设置孔洞3，在该示例中在该半导体基板1上设60个贯穿该半导体基板1的孔洞3，并且在该装置的背光面和孔洞3内壁上不设置PN结。 
在该具体示例中，上述作为发射极的P型半导体2上设置SiNx和SiO2叠层膜4以减少光反射并钝化受光面；在背光面上则设置N+掺杂层6。 
位于受光面上的所有电极5与孔洞3上的电极10直接相连，在该具体示例中，受光面上的电极5与孔洞3上的电极10采用同一种材料构成，而孔洞3内的电极9的一部分与电极5材料相同，电极9的其余部分则与背光面的孔洞3上的电极8采用相同的另一种材料构成，即电极8与电极5和电极10的构成材料不相同。 
位于背光面上的电极7仍然收集并传导与受光面电流电性相反的电流。 
需要说明的是，在该示出的示例二中，电极8、电极9和电极10均采用空心结构，且位于孔洞3内的电极9与孔洞3的内壁直接接触，两者之间不设置有绝缘层，可减少漏电率，提高光电转换率和生产效率。 
综上所述： 
通过上述本实施例公开的该装置的结构，即基于处于受光面处的由半导体基板，以及仅设置其上的导电类型相反的半导体构成的结构，使得半导体 基板的孔洞内的电极与孔洞内壁直接接触，孔洞内壁上不设有PN结，也不设置绝缘层，来减少漏电率和提高生产效率，实现将受光面上的光转换为电，以便于在实现增加光电转换效率的同时降低制造成本和制作步骤、时间的目的。 
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。 
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (12)

1.一种光电转换装置，具有受光面和背光面，其特征在于，包括：
半导体基板(1)；
贯穿所述半导体基板(1)的孔洞(3)，所述孔洞(3)的内壁导电类型与所述半导体基板(1)相同；
仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上且与半导体基板(1)导电类型相反的半导体(2)；
位于所述孔洞(3)内并与孔洞(3)的内壁直接接触的电极(9)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：当所述半导体基板(1)的导电类型为P型时，仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上的所述半导体(2)的导电类型为N型。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括：当所述半导体基板(1)的导电类型为N型时，仅设置于所述半导体基板(1)的受光面上的所述半导体(2)的导电类型为P型。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
设置于所述半导体(2)表面的介质膜(4)。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
在所述半导体基板(1)的背光面上设置有与其导电类型相同的掺杂物质层或介质膜；
或者，在所述半导体基板(1)的背面上设置有与其导电类型相同的掺杂物质层和介质膜。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的装置，其特征在于，还包括：
设置于所述半导体(2)上收集并传导所述受光面产生的电流的电极(5)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
位于所述受光面上并设于所述孔洞(3)上方的电极(10)；
所述电极(10)与所述电极(5)电性相连，传导所述电极(5)上汇集的电流。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括： 
设置于所述半导体基板(1)的背光面处的所述孔洞(3)上的电极(8)，所述孔洞(3)内的电极(9)两端分别与所述电极(10)和电极(8)电学连通。
9.根据权利要求8中所述的装置，其特征在于，包括：
所述电极(8)、电极(9)和电极(10)的构成包括：全空心、部分空心或全实心填充中的任一结构。
10.根据权利要求9中所述的装置，其特征在于，所述受光面上的电极(10)与所述背光面上的电极(8)均为全实心填充结构，而孔洞(3)内的电极(9)为全空心结构。
11.根据权利要求7或9或10中所述的装置，其特征在于，所述受光面上的电极(10)与背光面上的电极(8)，孔洞(3)内的电极(9)以及电极(5)的材料或制作方式同样可以采用全部相同的、部分相同的或者全部不同的方式进行。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
设置于所述背光面上的电极(7)；
所述电极(7)与所述电极(8)仅靠空气绝缘隔离且电极极性相反，所述电极(7)收集传导与所述受光面上电流电性相反的电流。 
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