一种背结背接触太阳能电池的制作方法

文档序号:11102173
一种背结背接触太阳能电池的制造方法与工艺

本发明属于太阳能电池技术领域,涉及一种背结背接触太阳能电池,尤其涉及一种背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池。



背景技术:

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片,是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池只要被满足一定照度条件的光照到,瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic,缩写为PV),简称光伏。太阳能电池的工作原理就是,太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,光生空穴流向p区,光生电子流向n区,接通电路后就产生电流。

随着全社会对环境问题的日益关注,太阳能电池作为一种可以直接将太阳能转化为电能的装备,越来越得到人们的关注,同样的太阳能电池的种类的也越来越多。太阳能电池就是利用PN结的光伏效应将光能直接转换为电能的,传统的太阳能电池发射极作在电池的前表面,在电池的前面和背面都有电极,入射的光子激发出电子空穴对,电子空穴对被位于电池前表面的PN结分离开来,通过电极引出到外电路。

相比于传统太阳能电池,新型的背结背接触电池具有取得更高转换效率的潜能,逐渐成为产业化高效电池的主要研发方向。背结背接触电池,又名背接触指交叉(interdigitated backcontact,IBC)太阳能电池(简称IBC电池),这种电池将发射极和背场全部作在了电池的背面,减小了遮光损失,而且由于电极作在了电池的背表面,不用再考虑遮光,所以电极可以做的很宽,这大大减小了串联电阻,这些特性都可以提高电池的转换效率。但是包括背结背接触太阳能电池在内的绝大部分电池都没有解决的一个问题就是,金属和衬底形成欧姆接触以后,会在接触表面引入大量的界面态,这使得该表面的载流子复合速率明显增大,这会大大降低电池的性能。而通常的解决方案,就是尽量减小金属和衬底的接触面积,可是这又会引起载流子的横向运输,增加串联电阻,又会降低电池的性能。

因此,如何找到一种更合适的背结背接触电池,能够具有较好的电池性能,同时技术方案简单易于实现,已成为领域内诸多一线研发人员亟待解决的问题。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种背结背接触太阳能电池,特别是一种采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池,本发明提供的背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池具有较高的电池性能,而且技术方案简单易于实现。

本发明提供了一种背结背接触太阳能电池,包括:

基片;

复合在所述基片前表面的复合层;

复合在所述基片背表面的隧穿氧化物层;

复合在所述隧穿氧化物层上的P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层;

设置在所述P型掺杂半导体层上的正电极;

设置在所述N型掺杂半导体层上的负电极。

优选的,所述基片前表面的复合层包括:

复合在所述基片前表面上的前场区;

复合在所述前场区上的前表面钝化层;

复合在所述前表面钝化层上的减反射层。

优选的,所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层相邻交替复合在所述隧穿氧化物层上,和/或所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层相隔交替复合在所述隧穿氧化物层上;

所述P型掺杂半导体层的宽度与所述N型掺杂半导体层的宽度比为(2~10):1。

优选的,所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层相邻交替复合在所述隧穿氧化物层上时,所述正电极的宽度小于所述P型掺杂半导体层的宽度,所述负电极的宽度小于所述N型掺杂半导体层的宽度,且所述正电极不与所述N型掺杂半导体层相接触,所述负电极不与所述P型掺杂半导体层相接触。

优选的,所述基片前表面的复合层具有绒面陷光结构。

优选的,所述基片前表面具有绒面陷光结构。

优选的,所述基片的材质包括轻掺杂的硅材料,所述轻掺杂的掺杂浓度为1013~1017cm-3;所述掺杂的类型为N型;

所述硅材料包括单晶硅、多晶硅和硅薄膜中的一种或多种;

所述掺杂的材质包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种;

所述基片的少子寿命大于等于500μs;所述基片的电阻率为1~50Ω·c m;

所述基片的厚度为50~300μm。

优选的,所述隧穿氧化物层的材质为绝缘材料;

所述绝缘材料包括二氧化硅、二氧化钛、氧化铝和氮化硅中的一种或多种;

所述隧穿氧化物层的厚度为0.3~2nm。

优选的,所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的半导体材质各自包括微晶硅、多晶硅和非晶硅中的一种或多种;所述掺杂的材质各自包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种;

所述掺杂的浓度各自为1018~1021cm-3

所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的厚度各自选自5nm~500nm。

优选的,所述前场区为在基片前表面上,通过扩散磷形成的高掺杂区域;

所述前场区的厚度为0.5~2μm;

所述前表面钝化层包括氧化硅层、氮化硅层、氧化硅和氮化硅叠层或碳化硅层;

所述前表面钝化层的厚度为50~100nm;

所述减反射层的材质包括氮化硅、ITO、氧化硅和氧化钛中的一种或多种;

所述减反射层的厚度为40~100nm。

本发明提供了一种背结背接触太阳能电池,包括,基片;复合在所述基片前表面的复合层;复合在所述基片背表面的隧穿氧化物层;复合在所述隧穿氧化物层上的P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层;设置在所述P型掺杂半导体层上的正电极;设置在所述N型掺杂半导体层上的负电极。与现有技术相比,本发明针对金属和衬底形成欧姆接触以后,会在接触表面引入大量的界面态,这使得该表面的载流子复合速率明显增大,降低电池的性能的缺陷,提出了一种采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池。本发明采用隧穿氧化层钝化接触结构,这种结构避免了金属电极和衬底的直接接触,有效的减小了载流子在金属接触界面的复合,提高了电池的开压;而且由于金属接触不会带来复合的增加,金属接触可以覆盖发射极和背场的绝大部分面积,避免了载流子的横向运输,有利于降低串联电阻,进一步提高电池效率。而且本发明采用的制备工艺和现有的太阳能电池制备工艺兼容性良好,而且相较于传统背接触电池工艺更简单,生产成本更低。

实验结果表明,本发明提供的背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池,电池效率能够达到22%。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图;

图2为本发明实施例2提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图;

图3为本发明实施例3提供的隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池的I-V特性曲线。

具体实施方式

为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明所有原料,对其来源没有特别限制,在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料,对其纯度没有特别限制,本发明优选采用分析纯或太阳能电池制备领域常规的纯度要求。

本发明所有原料,其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称,每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的,本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途,能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。

本发明提供了一种背结背接触太阳能电池,包括:

基片;

复合在所述基片前表面的复合层;

复合在所述基片背表面的隧穿氧化物层;

复合在所述隧穿氧化物层上的P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层;

设置在所述P型掺杂半导体层上的正电极;

设置在所述N型掺杂半导体层上的负电极。

本发明对所述背结背接触太阳能电池的定义和概念没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池(IBC电池)的定义和概念即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整。

本发明对所述基片没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的基片或衬底即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的材质优选包括轻掺杂的硅材料,所述掺杂的类型优选为N型。

本发明对所述轻掺杂的硅材料的掺杂浓度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的轻掺杂的硅材料的掺杂浓度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述轻掺杂的硅材料的掺杂浓度优选为1013~1017cm-3,更优选为1013~1016cm-3,最优选为1014~1015cm-3

本发明对所述轻掺杂的硅材料的硅材料没有特别限制,以本领域技术人员熟知的轻掺杂的硅材料的硅材料即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述硅材料优选包括单晶硅、多晶硅和硅薄膜中的一种或多种,更优选为单晶硅、多晶硅或硅薄膜。

本发明对所述轻掺杂的硅材料的掺杂材料没有特别限制,以本领域技术人员熟知的掺杂材料即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述掺杂的材质优选包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种,更优选为硼、磷、镓或砷。

本发明对所述基片的性能参数没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的基片常规性能参数即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的少子寿命优选大于等于500μs,更优选大于等于800μs,最优选大于等于1000μs;所述基片的电阻率优选为1~50Ω·cm,更优选为10~40Ω·cm,最优选为20~30Ω·cm。

本发明对所述基片的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的基片常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的厚度优选为50~300μm,更优选为100~250μm,最优选为150~200μm。

本发明对所述复合的方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的太阳能电池的常规复合方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述复合优选为掺杂、沉积、蒸镀、氧化、涂覆、溶胶凝胶和刻蚀中的一种或多种,更优选为生长、掺杂、沉积、蒸镀、氧化、涂覆、溶胶凝胶或刻蚀。

本发明对所述基片前表面的定义没有特别限制,以本领域技术人员熟知的基片前表面的定义即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的前表面,即是指基片的受光面方向或是太阳电池的受光面的方向的表面;所述基片的背表面,即是指基片的背光面方向或是太阳电池的背光面的方向的表面。

本发明对所述基片前表面的结构没有特别限制,以本领域技术人员熟知的基片前表面的结构即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的前表面具有陷光结构,更优选为具有绒面陷光结构。

本发明对所述基片前表面的复合层的整体结构没有特别限制,以本领域技术人员熟知的基片前表面的复合层的整体结构即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片的前表面的复合层具有陷光结构,更优选为具有绒面陷光结构。本发明所述基片前表面与所述基片前表面的复合层具有相同的陷光结构。

本发明中,前表面的陷光结构是通过各向异性腐蚀硅表面的方法制备的,其结构为许多正立的或者是倒立的金字塔结构,前场扩散区(前场区)、前表面钝化层和减反射层都是在这种绒面陷光结构上形成的。本发明对所述陷光结构的形成方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的陷光结构的形成方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述陷光结构可以通过化学腐蚀或干法刻蚀的方法形成。

本发明对所述基片前表面的复合层的组成没有特别限制,以本领域技术人员熟知的基片前表面的常规复合层组成即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述基片前表面的复合层优选包括:

复合在所述基片前表面上的前场区;

复合在所述前场区上的前表面钝化层;

复合在所述前表面钝化层上的减反射层。

本发明对所述前场区没有特别限制,以本领域技术人员熟知的太阳能电池的前场区即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前场区优选为重掺杂区,所述掺杂的类型优选为N型。

本发明对所述前场区的掺杂浓度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规重掺杂浓度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前场区的掺杂浓度优选为1017~1019cm-3,更优选为1017~1018cm-3,最优选为1018~1019cm-3

本发明对所述前场区的掺杂材料没有特别限制,以本领域技术人员熟知的掺杂材料即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前场区的掺杂材质优选为磷掺杂。本发明对所述前场区的掺杂方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的掺杂方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前场区的掺杂方式优选为在基片前表面上,通过扩散磷形成这种重掺杂的区域。

本发明对所述前场区的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的前场区常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前场区的厚度优选为0.5~2μm,更优选为0.8~1.8μm,最优选为1~1.5μm。

本发明对所述前表面钝化层没有特别限制,以本领域技术人员熟知的太阳能电池的前表面钝化层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明前表面钝化层优选包括氧化硅层、氮化硅层、氧化硅和氮化硅叠层或碳化硅层,更优选为氧化硅层、氮化硅层或氧化硅和氮化硅的叠层。

本发明对所述前表面钝化层的性能参数没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规前表面钝化层的性能参数即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整。

本发明对所述前表面钝化层的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的前表面钝化层的常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述前表面钝化层的厚度优选为50~100nm,更优选为60~90nm,最优选为70~80nm。

本发明对所述减反射层没有特别限制,以本领域技术人员熟知的太阳能电池的减反射层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述减反射层优选为具有减反射作用膜层,其材质具体更优选包括氮化硅、ITO、氧化硅和氧化钛中的一种或多种,更优选为氮化硅、ITO、氧化硅或氧化钛,最优选为氮化硅或ITO。

本发明对所述减反射层的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的减反射层常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述减反射层的厚度优选为40~100nm,更优选为50~90nm,最优选为60~80nm。

本发明提供的电池的前表面依次设计有前场扩散区(前场区)、前表面钝化层和减反射层,更进一步的均与基片前表面具有相同的绒面陷光结构。其中减反射层位于电池的最前面,可以为氮化硅、氧化钛材料构成的薄膜。前表面钝化层在减反射层和衬底之间,起到钝化电池前表面的作用,可以为氮化硅、氧化硅的材料构成的薄膜。前场区是通过在衬底的前表面进行磷扩散,在衬底的前表面形成一个重掺的N型区,特别是在制完绒面陷光结构之后,对前表面进行磷扩散形成的,掺杂浓度要比衬底高,在1017cm-3到1019cm-3之间。其作用为形成一个指向衬底内部的电场,减小少数载流子在表面的浓度,从而降低表面复合速率。

本发明对所述基片背表面的隧穿氧化物层(隧穿氧化层)没有特别限制,以本领域技术人员熟知的隧穿氧化物层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述隧穿氧化层的材质优选为绝缘材料,即所述隧穿氧化物绝缘介质层,其材质更具体优选包括二氧化硅、二氧化钛、氧化铝和氮化硅中的一种或多种,更优选为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或氮化硅,最优选为二氧化硅或氧化铝。

本发明对所述隧穿氧化物层的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的前场区常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述隧穿氧化物层的厚度优选为0.3~2nm,更优选为0.5~1.8nm,更优选为0.7~1.6nm,最优选为1.0~1.5nm。

本发明对所述隧穿氧化物层的复合方式没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述隧穿氧化物层的复合方式优选为湿法氧化或原子层沉积等技术得到。

本发明基片的背表面形成掺杂半导体层之前,在衬底的底部先形成一层很薄的隧穿氧化层,该隧穿氧化层主要是起到化学钝化的作用,因此该氧化层应该和衬底有一个良好的界面;而且由于载流子要通过隧穿的方式通过该氧化层,为了使载流子可以很容易的隧穿该氧化层,从而获得一个比较小的串联电阻,该氧化层要报,厚度在0.5~2nm之间。本发明提供的隧穿氧化层可以覆盖衬底的整个背表面,可以覆盖衬底的局部背表面,优选为全部覆盖。

本发明对所述复合在所述隧穿氧化物层上的P型掺杂半导体层没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整。

本发明对所述P型掺杂半导体层的半导体材质没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体层的半导体材质即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层的半导体材质优选各自包括微晶硅、多晶硅和非晶硅中的一种或多种,更优选为微晶硅、多晶硅或非晶硅。

本发明对所述P型掺杂半导体层的掺杂的材质没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体层的掺杂的材质即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层的掺杂的材质优选各自包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种,更优选为硼、磷、镓或砷,最优选为硼。

本发明对所述P型掺杂半导体层的掺杂浓度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规掺杂浓度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层的掺杂浓度优选为1018~1021cm-3,更优选为1018~1020cm-3,最优选为1019~1021cm-3

本发明对所述P型掺杂半导体层的复合方式和掺杂方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的复合方式和掺杂方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层优选为P型掺杂半导体层直接在隧穿氧化层上形成,可以采用PECVD工艺生长,并进行原位掺杂的方式形成,也可以先用PECVD生长半导体层,然后用扩散的方式进行掺杂。

本发明对所述P型掺杂半导体层的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的前场区常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层的厚度优选为5nm~500nm,更优选为50nm~450nm,更优选为100nm~400nm,最优选为200nm~300nm。

本发明对所述复合在所述隧穿氧化物层上的N型掺杂半导体层没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的N型掺杂半导体层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整。

本发明对所述N型掺杂半导体层的半导体材质没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的N型掺杂半导体层的半导体材质即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整本发明所述N型掺杂半导体层的半导体材质优选各自包括微晶硅、多晶硅和非晶硅中的一种或多种,更优选为微晶硅、多晶硅或非晶硅。

本发明对所述N型掺杂半导体层的掺杂的材质没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的N型掺杂半导体层的掺杂的材质即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整本发明所述N型掺杂半导体层的掺杂的材质优选各自包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种,更优选为硼、磷、镓或砷,最优选为磷。

本发明对所述N型掺杂半导体层的掺杂浓度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规掺杂浓度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述N型掺杂半导体层的掺杂浓度优选为1018~1021cm-3,更优选为1018~1020cm-3,最优选为1019~1021cm-3

本发明对所述N型掺杂半导体层的复合方式和掺杂方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的复合方式和掺杂方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述N型掺杂半导体层优选为N型掺杂半导体层直接在隧穿氧化层上形成,可以采用PECVD工艺生长,并进行原位掺杂的方式形成,也可以先用PECVD生长半导体层,然后用扩散的方式进行掺杂。

本发明对所述N型掺杂半导体层的厚度没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的前场区常规厚度即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述N型掺杂半导体层的厚度优选为5nm~500nm,更优选为50nm~450nm,更优选为100nm~400nm,最优选为200nm~300nm。

本发明对所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的设置关系没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的设置关系即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层优选相邻交替复合在所述隧穿氧化物层上,和/或所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层相隔交替复合在所述隧穿氧化物层上,更优选相邻交替复合在所述隧穿氧化物层上,或相隔交替复合在所述隧穿氧化物层上。

本发明所述相隔交替即是指,交替分布且两者之间存在一定的空隙,即插指状分布。

本发明对所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的宽度关系没有特别限制,以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层的宽度关系即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述P型掺杂半导体层的宽度与所述N型掺杂半导体层的宽度比优选为(2~10):1,更优选为(3~9):1,更优选为(4~8):1,最优选为(5~7):1。

特别的,当所述P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层相邻交替复合在所述隧穿氧化物层上时,由于正电极不能和背场区接触,负电极不能和发射极区接触,所述正电极的宽度小于所述P型掺杂半导体层的宽度,所述负电极的宽度小于所述N型掺杂半导体层的宽度,且所述正电极不与所述N型掺杂半导体层相接触,所述负电极不与所述P型掺杂半导体层相接触。

本发明还包括设置在所述P型掺杂半导体层上的正电极以及设置在所述N型掺杂半导体层上的负电极。

本发明对所述正电极和负电极的形成方式没有特别限制,以本领域技术人员熟知的电极形成方式即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、复合情况以及产品性能进行选择和调整,本发明所述电极的形成方式优选采用丝网印刷、溅射或金属蒸法形成。

本发明的衬底的背面N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层可以连接在一起,也可以用一条沟槽将它们分离开来,优选呈插指状交替分布,两种类型的掺杂半导体层与衬底之间有一层很薄的隧穿氧化层。呈插指状分布的N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层构成电池的发射极区与背场区。

其中,P型掺杂半导体层可以采用PECVD方法进行成长并进行原位掺杂,掺杂杂质优选为硼,厚度为5~500nm之间,掺杂浓度在1017cm-3~1021cm-3之间。N型掺杂半导体层采用和P型掺杂半导体层一样的工艺制备,掺杂杂质优选为磷。厚度和掺杂浓度和P型掺杂半导体层相近。但是N型掺杂半导体层的宽度要比P型掺杂半导体层的宽度小,P型掺杂半导体层的宽度和N型掺杂半导体层宽度之比应该在2~10之间。

本发明的正负电极,都是在电池的背面形成的,其中正电极从发射极区也就是P型掺杂半导体层引出,负电极从背场区也就是N型掺杂半导体层引出。

如果发射极区和背场区是分离的,则正负电极可以完全覆盖发射极区和背场区,如果发射极区和背场区是连接在一起的,那么正负电极可以覆盖发射极区和背场区的绝大部分,但是正电极不能和背场区接触,负电极不能和发射极区接触,当然正负电极之间也要隔离开来。

本发明上述步骤提供了该背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池,首先作为背结背接触太阳能电池,该结构的太阳能电池,前表面没有金属栅线,所以没有遮光损失,发射区和背场,正负电极都在电池的背面,因此金属电极可以几乎覆盖电池的整个背面,这极大地减小电池的串联电阻,而且正负电极都作在背面,对于电池片之间的互联要简单很多。

而且本发明采用了隧穿氧化层钝化接触结构,通过采用隧穿氧化层钝化接触结构有效的减小了金属接触界面的载流子复合,该结构避免了金属电极直接和和衬底接触,大大减小载流子在金属接触界面的复合,不用为了降低界面复合而减小金属接触面积,可以使金属接触面几乎覆盖整个电池背面,从而减少了载流子的横向运输,可以进一步降低电池的串联电阻,提高电池的效率。本发明将该结构应用到背结背接触太阳能电池上,使得背结背接触电池的优点得到了最大程度的发挥。而且本发明采用的制备工艺和现有的太阳能电池制备工艺兼容性良好,甚至可以进一步简化电池的制备工艺,降低生产成本。

实验结果表明,本发明提供的背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池,电池效率能够达到22%。

为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种背结背接触太阳能电池进行详细描述,但是应当理解,这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制,本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

实施例1

参见图1,图1为本发明实施例1提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图。其中,101为衬底(基片),102为隧穿氧化物层,103为N型掺杂半导体层,104为P型掺杂半导体层,105为正电极,106为负电极,107为前场区,108为减反射层,109为前表面钝化层,110为整体的绒面陷光结构。

由图1可知,P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层呈插指状交替分布,P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层之间通过一个沟道隔离开来,彼此之间是绝缘的。其中P型掺杂半导体层作为发射极要比作为背场区域的N型掺杂半导体层宽。

该种结构的太阳能电池的具体制备方法如下:

在厚度为100微米的N型单晶硅片的前表面用氢氧化钠溶液腐蚀的方法,制备出金字塔形的绒面结构,氢氧化钠的浓度为1%,腐蚀时间为5min,温度为60℃。在制备绒面上,采用离子注入的方式,注入砷原子,在前表面形成一个N型掺杂区,掺杂浓度为1017cm-3,掺杂深度为2微米。形成前表面N型掺杂区之后,再在前表面采用等离子体增强化学气相沉积的方法,沉积一层厚度为20纳米的氧化硅作为钝化层,然后载在钝化层的上面采用溅射的方式沉积一层200纳米后的ITO作为减反射层。然后采用热氧氧化的方法,在硅片的背面形成一层厚度为2nm的隧穿氧化层,在形成隧穿氧化层之后,采用硬掩膜遮挡的方式,采用LPCVD的方法,在隧穿氧化层上面形成交替分布的N型掺杂的多晶硅和P型掺杂的多晶硅,N型掺杂多晶硅宽度为800微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3,P型掺杂多晶硅的宽度为200微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3。N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅之间有一个宽度为40微米的空隙。在形成N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅之后,再采用丝网印刷的方法,在作为发射极的P型掺杂多晶硅和作为背场的N型掺杂多晶硅上形成金属接触,金属要覆盖整个掺杂多晶硅层,正电极和负电极之间也有一个40微米的空隙,最后得到背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池。

对本发明实施例1制备的背结背接触太阳能电池的性能进行表征。测试采用标准测试条件(SRC),测试电池的I-V特性曲线。

测试结果表明,本发明制备的背结背接触太阳能电池的平均性能参数如下:开路电压为660mV,短路电流密度为41.4mA,填充因子为78.8%,效率为21.2%。

实施例2

参见图2,图2为本发明实施例2提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图。其中,101为衬底(基片),102为隧穿氧化物层,103为N型掺杂半导体层,104为P型掺杂半导体层,105为正电极,106为负电极,107为前场区,108为减反射层,109为前表面钝化层,110为整体的绒面陷光结构。

由图2可知,P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层也可以如图2所示是连接在一起的,虽然连接在一起,但是P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层会形成一个PN结,电池正常工作时,PN结是处于反偏状态,因此不会造成漏电。

本发明提供的太阳能电池的正负电极都是在电池的背面形成的,其中正电极从P型掺杂半导体层引出,负电极从N型掺杂半导体层引出。如图1所示,如果P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层是分离了,那么电极可以完全覆盖P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层。如图2所示如果P型掺杂半导体层和N型掺杂半导体层是连接在一起的,那么金属电极就只能覆盖掺杂半导体层的大部分,同时要保证正电极不和N型掺杂半导体层接触,负电极不和P型掺杂半导体层接触。

该种结构的太阳能电池的制备方法如下:

在厚度为100微米的N型单晶硅片的前表面用氢氧化钠溶液腐蚀的方法,制备出金字塔形的绒面结构,氢氧化钠的浓度为1%,腐蚀时间为5min,温度为60℃。在制备绒面上,采用离子注入的方式,注入砷原子,在前表面形成一个N型掺杂区,掺杂浓度为1017cm-3,掺杂深度为2微米。形成前表面N型掺杂区之后,再在前表面采用等离子体增强化学气相沉积的方法,沉积一层厚度为20纳米的氧化硅作为钝化层,然后载在钝化层的上面采用溅射的方式沉积一层200纳米后的ITO作为减反射层。然后采用热氧氧化的方法,在硅片的背面形成一层厚度为2nm的隧穿氧化层,在形成隧穿氧化层之后,采用硬掩膜遮挡的方式,采用LPCVD的方法,在隧穿氧化层上面形成交替分布的N型掺杂的多晶硅和P型掺杂的多晶硅,N型掺杂多晶硅宽度为800微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3,P型掺杂多晶硅的宽度为200微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3。N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅直接接触,两者之间形成一个PN结。在形成N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅之后,再采用丝网印刷的方法,在作为发射极的N型掺杂多晶硅上形成正电极,在作为背场的N型掺杂多晶硅上形成负电极,金属部分地覆盖掺杂多晶硅层,正电极和负电极之间有一个40微米的空隙,最后得到背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池。

对本发明实施例2制备的背结背接触太阳能电池的性能进行表征。测试采用标准测试条件(SRC),测试电池的I-V特性曲线。

测试结果表明,本发明制备的背结背接触太阳能电池的平均性能参数如下:开路电压为660mV,短路电流密度为42mA,填充因子为78.0%,效率为21.6%。

实施例3

太阳能电池的制备方法如下:

在厚度为100微米的N型单晶硅片的前表面用氢氧化钠溶液腐蚀的方法,制备出金字塔形的绒面结构,氢氧化钠的浓度为1%,腐蚀时间为5min,温度为60℃。在制备绒面上,采用离子注入的方式,注入砷原子,在前表面形成一个N型掺杂区,掺杂浓度为1017cm-3,掺杂深度为2微米。形成前表面N型掺杂区之后,再在前表面采用等离子体增强化学气相沉积的方法,沉积一层厚度为20纳米的氧化硅作为钝化层,然后载在钝化层的上面采用溅射的方式沉积一层200纳米后的ITO作为减反射层。然后采用热氧氧化的方法,在硅片的背面形成一层厚度为2nm的隧穿氧化层,在形成隧穿氧化层之后,采用LPCVD的方法,在隧穿氧化层上面生长一层N型掺杂的多晶硅,然后通过光刻的方法,将背场区的多晶硅保护起来,然后通过RIE刻蚀的方法,将没有被保护住的多晶硅腐蚀掉,从而形成背场。然后采用LPCVD的方法,生长一层P型掺杂的多晶硅,还是通过同样的光刻和RIE刻蚀的方法形成电池的发射极区。

N型掺杂多晶硅宽度为800微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3,P型掺杂多晶硅的宽度为200微米,厚度为100nm,掺杂浓度为1019cm-3。N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅直接接触,两者之间形成一个PN结。在形成N型掺杂多晶硅和P型掺杂多晶硅之后,再采用丝网印刷的方法,在作为发射极的N型掺杂多晶硅上形成正电极,在作为背场的N型掺杂多晶硅上形成负电极,金属部分地覆盖掺杂多晶硅层,正电极和负电极之间有一个40微米的空隙,最后得到背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池。

对本发明实施例3制备的背结背接触太阳能电池的性能进行表征。测试采用标准测试条件(SRC),测试电池的I-V特性曲线。

参见图3,图3为本发明实施例3提供的隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池的I-V特性曲线。

由图3可知,本发明制备的背结背接触太阳能电池的平均性能参数如下:开路电压为662mV,短路电流密度为42.4mA,填充因子为78.5%,效率为22.0%。

以上对本发明提供的一种背面采用隧穿氧化层钝化接触结构的背结背接触太阳能电池进行了详细的介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,包括最佳方式,并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,和实施任何结合的方法。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定,并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

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