一种背结背接触太阳能电池的制造方法与工艺

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(interdigitatedbackcontact,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·cm;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...
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