CN102130189A - 太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种太阳能电池，该太阳能电池包括：电池本体；位于电池本体正面的正电极；位于电池本体背面与所述正电极极性相反的背电极；位于电池本体背面背电极区域之外的介质层；位于所述介质层上且与所述背电极隔离绝缘的金属层，所述金属层连接辅助电压。本发明所提供的太阳能电池，在电池本体背面背电极区域之外形成了介质层和金属层，该金属层和背电极隔离绝缘，且金属层连接辅助电压，因此，所述金属层在作为反射层降低长波长太阳光泄露的同时，还能降低电池本体背面的光生载流子的界面复合率，从而达到提高太阳能电池光电转换效率的目的。

Description

太阳能电池

技术领域

本发明涉及光伏行业技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池。

背景技术

在硅太阳能电池制作工艺中，为了降低硅原料的消耗，硅晶片的厚度越来越薄，现在使用的硅晶片厚度已达到约200μm。硅晶片的厚度还有待进一步降低，从而有望生产出超薄太阳能电池。

但是，随着硅晶片厚度的降低，光吸收层的厚度也降低了，这就使得长波长的光容易透过硅晶片而泄露出去，使得产生的光生载流子减少，从而降低了太阳能电池的光电转换效率。

为了解决上述问题，常采用各种背场(Back Surface Field，BSF)技术，在太阳能电池的背面形成光反射镜面，将从电池背面泄漏的长波长光反射进电池中，提高长波长光的光吸收；或降低电池背面光生载流子的界面复合率，进而提高电池的光电转换效率。

在上述各种BSF技术中，主要有背面高掺杂铝(称为“全背面铝背场”)技术、背面反射器(BSR)技术、双层减反射膜技术、辅助加入氮化硅薄膜层或α-Si薄膜层等钝化界面技术。但是这些技术基本上只能起到部分作用，如：背面反射器(BSR)技术只能起到背面的光反射镜面作用；氮化硅薄膜层或α-Si薄膜层技术起到部分降低电池背面光生载流子界面复合率的作用；全背面铝背场技术起到部分光反射镜面作用和部分降低电池背面光生载流子界面复合率的作用。因此，现有的BSF技术，在解决太阳能电池背面部分的光电转换效率方面都不是很完善。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种太阳能电池，该太阳能电池能有效地提高光电转换效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：

电池本体；

位于电池本体正面的正电极；

位于电池本体背面与所述正电极极性相反的背电极；

位于电池本体背面背电极区域之外的介质层；

位于所述介质层上且与所述背电极隔离绝缘的金属层，所述金属层连接辅助电压。

优选的，上述太阳能电池中，所述电池本体为P-N结结构或P-I-N结结构。

优选的，上述太阳能电池中，所述电池本体的背面为P型半导体，且所述金属层连接负辅助电压。

优选的，上述太阳能电池中，所述负辅助电压为-5V～-60V。

优选的，上述太阳能电池还包括：位于电池本体正面正电极区域之外的掩膜层。

优选的，上述太阳能电池中，所述掩膜层为氧化硅。

优选的，上述太阳能电池中，所述介质层为氧化硅。

优选的，上述太阳能电池中，所述介质层的厚度为300nm～700nm。

优选的，上述太阳能电池中，所述金属层的厚度大于10nm。

优选的，上述太阳能电池中，所述介质层与电池本体的交界面为光学平面或非光学平面。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的太阳能电池，包括：电池本体；位于电池本体正面的正电极；位于电池本体背面与所述正电极极性相反的背电极；位于电池本体背面背电极区域之外的介质层；位于所述介质层上且与所述背电极隔离绝缘的金属层，所述金属层连接辅助电压。本发明所提供的太阳能电池，在电池本体背面背电极区域之外(非欧姆接触区域)依次设置有介质层和金属层，所述金属层、介质层和电池本体构成MOS(金属氧化物半导体，Metal-Oxid-Semiconductor)结构，所述MOS结构中的金属层可作为电池本体背面的光反射镜面，降低电池本体背面长波长光的泄露；在MOS结构中的金属层上施加辅助电压，可以降低电池本体背面光生载流子的界面复合率，因此，本发明所提供的太阳能电池能有效地提高光电转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种太阳能电池的结构示意图，该太阳能电池(也可称太阳能光伏电池)包括：电池本体(包括13和14)；位于电池本体正面的正电极11；位于电池本体背面与正电极11极性相反的背电极15；位于电池本体背面背电极15区域之外的介质层21；位于所述介质层21上且与所述背电极15隔离绝缘的金属层22，所述金属层22连接辅助电压。

本发明实施例中所述电池本体为P-N结结构，即所述电池本体包括：相对设置的P型半导体14和N型半导体13，且所述N型半导体13位于P型半导体14之上。所述P型半导体14为在硅晶片中掺杂硼或镓等三价离子而形成，所述N型半导体13为在硅晶片中掺杂磷或砷等五价离子而形成。P型半导体14中空穴为多数载流子，电子为少数载流子，N型半导体13与P型半导体14正好相反。P型半导体14和N型半导体13的交界面处，由于电子、空穴的扩散形成空间电荷区，即P-N结，在所述P-N结内，存在一个由N区(N型半导体区域)指向P区(P型半导体区域)的电场，称为内建电场或势垒电场。

本实施例中所述电池本体的结构为：上面为N型半导体13，下面为P型半导体14(即太阳光照射到N型半导体13表面)，因此，所述电池本体的正面为N型半导体13的表面，所述电池本体的背面为P型半导体14的表面；且所述电池本体正面的正电极11为输出负极(电池负极)，所述电池本体背面的背电极15为输出正极(电池正极)；且与金属层22相连的辅助电压(也称栅极电压)为负辅助电压V(-)，本实施例中所述负辅助电压的范围为5V～60V。

其他实施例中所述电池本体的结构还可以为：上面为P型半导体，下面为N型半导体；对此，本发明并无特别限制。但应注意：此种情况下，与所述金属层相连的辅助电压为正辅助电压，相应的，电池本体正面的正电极为输出正极，电池本体背面的背电极为输出负极。

其他实施例中所述电池本体还可以为P-I-N结结构，所述P-I-N结结构包括依次设置的P型半导体、I型本征半导体(势垒区)和N型半导体，所述P-I-N结结构相对P-N结结构来说，势垒区宽度得以扩展。

太阳能电池的工作原理为：当太阳光照射到电池本体上时，能量大于半导体禁带宽度的光子，使得半导体中原子的价电子受到激发，在P区、空间电荷区和N区都会产生光生电子-空穴对(也称光生载流子)，所述光生载流子在内建电场的作用下作漂移运动，从而使得P区积累了大量的空穴，N区积累了大量的电子，在电池本体内部形成了从N区到P区的电流，在电池本体外部形成了从P区到N区的电流。

本发明所提供的太阳能电池还包括：位于电池本体正面正电极11区域之外的掩膜层12，所述掩膜层12为具有抗反射作用的单层膜或多层膜结构，所述单层膜可以为氧化硅、氮化硅或三氧化二铝等，所述多层膜可以包括氧化硅和氮化硅等。在所述电池本体正面正电极11区域之外设置掩膜层12的原因为：由于硅表面比较光亮，故会反射掉大量的太阳光，使得太阳光的损失较大，通过在电池本体正面设置掩膜层12可以有效地防止太阳光的反射，尽可能地将反射损失减至最小。

所述太阳能电池还包括：位于电池本体正面的金属网格电极(或称金属栅电极，图中未示出)。在所述电池本体正面设置金属网格电极的原因为：由于电池本体不是电的良导体，故电子在通过P-N结后在半导体中流动时电阻将非常大，损耗也就非常大，因此通过涂覆金属可缩短电子的自由移动距离，进而减小电流损耗；但如果在电池本体正面全部涂上金属，则阳光就不能通过，电流就不能产生，因此，一般在其正面涂覆金属网格电极。

所述介质层21可以为单层膜或多层膜，单层膜可以为氧化硅、氮化硅或三氧化二铝等，多层膜可以为氧化硅和氮化硅的组合等。所述介质层21的厚度应满足一定的要求：即满足长波长的太阳光通过其上下表面或其间被反射回电池本体后能够产生干涉增强现象。由于所述长波长光的波长范围约为800nm～1150nm，介质层21的折射率为2左右，因此，根据干涉增强公式可得所述介质层21的厚度约为300nm～700nm。

所述金属层22是长波长太阳光的反射层，即所述金属层22能有效地将从电池本体背面泄漏的长波长的太阳光反射回电池本体中，从而减少了长波长光的泄露，因此，金属层22被视为电池本体背面的光反射镜面。所述金属层22的厚度一般大于10nm，对于不同的金属材料，其厚度可能会有差异。

本实施例中所述金属层22连接负辅助电压V(-)，将负辅助电压增大到使P型半导体14与介质层21的交界面处P型半导体14的界面能带状态由耗尽状态转变为堆积状态，电池本体背面的“死层”区域消失，光生载流子的有效界面复合速率降低。长波长的太阳光在“死层”区域中产生的大多数光生载流子被收集，并被“贡献”到输出的光生电流中。太阳能电池输出的光生电流增加，则表明有效地提高了太阳能电池的光电转换效率。

具体实施过程中，所述金属层22可以通过外部电源获得所述负辅助电压V(-)，也可以通过多个太阳能电池串联形成的太阳能电池组来获得，对此本发明并无特别限制，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有实施例，均属本发明所保护的范围。

本发明所提供的太阳能电池，在所述电池本体的背面可分为两个区域，一个是欧姆接触区域，另一个是非欧姆接触区域。所述欧姆接触区域上设置有背电极15，所述非欧姆接触区域上依次设置有介质层21和金属层22。所述介质层21和金属层22均可以通过气相沉积方法或涂抹等方法来形成，因此，也可以分别称其为介质薄膜层21和金属薄膜层22。所述介质层21与背电极15和P型半导体14分别相接触，所述介质层21与P型半导体14的交界面可以为光学平面，也可以为非光学平面。所述金属层22位于介质层21之上，且与所述背电极15隔离绝缘，具体的，可以设置使得所述金属层22的长度小于介质层21的长度，使金属层22和背电极15不接触。

本发明所提供的太阳能电池，在所述电池本体背面的非欧姆接触区域构成了半导体14-绝缘介质层21-金属薄膜层22的MOS结构，MOS结构中的金属薄膜层22与电池本体背面的欧姆接触电极(背电极15)隔离绝缘，且金属薄膜层22连接负辅助电压V(-)。MOS结构中的金属薄膜层22在电池本体背面形成光的反射镜，从而降低了电池本体背面长波长光的泄漏，提高了长波长光在电池内的光生载流子的产生率；MOS结构中金属薄膜层22上施加的负电压，在电池本体背面半导体材料中形成有利于光生少子收集的表面电势，降低了电池本体背面光生载流子的界面复合率，提高了电池本体背面的光生载流子的收集效率，最终提高了太阳能电池的输出电流和光电转换效率。

由上可知，本发明所提供的太阳能电池，由于在电池本体背面的非欧姆接触区域形成了MOS结构，并在MOS结构中的金属薄膜层上施加电压作为太阳能电池工作的辅助电压。所述金属薄膜层在电池本体背面构成光反射镜面，降低了电池本体背面长波长光的泄漏；所述金属薄膜层上施加的辅助电压可以降低电池本体背面光生载流子的界面复合率，因此，本发明所提供的太阳能电池，能有效地提高电池的光电转换效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (10)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

电池本体；

位于电池本体正面的正电极；

位于电池本体背面与所述正电极极性相反的背电极；

位于电池本体背面背电极区域之外的介质层；

位于所述介质层上且与所述背电极隔离绝缘的金属层，所述金属层连接辅助电压。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电池本体为P-N结结构或P-I-N结结构。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述电池本体的背面为P型半导体，且所述金属层连接负辅助电压。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述负辅助电压为5V～60V。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，还包括：位于电池本体正面正电极区域之外的掩膜层。

6.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述掩膜层为氧化硅。

7.根据权利要求1～6任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述介质层为氧化硅。

8.根据权利要求1～6任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述介质层的厚度为300nm～700nm。

9.根据权利要求1～6任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属层的厚度大于10nm。

10.根据权利要求1～6任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述介质层与电池本体的交界面为光学平面或非光学平面。

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