CN104412394A - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池，包括：半导体晶圆(1)；发射极，由至少一个发射极区域(20)形成，至少一个发射极区域(20)包括至少第一导电类型的第一层(3)和允许载流子提取或注入的第一接触层(4)；背接触，包括至少第二导电类型的第二层(6)和允许载流子提取或注入的第二接触层(4)，第二导电类型与第一导电类型相反；电接触(8、9)，被分别连接到发射极区域(20)和背接触，并且被设计为从太阳能电池中输出电流。根据本发明，发射极的面积占所述晶圆(1)的设置有发射极区域(20)的一侧的面积的0.5％至15％，晶圆(1)的该侧的面积的剩余部分覆盖有包括至少第一钝化层(12、16)和至少一个第一可选附加层在内的第一钝化区域(40)，所述至少一个第一可选附加层使得第一钝化层不允许载流子提取或注入，第一钝化区域未被所述发射极区域(20)的所述第一导电类型的第一层(3)完全覆盖。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，并且特别涉及高效率晶体硅太阳能电池。更加特别地，本发明涉及一种太阳能电池，包括：半导体晶圆；发射极，由至少一个发射极区域形成，发射极区域包括至少第一导电类型的第一层和允许载流子提取或注入的第一接触层；背接触，包括至少第二导电类型的第二层和允许载流子提取或注入的第二接触层，第二导电类型与第一导电类型相反；电接触，被分别连接到所述发射极区域和所述背接触并且被设计为从太阳能电池中输运出电流。
本发明的一个特别有利的应用是用于生成电能的光伏电池的生产，但是更加普遍地，本发明还适用于诸如光电探测器之类的任何将光辐射转换为电信号的结构。
背景技术
典型地，经典的光伏太阳能电池在正面上包括金属栅格图案。接触指状物由金属制成。汇流条通常与强导电金属带接触(锡焊、熔焊或使用导电胶水或粘合剂附接)以提取电流，该电流在光学活性区域(即，并未被接触栅格覆盖的区域)上均匀产生并被纤细的指状物或栅格接触收集。
当金属接触直接触及半导体时，半导体中(应当被结收集的)过剩的少数载流子在该接触处复合。因此，经典的太阳能电池需要使金属与半导体之间的接触面积达到最小。在先进的太阳能电池中，如果存在此类接触，在接触下方尝试更高的掺杂以“屏蔽”金属。电池的剩余部分通常覆盖有允许太阳能电池电子钝化的层。
制作更好的电接触的另一途径是使用层堆叠，该层堆叠同时允许电流提取(通过收集光生载流子产生的电流)和接触钝化。这就是使用所谓的无定形硅/晶体硅异质结概念的情况。如图1所示，此类电池通常以下列方式形成：典型地，使用厚度为5至15nm的氢化无定形硅的本征层2和5将n型晶体硅晶圆1的两侧电子钝化。在正面存在掺杂的p层3，并且正面透明导电氧化物(TCO，transparent conductive oxide)4覆盖正面p层3。在本说明书中，i-p-TCO堆叠被称为“发射极”。光生载流子通过发射极进行收集，即在光照下，从光照区域中均匀收集光电流。
在背面，n层6覆盖i层5并且TCO 7覆盖n层6。在本说明书中，i-n-TCO堆叠被称为“背接触”。虽然电流能够流过该接触(因为i层很薄)，但是保证了良好的电子钝化。在太阳能电池的正面，结合到汇流条上的名为栅格指状物的金属导体8(对于正面)将电流输运到太阳能电池以外，而背面能够具有与正面类似的图案，或者覆盖有将电流导向背面处的汇流条的金属层9。因为只要距离典型地超过几毫米，TCO的横向电导率就不足以允许在没有电阻损耗的情况下进行输运，所以在正面和背面需要金属。该配置被称为正面SHJ。TCO层4还起到抗反射覆层的作用。
正面的TCO具有高电导(表面电阻在20至200欧姆/平方范围内)以允许将发射极收集的电流横向输运到下一个接触指状物。堆叠i-p-TCO覆盖太阳能电池除边缘外的整个正面以防止短路。
这些器件的一个特别之处在于，获得的高开路电压通常为710至750mV，这要高于标准的扩散晶体太阳能电池，其中，半导体和TCO(或等效地为金属)之间的直接接触导致较低的电压。
在图2所示的另一配置中，电池包括n型晶圆1，但是覆盖有金属层9的发射极(堆叠i-p-TCO，2-3-4)和背接触(堆叠i-n-TCO，5-6-7)均以发射极区域20和背接触区域30相互交替的方式被放置在太阳能电池的背面。将全部接触放置在背面的该配置被称为背接触异质结电池(IBC-SHJ，backcontactedheterojunction)。在此情况下，需要通过层10在正面实现高效钝化，该高效钝化通常与抗反射效应相结合并且有时与横向导电性相结合以减小电流流动造成的电阻损耗。
到目前为止，为了尽可能高效地收集电池中的光生载流子，所有的作者都使太阳能电池的发射极的覆盖率达到最大。在正面SHJ配置中，正面的接近100％被发射极覆盖，并且在IBC-SHJ中，覆盖有发射极的背面通常为50至70％，而剩余部分被背接触覆盖。
尽管上述方案能够导致高效率(今天在正面SHJ的情况下报告的被证实的效率为23.7％并且在IBC-SHJ的情况下为20.2％)，这些太阳能电池作为工作在1标准太阳光照下的太阳能电池，无法利用能够导致电池的更高性能的集中效应。通常使用增加电池的Voc和效率的透镜或镜子来实现集中(假设不存在高串联电阻)。
另一缺点是，i层、p和n层、以及TCO(在电池两侧)引起太阳能电池无法使用的寄生光吸收。在正面SHJ的情况下更是如此，在正面SHJ中，频谱的蓝绿光部分的强吸收发生在i和p层中，并且TCO产生频谱的红光部分中的自由载流子吸收。在IBC-SHJ的情况下，各个层可能引起少量吸收。然而，在此情况下，为了使得TCO 4或7或者TCO/金属堆叠4+9或7+9尽可能靠近具有p和n层的区域的边缘，需要在背面进行精确图案绘制，从而使其难以制造。
发明内容
本发明提供了一种太阳能电池，该太阳能电池允许避免现有技术中的缺点。
相应地，本发明涉及一种太阳能电池，包括：
半导体晶圆；
发射极，由至少一个发射极区域形成，所述至少一个发射极区域包括至少第一导电类型的第一层和允许载流子提取或注入的第一接触层；
背接触，包括至少第二导电类型的第二层和允许载流子提取或注入的第二接触层，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；
电接触，被分别连接到所述发射极区域和所述背接触，并且被设计为从太阳能电池中输出电流。
根据本发明，发射极的面积占晶圆的设置有发射极区域的一侧的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％并且更优地占2％至5％，晶圆的所述侧的面积的剩余部分覆盖有包括至少第一钝化层和至少一个第一可选附加层在内的第一钝化区域，所述至少一个第一可选附加层使得第一钝化区域不允许提取或注入载流子，所述第一钝化区域未被所述发射极区域的所述第一导电类型的第一层完全覆盖。较优地，所述发射极区域的所述第一导电类型的第一层最多可以覆盖第一钝化区域的表面的10％。
在某些实施例中，所述发射极被设置在所述太阳能电池的正面上。所述背接触可以是经典类型的或者所述背接触可以由至少一个背接触区域形成，所述至少一个背接触区域包括至少所述第二导电类型的第二层以及允许载流子提取或注入的第二接触层，所述背接触的面积占所述晶圆的所述背面的面积的0.5％至15％、较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，所述晶圆的所述背面的面积的剩余部分覆盖有第二钝化区域，所述第二钝化区域包括至少第二钝化层和至少一个第二可选附加层，所述至少一个第二可选附加层使得所述第二钝化层不允许载流子提取或注入，所述第二钝化区域未被所述背接触区域的所述第二导电类型的第二层完全覆盖。较优地，所述背接触区域的所述第二导电类型的第二层最多可以覆盖第二钝化区域的表面的10％。
在其它实施例中，所述发射极被设置在所述太阳能电池的背面上，所述背接触由至少一个背接触区域形成，所述至少一个背接触区域包括至少所述第二导电类型的第二层以及允许载流子提取或注入的第二接触层，所述发射极的面积和所述背接触的面积占所述晶圆的背面的面积的0.5％至15％、较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，所述晶圆的所述背面的面积的剩余部分覆盖有第三钝化区域，所述第三钝化区域包括至少第三钝化层和至少一个第三可选附加层，所述至少一个第三可选附加层使得所述第三钝化层不允许载流子提取或注入，所述第三钝化区域未被所述发射极区域的所述第一导电类型的第一层或所述背接触区域的所述第二导电类型的得二层完全覆盖，所述背接触区域与所述发射极区域被交替设置，并且第三钝化区域被设置在发射极区域和背接触区域之间。较优地，所述发射极区域的所述第一导电类型的第一层或所述背接触区域的所述第二导电类型的第二层最多可以覆盖第三钝化区域的表面的10％。
在某些实施例中，所述背接触区域彼此分离。
在其它实施例中，所述背接触区域全部彼此连接。
在一个优选实施例中，每个背接触区域由面积至少为0.09mm2的连续表面形成。
较优地，所述背接触区域从所述太阳能电池的内部到外部包括本征层、所述第二类型的第二层、以及所述允许载流子提取或注入的第二接触层。
所述第二接触层可以选自：透明导电氧化物层、金属层以及两者的组合。
在某些实施例中，所述太阳能电池的正面包括正面钝化表面。
在某些实施例中，所述发射极区域彼此分离。
在其它实施例中，所述发射极区域全部彼此连接。
在一个优选实施例中，每个发射极区域由面积至少为0.09mm2的连续表面形成。
较优地，所述发射极区域从所述太阳能电池的内部到外部可以包括本征层、所述第一类型的第一层、以及所述允许载流子提取或注入的第一接触层。
所述第一接触层选自：透明导电氧化物层、金属层以及两者的组合。
较优地，所述第一钝化层、第二钝化层或第三钝化层可以包括至少本征层。
在某些实施例中，所述本征层可以由氢化无定形硅制成。
有利地，所述第三钝化层的本征层与所述发射极区域的本证层和所述背接触区域的本征层相同。
在其它实施例中，所述第一钝化层、第二钝化层或第三钝化层可以是选自以下各项的非吸收层：SiNx层、Al2O3层、SiOx/SiNy堆叠、包括Si、O和N的层以及它们的组合。
较优地，所述第一可选附加层、第二可选附加层或第三可选附加层是保护层。
有利地，所述第一导电类型的第一层或所述第二导电类型的第二层可以包括能够含有高达80％的拉曼Si晶体分数的硅相的氢化无定形硅。
所述氢化无定形硅可以与从O、N、C和Ge中选择的原子熔合，在不考虑存在的H原子的情况下，在各层的原子中Si原子的分数保持在30％。
附图说明
图1为根据现有技术的正面SHJ电池的典型剖面图；
图2为根据现有技术的背接触IBC-SHJ电池的典型剖面图；
图3和4为本发明的正面SHJ电池的剖面图；
图5和6为本发明的IBC-SHJ电池的剖面图；
图7和8为本发明的IBC-SHJ电池中的发射极和背接触区域的示意性仰视图；
图9为本发明的正面SHJ电池的对应于图3的剖面图的示意性透视图；以及
图10示出了相比于标准器件，对于本发明的多个太阳能电池获得的填充因子。
具体实施方式
在本发明中，对于n型晶圆所述的一切同样适用于p型掺杂晶圆且适用于本征晶圆，其中n层和p层的作用相反。
在本说明书中，相同的附图标记被用于指代相同的元件。
根据本发明的太阳能电池包括：半导体晶圆；发射极，由至少一个发射极区域形成，至少一个发射极区域包括至少第一导电类型的第一层以及允许载流子提取或注入的第一接触层；以及背接触，包括至少第二导电类型的第二层以及允许载流子提取或注入的第二接触层，第二导电类型与所述第一导电类型相反。电接触被分别连接到所述发射极区域和所述背接触，并且被设计为从太阳能电池中输出电流。根据本发明，发射极的面积占晶圆的设置有发射极区域的一侧的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％并且更优地占2％至5％，晶圆的所述侧的面积的剩余部分覆盖有包括至少第一钝化层和至少一个第一可选附加层在内的第一钝化区域，所述至少一个可选附加层使得第一钝化层不允许载流子提取或注入并且使得第一钝化层与所述接触之间没有电接触，所述第一钝化区域未被所述发射极区域的第一导电类型的第一层所完全覆盖。
如果太阳能电池对应于最常见情况而包括数个发射极区域20，那么发射极的面积对应于覆盖晶圆的所述侧的每个发射极区域20的面积的总和。
图3和4示出了本发明对于正面SHJ情况的两种可能应用。
在图3的配置中，电池包括n型晶体硅晶圆1以及位于背面的传统背接触，背接触包括i层5、覆盖i层5的n层6、覆盖n层6的背面TCO层7、覆盖背面TCO层7的用于背面金属化的金属层9。
在太阳能电池的正面，发射极区域20如上所定义从太阳能电池的内部到外部包括堆叠i层2/p层3/正面TCO层4。根据本发明，所述发射极区域20并未覆盖晶圆1的全部前表面，而是仅仅覆盖了前表面的很小一部分，通常仅为1％至10％。金属指状物8与其余的发射极区域20接触，但是能够全部或者仅部分覆盖正面TCO层4。当正面不存在发射极时，并且更特别地当不存在有助于收集电流的p层时，器件的这一部分是被称为“正面钝化部分”的包括钝化层12的第一钝化区域40。这意味着，包括所述钝化层12的第一钝化区域40被设置在两个发射极区域20之间。该部分的长度被称为L钝化,正面。这样的钝化层12在最简单的配置中可以是i层或i-p堆叠，在此情况下，p层具有很小的横向电导率(大于10千欧姆/平方)并且并不有助于收集光生电流。典型地，不存在具有较大横向电导率的TCO与钝化层12的接触。与具有光学特性用于产生抗反射效应的电介质对应的保护附加层13典型地存在于钝化层12之上。层12和层13的功能还能够被融合。
在图4中，相同的原理还适用于太阳能电池的背面。
在太阳能电池的正面，发射极区域20与如图3所示是相同的。在此实施例中，太阳能电池的背接触包括背接触区域30，背接触区域30如上定义从太阳能电池的内部到外部包括堆叠i层5/n层6/背面TCO层7。根据本发明，所述背接触区域30并未覆盖晶圆的全部后表面，而是仅仅覆盖了后表面的很小一部分，通常仅为1％至10％。金属指状物9与其余的背接触区域接触，但是能够全部或者仅部分覆盖背面TCO层7。当背面不存在背接触时，并且更特别地当不存在有助于收集电流的n层时，器件的这一部分是被称为“背面钝化部分”的包括钝化层14的第二钝化区域50。这意味着，包括所述钝化层14的第二钝化区域50被设置在两个背接触区域30之间。该部分的长度被称为L钝化,背面。这样的钝化层14在最简单的配置中可以是i层或i-n堆叠，在此情况下，n层具有很小的横向电导率(大于千欧姆/平方)并且并不有助于收集光生电流。典型地，不存在具有较大横向电导率的TCO与钝化层14的接触。与具有光学特性用于产生抗反射效应的电介质对应的附加层15典型地存在于钝化层14之上。层15还可以被金属接触9或者一包括有TCO和金属的层完全覆盖。
根据本发明，背接触的面积占晶圆1的背面的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，晶圆1的背面的面积的剩余部分覆盖有包括钝化层14在内的第二钝化区域50。
如果太阳能电池对应于最常见情况而包括数个背接触区域30，那么背接触的面积对应于覆盖晶圆的所述背面的每个背接触区域30的面积的总和。
此类实施例允许增强期望的效应，以及增大必须流经背接触的电流，背接触面积也小于背接触表面。
图5和6示出了本发明对于IBC-SHJ情况的两种可能应用。
在这些实施例中，发射极区域被设置在太阳能电池的背部，并且发射极的面积和背接触的面积占晶圆的背面的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，晶圆的背面的面积的剩余部分覆盖有包括一钝化层的第三钝化区域。
图5的太阳能电池在其正面包括n型晶圆1、正面钝化和抗反射表面10以及在其背面包括发射极区域20和背接触区域30，发射极区域20和背接触区域30被包括钝化层16的第三钝化区域60彼此分开。对应于绝缘层的保护附加层17存在于钝化层16之上并且还被选为提供良好的光学反射率。
太阳能电池还包括金属指状物9。
发射极的面积和背接触的面积(这是指发射极区域的面积的总和以及背接触区域的面积的总和)占晶圆的背面的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，晶圆的背面的面积的剩余部分覆盖有包括钝化层16的所述第三覆盖区域60。
如以上定义，从太阳能电池的内部到外部，发射极区域20包括堆叠i层2/p层3/TCO层4，并且背接触区域30包括堆叠i层5/n层6/TCO层7。
图6的太阳能电池对应于与图5的实施例类似的IBC-SHJ实施例，但是其中，第三钝化区域60的钝化层16的本征层分别与发射极区域20的本征层2以及背接触区域30的本征层5相同。
在该实施例中，限定了长度L发射极和L背面的TCO层4或7不需要覆盖全部的i-p堆叠或者全部的i-n堆叠，从而允许进行更简单的处理。
所有这些配置具有显著的优点，特别是当使用了具有良好寿命的晶圆时(典型地，为1毫秒并且对于n型晶圆更长)。
的确，当异质结工作在高注入水平时(因为电池的工作点的高电压，工作点即为光照下器件的电压与电流的乘积最大时的点)，存在于晶圆周围的钝化层12、14、16确保了非常良好的电子钝化，并且即使使用了具有高电阻率的晶圆，但却由于大量存在的载流子而保证了高电导率。因为使用的具有足够寿命的晶圆使得扩散长度长达几毫米，所以这允许在很小的电阻损耗以及很小的复合的情况下进行电流输运。载流子随后通过有限面积被提取，但是电流在很大面积上产生。这在太阳能电池的工作点处产生集中条件。该条件引起更大的提取功率(从而引起更大的太阳能电池的填充因子)。
例如在图3的几何形状中，如果已知发射极区域的长度L发射极与钝化面积长度L钝化，正面之比，则获得了导致更高效率的集中因子L发射极/L钝化，正面。最有趣的是，填充因子不增加Voc，Voc受到总体钝化质量以及俄歇复合的限制。
有利地，对于典型的电池几何形状，在穿过侧面并且穿过接触栅格的剖面图中，正面SHJ电池的典型节距(L发射极r+L钝化，正面)或L背面+L背面,钝化、或者IBC-SHJ电池的L发射极+L背面+L背面，钝化在100微米到1.5mm范围内，较优地介于300微米到1.0mm之间。
为了清楚起见，假定所述长度与覆盖面积成比例(在2D几何形状中假定图在第三维度中延伸)。
在某些实施例中，每个发射极区域20由间断点形成，并且每个背接触区域由间断点形成，每个区域典型地具有介于20x20μm2和100x100μm2之间的面积。针对IBC-SHJ电池的此类配置在图7中示意性地示出。
在其它的优选实施例中，所述发射极区域20和所述背接触区域30分别由至少一个大体连续的表面形成。针对IBC-SHJ电池的此类配置在图8中示意性地示出。优选地，如图8所示，当从电池的顶部或者底部看时，所述连续表面的形状是近似矩形的。
在此情况下，与硅接触的所述发射极区域或背接触区域至少具有0.09mm2的面积，典型的尺寸至少为30μmx3mm。如图8所示，这样的尺寸是从电池的顶部或底部看到的、在电池上形成的连续表面的尺寸。
在某些实施例中，每个发射极区域20可以彼此分离，并且每个背接触区域30可以彼此分离。
在其它优选实施例中，太阳能电池的所有发射极区域20彼此连接，或者所有背接触区域30彼此连接。图9示出了对于正面SHJ电池的此类实施例，其中，发射极区域20是连续表面并且在全部太阳能电池上形成网络。
该配置的另一优点在于，由于太阳能电池的大部分并未被发射极区域覆盖，所以有可能对层10、12和13，或14和15，或16、17和20分别优化以获得改善的钝化特性以及减少光学寄生吸收。例如，在这些部分中，TCO层可以被SiNx层代替，并且p层厚度能够被减小，或者当层12或16由i-p堆叠构成时能够完全取消p层。相反地，由于发射极的面积与接触指状物的面积近似，所以甚至有可能使用具有适合特性(例如，具有更高掺杂)的TCO或者当金属直接位于其上时使用更薄的TCO，以避免损耗。甚至可以通过使用金属或金属合金代替TCO来完全取消TCO，金属或金属合金与p型无定形层直接接触。
如图5和6中所示，当被用于IBC-SHJ方案时，集中效应也是类似的。本发明在比例L发射极/(L发射极+L背面+L钝化，背面)介于1％至20％时运行效果最佳。如图6中所示，除集中效应之外，该技术方案的一个优点是，发射极和/或TCO与金属接触之间对准的容差更大。
在本说明书中，示出的所有i、n和p层都基于氢化无定形硅并且还可包含百分之几的O、N、C或Ge，在不计算存在的H原子的情况下，在各层的原子中硅原子的分数保持在30％。较优地，O、N、C或Ge的数量等于0至20％，更优地等于0至10％，并且更优地等于0至5％。
p层和n层包含高达80％的拉曼硅晶体分数的硅相。
发射极区域典型地包括a-Si层、p层和TCO接触层，a-Si层的厚度介于4nm至10nm之间，p层的厚度介于3nm至15nm之间，TCO接触层的厚度介于10nm至80nm之间、或当发射极位于背面时介于10nm至300nm之间。
背接触区域典型地包括a-Si层、n层和TCO层，a-Si层的厚度介于4nm至10nm之间，p层的厚度介于3nm至15nm之间，TCO层的厚度介于10nm至300nm之间。
为了制造简单起见，层12(正面钝化层)可以是i层或i-p堆叠(可能具有更薄的p层)甚至是i-n堆叠。正面钝化层的厚度大于5nm。层12还可以是非吸收层，诸如SiNx、或Al2O3、或SiOx/SiNy堆叠、或一通常包括Si、O和N的层、或者以上的组合。
为了制造简单起见，层14(背面钝化层)可以是i层或i-n堆叠(可能具有更薄的n层)甚至是i-p堆叠。背面钝化层的厚度大于5nm。层14还可以是非吸收层，诸如SiNx、或Al2O3、或SiOx/SiNy堆叠、或一通常包括Si、O和N的层、或者以上的组合。在此情况下，还可以省略层17。
光学及电绝缘层13、15或17可以是覆盖有SiNx层或SiNOx层堆叠或者覆盖有弱吸收层的氢化无定形硅层的薄堆叠。
正面钝化和抗反射表面10是本领域的技术人员已知的，并且例如可以是超薄本征氢化无定形硅层(3至10nm)，该层上可能覆盖有1至5nm的掺杂无定形Si，无定形Si上覆盖有SiNx层或SiNyOx层或包括Si、O和N的层的堆叠、或弱掺杂TCO层(载流子浓度小于1020cm-3)。对这些层的厚度进行选择以获得抗反射效应。典型地，可以使用折射率介于1.8至2之间且厚度为70nm的SiNx层。
起到光学层作用、起到阻止载流子注入或提取的电绝缘层作用并且能够被用作电镀工艺的掩模层的层10和13、15或17，由于不需要是电活性的，所以可以将折射率调整到中间。
对于针对载流子提取其大部分表面是活性的器件而言，使用TCO要求正面有足够的面内电导率(20至200欧姆平方)并且在正面设置抗反射以及在背面设置折射率匹配，但是有可能取消TCO层并且使用直接金属接触来代替TCO层。这则要求发射极区域与正面SHJ中的栅格指状物具有相同的大小。
TCO层是本领域的技术人员已知的并且典型地由掺杂有锡的ITO(IndiumTin Oxides，氧化铟锡)(In2O3:Sn)或掺杂有其它金属杂质的ITO或具有氢In2O3:H的ITO或者这些层的堆叠制成，载流子浓度介于1019cm-3和2x1021cm-3之间。TCO层还可以由掺杂的ZnO或者其它含有In、Zn和Sn的TCO制成。TCO层的厚度介于10nm至300nm之间，当存在于正面时其典型厚度介于70nm至90nm之间，并且当存在于背面时其典型厚度介于80nm至300nm之间。
太阳能电池中使用的晶圆典型地具有介于2x2cm2至22x22cm2之间的大小。
如本领域的技术人员已知，晶圆的前表面具有纹理以减少反射并捕获晶圆内部的光线。
示例：
以下示例对本发明进行说明而不限定范围。
对于本实验，首先，制备20x20mm2的矩形正面SHJ器件，其具有厚度为80nm的ITO层并且约为1mm的处理后指状物间隔(L发射极+L钝化，正面)。随后，接触指状物和部分ITO由光刻胶保护。刻蚀掉光刻胶并随后在光刻胶的开口处很容易地对ITO进行刻蚀。随后在去除了ITO的地方沉积电介质以保证适当的抗反射条件。针对ITO的各种覆盖率进行测试。图9示出了针对本发明的多个正面SHJ电池以及比较标准器件而获得的填充因子FF(FF是能够提取的最大功率与短路电流和开路电压的乘积之间的比例)。圆点对应于去除正面TCO之后的本发明的太阳能电池，并且矩形点对应于去除正面TCO之前的比较标准器件。示例3是参考试样，示例1对应于低发射极覆盖分数(5％)，示例3和4对应于超低发射极覆盖分数(2％)，并且示例5和6对应于中等发射极覆盖分数(20％)。
图10针对正面SHJ电池示出了，本发明使得数个类型的示例的填充因子与标准器件相比可以增加几个百分点。介于晶圆面积的2％至10％之间的发射极覆盖获得最佳结果。在此情况下，发射极仅在全部发射极区域形成的一个部分中，全部发射极区域如图9所示彼此连接，即该部分的面积介于20x20mm2的2％至10％之间。
本发明的太阳能电池有可能成为近乎完美的光伏器件。尽管未使用光学透镜，但是电池结构产生了很大的有效集中，该集中使得晶体太阳能电池的效率大大超出当前的世界纪录即25％，使其原理上能够逼近29-30％，更加接近晶体硅太阳能电池的理论极限。

Claims (22)

1.一种太阳能电池，包括：
半导体晶圆(1)；
发射极，由至少一个发射极区域(20)形成，所述至少一个发射极区域(20)包括至少第一导电类型的第一层(3)和允许载流子提取或注入的第一接触层(4)；
背接触，包括至少第二导电类型的第二层(6)和允许载流子提取或注入的第二接触层(7)，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；
电接触(8、9)，被分别连接到所述发射极区域(20)和所述背接触，并且被设计为从所述太阳能电池中输出电流，
其特征在于，所述发射极的面积占所述晶圆(1)的设置有所述发射极区域(20)的一侧的面积的0.5％至15％，较优地占1％至10％并且更优地占2％至5％，所述晶圆(1)的所述侧的面积的剩余部分覆盖有包括至少第一钝化层(12、16)和至少一个第一可选附加层(13、17)在内的第一钝化区域(40)，所述至少一个第一可选附加层(13、17)使得所述第一钝化层(12、16)不允许载流子提取或注入，所述第一钝化区域(40)未被所述发射极区域(20)的所述第一导电类型的第一层(3)完全覆盖。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极被设置在所述太阳能电池的正面上。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述背接触由至少一个背接触区域(30)形成，所述至少一个背接触区域(30)包括至少所述第二导电类型的第二层(6)以及允许载流子提取或注入的第二接触层(7)，并且所述背接触的面积占所述晶圆(1)的背面的面积的0.5％至15％、较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，所述晶圆的所述背面的面积的剩余部分覆盖有第二钝化区域(50)，所述第二钝化区域(50)包括至少第二钝化层(14)和至少一个第二可选附加层(15)，所述至少一个第二可选附加层(15)使得所述第二钝化层(14)不允许载流子提取或注入，所述第二钝化区域(50)未被所述背接触区域(30)的所述第二导电类型的第二层(6)完全覆盖。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极被设置在所述太阳能电池的背面上，其特征在于，所述背接触由至少一个背接触区域(30)形成，所述至少一个背接触区域(30)包括至少所述第二导电类型的第二层(6)以及允许载流子提取或注入的第二接触层(7)，并且所述发射极的面积和所述背接触的面积占所述晶圆(1)的背面的面积的0.5％至15％、较优地占1％至10％且更优地占2％至5％，所述晶圆的所述背面的面积的剩余部分覆盖有第三钝化区域(60)，所述第三钝化区域(60)包括至少第三钝化层(16)和至少一个第三可选附加层(17)，所述至少一个第三可选附加层(17)使得所述第三钝化层(16)不允许载流子提取或注入，所述第三钝化区域(50)未被所述发射极区域(20)的所述第一导电类型的第一层(3)或所述背接触区域(30)的所述第二导电类型的第二层(6)完全覆盖。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背接触区域(30)彼此分离。
6.根据权利要求3和4中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背接触区域(30)全部彼此连接。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，每个背接触区域(30)由面积至少为0.09mm2的连续表面形成。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述背接触区域(30)从所述太阳能电池的内部到外部包括本征层(5)、所述第二导电类型的第二层(6)、以及所述允许载流子提取或注入的第二接触层(7)。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二接触层(7)选自：透明导电氧化物层、金属层以及两者的组合。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的正面包括正面钝化表面(10)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极区域(20)彼此分离。
12.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极区域(20)全部彼此连接。
13.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，每个发射极区域(20)由面积至少为0.09mm2的连续表面形成。
14.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极区域(20)从所述太阳能电池的内部到外部包括本征层(2)、所述第一导电类型的第一层(3)、以及所述允许载流子提取或注入的第一接触层(4)。
15.根据权利要求14所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一接触层(4)选自：透明导电氧化物层、金属层以及两者的组合。
16.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层、第二钝化层或第三钝化层(12、14、16)包括至少本征层。
17.根据权利要求8、14和16所述的太阳能电池，其特征在于，所述本征层由氢化无定形硅制成。
18.根据权利要求4、8、14、16和17所述的太阳能电池，其特征在于，所述第三钝化层(16)的本征层与所述发射极区域(20)的本征层和所述背接触区域(30)的本征层相同。
19.根据权利要求1至15中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层、第二钝化层或第三钝化层(12、14、16)是选自以下各项的非吸收层：SiNx层、Al2O3层、SiOx/SiNy堆叠、包括Si、O和N的层以及它们的组合。
20.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一可选附加层、第二可选附加层或第三可选附加层(13、15、17)是保护层。
21.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一导电类型的第一层(3)或所述第二导电类型的第二层(6)包括能够含有高达80％的拉曼Si晶体分数的硅相的氢化无定形硅。
22.根据权利要求17和21中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述氢化无定形硅与从O、N、C和Ge中选择的原子熔合，在不考虑存在的H原子的情况下，在各层的原子中Si原子的分数保持在30％。
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