CN106229358A - 一种高效的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能光伏领域，尤其涉及一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的半导体基板；半导体基板上的表面电场层；表面电场层上的防反射膜；半导体基板下的射极区，该射极区与所述半导体基板形成p‑n结；连接到所述射极区的若干第一电极单元组成第一电极；以及连接到所述半导体基板的由若干第二电极单元组成的第二电极，所述第二电极与第一电极都在背光侧，半导体基板背光侧有若干刻蚀至半导体基板内的凹槽，第二电极位于凹槽内。本发明有效提高太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，尤其涉及一种太阳能电池。
背景技术
环境保护是目前世界各国面临的重要课题之一。采用清洁能源代替传统能源，可以改善居住环境，提高环境质量，是一项重要的环保措施。太阳能电池直接利用光能转化成电能，在能量转化的过程中不产生污染物，是一种新型的清洁能源。而结合不断发展的半导体制造技术，也出现了基于硅制造太阳能电池的技术。然而目前太阳能电池仍然存在光电转换效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的太阳能电池，解决太阳能电池光电转换效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的半导体基板；半导体基板上的表面电场层，所述表面电场层与半导体基板半导体类型相同，但掺杂浓度大于半导体基板；表面电场层上的防反射膜；半导体基板下的射极区，该射极区与所述半导体基板形成p-n结；连接到所述射极区的若干第一电极单元组成第一电极；以及连接到所述半导体基板的由若干第二电极单元组成的第二电极，所述第二电极与第一电极都在背光侧，半导体基板背光侧有若干刻蚀至半导体基板内的凹槽，第二电极位于凹槽内。
优选地，所述凹槽深度50μm～100μm，宽度100μm～200μm，凹槽间距1mm～2mm。
优选地，所述凹槽与半导体基板接触处形成有与半导体基板半导体类型相同，但掺杂浓度大于半导体基板的分立表面电场层。
优选地，所述凹槽表面有绝缘层。
优选地，所述绝缘层有三层介电常数不同的绝缘材料构成，中间绝缘材料介电常数较低。
优选地，所述第一电极单元与第二电极单元交叉设置。
优选地，所述半导体基板和表面电场层之间有钝化层。
优选地，所述钝化层为多晶硅钝化层。
优选地，所述粗糙表面为亚微米结构膜，由多个在与半导体基板垂直方向自身厚度不同的单元组成。
优选地，所述防反射膜为多层结构。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所述第二电极与第一电极都在背光侧有效增加了光入射面积；
同时，半导体基板背光侧有若干刻蚀至半导体基板内的凹槽，第二电极位于凹槽内，简单方便的实现了第二电极在背面的设计方案，同时凹槽位于半导体基板内穿过了P-N结，使得P-N结可抑制第一电极与第二电极间电性相反的载流子流动，防止短路；
凹槽表面的绝缘层可进一步隔离第一电极与第二电极间的载流子，保护电路；
绝缘层由中间绝缘材料介电常数较低的三层介电常数不同的绝缘材料构成，有效反射入射光，增加半导体基板内光的吸收。
因此，本发明有效提高太阳能电池光电转换效率。
附图说明
图1为对比例太阳能电池结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例3的结构示意图；
图5为本发明实施例4的结构示意图；
图6为本发明实施例5的结构示意图；
图7为本发明实施例6的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述，实施例仅限于对本发明的解释，并不对本发明进行限制。
本发明半导体基板或射极区可为p型也可为n型，可选用掺杂硼(B)、镓(Ga)和铟(In)等III族元素的p型硅片，也可选用磷(P)、砷(As)和锑(Sb)等V族元素的的n型硅片。以下实施例半导体基板为200μm～300μm厚的n型硅片，射极区为300nm～600nm的p型硅片。
本发明所用防反射膜为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，可为多层结构，也可为单层结构。
本发明第一电极以及第二电极材料可选括镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、锡(Sn)、锌(Zn)、铟(In)、钛(Ti)、金(Au)中的一种或其组合导电材料，以下实施例第一电极以及第二电极材料为铝电极。
本发明半导体基板和表面电场层之间的钝化层，其材料还可以为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等。
对比例
见图1所示：一种太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，本实施例亚微米结构单元为方形，厚300nm；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距2mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距2mm。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率17.0％。
实施例1
见图2所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，当各个方向的光入射到占空比随深度变化的亚微米结构时，光波不能分辨轮廓结构，即光均匀了表面轮廓的光学特性，就像在多层渐变折射率膜层中传输一样，因此可以减少光反射率，本实施例亚微米结构单元为方形，厚300nm；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距2mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距2mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率17.5％。
实施例2
见图3所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，亚微米结构单元为三角形，三角形各处在与半导体基板垂直方向厚度不同，最厚处厚300nm，各个方向的光入射时，占空比均随深度变化，就像在更多个多层渐变折射率膜层中传输一样，对更宽范围的光具有防反射的作用，因此可以进一步减少光反射率；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距2mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距2mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率17.7％。
实施例3
见图4所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，亚微米结构单元为三角形；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜131以及氧化硅膜132组成的双层防反射膜130，氮化硅膜131厚80nm，氧化硅膜132厚80nm,两层膜实现更宽范围的光反射；n型硅片110和表面电场层120之间有多晶硅钝化层111，减少n型硅片110中的悬键，防止因此引起的载流子复合；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距2mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距2mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率17.9％。
实施例4
见图5所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，亚微米结构单元为三角形，三角形各处在与半导体基板垂直方向厚度不同，最厚处厚300nm，各个方向的光入射时，占空比均随深度变化，就像在更多个多层渐变折射率膜层中传输一样，对更宽范围的光具有防反射的作用，因此可以进一步减少光反射率；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距2mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距2mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合，n型硅片110与凹槽170接触处，掺杂浓度1×1018/cm3，形成分立表面电场层121。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率18.0％。
实施例5
见图6所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，亚微米结构单元为三角形；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距1mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距1mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合，n型硅片110与凹槽170接触处，掺杂浓度1×1018/cm3，形成分立表面电场层121，凹槽170表面有氧化硅绝缘层180。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率18.5％。
实施例6
见图7所示：一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的n型硅片110，掺杂浓度3×1014/cm3，厚250μm，粗糙表面为刻蚀形成的凹凸不平的亚微米结构，亚微米结构单元为三角形；n型硅片110上的表面电场层120，掺杂浓度1×1018/cm3，厚100nm；表面电场层120上的氮化硅膜130，厚100nm；n型硅片110下的p型硅片140，掺杂浓度8×1018/cm3，厚400nm,p型硅片140与n型硅片110形成p-n结10；连接到p型硅片140的第一电极150，第一电极为若干第一电极单元151组成，第一电极单元151宽度50μm，电极间距1mm；以及连接到n型硅片110的由若干第二电极单元161组成的第二电极160，第二电极单元宽度30μm，电极间距1mm，背光侧若干刻蚀至半导体基板内的凹槽170，深度50μm，宽度150μm，第二电极160位于凹槽170内，第二电极单元161中点与凹槽单元171中点重合，n型硅片110与凹槽170接触处，掺杂浓度1×1018/cm3，形成分立表面电场层121，凹槽170表面有绝缘层180，所述绝缘层180由氧化硅层181、碳氧化硅层182，氮化硅层183组成。
本实施例太阳能电池在25℃、AM1.5的条件下对的电池器件进行测试，测得光电转换效率18.7％。
Claims (10)
1.一种高效的太阳能电池，包括：具有粗糙表面的半导体基板；半导体基板上的表面电场层，所述表面电场层与半导体基板半导体类型相同，但掺杂浓度大于半导体基板；表面电场层上的防反射膜；半导体基板下的射极区，该射极区与所述半导体基板形成p-n结；连接到所述射极区的若干第一电极单元组成第一电极；以及连接到所述半导体基板的由若干第二电极单元组成的第二电极，其特征在于，所述第二电极与第一电极都在背光侧，半导体基板背光侧有若干刻蚀至半导体基板内的凹槽，第二电极位于凹槽内。
2.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述凹槽深度50μm～100μm，宽度100μm～200μm，所述凹槽间距1mm～2mm。
3.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述凹槽与半导体基板接触处形成有与半导体基板半导体类型相同，但掺杂浓度大于半导体基板的分立表面电场层。
4.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述凹槽表面有绝缘层。
5.根据权利要求4所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述绝缘层有三层介电常数不同的绝缘材料构成，中间绝缘材料介电常数较低。
6.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述第一电极单元与第二电极单元交叉设置。
7.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述半导体基板和表面电场层之间有钝化层。
8.根据权利要求7所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述钝化层为多晶硅钝化层。
9.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述粗糙表面为亚微米结构膜，由多个在与半导体基板垂直方向自身厚度不同的单元组成。
10.根据权利要求1所述的高效的太阳能电池，其特征在于：所述防反射膜为多层结构。
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| CN104465885A (zh) * | 2014-12-23 | 2015-03-25 | 常州天合光能有限公司 | 全背电极太阳能电池形成局域金属化的生产方法 |
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