CN106611804A - 一种全钝化太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全钝化太阳能电池结构，包括电池层和在所述电池层的侧部形成的肖特基接触金属层，所述电池层包括N型硅基体，所述N型硅基体的正面设置有正面结构层，所述N型硅基体的背面设置有背面结构层，其中，所述正面结构层包括设置于所述N型硅基体的正面的P型硅扩散层，所述P型硅扩散层的正面设置有钝化减反膜，所述钝化减反膜的正面设置有正面电极；所述背面结构层包括设置于所述N型硅基体的背面的SiO2隧穿结，所述SiO2隧穿结的背面设置有N+硅层，所述N+硅层的背面设置有背面电极；所述正面结构的靠近边缘处的四周开设有边缘隔离槽；该全钝化太阳能电池结构，能够实现全部表面的钝化，极大地提升太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，尤其涉及一种全钝化太阳能电池结构。
背景技术
随着光伏领域的不断发展，对于太阳能电池的效率提出了越来越高的要求。众所周知，提升太阳能电池的表面钝化能力是提高太阳能电池效率的最重要手段之一，通过钝化可以显著提高太阳能电池的电流收集能力，降低少数载流子被复合的几率，从而提高太阳能电池的发电能力。
目前，主流的高效太阳能电池技术均是在钝化方式上进行改进和提升，然而，现有的太阳能电池的结构在钝化时，都存在一定的缺憾和不足，无法对太阳能电池的全部表面进行完全钝化，尤其是太阳能电池的边缘和太阳能电池的背表面的钝化，从而导致太阳能电池效率的提升受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种全钝化太阳能电池结构，能够实现全部表面的钝化，极大地提升太阳能电池效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种全钝化太阳能电池结构，包括电池层和在所述电池层的侧部形成的肖特基接触金属层，所述电池层包括N型硅基体，所述N型硅基体的正面设置有正面结构层，所述N型硅基体的背面设置有背面结构层，其中，所述正面结构层包括设置于所述N型硅基体的正面的P型硅扩散层，所述P型硅扩散层的正面设置有钝化减反膜，所述钝化减反膜的正面设置有正面电极；所述背面结构层包括设置于所述N型硅基体的背面的SiO2隧穿结，所述SiO2隧穿结的背面设置有N+硅层，所述N+硅层的背面设置有背面电极；所述正面结构的靠近边缘处的四周开设有边缘隔离槽。
其中，所述正面电极采用丝网印刷、电镀或喷墨打印制得。
其中，所述钝化减反膜为Al2O3薄膜、SiO2薄膜、Al2O3和SiNx叠层膜中的一种制得；或
所述钝化减反膜为SiO2隧穿结钝化结构或氢化非晶硅钝化结构。
其中，所述P型硅扩散层采用气相热扩散、旋涂硼源热扩散、激光掺杂或离子注入方式制得，或
所述P型硅扩散层采用晶硅非晶硅等异质结结构；
所述P型硅扩散层的厚度为(0，10]μm。
其中，所述N型硅基体采用直拉法、区融法或铸造法制得，其电阻率为(0，10]Ω·cm，厚度为(0，500]μm。
其中，所述SiO2隧穿结采用湿氧化、干氧化、化学气相沉积或物理气相沉积制得，所述SiO2隧穿结的厚度为(0，5]nm。
其中，所述N+硅层为多晶硅、单晶硅、微晶硅或者非晶硅，所述N+硅层采用化学气相沉积或液相外延制得。
其中，所述背面电极为全电极或栅线结构。
其中，所述背面电极采用透明金属导电膜，所述透明金属导电膜为ITO膜或TCO膜。
其中，所述肖特基接触金属层为Au、Ag、Pt、Al中的一种，或所述肖特基接触金属层为合金。
所述肖特基接触金属层的厚度为(0，100]nm；所述肖特基接触金属层采用热蒸镀或喷墨打印方式在所述电池层的边缘生成纳米金属层，再通过烧结制得。
本发明的有益效果为：
本发明的全钝化太阳能电池结构，通过钝化减反膜、SiO2隧穿结、N+硅层以及肖特基接触金属层形成正面、背面、侧面的钝化，从而实现全部表面的钝化，极大地提升太阳能电池效率。
附图说明
图1是本发明的全钝化太阳能电池结构的结构示意图；
图2是图1中的全钝化太阳能电池结构的实现方式示意图。
图中：1-正面电极；2-钝化减反膜；3-P型硅扩散层；4-N型硅基体；5-SiO2隧穿结；6-N+硅层；7-背面电极；8-肖特基接触金属层；9-边缘隔离槽。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的一种全钝化太阳能电池结构，包括电池层和在电池层的侧部形成的肖特基接触金属层8，电池层包括N型硅基体4，N型硅基体4的正面设置有正面结构层，N型硅基体4的背面设置有背面结构层，其中，正面结构层包括设置于N型硅基体4的正面的P型硅扩散层3，P型硅扩散层3的正面设置有钝化减反膜2，钝化减反膜2的正面设置有正面电极1；背面结构层包括设置于N型硅基体4的背面的SiO2隧穿结5，SiO2隧穿结5的背面设置有N+硅层6，N+硅层6的背面设置有背面电极7；正面结构的靠近边缘处的四周开设有边缘隔离槽9。
在本发明中，对于有限高度的势垒，当势垒厚度与微观粒子的德布罗意波长接近时，则对于微观粒子来说，该势垒就是量子势垒；因为这时的微观粒子可以利用其波动性而直接穿过势垒，这种现象就是隧穿。利用隧穿效应实现电子空穴对分离的一种半导体结构为隧穿结。将SiO2置于两个半导体之间，当氧化硅的厚度与多数载流子的德布罗意波长接近时，多数载流子可通过氧化硅。这种结构为氧化硅隧穿结。
本发明的通过使用SiO2隧穿结结构对硅片背面进行全钝化，侧面边缘处沉积金属生成肖特基接触金属层，形成肖特基势垒对电池层边缘完成钝化，从而形成一种具有电池全表面钝化结构的高效太阳电池，有效提高太阳电池光电转换效率。
进一步地，正面电极1采用丝网印刷、电镀或喷墨打印制得。
进一步地，钝化减反膜2为Al2O3薄膜、SiO2薄膜、Al2O3和SiNx叠层膜中的一种制得；或
钝化减反膜2为SiO2隧穿结钝化结构或氢化非晶硅钝化结构。
在本发明中，氢化非晶硅钝化结构是指在硅表面沉积的含有大量氢键的非晶硅结构，具有良好的氢钝化效果。
进一步地，P型硅扩散层3采用气相热扩散、旋涂硼源热扩散、激光掺杂或离子注入方式制得，或者，P型硅扩散层3也可以采用晶硅非晶硅等异质结结构；其中，晶硅非晶硅等异质结结构是指PN结的N型和P型分别由晶硅和非晶硅构成。
优选的，P型硅扩散层3的厚度为(0，10]μm，具体地，P型硅扩散层的厚度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、6.0μm、7.0μm、8.0μm、9.0μm、10.0μm。
在本发明中，气相热扩散是指气体为扩散源，在高温下完成扩散。
旋涂硼源热扩散是指旋涂在硅片表面的固态硼浆为扩散源，在高温下完成扩散。
激光掺杂是利用激光的高能量密度是扩散原子进入硅基体。
离子注入是指在真空中、低温下，把杂质离子加速(对Si，电压≥105V)，获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中。
进一步地，N型硅基体4采用直拉法、区融法或铸造法制得，其电阻率为(0，10]Ω·cm，厚度为(0，500]μm。
具体地，电阻率可以为0.1Ω·cm、0.2Ω·cm、0.3Ω·cm、0.4Ω·cm、0.5Ω·cm、0.6Ω·cm、0.7Ω·cm、0.8Ω·cm、0.9Ω·cm、1.0Ω·cm、2.0Ω·cm、3.0Ω·cm、4.0Ω·cm、5.0Ω·cm、6.0Ω·cm、7.0Ω·cm、8.0Ω·cm、9.0Ω·cm、10.0Ω·cm。
厚度可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、5.0μm、10.0μm、35.0μm、50.0μm、80.0μm、100.0μm、160.0μm、200.0μm、230.0μm、300.0μm、450.0μm、500.0μm。
在本发明中，直拉法是又称为切克劳斯基法，它是1918年由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的热系统汇总，用石墨电阻加热，将装在高纯度石英坩埚中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶，再反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支硅单晶就生长出来了。
直拉法具有如下优点：
1、在生产过程中可以方便的观察晶体的生长状态。
2、晶体在熔体表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著地减小晶体的应力，并防止锅壁的寄生成核。
3、可以方便的使用定向籽晶和“缩颈”工艺。缩颈后面的籽晶，其位错可大大减少，这样可使放大后生长出来的晶体，其位错密度降低。
总之，直拉法生长的晶体，其完整性很高，而生长率和晶体尺寸也是令人满意的。
区融法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔法分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。
进一步地，SiO2隧穿结采用湿氧化、干氧化、化学气相沉积或物理气相沉积制得，SiO2隧穿结的厚度为(0，5]nm。
具体地，所述SiO2隧穿结的厚度可以为0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm、3.0nm、3.5nm、4.0nm、4.5nm、5.0nm。
进一步地，N+硅层6为多晶硅、单晶硅、微晶硅或者非晶硅，N+硅层6采用化学气相沉积或液相外延制得。
在本发明中，液相外延液相外延技术(Liquid Phase Epitaxy，简称LPE)1963年由Nelson等人提出，其原理是：以低熔点的金属(如Ga、In等)为溶剂，以待生长材料(如Ga、As、Al等)和掺杂剂(如Zn、Te、Sn等)为溶质，使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态。通过降温冷却使石墨舟中的溶质从溶剂中析出，在单晶衬底上定向生长一层晶体结构和晶格常数与单晶衬底足够相似的晶体材料，使晶体结构得以延续,实现晶体的外延生长。
进一步地，背面电极7为全电极或栅线结构。
进一步地，背面电极7采用透明金属导电膜，透明金属导电膜为ITO膜或TCO膜。
在本发明中，ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两个性能指标：电阻率和透光率。
TCO是指透明导电氧化物，transparentconductiveoxide的简称。薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。透明导电薄膜以掺锡氧化铟(tindopedindiumoxide，简称ITO)为代表，研究与应用较为广泛、成熟，在美日等国已产业化生产。
进一步地，肖特基接触金属层8为Au、Ag、Pt、Al中的一种，或肖特基接触金属层8为合金；
肖特基接触金属层8的厚度为(0，100]nm；具体地，所述肖特基接触金属层的厚度可以为0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm、2.0nm、3.5nm、4.5nm、5.0nm、10nm、20nm、35nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm。
肖特基接触金属层8采用热蒸镀或喷墨打印方式在电池层的边缘生成纳米金属层，再通过烧结制得。
下面通过具体实施例进一步说明本发明的全钝化太阳能电池结构。
实施例一
如图2所示，本实例提供的一种全钝化太阳能电池结构，包括：
正面电极1，采用常规的五主栅电极结构，使用喷墨打印技术实现高宽比优良的前正面电极；
钝化减反膜2，采用ALD设备沉积20nm厚度的Al2O3薄膜，再沉积60nm厚度的氮化硅，实现减反射及钝化；
P型硅扩散层3，采用旋涂硼源热扩散，也即旋涂硼源后热扩散的方式实现，控制结深0.25μm；
N型硅基体4，选用电阻率为0.5Ω·cm，厚度为180μm；
SiO2隧穿结5，使用湿化学氧化的方法，厚度为1.5nm；
N+硅层6，采用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低压力化学气相沉积法)生长同时掺杂，控制厚度为200nm；
背面电极7，采用热蒸镀方式制得；
肖特基接触金属层8，即边缘钝化结构，采用喷墨打印喷纳米银，烧结后形成，并在正面结构的边缘使用激光开边缘隔离槽9以隔离PN结。
通过本实施例的方式获得的全钝化太阳能电池结构，其电池转换效率为23.8％，相比不完全钝化的太阳能电池，其转换效率极大地提高。
实施例二
如图2所示，本实例提供的一种全钝化太阳能电池结构，包括：
正面电极1，采用常规的五主栅电极结构，使用电镀技术实现高宽比优良的前正面电极；
钝化减反膜2，采用ALD设备沉积10nm厚度的SiO2薄膜，PECVD沉积80nm氮化硅薄膜，实现减反射及钝化；
P型硅扩散层3，采用激光掺杂的方式实现，控制结深6μm；
N型硅基体4，选用电阻率为3Ω·cm，厚度为420μm；
SiO2隧穿结5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低压力化学气相沉积法)生长方式，厚度为1nm；
N+硅层6，采用液相外延方式，控制厚度为200nm；
背面电极7，采用热蒸镀方式制得；
肖特基接触金属层8，即边缘钝化结构，采用热蒸镀Pt，烧结后形成，并在正面结构的边缘使用激光开边缘隔离槽9以隔离PN结。
通过本实施例的方式获得的全钝化太阳能电池结构，其电池转换效率为24.0％，相比不完全钝化的太阳能电池，其转换效率极大地提高。
实施例三
如图2所示，本实例提供的一种全钝化太阳能电池结构，包括：
正面电极1，采用常规的五主栅电极结构，使用丝网印刷技术实现高宽比优良的前正面电极；
钝化减反膜2，采用ALD设备沉积80nm厚度的Al2O3和SiNx叠层膜，实现减反射及钝化；
P型硅扩散层3，采用气相热扩散的方式实现，控制结深2.8μm；
N型硅基体4，选用电阻率为6.5Ω·cm，厚度为170μm；
SiO2隧穿结5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低压力化学气相沉积法)生长方式，厚度为1.1nm；
N+硅层6，采用液相外延方式，控制厚度为200nm；
背面电极7，采用热蒸镀方式制得；
肖特基接触金属层8，即边缘钝化结构，采用热蒸镀Au，烧结后形成，并在正面结构的边缘使用激光开边缘隔离槽9以隔离PN结。
通过本实施例的方式获得的全钝化太阳能电池结构，其电池转换效率为24.8％，相比不完全钝化的太阳能电池，其转换效率极大地提高。
实施例四
如图2所示，本实例提供的一种全钝化太阳能电池结构，包括：
正面电极1，采用常规的五主栅电极结构，使用喷墨打印技术实现高宽比优良的前正面电极；
钝化减反膜2，使用80nm厚的ITO薄膜，折射率为2.0。
P型硅扩散层3，采用非晶硅结构，使用PECVD沉积一层本征氢化非晶硅，厚度为1nm，再在本征氢化非晶硅上沉积一层P型非晶硅，厚度为5nm；
N型硅基体4，选用电阻率为1.6Ω·cm，厚度为200μm；
SiO2隧穿结5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低压力化学气相沉积法)生长方式，厚度为1nm；
N+硅层6，采用PECVD方式生成(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，即等离子体增强化学气相沉积法)，控制厚度为200nm；
背面电极7，采用热蒸镀方式制得；
肖特基接触金属层8，即边缘钝化结构，采用热蒸镀Al，烧结后形成，并在正面结构的边缘使用激光开边缘隔离槽9以隔离PN结。
通过本实施例的方式获得的全钝化太阳能电池结构，其电池转换效率为25.1％，相比不完全钝化的太阳能电池，其转换效率极大地提高。
上述四种实施例中的全钝化太阳能电池结构，相比于现有技术中的部分钝化的电池，本发明采用全新电池结构，对电池正表面、背表面以及电池侧表面均进行钝化处理，实现了一种无短板的全钝化太阳能电池结构，其各个部分实现的手段多样化，因而电池结构实现难度小，工艺稳定性强，且可获得极高的电池效率。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全钝化太阳能电池结构，其特征在于，包括电池层和在所述电池层的侧部形成的肖特基接触金属层，所述电池层包括N型硅基体，所述N型硅基体的正面设置有正面结构层，所述N型硅基体的背面设置有背面结构层，其中，所述正面结构层包括设置于所述N型硅基体的正面的P型硅扩散层，所述P型硅扩散层的正面设置有钝化减反膜，所述钝化减反膜的正面设置有正面电极；所述背面结构层包括设置于所述N型硅基体的背面的SiO2隧穿结，所述SiO2隧穿结的背面设置有N+硅层，所述N+硅层的背面设置有背面电极；所述正面结构的靠近边缘处的四周开设有边缘隔离槽。
2.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述正面电极采用丝网印刷、电镀或喷墨打印制得。
3.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述钝化减反膜为Al2O3薄膜、SiO2薄膜、Al2O3和SiNx叠层膜中的一种制得；或
所述钝化减反膜为SiO2隧穿结钝化结构或氢化非晶硅钝化结构。
4.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述P型硅扩散层采用气相热扩散、旋涂硼源热扩散、激光掺杂或离子注入方式制得，或
所述P型硅扩散层采用晶硅非晶硅等异质结结构；
所述P型硅扩散层的厚度为(0，10]μm。
5.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述N型硅基体采用直拉法、区融法或铸造法制得，其电阻率为(0，10]Ω·cm，厚度为(0，500]μm。
6.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述SiO2隧穿结采用湿氧化、干氧化、化学气相沉积或物理气相沉积制得，所述SiO2隧穿结的厚度为(0，5]nm。
7.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述N+硅层为多晶硅、单晶硅、微晶硅或者非晶硅，所述N+硅层采用化学气相沉积或液相外延制得。
8.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述背面电极为全电极或栅线结构。
9.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述背面电极采用透明金属导电膜，所述透明金属导电膜为ITO膜或TCO膜。
10.根据权利要求1所述的全钝化太阳能电池结构，其特征在于，所述肖特基接触金属层为Au、Ag、Pt、Al中的一种，或所述肖特基接触金属层为合金；
所述肖特基接触金属层的厚度为(0，100]nm；
所述肖特基接触金属层采用热蒸镀或喷墨打印方式在所述电池层的边缘生成纳米金属层，再通过烧结制得。
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