CN106684160A - 一种背结背接触太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
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绝缘介质层；复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层；复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层；复合在所述基片背表面的复合层；复合在所述复合层表面的电极。本发明提出了一种前表面采用层叠隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，在电池的前表面采用掺杂半导体导电层和绝缘介质层的叠层结构，形成了层叠隧穿钝化层，同时提供场钝化和化学钝化的作用，避免了传统工艺中采用扩散掺杂的方法实现场钝化之后再生长钝化层实现化学钝化的工艺，简化了工艺，降低了生产成本。而且相比于传统的前表面钝化工艺，可以使前表面的复合进一步降低，从而提高电池的转换效率。
Description
技术领域
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，尤其涉及一种前表面采用层叠隧穿钝化层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(interdigitated back contact，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。但是背结背接触电池也面临一些问题，那就是对衬底的质量以及电池前表面的钝化质量要求比较高，因为光生载流子主要在电池的前表面附近产生，如果前表面钝化效果不好或者衬底的寿命比较低，那么光生载流子就很难在复合之前到达电池背面被电极导出。
虽然在现实技术中，特别是sunpower等公司生产的背结背接触电池，采用高质量的单晶硅作为衬底，其少子寿命一般要大于1ms，从而大大减少了载流子在衬底中的复合。然而当衬底少子寿命提高了之后，电池前表面的复合就显现出来了。一般钝化前表面的方法有化学钝化和场钝化，场钝化主要是采用扩散的方式在前表面形成一个和衬底掺杂类型一样的高掺杂区。化学钝化就是在衬底的表面生长一层介质层，从而减少表面悬挂键。但是上述方法实现起来却比较复杂，生产成本比较高，而且效果也不是很理想。
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效率，同时在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。
发明内容
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，特别是一种前表面采用层叠隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，本发明提供的背结背接触太阳能电池的前表面形成了层叠隧穿钝化层，能够具有较高的电池效率，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绝缘介质层；
复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层；
复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层；
所述基片前表面、所述绝缘介质层、所述掺杂半导体导电层和所述减反射层具有陷光结构；
复合在所述基片背表面的复合层；
复合在所述复合层表面的电极。
优选的，所述基片背表面的复合层包括P型掺杂区、N型掺杂区、背面钝化层；
所述电极包括正电极和负电极。
优选的，所述P型掺杂区和N型掺杂区相邻交替复合在所述基片背表面，和/或所述P型掺杂区和N型掺杂区相隔交替刻蚀在所述基片背表面；
所述P型掺杂区和N型掺杂区之间的相隔处为基片，所述基片的表面复合有背面钝化层；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
优选的，所述基片背表面具有沟道，所述沟道的底面复合有N型掺杂区，所述沟道的侧面复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述基片背表面的其余部分复合有P型掺杂区；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
优选的，所述减反射层的材质为透光材料，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10～100nm；
所述背面钝化层包括氧化硅层、氮化硅层和碳化硅层中的一种或多种；
所述背面钝化层的厚度为10～100nm。
优选的，所述基片的材质包括硅材料；
所述硅材料包括单晶硅、多晶硅和硅薄膜中的一种或多种；
所述基片的厚度为100～300μm。
优选的，所述基片的材质包括掺杂的硅材料；
所述掺杂的硅材料为硼、磷、镓和砷中的一种或多种掺杂的硅材料；
所述基片的掺杂类型为N型或P型，且所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型相同。
优选的，所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为N型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级高于所述基片的费米能级；
所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为P型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级低于所述基片的费米能级。
优选的，所述绝缘介质层的材质为绝缘材料；
所述绝缘材料包括氧化硅、氧化铝和氮化硅中的一种或多种；
所述绝缘介质层的厚度为0.2～50nm。
优选的，所述掺杂半导体导电层的材质为硼、磷、镓和砷中的一种或多种掺杂的半导体材料；
所述半导体材料包括多晶硅、微晶硅和非晶硅中的一种或多种；
所述掺杂半导体导电层的厚度为2nm～1μm。
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绝缘介质层；复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层；复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层；复合在所述基片背表面的复合层；复合在所述复合层表面的电极。与现有技术相比，本发明针对现有工艺中对衬底的质量以及电池前表面的钝化质量要求比较高的局限，提出了一种前表面采用层叠隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，该背结背接触太阳能电池的前表面形成了层叠隧穿钝化层，能够具有较高的电池效率，而且技术方案简单易于实现。本发明采用掺杂半导体导电层和绝缘介质层的叠层结构，在前表面同时提供场钝化和化学钝化的作用，避免了传统工艺中采用扩散掺杂的方法实现场钝化之后再生长钝化层实现化学钝化的工艺，简化了工艺，降低了生产成本。而且相比于传统的前表面钝化工艺，可以使前表面的复合进一步降低，从而提高电池的转换效率。
实验结果表明，本发明提供的前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，开路电压为678mV，短路电流密度为42.1mA/cm2，填充因子为84％，效率为23.97％。
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提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图；
图4为本发明实施例3提供的前表面采用叠层隧穿钝化层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绝缘介质层；
复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层；
复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层；
所述基片前表面、所述绝缘介质层、所述掺杂半导体导电层和所述减反射层具有陷光结构；
复合在所述基片背表面的复合层；
复合在所述复合层表面的电极。
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硅材料或掺杂的硅材料。
本发明所述基片的材质为掺杂的硅材料时，对所述基片的掺杂类型没有特别限制，以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的基片的掺杂类型即可，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，本发明所述基片的掺杂类型优选为N型或P型，且所述基片的掺杂类型优选与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型相同。
本发明对所述基片的掺杂浓度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的基片或衬底的掺杂浓度即可，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，本发明所述基片的掺杂浓度优选小于掺杂半导体导电层的导电浓度。
本发明对所述硅材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的基片用硅材料即可，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基片常用掺杂材料即可，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料优选包括硼、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1～10Ω·cm，更优选为3～8Ω·cm，最优选为4～7Ω·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100～300μm，更优选为120～280μm，最优选为150～250μm。
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。
本发明中的电池基片可以为单晶硅、多晶硅、硅薄膜等，厚度应在100μm到300μm之间。电池基片的前表面(进光面)有相应的陷光结构，后续的绝缘介质层、掺杂的半导体层、减反射层都作在了陷光结构之上，该陷光结构可以利用碱溶液腐蚀硅片的表面获得，腐蚀溶液可以为NaOH溶液，也可以为TMAH溶液，陷光结构可以为正立的金字塔结构也可以为倒立的金字塔结构，这和腐蚀的硅表面的晶向有关，也可以为纳米柱，其作用主要是减少光的反射。
本发明所述背结背接触太阳能电池包括复合在所述基片前表面的绝缘介质层。本发明对所述绝缘介质层没有特别限制，以本领域技术人员熟知的绝缘介质层即可，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，本发明所述绝缘介质层的材质优选为绝缘材料。
本发明对所述绝缘介质层的绝缘材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的绝缘材料即可，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，本发明所述绝缘介质层的绝缘材料优选包括氧化硅、氧化铝和氮化硅中的一种或多种，更优选为包括氧化硅、氧化铝或氮化硅。
本发明对所述绝缘介质层的厚度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的绝缘介质层常规厚度即可，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，本发明所述绝缘介质层的厚度优选为0.2～50nm，更优选为1.0～40nm，更优选为5～30nm，最优选为10～20nm。
在本发明中，绝缘介质层位于掺杂半导体导电层和电池基片之间，可以为任何绝缘材料，如氧化硅、氧化铝等，但是由于这层绝缘介质材料主要是起化学钝化的作用，对电池基片的前表面进行化学钝化，所以材料需要尽可能的减少界面的界面态。形成该绝缘介质层的方法包括湿法氧化、热氧化、化学气相沉积、原子层沉积(ALD)等。该绝缘介质层的厚度应该在0.2nm到50nm之间。
本发明所述背结背接触太阳能电池包括复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层。
本发明对所述掺杂半导体导电层没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的掺杂半导体层即可，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，本发明所述掺杂半导体导电层，即掺杂半导体层，优选为掺杂的半导体材料。本发明所述掺杂半导体导电层的掺杂类型优选为N型或P型，且所述掺杂半导体导电层的掺杂类型优选与所述基片的掺杂类型相同。
本发明对所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规掺杂半导体导电层的掺杂浓度即可，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，本发明所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度优选为1015～1020cm-3，更优选为1016～1019cm-3，最优选为1017～1018cm-3。
特别的，本发明所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度，还优选满足以下条件：
所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为N型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级高于所述基片的费米能级；
所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为P型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级低于所述基片的费米能级。
本发明对所述掺杂半导体导电层的掺杂材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的掺杂半导体导电层的掺杂材料即可，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，本发明所述掺杂半导体导电层的掺杂材质优选包括硼、磷、镓和砷中的一种或多种，更优选为硼、磷、镓或砷，最优选为硼或磷。
本发明对所述掺杂半导体导电层的半导体材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的掺杂半导体导电层的半导体材料即可，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，本发明所述掺杂半导体导电层的半导体材料优选包括单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅和硅薄膜中的一种或多种，更优选为单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅或硅薄膜，最优选为多晶硅、微晶硅或非晶硅。
本发明对所述掺杂半导体导电层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掺杂半导体导电层的常规厚度即可，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，本发明所述掺杂半导体导电层的厚度优选为2nm～1μm，更优选为20nm～0.5μm，更优选为0.05～0.4μm，最优选为0.1～0.3μm。
本发明中掺杂的半导体层可以为任何经过掺杂的半导体层，如多晶硅、微晶硅、非晶硅等。该掺杂半导体导电层位于紧挨绝缘介质层的上面，紧挨减反射层的下面，其掺杂类型以及掺杂浓度取决于(基片)衬底的掺杂类型和掺杂浓度，掺杂的半导体层的掺杂类型和衬底的掺杂类型一致，掺杂浓度比衬底的掺杂浓度大。掺杂浓度通常优选在1015cm-3到1020cm-3之间。从能带的角度来看，当掺杂半导体导电层和衬底为N型掺杂，则掺杂半导体导电层的费米能级比衬底的费米能级高；当掺杂半导体导电层和衬底为P型掺杂，则掺杂半导体导电层的费米能级比衬底的费米能级低。这是为了实现一种场钝化的效果。该半导体层可以采用化学气相沉积方法生长，在生长的同时完成掺杂，也可以采用等离子体化学气相沉积工艺以及后期热处理的方式制备，其厚度应该控制在2nm到1μm之间。
本发明所述背结背接触太阳能电池包括复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层。
本发明对所述减反射层没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的减反射层即可，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，本发明所述减反射层优选为具有减反射作用膜层，优选为透光材料，其材质具体更优选包括氮化硅、ITO、氧化硅和氧化钛中的一种或多种，更优选为氮化硅、ITO、氧化硅或氧化钛，最优选为氮化硅或氧化钛。
本发明对所述减反射层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减反射层常规厚度即可，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，本发明所述减反射层的厚度优选为10～100nm，更优选为30～80nm，最优选为50～60nm。
本发明提供的背结背接触太阳能电池最前表面是一层减反射层，即减反射层设置在了电池进光面的最外面，减反射层可以采用氮化硅、氧化硅、ITO等任何透光材料，构成的薄膜层，其制备工艺可以为真空镀膜，化学气相沉积、溶胶凝胶法等工艺，其主要作用就是减少太阳光的反射，而且厚度经过优选可以极大程度地减小光的反射。
本发明对所述基片前表面依次复合的绝缘介质层、掺杂半导体导电层和减反射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，本发明所述基片前表面、所述绝缘介质层、所述掺杂半导体导电层和所述减反射层具有陷光结构，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绝缘介质层、掺杂半导体导电层和减反射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，绝缘介质层、掺杂半导体导电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。
本发明所述背结背接触太阳能电池还包括复合在所述基片背表面的复合层和复合在所述复合层表面的电极。
本发明对所述基片背表面的复合层的组成没有特别限制，以本领域技术人员熟知的基片背表面的常规复合层组成即可，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，本发明所述基片背表面的复合层优选包括P型掺杂区、N型掺杂区、背面钝化层；所述电极包括正电极和负电极。
本发明对所述P型掺杂区没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的P型掺杂半导体层即可，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P型掺杂区优选为P型掺杂的半导体材料层。
本发明对所述P型掺杂区的掺杂浓度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规P型掺杂半导体层的掺杂浓度即可，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。
本发明对所述P型掺杂区的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的掺杂半导体层的个数即可，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P型掺杂区的个数可以为单个，也可以为多个，与所述正电极的个数对应即可。在本发明中，当所述P型掺杂区的个数为多个时，所述多个P型掺杂区的可以具有相同的掺杂浓度，也可以具有不同的掺杂浓度。
本发明对所述P型掺杂区的掺杂材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的P型掺杂半导体层的掺杂材料即可，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P型掺杂区的掺杂材质优选包括硼、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P型掺杂区的半导体材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的P型掺杂半导体层的半导体材料即可，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P型掺杂区的半导体材料优选包括单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅和硅薄膜中的一种或多种，更优选为单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅或硅薄膜，最优选为单晶硅、多晶硅或硅薄膜。
本发明对所述P型掺杂区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P型掺杂半导体层的常规厚度即可，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P型掺杂区的厚度优选为70nm。
本发明对所述N型掺杂区没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的N型掺杂半导体层即可，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N型掺杂区优选为N型掺杂的半导体材料层。
本发明对所述N型掺杂区的掺杂浓度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规N型掺杂半导体层的掺杂浓度即可，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。
本发明对所述N型掺杂区的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的掺杂半导体层的个数即可，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N型掺杂区的个数可以为单个，也可以为多个，与所述负电极的个数对应即可。在本发明中，当所述N型掺杂区的个数为多个时，所述多个N型掺杂区的可以具有相同的掺杂浓度，也可以具有不同的掺杂浓度。
本发明对所述N型掺杂区的掺杂材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的N型掺杂半导体层的掺杂材料即可，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N型掺杂区的掺杂材质优选包括硼、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N型掺杂区的半导体材料没有特别限制，以本领域技术人员熟知的N型掺杂半导体层的半导体材料即可，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N型掺杂区的半导体材料优选包括单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅和硅薄膜中的一种或多种，更优选为单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅或硅薄膜，最优选为单晶硅、多晶硅或硅薄膜。
本发明对所述N型掺杂区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N型掺杂半导体层的常规厚度即可，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N型掺杂区的厚度优选为70nm。
本发明对所述正电极没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极即可，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，本发明所述正电极优选为金属电极，其材质更具体优选为Ag、Al、Cu和Ni中的一种或多种，更优选为Ag、Al、Cu或Ni。
本发明对所述正电极的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极个数即可，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，本发明所述正电极的个数可以为单个，也可以为多个，与所述P型掺杂区对应即可。
本发明对所述设置在所述P型掺杂区上的正电极与P型掺杂区的接触部分的接触面面积没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极接触面面积即可，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。
本发明对所述正电极与P型掺杂区的接触部分的接触形状和接触方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极接触形状和接触方式即可，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。
本发明对所述正电极的形成方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的电极形成方式即可，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，本发明所述正电极的形成方式优选采用丝印、烧结、电子束蒸发或磁控溅射形成。
本发明对所述负电极没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极即可，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，本发明所述负电极优选为金属电极，其材质更具体优选为Ag、Al、Cu和Ni中的一种或多种，更优选为Ag、Al、Cu或Ni。
本发明对所述负电极的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极个数即可，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，本发明所述负电极的个数可以为单个，也可以为多个，与所述N型掺杂区对应即可。
本发明对所述设置在所述N型掺杂区上的负电极与N型掺杂区的接触部分的接触面面积没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极接触面面积即可，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。
本发明对所述负电极与N型掺杂区的接触部分的接触形状和接触方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池的电极接触形状和接触方式即可，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。
本发明对所述负电极的形成方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的电极形成方式即可，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，本发明所述负电极的形成方式优选采用丝印、烧结、电子束蒸发或磁控溅射形成。
本发明所述基片背表面的复合层还包括背面钝化层。
本发明对所述背面钝化层没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池钝化层即可，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，本发明所述背面钝化层优选为绝缘材料层。
本发明对所述背面钝化层的材质没有特别限制，以本领域技术人员熟知的太阳能电池钝化层材质即可，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，本发明所述背面钝化层的材质优选为绝缘材质，更具体包括氧化硅、氮化硅和碳化硅中的一种或多种，更优选为氧化硅、氮化硅或碳化硅。
本发明对所述背面钝化层的性能参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规性能参数即可，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。
本发明对所述背面钝化层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背表面钝化层的常规厚度即可，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，本发明所述背面钝化层的厚度优选为10～100nm，更优选为30～80nm，最优选为50～60nm，具体优选为100nm。
本发明对所述P型掺杂区、N型掺杂区和背面钝化层在所述基片背表面的具体设置形式和设置关系没有特别限制，以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体导电层、N型掺杂半导体导电层和背面钝化层的设置形式和设置关系即可，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P型掺杂区和N型掺杂区优选相邻交替复合在所述基片背表面，和/或所述P型掺杂区和N型掺杂区相隔交替刻蚀在所述基片背表面，更优选相邻交替复合在所述基片背表面，或相隔交替刻蚀在所述基片背表面；
本发明所述相隔交替即是指，交替分布且两者之间存在一定的空隙，即插指状分布。所述相邻交替即是指，交替分布且两者之间不存在空隙。即所述N型掺杂区和P型掺杂区位于电池的背面，N型掺杂区和P型掺杂区呈插指状相间排列，N型掺杂区和P型掺杂区之间为一个非掺杂区，N型掺杂区和P型掺杂区可以在电池基片背面的表面形成；此外，也可以没有非掺杂区，如N型掺杂区或P型掺杂区中的一个可以在刻蚀背表面形成的沟道里形成。
更具体优选的，所述P型掺杂区和N型掺杂区相隔交替时，所述P型掺杂区和N型掺杂区之间的相隔处为基片，所述基片的表面复合有背面钝化层；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
更具体优选的，所述P型掺杂区和N型掺杂区相邻交替时，所述基片背表面具有沟道，所述沟道的底面复合有N型掺杂区，所述沟道的侧面复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述基片背表面的其余部分(除去沟道的部分)复合有P型掺杂区；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
本发明对所述P型掺杂区和N型掺杂区的宽度关系没有特别限制，以本领域技术人员熟知的背结背接触太阳能电池的P型掺杂半导体导电层和N型掺杂半导体导电层的宽度关系即可，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。
本发明提供的是前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，但是电池的背面应包括一些最基本的结构，如发射极区，背场区，正电极，负电极，钝化层，只有这样才可以实现载流子的分离并将其引出到外电路，至于其具体的结构则可以有很多种形式，本发明对于位于电池背面的N型掺杂区、P型掺杂区、正电极、负电极以及背表面钝化层等结构没有特别的限定，而且背结背接触太阳能电池的背面掺杂区和电极的分布形式也并不是固定的，不同的工艺导致的背面结构可以有很大差别。至于其具体的结构则可以有很多种形式。如可以在衬底背面直接进行选区扩散，形成交错分布的N型掺杂区和P型掺杂区，也可以先在衬底上刻蚀出具有一定深度的沟道，然后在沟道内形成掺杂区、还可以采用异质结结构形成发射极和背场。此外还有很多其它形式的背面结构，但只要是背结背接触结构，就都应该包含在该发明之内。
本发明上述步骤提供了一种前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，包括位于电池基片前表面的减反射层、掺杂半导体导电层、绝缘介质层，以及位于电池基片背表面的P型掺杂区、N型掺杂区、正电极、负电极以及背表面钝化层。操作时太阳光从电池的前表面进入基底内。电池的前表面具有一种绒面陷光结构，减反射层、掺杂半导体导电层、绝缘介质层都是在这种陷光结构上形成的。电池背面的N型掺杂区和P型掺杂区可以呈插指状交替分布，负电极和N型区接触，正电极和P型区接触，正负电极也呈插指状交替分布。最后在背面没有电极的地方采用钝化层进行钝化。
本发明与传统的钝化前表面的工艺相比，采用掺杂半导体导电层和绝缘介质层的叠层结构，在前表面同时提供场钝化和化学钝化的作用，避免了传统工艺中采用扩散掺杂的方法实现场钝化之后再生长钝化层实现化学钝化的工艺，简化了工艺，降低了生产成本，而且可以更有效的减少光生载流子在前表面的复合，从而提高电池的转换效率，而且制备方法更简单，成本较低。
实验结果表明，本发明提供的前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池，开路电压为678mV，短路电流密度为42.1mA/cm2，填充因子为84％，效率为23.97％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种背结背接触太阳能电池进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
参见图1，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。其中，100为减反射层，101为掺杂半导体导电层，102为绝缘介质层，103为衬底(基片)，104为N型掺杂区，105为P型掺杂区，106为负电极，107为正电极，108为背面钝化层，基片的受光面整体具有绒面陷光结构。
如图1所示，背面的N型掺杂区、P型掺杂区在电池背部的表面直接进行扩散形成，电极也是在同一平面上形成。
该结构的太阳能电池的制备方式如下：
在厚度为100微米的N型硅片的背面生长一层300nm氧化层，然后采用光刻的的方法，将发射极区的氧化层去掉，然后采用扩散的方法，将硼原子扩散到衬底内部，形成发射极掺杂区。发射极区掺杂的结深为3微米，表面浓度为1019cm-3，发射极区的宽度为800微米。然后采用同样的方法，将磷扩散到衬底中，形成背场掺杂区，背场区的宽度为500微米，发射极区和背场区之间有一个宽度为40微米的非掺杂区。磷掺杂的表面浓度为1019cm-3，结深为2微米。然后采用氢氧化钠腐蚀的方法，对衬底的前表面进行制绒，氢氧化钠浓度为1％，腐蚀时间为5min，温度为60℃。制完绒之后，在绒面的表面通过ALD沉积一层氧化铝隧穿氧化层，厚度为2纳米。然后通过LPCVD方法，在氧化铝上面再沉积一层N型掺杂的多晶硅。多晶硅的掺杂浓度为1019cm-3，厚度为50nm。然后再通过电子束蒸发的方式在掺杂多晶硅上面沉积一层ITO作为减反射层，ITO的厚度为100nm。最后通过丝网印刷银浆的方式，在电池的背面形成电池的正负电极接触，正电极接触在发射极区形成，负电极接触在背场区形成，最后得到前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池。
对本发明实施例1制备的背结背接触太阳能电池的性能进行检测。测试采用标准测试条件(SRC)，测试电池的I-V特性曲线。
测试结果表明，本发明实施例1制备的背结背接触太阳能电池的开路电压为670mV，短路电流密度为42.1mA/cm2，填充因子为81％，效率为22.8％。
实施例2
参见图2，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。其中，100为减反射层，101为掺杂半导体导电层，102为绝缘介质层，103为衬底(基片)，104为N型掺杂区，105为P型掺杂区，106为负电极，107为正电极，108为背面钝化层，基片的受光面整体具有绒面陷光结构。
如图2所示，背面的N型掺杂区、P型掺杂区在电池背部的表面直接进行扩散形成，电极也是在同一平面上形成。
该结构的太阳能电池的制备方式如下：
在厚度为100微米的N型硅片的背面生长一层300nm氧化层，然后采用光刻的方法，将发射极区的氧化层去掉，然后采用扩散的方法，将硼原子扩散到衬底内部，形成发射极掺杂区。发射极区掺杂的结深为3微米，表面浓度为1019cm-3，发射极区的宽度为800微米。然后采用同样的方法，将磷扩散到衬底中，形成背场掺杂区，背场区的宽度为500微米，发射极区和背场区连接在一起，形成一个PN结。磷掺杂的表面浓度为1019cm-3，结深为2微米。然后采用氢氧化钠腐蚀的方法，对衬底的前表面进行制绒，氢氧化钠浓度为1％，腐蚀时间为5min，温度为60℃。制完绒之后，在绒面的表面通过ALD沉积一层氧化铝隧穿氧化层，厚度为2纳米。然后通过LPCVD方法，在氧化铝上面再沉积一层N型掺杂的多晶硅。多晶硅的掺杂浓度为1019cm-3，厚度为50nm。然后再通过电子束蒸发的方式在掺杂多晶硅上面沉积一层ITO作为减反射层，ITO的厚度为100nm。最后通过丝网印刷银浆的方式，在电池的背面形成电池的正负电极接触，正电极接触在发射极区形成，负电极接触在背场区形成，最后得到前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池。
对本发明实施例2制备的背结背接触太阳能电池的性能进行检测。测试采用标准测试条件(SRC)，测试电池的I-V特性曲线。
测试结果表明，本发明实施例1制备的背结背接触太阳能电池的开路电压为667mV，短路电流密度为41.5mA/cm2，填充因子为83％，效率为22.97％。
实施例3
参见图3，图3为本发明实施例3提供的背结背接触太阳能电池的结构示意简图。其中，100为减反射层，101为掺杂半导体导电层，102为绝缘介质层，103为衬底(基片)，104为N型掺杂区，105为P型掺杂区，106为负电极，107为正电极，108为背面钝化层，基片的受光面整体具有绒面陷光结构。
如图3所示，背面的P型掺杂区在表面形成，而N型掺杂区则是在沟道内形成的，正负电极也是分布在不同的平面上。
该结构的太阳能电池的制备方式如下：
在厚度为100微米的N型硅片的背面采用扩散的方式，将硼原子扩散到衬底里面，硼掺杂的结深为3微米，表面掺杂浓度为1019cm-3。然后在后表面生长一层300nm氧化层，然后采用光刻的的方法，将背场区的氧化层去掉，然后采用腐蚀的方法，将没有氧化层保护的硅腐蚀掉4微米，形成一个宽度为400微米，深度为4微米的沟道，两个沟道之间的间距为800微米。然后在硅片的背面进行磷扩散，扩散的深度为3微米，表面掺杂浓度为1019cm-3。然后采用氢氧化钠腐蚀的方法，对衬底的前表面进行制绒，氢氧化钠浓度为1％，腐蚀时间为5min，温度为60℃。制完绒之后，在绒面的表面通过ALD沉积一层氧化铝隧穿氧化层，厚度为2纳米。然后通过LPCVD方法，在氧化铝上面再沉积一层N型掺杂的多晶硅。多晶硅的掺杂浓度为1019cm-3，厚度为50nm。然后再通过电子束蒸发的方式在掺杂多晶硅上面沉积一层ITO作为减反射层，ITO的厚度为100nm。最后通过丝网印刷银浆的方式，在电池的背面形成电池的正负电极接触，正电极接触在发射极区形成，负电极接触在背场区形成，最后得到前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池。
对本发明实施例3制备的背结背接触太阳能电池的性能进行检测。测试采用标准测试条件(SRC)，测试电池的I-V特性曲线。
参见图4，图4为本发明实施例3提供的前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池的I-V特性曲线。
由图4可知，本发明实施例3制备的背结背接触太阳能电池的开路电压为678mV，短路电流密度为42.1mA/cm2，填充因子为84％，效率为23.97％。
以上对本发明提供的一种前表面采用叠层隧穿钝化层的背结背接触太阳能电池进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种背结背接触太阳能电池，其特征在于，包括：
基片；
复合在所述基片前表面的绝缘介质层；
复合在所述绝缘介质层上的掺杂半导体导电层；
复合在所述掺杂半导体导电层上的减反射层；
所述基片前表面、所述绝缘介质层、所述掺杂半导体导电层和所述减反射层具有陷光结构；
复合在所述基片背表面的复合层；
复合在所述复合层表面的电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基片背表面的复合层包括P型掺杂区、N型掺杂区、背面钝化层；
所述电极包括正电极和负电极。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述P型掺杂区和N型掺杂区相邻交替复合在所述基片背表面，和/或所述P型掺杂区和N型掺杂区相隔交替刻蚀在所述基片背表面；
所述P型掺杂区和N型掺杂区之间的相隔处为基片，所述基片的表面复合有背面钝化层；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述基片背表面具有沟道，所述沟道的底面复合有N型掺杂区，所述沟道的侧面复合有背面钝化层；
所述N型掺杂区表面的一部分接触所述负电极，所述N型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层；
所述基片背表面的其余部分复合有P型掺杂区；
所述P型掺杂区表面的一部分接触所述正电极，所述P型掺杂区表面的其余部分复合有背面钝化层。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射层的材质为透光材料，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10～100nm；
所述背面钝化层包括氧化硅层、氮化硅层和碳化硅层中的一种或多种；
所述背面钝化层的厚度为10～100nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基片的材质包括硅材料；
所述硅材料包括单晶硅、多晶硅和硅薄膜中的一种或多种；
所述基片的厚度为100～300μm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述基片的材质包括掺杂的硅材料；
所述掺杂的硅材料为硼、磷、镓和砷中的一种或多种掺杂的硅材料；
所述基片的掺杂类型为N型或P型，且所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型相同。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于，所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为N型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级高于所述基片的费米能级；
所述基片的掺杂类型与所述掺杂半导体导电层的掺杂类型同为P型时，所述掺杂半导体导电层的掺杂浓度的条件为：
使得掺杂半导体导电层的费米能级低于所述基片的费米能级。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述绝缘介质层的材质为绝缘材料；
所述绝缘材料包括氧化硅、氧化铝和氮化硅中的一种或多种；
所述绝缘介质层的厚度为0.2～50nm。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂半导体导电层的材质为硼、磷、镓和砷中的一种或多种掺杂的半导体材料；
所述半导体材料包括多晶硅、微晶硅和非晶硅中的一种或多种；
所述掺杂半导体导电层的厚度为2nm～1μm。
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