CN107482074B - 电池片内置二极管结构及其制造工艺、太阳能组件 - Google Patents
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Abstract
一种电池片内置二极管结构及其制造工艺、太阳能组件，其中电池片内置二极管结构包括：第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域,所述电池区域围绕所述二极管区域设置，所述电池区域和二极管区域之间设置有绝缘结构；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第二类型掺杂层；位于所述电池区域表面的第二类型掺杂层。所述电池片自带旁路二极管，能够提高由该太阳能电池板构成的太阳能组件的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏组件热斑效应的抑止方法——电池片内置二极管结构及其制造工艺、太阳能组件。
背景技术
随着环境保护要求越来越严格，清洁能源特别是太阳能光伏组件的应用越来越广泛。光伏组件通常由若干太阳能电池片串联组成。为了达到较高的光电转换效率，同一块组件中的每一块电池片都须有相似的特性。当光伏组件中的一个电池或一组电池被遮光或损坏时，此时，被遮挡的电池或电池组不发电使得该电池或电池组呈反向偏置状态，作为负载消耗其它工作电池组件所产生的能量，对应损耗产生大量的热量，这一现象被称为热斑效应。光伏组件发生热斑效应严重的局部区域，表面温度可达120℃～150℃，导致该区域背板材料烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂等问题。
现有技术中，请参考图1，通常采用旁路二极管的方式来保护太阳能组件。现有技术通常会采用三个旁路保护二极管分别为D1、D2和D3，一个二极管最多保护24个电池片结构。当组件正常工作时，旁路二极管处于反偏状态；当电池串中某一个电池片由于接受光通量和电池串中其他电池片不一致而产生电流失配后，会产生热斑效应，此时，需要产生足够大的反向电压，才能克服电池串中其它正常工作电池片的电压总和，从而使该电池串的旁路二极管导通，将该电池串从组件中旁路掉，从而对整个太阳能组件起到保护作用，但是会导致太阳能组件的输出功率出现较大的下降；并且，如果旁路二极管导通不及时，仍旧会对太阳能组件造成一定的损伤。
因此，如何使现有太阳能组件更安全、更有效的发电也是各企业一直研究的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电池片内置二极管结构及其制造工艺、一种太阳能组件，提高太阳能组件的发电效率。
为了解决上述热斑问题，本发明提供了一种电池片内置二极管结构，包括：第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域，所述电池区域围绕所述二极管区域设置，所述电池区域和二极管区域之间设置有绝缘结构；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层；位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第二类型掺杂层；位于所述电池区域表面的第二类型掺杂层。
可选的，所述二极管区域第一类型掺杂层在第二类型掺杂阱表面为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述第一类型掺杂层位于第二类型掺杂阱的某一内侧边缘，所述第二类型掺杂阱靠近电池片边缘；或者所述第一类型掺杂层被所述二极管区域的第二类型掺杂层围绕。
可选的，还包括：位于所述衬底表面的主栅连线以及连接所述二极管区域第二类型掺杂层和衬底的连接结构，所述主栅连线包括至少一根主栅线，所述电池区域表面的第二类型掺杂层与所述二极管区域第一类型掺杂层通过至少一根主栅线连接。
可选的，所述连接结构包括：贯通所述二极管区域第二类型掺杂层至衬底的通孔、位于所述通孔侧壁表面的绝缘层以及填充所述通孔的导电介质；或者所述连接结构包括位于所述二极管区域/衬底边缘，贯通所述电池区域第二类型掺杂层至衬底的沟槽、位于沟槽侧壁表面的绝缘层以及填充所述沟槽的导电介质。
可选的，所述第一类型掺杂层的深度浅于所述第二类型掺杂阱的深度。
可选的，所述第二类型掺杂阱的离子浓度范围为1E17atom/cm3～1E19atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第一类型掺杂层的离子浓度范围为5E19atom/cm3～1E21atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第二类型掺杂层的离子浓度范围为1E19atom/cm3～1E21atom/cm3。
可选的，还包括：位于部分所述第二类型掺杂阱表面的第二类型掺杂层，所述第二类型掺杂层为第二类型离子掺杂，且与所述第二类型掺杂阱表面第一类型掺杂层邻接。
可选的，还包括：位于衬底表面且覆盖所述二极管区域第一类型掺杂层与二极管区域第二类型掺杂层接触面的遮光层。
为解决上述问题，本发明还提供一种太阳能组件，包括：两个以上上述的电池片内置二极管结构；各电池片内置二极管结构之间串联连接。
为解决上述问题，本发明还提供一种电池片内置二极管结构的制造工艺，包括：提供第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域，所述电池区域围绕所述二极管区域设置；在所述二极管区域表面形成第二类型掺杂阱；在所述电池区域表面形成第二类型掺杂层；在所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面形成第一类型掺杂层；在所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面形成第二类型掺杂层；在所述电池区域和二极管区域之间设置绝缘结构。
可选的，所述二极管区域第一类型掺杂层在第二类型掺杂阱表面为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述二极管区域第一类型掺杂层位于二极管区域第二类型掺杂层的某一内侧边缘，所述第二类型掺杂层靠近电池片边缘；或者所述二极管区域第一类型掺杂层被所述二极管区域第二类型掺杂层围绕。
可选的，还包括：在所述衬底的上、下表面进行钝化及淀积减反射膜；在所述减反射膜表面通过丝网印刷形成主栅连线、副栅线以及形成连接所述二极管区域第一类型掺杂层和衬底电池区域第二类型掺杂层的连接结构，所述主栅连线包括至少一根主栅线，所述电池区域第二类型掺杂层与所述二极管区域第一类型掺杂层通过至少一根主栅线连接。
可选的，所述连接结构的形成方法包括：形成贯通所述二极管区域第二类型掺杂层至衬底的通孔、在所述通孔侧壁表面形成绝缘层以及在所述通孔内填充导电介质；或者所述连接结构的形成方法包括：在所述二极管区域/衬底边缘形成贯通所述电池区域第二类型掺杂层至衬底的沟槽、在所述沟槽侧壁表面形成绝缘层以及在所述沟槽内填充导电介质。
可选的，形成所述二极管的方法进一步包括：在所述衬底表面形成覆盖所述电池区域的第一图形化掩膜层；以所述第一图形化掩膜层为掩膜对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述二极管区域形成所述第二类型掺杂阱。
可选的，形成所述第二类型掺杂层的方法进一步包括：在所述第二类型掺杂阱表面形成第二图形化掩膜层；以所述第二图形化掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述电池区域形成所述第二类型掺杂层。
可选的，形成所述第一类型掺杂层的方法包括：形成覆盖所述第二类型掺杂层的第三图形化掩膜层；以所述第三图形化掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第一类型离子掺杂，在所述第二类型掺杂阱内形成第一类型掺杂层。
可选的，所述二极管区域第一类型掺杂层的深度浅于所述第二类型掺杂阱的深度。
可选的，所述第二类型掺杂阱的离子浓度范围为1E17atom/cm3～1E19atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第一类型掺杂层的离子浓度范围为5E19atom/cm3～1E21atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第二类型掺杂层的离子浓度范围为1E19atom/cm3～1E21atom/cm3。
可选的，所述第二图形化掩膜层还覆盖部分第二类型掺杂阱；对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述电池区域形成第二类型掺杂层的同时，在所述第二类型掺杂阱表面形成第二类型掺杂层；至此，电池区域的第一类型掺杂的衬底与所述衬底表面的第二类型掺杂层形成光电转换必要的PN结；同时位于第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层与第二类型掺杂层通过接触界面形成内置二极管。
可选的，在第一类型掺杂的衬底的电池区域形成PN结以及在第二类型掺杂阱表面形成内置二极管后，对衬底上、下表面进行钝化和淀积减反射膜；再在所述减反射膜上通过丝网印刷形成主栅连线及副栅线之后，再次通过丝网印刷形成位于衬底上表面且覆盖所述第二类型掺杂阱表面内置二极管的遮光层。
本发明的电池片内置二极管结构包括二极管区域和电池区域，通过绝缘结构隔离两个区域。所述二极管区域内具有旁路二极管，电池区域具有太阳能电池，所述旁路二极管可以在电池区域的太阳能电池不能正常工作时导通，避免出现热斑效应，且一次旁路掉一个电池，可以提高太阳能组件的发电效率。
附图说明
图1为本发明现有技术的太阳能组件的等效电路结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的电池片内置二极管结构的剖面结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式的电池片内置二极管结构的俯视示意图；
图4为本发明一具体实施方式的电池片内置二极管结构的等效电路示意图；
图5为本发明一具体实施方式的太阳能电池组件的结构示意图；
图6为本发明一具体实施方式的太阳能电池组件的结构示意图；
图7为本发明一具体实施方式的太阳能电池组件的结构示意图；
图8为本发明一具体实施方式的太阳能电池组件等效电路示意图；
图9至图13为本发明一具体实施方式的电池片内置二极管结构的制造工艺的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的具体实施方式中，电池片内置二极管结构包括：第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域所述电池区域围绕所述二极管区域设置，所述电池区域和二极管区域之间设置有绝缘结构；位于所述二极管区域表面的第二类型掺杂阱；位于所述二极管区域第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层；位于所述二极管区域第二类型掺杂阱表面的第二类型掺杂层；位于所述电池区域表面的第二类型掺杂层。所述第一类型掺杂为P型掺杂，则所述第二类型掺杂为N型掺杂；或者所述第一类型掺杂为N型掺杂，则所述第二类型掺杂为P型掺杂。
下面结合附图对本发明提供的电池片内置二极管结构及其制造工艺的具体实施方式做详细说明(以下第一类型掺杂设为P型掺杂、第二类型掺杂为N型掺杂举例)。
请参考图2，为本发明一具体实施方式的电池片内置二极管结构的剖面结构示意图。
所述太阳能电池片包括：衬底200，所述衬底200为P型掺杂，所述衬底包括电池区域21、二极管区域22以及位于所述电池区域21和二极管区域22之间的绝缘结构201，所述电池区域21围绕所述二极管区域22设置。在该具体实施方式中，所述绝缘结构201包括沟槽以及填充满沟槽的绝缘层。图2中仅示出部分电池区域，在实际的太阳能电池片中，电池区域21面积至少是二极管区域22面积的100倍。
所述衬底200为多晶硅、单晶硅、锗硅等半导体材料，所述衬底200内掺杂有硼(B)、镓(Ga)、铟(In)等P型掺杂离子。在本发明的具体实施方式中，所述衬底200内硼(B)掺杂，离子浓度为1E15atom/cm3～5E16atom/cm3，例如8E15atom/cm3，电阻率为0.5ohmcm～0.8ohmcm，厚度为150μm～250μm，例如可以为200μm。在本发明的其他具体实施方式中，可以根据太阳能电池的性能要求，调整所述衬底200的离子浓度以及电阻率。所述衬底200可以是在P型掺杂的外延层，也可以是单独的P型晶片。在本发明的其他具体实施方式中，所述衬底200还可以是N型掺杂，可以是N型掺杂的外延层，也可以是单独的N型晶片。
所述绝缘结构201围绕二极管区域22设置，通过绝缘结构201内的绝缘介质实现电池区域21与二极管区域22的隔离。所述二极管区域22可以位于太阳能电池片的边缘，也可以位于太阳能电池片的中间区域。所述绝缘介质的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等绝缘介质材料。在其他具体实施方式中，可以设置多个二极管区域。
所述太阳能电池片还包括：位于所述二极管区域22的N型掺杂阱221和位于所述二极管区域22的N型掺杂阱221表面的P型掺杂层222和第二N型掺杂层212。
所述N型掺杂阱221内具有磷(P)、砷(As)或锑(Sd)等N型掺杂离子，在一个具体实施方式中，所述N型掺杂阱221内的N型掺杂离子为磷(P)离子，离子浓度范围为1E17atom/cm3～1E19atom/cm3，例如5E17atom/cm3；所述N型掺杂阱221的厚度可以为0.5μm～1.5μm，例如1μm。
所述P型掺杂层222内具有硼(B)、镓(Ga)、铟(In)等P型掺杂离子，在一个具体实施方式中，所述P型掺杂层222内的P型掺杂离子为硼(B)离子，离子浓度范围为5E19atom/cm3～1E21atom/cm3，例如1E20atom/cm3；所述P型掺杂层222的深度浅于所述N型掺杂阱221的深度，使得所述P型掺杂层222与衬底200之间通过所述N型掺杂阱221隔离，具体的，所述P型掺杂层222的厚度可以为0.1μm～0.5μm，例如0.3μm。在该具体实施方式中，所述P型掺杂层222与绝缘层201之间具有部分宽度的N型掺杂阱221，在本发明的其他具体实施方式中，所述P型掺杂层222也可以与所述绝缘层201相邻。
所述第二N型掺杂层212内具有磷(P)、砷(As)或锑(Sd)等N型掺杂离子，在一个具体实施方式中，所述第二N型掺杂层212内的N型掺杂离子为磷(P)离子，离子浓度范围为1E19atom/cm3～1E21atom/cm3，例如5E19atom/cm3；第二N型掺杂层212的厚度可以为0.3μm～0.6μm，例如0.4μm。所述第二N型掺杂层212与P型掺杂层222毗邻，形成二极管，第二N型掺杂层212为二极管负极，P型掺杂层222为二极管正极。
在本发明的其他具体实施方式中，所述P型掺杂层222还可以为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述P型掺杂层222位于第二N型掺杂层212的某一内侧边缘，所述第二N型掺杂层212可靠近电池片边缘、所述P型掺杂层222被所述第二N型掺杂层212围绕或者P型掺杂层222围绕所述第二N型掺杂层212设置。
所述太阳能电池片还包括：位于所述电池区域21的第一N型掺杂层211。所述第一N型掺杂层211内具有磷(P)、砷(As)或锑(Sd)等N型掺杂离子，在一个具体实施方式中，所述第一N型掺杂层211内的N型掺杂离子为磷(P)离子，离子浓度范围为1E19atom/cm3～1E21atom/cm3，例如5E19atom/cm3；第一N型掺杂层211的厚度可以为0.3μm～0.6μm，例如0.4μm。所述第一N型掺杂层211与下方的P型掺杂衬底构成PN结，在一定强度光照下就会形成电流，将光能转换为电能，形成太阳能电池，第一N型掺杂层211为电池负极，P型掺杂衬底为电池正极。
在本发明的一个具体实施方式中，还包括：位于所述衬底200表面的主栅连线202，所述主栅连线202连接所述第一N型掺杂层211与所述P型掺杂层222，作为电池片的正面连接端。由于所述P型掺杂层222连接至太阳能电池的第一N型掺杂层211，所述P型掺杂层222与第二N型掺杂层212形成一旁路二极管，第二N型掺杂层通过侧壁绝缘槽联通到电池片背面正电极，因此，所述旁路二极管的正极连接至太阳能电池的负极，所述旁路二极管的负极连接至太阳能电池的正极。因此，所述二极管区域22的旁路二极管与电池区域21的太阳能电池形成并联结构，对该电池区域21的太阳能电池进行保护。为了避免所述P型掺杂层222与第二N型掺杂层212形成的旁路二极管在光照作用上产生光生电流，本发明的具体实施方式中，还包括衬底表面且覆盖所述P型掺杂层222与第二N型掺杂层212的遮光层203。所述遮光层203的材料可以采用全反射材料。
在本发明的具体实施方式中，还包括位于衬底200背面的电极，用于与相邻电池片正面延伸焊带连接。
请参考图3，为本发明另一具体实施方式的，电池片内置二极管结构的俯视示意图。
所述太阳能电池片包括电池区域31和二极管区域32，所述电池区域31围绕所述二极管区域32，所述电池区域31与二极管区域32之间具有绝缘结构301。所述二极管区域32包括第二N型掺杂层321以及P型掺杂层322；所述电池区域31包括第一N型掺杂层311，以及位于所述第一N型掺杂层311表面的细栅网303，用于收集太阳能电池产生的光生电子，还包括主栅连线，所述主栅连线包括至少一根主栅线302，所述主栅连线302连接所述第一N型掺杂层311与所述P型掺杂层322。在该具体实施方式中，所述P型掺杂层322与所述绝缘结构301相邻，且围绕所述第二N型掺杂层321；在本发明的其他具体实施方式中，所述P型掺杂层322也可以远离所述绝缘结构301设置。
请参考图4，为本发明的具体实施方式的电池片内置二极管结构的等效电路示意图。
请一并参考图2，所述二极管区域22的P型掺杂层222与第二N型掺杂层212构成旁路二极管D0，该旁路二极管D0的正向导通电压为0.7V，反向阻断电压为5V；电池区域21的第一N型掺杂层211与衬底200构成太阳能电池，且所述第一N型掺杂层211为电池负极，衬底200为电池正极，太阳能电池的正常工作电压为0.7V；所述主栅连线202连接第一N型掺杂层211与P型掺杂层222，因此旁路二极管D0的正极连接至电池的负极，D0的负极连接至电池的正极。并且，所述N型掺杂阱221与P型掺杂的衬底20之间形成寄生二极管D’，所述寄生二极管D’的正极连接至电池正极，所述寄生二极管D’的负极连接至旁路二极管D0的负极。当该太阳能电池片与其他太阳能电池片串联时，在光照情况下，电池正极端电压高于负极端电压，所述旁路二极管D0反偏不导通，而寄生二极管D’零偏，各个电池串联输出串联电压；当太阳能电池被遮挡或发生损坏，此时，旁路二极管D0的正极将连接至相邻电池的正极，而旁路二极管D0的负极则连接至相邻电池的负极，因此所述旁路二极管D0正偏导通，电流通过旁路二极管D0，从而避免不能正常工作的太阳能电池产生热斑效应。且当一个太阳能电池片出现问题时，仅旁路掉该一个太阳能电池片，因此可以提高太阳能组件的发电效率。
本发明的具体实施方式还提供一种太阳能组件，包括两个以上的上述太阳能电池片，且各个太阳能电池片之间串联连接。由于每个太阳能电池片中均有与电池并联的旁路二极管，当一个太阳能电池片出现问题时，仅旁路掉该一个太阳能电池片，因此可以提高太阳能组件的发电效率。
请参考图5，为本发明一具体实施方式的太阳能组件的结构示意图。
所述太阳能组件包括两个结构相同的太阳能电池片，在本发明的其他具体实施方式中，所述太阳能组件中的电池片也可以具备不同的结构。
该具体实施方式中，所述太阳能组件中的太阳能电池片包括衬底400、电池区域的第一N型掺杂层411、电池区域与二极管区域之间的隔离结构401以及位于二极管区域的P型掺杂层422、第二N型掺杂层421。
该具体实施方式中，所述P型掺杂层422为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；对应的所述第二N型掺杂层421表面也为多枝型，可以提高形成的二极管的结面积，更有利于耗尽层的形成。
该具体实施方式中，所述太阳能电池片正面形成有主栅线431，所述主栅线431通过丝网印刷形成在电池片表面，通过焊接在主栅线431上的焊带432连接相邻电池片的背面。同时，同一电池片上，所述主栅线431表面的焊带432连接所述P型掺杂层422(二极管正极)和第一N型掺杂层411。所述第二N型掺杂层421和衬底400通过连接结构连接，该具体实施方式中，所述连接结构包括位于所述衬底边缘，贯通所述第一N型掺杂层411和衬底400的沟槽、位于沟槽侧壁表面的绝缘层402以及填充所述沟槽的导电介质403。在其他具体实施方式中，所述连接结构包括贯通所述第二N型掺杂层421至衬底400的通孔、位于所述通孔侧壁表面的绝缘层以及填充所述通孔的导电介质。
所述太阳能电池片背面形成有背电极以及焊接在背电极上的焊带，所述电池片背面焊带与相邻太阳能电池片正面主栅线上的焊带相连。为了确保现有的组件串焊工艺不变，所述二极管区域位于与任一正面主栅线431重叠成一线的某段位置上。
在本发明的其他具体实施方式中，可以通过印刷极栅或焊带连接所述第二N型掺杂层421与同一电池片背面电极，并且，连接电池片上二极管负极的极栅或焊带同时也与相邻电池片正极焊带相连。
请参考图6，为本发明另一具体实施方式的太阳能组件的结构示意图。
所述太阳能组件采用的电池片的二极管区域中，所述P型掺杂层422a位于第二N型掺杂层421a的外侧，围绕所述第二N型掺杂层421a设置。在本发明的其他具体实施方式中，也可以是所述P型掺杂层被所述第二N型掺杂层所围绕。所述第二N型掺杂层421a通过一连接结构连接至电池片正极，所述连接结构需要与所述P型掺杂层422a绝缘，该具体实施方式中，所述连接结构包括位于衬底边缘，贯通所述第一N型掺杂层411和衬底400的沟槽、填充沟槽的绝缘层412，以及位于所述绝缘层412表面的导电线413，所述导电线413连接所述第二N型掺杂层421a和电池片背面电极。
请参考图7，为本发明另一具体实施方式的太阳能组件的结构示意图。
所述太阳能组件采用的电池片的二极管区域中，所述P型掺杂层422b与所述第二N型掺杂层421b毗邻连接。
请参考图8，为本发明的太阳能组件的电路结构示意图，串联连接的两个太阳能电池均分别与一旁路二极管并联。当任一太阳能电池不能正常工作时，该太阳能电池片上的旁路二极管及时导通，将该电池旁路掉，从而提高太阳能组件的发电效率。
本发明的具体实施方式还提供一种电池片内置二极管结构的制造工艺。
请参考图9，提供衬底500，所述衬底500为P型掺杂，包括电池区域51和二极管区域52，所述电池区域51围绕所述二极管区域52设置。在所述二极管区域52形成N型掺杂阱521。该具体实施方式中，以P型掺杂衬底为例；在本发明的其他具体实施方式中，所述衬底也可以为N型掺杂。
具体的，所述衬底500为多晶硅、单晶硅、锗硅等半导体材料。所述衬底500内掺杂有硼(B)、镓(Ga)、铟(In)等P型掺杂离子。在本发明的具体实施方式中，所述衬底500内硼(B)掺杂，离子浓度为1E15atom/cm3～5E16atom/cm3，例如8E15atom/cm3，电阻率为0.5ohmcm～0.8ohmcm，厚度为150μm～250μm，例如可以为200μm。在本发明的其他具体实施方式中，可以根据太阳能电池的性能要求，调整所述衬底500的掺杂离子浓度以及电阻率。所述衬底500表面通过清洗制绒工序，形成绒面结构，以减少入射光的反射。
所述N型掺杂阱521的形成方法包括：在所述衬底500表面形成覆盖所述电池区域51的第一图形化掩膜层53；以所述第一图形化掩膜层53为掩膜对所述衬底500进行第一N型离子掺杂，在所述二极管区域52形成所述N型掺杂阱521。在一个具体实施方式中，所述第一N型离子掺杂方法进一步包括：首先进行磷(P)离子注入，注入能量为9E14KeV～9E15KeV，例如5.4E15KeV；然后进行退火处理，使掺杂离子扩散，退火温度为1000℃～1500℃，例如1100℃，时间为10min～60min。在本发明的具体实施方式中，所述N型掺杂阱521的离子浓度为1E17atom/cm3～1E19atom/cm3。形成所述N型掺杂阱521之后，去除所述第一图形化掩膜层53。
请参考图10，在所述电池区域51形成第一N型掺杂层511，在二极管区域52的N型掺杂阱521表面形成第二N型掺杂层512。
具体的，形成所述第一N型掺杂层511的方法进一步包括：在所述N型掺杂阱521表面形成第二图形化掩膜层54；以所述第二图形化掩膜层54为掩膜，对所述衬底500进行第二N型离子掺杂，在所述电池区域51形成所述第一N型掺杂层511。在一个具体实施方式中，所述第二N型离子掺杂包括：首先进行磷(P)离子注入，注入能量为3E15KeV～1.5E17KeV，例如3E16KeV；然后进行退火处理，温度为1000℃～1500℃，例如1050℃，时间为10min～60min。形成所述第一N型掺杂层511之后，去除所述第一图形化掩膜层54。在本发明的具体实施方式中，所述第一N型掺杂层511的离子浓度范围为5E19atom/cm3～1E21atom/cm3。
在该具体实施方式中，所述第二掩膜层54仅覆盖部分N型掺杂阱521；对所述衬底200进行第二N型离子掺杂时，在所述电池区域51形成第一N型掺杂层511的同时，在所述N型掺杂阱521表面形成第二N型掺杂层512。在该具体实施方式中，所述第一N型掺杂层511与第二N型掺杂层512之间具有一定间隔。在本发明的另一具体实施方式中，所述第一N型掺杂层511与第二N型掺杂层512可以为连续的掺杂层。
请参考图11，在所述二极管区域52的部分N型掺杂阱521表面形成P型掺杂层522。
形成所述P型掺杂层522的方法进一步包括：形成覆盖所述第一N型掺杂层511和第二N型掺杂层512的第三图形化掩膜层55；以所述第三图形化掩膜层55为掩膜，对所述衬底500进行P型离子掺杂，在所述N型掺杂阱521表面形成P型掺杂层522。
所述P型离子掺杂包括：首先进行硼(B)离子注入，注入能量为3E15KeV～1.5E17KeV，例如3E15KeV；然后进行退火处理，温度为800℃～1400℃，例如900℃，时间为10min～60min。形成的P型掺杂层522的离子浓度为1E19atom/cm3～1E21atom/cm3。在本发明的具体实施方式中，所述P型掺杂层522的深度浅于所述N型掺杂阱521的深度。
该具体实施方式中，所述P型掺杂层522与第二N型掺杂层512毗邻设置，所述第二N型掺杂层512靠近电池片边缘。在本发明的其他具体实施方式中，所述P型掺杂层522还可以为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述P型掺杂层522位于第二N型掺杂层512的某一内侧边缘；或者所述P型掺杂层522围绕第二N型掺杂层512。
至此，电池区域的第一类型掺杂的衬底500与所述衬底500表面的第二类型掺杂层511形成光电转换必要的PN结；同时位于第二类型掺杂阱521表面的第一类型掺杂层522与第二类型掺杂层512通过接触界面形成内置二极管。
请参考图12，在所述电池区域51和二极管区域52之间形成绝缘结构530。
具体的，所述绝缘结构530的形成方法包括：在所述衬底500表面形成第四图形化掩膜层56，以所述第四图形化掩膜层为掩膜，刻蚀衬底500形成沟槽，再在所述沟槽内填充绝缘介质，形成所述绝缘结构530。所述绝缘结构530的深度可以为1μm～40μm。形成所述绝缘结构530之后，去除所述第四掩膜层56。
在本发明的其他具体实施方式中，也可以在对衬底500表面清洗制绒之后，先在衬底300的二极管区域52和电池区域51之间形成所述绝缘结构530，再形成所述N型掺杂阱521、第一N型掺杂层511、第二N型掺杂层512以及P型掺杂层522。具体的，可以首先在衬底500表面形成一图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出待形成绝缘结构的区域，以所述图形化掩膜层为掩膜，刻蚀所述衬底500，在衬底500内形成围绕二极管区域52的绝缘沟槽；然后去除所述图形化掩膜层，再采用化学气相沉积工艺对所述绝缘沟槽进行填充，在绝缘沟槽内填充介质层；再通过另一图形化掩膜层保护，将沉积在绝缘结构表面以外的介质去除，暴露出绝缘结构以外的衬底500的表面，以进行后续的工艺步骤。绝缘沟槽中的介质在形成减反射膜的前道清洗工序中被去除；在减反射膜的形成过程中，如采用PECVD淀积SiN，同时在绝缘沟槽底部和侧壁先形成衬里，之后再通过印刷对绝缘沟槽进行填充、封顶，完成绝缘结构。
请参考图13，在所述衬底500表面形成的主栅连线531，所述主栅连线531连接所述第一N型掺杂层511与所述P型掺杂层522。
具体的，在所述衬底的上、下表面进行钝化及淀积减反射膜；在所述减反射膜表面通过丝网印刷形成所述图形化的主栅连线531，同时还形成副栅线。所述减反射膜的材料通常为SiN，通过PECVD工艺沉积到电池片的正面。在本发明的一个具体实施方式中，可以在电池片正面形成减反射膜的过程中，例如采用PECVD沉积SiN，同时在绝缘沟槽底部和侧壁先形成衬里，之后再通过印刷对绝缘沟槽进行填充、封顶，完成绝缘结构。
所述主栅连线531的材料为Ag、Cu或Au等导电材料。在本发明的具体实施方式中，所述主栅连线531包括至少一根主栅线作为电池片的正面连接线，所述第一N型掺杂层511与所述P型掺杂层522通过至少一根主栅线连接。还包括在衬底500另一面形成与正面主栅线等同数的背电极，作为电池背面连接。
在本发明的具体实施方式中，还包括形成连接所述第二N型掺杂层512和衬底500的连接结构(图中未示出)。所述连接结构的形成方法包括：形成贯通所述第二N型掺杂层至衬底的通孔、在所述通孔侧壁表面形成绝缘层以及在所述通孔内填充导电介质；或者所述连接结构的形成方法包括：在所述二极管区域/衬底边缘形成连通所述N型掺杂层至衬底的沟槽、在所述沟槽侧壁表面形成绝缘层以及在所述沟槽内填充导电介质。
所述主栅连线531可以显示出所述P型掺杂层522与第二N型掺杂层512的接触区域，在所述减反射膜上通过丝网印刷形成主栅连线及副栅线之后，还包括再次通过丝网印刷形成位于衬底500上表面且覆盖所述第二类型掺杂阱521表面内置二极管的遮光层，避免在光照下产生光电流。
上述方法形成的太阳能电池片，在电池区域与二极管区域之间形成绝缘结构，使得太阳能电池发电时的电流不经过旁路二极管，而产生热斑的时候，电流可以通过旁路二极管，从而能够提高太阳能组件的发电效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种电池片内置二极管结构，其特征在于，包括：
第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域，所述电池区域围绕所述二极管区域设置，所述电池区域和二极管区域之间设置有绝缘结构；
位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱；
位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层，所述二极管区域第一类型掺杂层的深度浅于所述第二类型掺杂阱的深度；
位于所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面的第二类型掺杂层；
位于所述电池区域表面的第二类型掺杂层；
电池区域的第一类型掺杂的衬底与所述衬底表面的第二类型掺杂层形成光电转换必要的 PN 结，同时位于第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层与第二类型掺杂层通过接触界面形成内置二极管；
位于所述衬底表面的主栅连线以及连接所述二极管区域第一类型掺杂层和衬底的连接结构，所述主栅连线包括至少一根主栅线，所述电池区域表面的第二类型掺杂层与所述二极管区域第一类型掺杂层通过至少一根主栅线连接。
2.根据权利要求 1 所述的电池片内置二极管结构，其特征在于，所述第一类型掺杂层在第二类型掺杂阱表面为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述第一类型掺杂层位于二极管区域的第二类型掺杂层的某一内侧边缘，所述第二类型掺杂层靠近电池片边缘；或者所述第一类型掺杂层被所述二极管区域的第二类型掺杂层围绕。
3.根据权利要求 1 所述的电池片内置二极管结构，其特征在于，所述连接结构包括：贯通所述二极管区域第二类型掺杂层至衬底的通孔、位于所述通孔侧壁表面的绝缘层以及填充所述通孔的导电介质；或者所述连接结构包括位于所述二极管区域／衬底边缘，贯通所述电池区域第二类型掺杂层至衬底的沟槽、位于沟槽侧壁表面的绝缘层以及填充所述沟槽的导电介质。
4.根据权利要求 1 所述的电池片内置二极管结构，其特征在于，所述第二类型掺杂阱的离子浓度范围为 1E17 atom/cm3~1E19 atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第一类型掺杂层的离子浓度范围为5E19 atom/cm3~1E21atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第二类型掺杂层的离子浓度范围为1E19atom/cm3~1E21 atom/cm3。
5.根据权利要求 1 所述的电池片内置二极管结构，其特征在于，还包括：位于衬底表面且覆盖所述二极管区域第一类型掺杂层与二极管区域第二类型掺杂层的遮光层。
6.一种太阳能组件，其特征在于，包括：两个以上如权利要求 1~5 中任一项所述的电池片内置二极管结构；各电池片内置二极管结构之间串联连接。
7.一种电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，包括：提供第一类型掺杂的衬底，所述衬底包括电池区域和二极管区域，所述电池区域围绕所述二极管区域设置；
在所述二极管区域表面形成第二类型掺杂阱；
在所述电池区域表面形成第二类型掺杂层；
在所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面形成第一类型掺杂层，所述二极管区域第一类型掺杂层的深度浅于所述第二类型掺杂阱的深度；
在所述二极管区域的第二类型掺杂阱表面形成第二类型掺杂层，电池区域的第一类型掺杂的衬底与所述衬底表面的第二类型掺杂层形成光电转换必要的 PN 结；同时位于第二类型掺杂阱表面的第一类型掺杂层与第二类型掺杂层通过接触界面形成内置二极管；
在所述电池区域和二极管区域之间设置绝缘结构；
在所述衬底的上、下表面进行钝化及淀积减反射膜；在所述减反射膜表面通过丝网印刷形成主栅连线、副栅线以及形成连接所述二极管区域第一类型掺杂层和衬底电池区域第二类型掺杂层的连接结构，所述主栅连线包括至少一根主栅线，所述电池区域第二类型掺杂层与所述二极管区域第一类型掺杂层通过至少一根主栅线连接。
8.根据权利要求 7 所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，所述二极管区域第一类型掺杂层在第二类型掺杂阱表面为多枝形，包括主干和连接所述主干的至少一根分枝；或者所述第一类型掺杂层位于二极管区域的第二类型掺杂层的某一内侧边缘，所述第二类型掺杂层靠近电池片边缘；或者所述第一类型掺杂层被所述二极管区域的第二类型掺杂层围绕。
9.根据权利要求8 所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，所述连接结构的形成方法包括：形成贯通所述二极管区域第二类型掺杂层至衬底的通孔、在所述通孔侧壁表面形成绝缘层以及在所述通孔内填充导电介质；或者所述连接结构的形成方法包括：在所述二极管区域／衬底边缘形成贯通所述电池区域第二类型掺杂层至衬底的沟槽、在所述沟槽侧壁表面形成绝缘层以及在所述沟槽内填充导电介质。
10.根据权利要求 7 所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，形成所述第二类型掺杂阱的方法进一步包括：在所述衬底表面形成覆盖所述电池区域的第一图形化掩膜层；以所述第一图形化掩膜层为掩膜对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述二极管区域形成所述第二类型掺杂阱。
11.根据权利要求7所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，形成所述第二类型掺杂层的方法进一步包括：在所述第二类型掺杂阱表面形成第二图形化掩膜层；以所述第二图形化掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述电池区域形成所述第二类型掺杂层。
12.根据权利要求 7所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，形成所述第一类型掺杂层的方法包括：形成覆盖所述第二类型掺杂层的第三图形化掩膜层；以所述第三图形化掩膜层为掩膜，对所述衬底进行第一类型离子掺杂，在所述第二类型掺杂阱内形成第一类型掺杂层。
13.根据权利要求 7 所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，所述第二类型掺杂阱的离子浓度范围为 1E17 atom/cm3~1E19 atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第一类型掺杂层的离子浓度范围为 5E19 atom/cm3~1E21 atom/cm3；所述第二类型掺杂阱表面第二类型掺杂层的离子浓度范围为1E19 atom/cm3~1E21 atom/cm3。
14.根据权利要求 11所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，所述第二图形化掩膜层还覆盖部分第二类型掺杂阱；对所述衬底进行第二类型离子掺杂，在所述电池区域表面形成第二类型掺杂层的同时，在所述第二类型掺杂阱表面形成第二类型掺杂层。
15.根据权利要求 14 所述的电池片内置二极管结构的制造工艺，其特征在于，在第一类型掺杂的衬底的电池区域形成 PN 结以及在第二类型掺杂阱表面形成内置二极管后，对衬底上、下表面进行钝化和淀积减反射膜；再在所述减反射膜上通过丝网印刷形成主栅连线及副栅线之后，再次通过丝网印刷形成位于衬底上表面且覆盖所述第二类型掺杂阱表面内置二极管的遮光层。
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| CN113937179B (zh) * | 2021-10-18 | 2023-10-13 | 北京工业大学 | 一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法 |
Citations (3)
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| EP0693787A2 (en) * | 1994-07-19 | 1996-01-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | A solar cell with integrated bypass function |
| CN104106143A (zh) * | 2011-11-20 | 2014-10-15 | 速力斯公司 | 智能光伏电池和模块 |
| CN104813480A (zh) * | 2012-10-16 | 2015-07-29 | 索莱克赛尔公司 | 用于光伏太阳能电池和模块中的单片集成旁路开关的系统和方法 |
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2017
- 2017-09-21 CN CN201710888026.8A patent/CN107482074B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0693787A2 (en) * | 1994-07-19 | 1996-01-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | A solar cell with integrated bypass function |
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