CN108666387A - 一种背接触异质结n型单晶硅太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池，包括一N型单晶硅基体，N型单晶硅基体具有相对的一正面和一背面；依次设于N型单晶硅基体正面的本征非晶硅前钝化层、正面N型非晶硅层和减反层；依次沉积于N型单晶硅基体背面的掺杂N+层和本征非晶硅背钝化层；间隔设于本征非晶硅背钝化层上的背面N型非晶硅层和P型非晶硅层；设于背面N型非晶硅层和P型非晶硅层上的接触层；设于背面N型非晶硅层和P型非晶硅层之间的绝缘隔离层。本发明的背接触异质结N型单晶硅太阳电池，以提高N型单晶硅太阳电池的综合光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池。
背景技术
晶体硅太阳电池具有转换效率高、工作稳定性好、工作寿命长和制造技术成熟等特点，是目前太阳能光伏市场的主力军。相对掺硼的P型单晶硅材料，掺磷的N型单晶硅材料中硼含量极低，由硼氧对导致的光致衰减可以忽略，N型硅材料中的一些金属杂质对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力，在相同掺杂浓度下N型硅比P型硅具有更高的少数载流子寿命。这些特性使得N型硅电池具有潜在的长寿命和高效率的优势，N型硅电池太阳电池已成为未来高效率晶体硅太阳电池的发展方向，而如何提高N型硅电池太阳电池的光电转换效率，一直是研究N型硅电池太阳电池的重点，影响N型硅电池太阳电池光电转换效率的因素有很多，且很多因素之间相互制约，因此如何综合衡量各个因素，以提高N型硅电池太阳电池的综合光电转换效率是我们当下需解决的。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池，以提高N型单晶硅太阳电池的综合光电转换效率。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池，包括：
一N型单晶硅基体，所述N型单晶硅基体具有相对的一正面和一背面；
依次设于所述N型单晶硅基体正面的本征非晶硅前钝化层、正面N型非晶硅层和减反层；
依次沉积于所述N型单晶硅基体背面的掺杂N+层和本征非晶硅背钝化层；
间隔设于所述本征非晶硅背钝化层上的背面N型非晶硅层和P型非晶硅层；
设于所述背面N型非晶硅层和所述P型非晶硅层上的接触层；
设于所述背面N型非晶硅层和所述P型非晶硅层之间的绝缘隔离层。
优选地，所述掺杂N+层设有多个，多个所述掺杂N+层依次间隔排布。
优选地，每一所述掺杂N+层与一所述背面N型非晶硅层相对。
优选地，所述掺杂N+层为轻掺杂N+层，所述掺杂N+层的表面掺杂浓度小于1×1018cm-3，扩散深度为0.2～1μm。
优选地，所述N型单晶硅基体电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～300μm。
优选地，所述本征非晶硅前钝化层，和/或本征非晶硅背钝化层，和/或所述正面N型非晶硅层的厚度为1～15nm。
优选地，所述减反层为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层厚度为50～200nm。
优选地，所述P型非晶硅层的厚度为10～100nm，宽度为100～1000μm。
优选地，所述接触层由透明导电薄膜与金属电极叠层组成。
优选地，所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In2O3和铝掺杂的ZnO，所述金属电极为银、铜或铝。
与现有技术相比，本发明的背接触异质结N型单晶硅太阳电池，其正面无栅线遮光，减少了光损耗，确保了电池具有高的短路电流；电池正反两面均有高质量的本征非晶硅层，以钝化单晶硅表面的缺陷，大幅降低界面态和单晶硅的表面复合，提高少数载流子寿命，获得较高的开路电压；并通过在叉指背接触异质结N型单晶硅电池的背面局部设置轻掺杂N+层，一方面加强了背面N型非晶硅的场钝化效果，降低了光生载流子的复合率，进一步提高了电池的开路电压；另一方面提供了光生载流子的横向低阻导电通道，降低了串联电阻损耗，提高了电池的填充因子，从而提高了电池的综合光电转换效率；另外，本发明在N型单晶硅基体的背面采用扩散或离子注入的方式进行选择性掺杂，制备背面局部轻掺杂N+层，工艺简单、容易实现；且该过程设置在非晶硅层沉积工艺之前，不会影响对非晶硅层带来的损伤和污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的背接触异质结N型单晶硅太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
参见图1，为本发明实施例的一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池，其包括N型单晶硅基体1、本征非晶硅前钝化层2、正面N型非晶硅层3、减反层4、掺杂N+层5、本征非晶硅背钝化层6、背面N型非晶硅层7、P型非晶硅层8、接触层9、绝缘隔离层10。
其中如图1所示，N型单晶硅基体1具有相对的一正面和一背面，在经过清洗、去损伤层、制绒的N型单晶硅基体1的背面制备背面局部轻掺杂N+层5；在N型单晶硅基体1的正面依次沉积本征非晶硅前钝化层2、正面N型非晶硅层3和减反层4；在背面制备本征非晶硅背钝化层6；在本征非晶硅背钝化层6的表面交替沉积P型非晶硅层8和背面N型非晶硅层7；在P型非晶硅层8表面依次沉积透明导电薄膜、金属氧化膜，形成发射极接触层，在背面N型非晶硅层7表面依次沉积透明导电薄膜、金属膜，形成基极接触层；在P型非晶硅层8和背面N型非晶硅层7之间的区域沉积绝缘隔离层10。
本发明实施例的太阳电池正面没有任何电极分布，发射极和基极交替排列于电池背面，分别收集晶体硅光伏效应产生的光生载流子，由于电池正面没有金属电极栅线遮挡产生的光学损失，可有效增加电池片的短路电流，提高转换效率。
同时本实施例的N型单晶硅太阳电池借助本征非晶硅前钝化层2和本征非晶硅背钝化层6良好的表面钝化作用，通过在N型单晶硅基体1正面和背面分别设置极薄的本征非晶硅前钝化层2和本征非晶硅背钝化层6，可钝化N型单晶硅基体1表面的缺陷，大幅降低界面态和单晶硅的表面复合，从而提高少数载流子寿命，获得较高的开路电压。优选地，本征非晶硅前钝化层2和/或本征非晶硅背钝化层6的厚度为1～15nm。
另外，在申请人实际的研究过程中发现，由于本实施例的太阳电池正面光生载流子产生率高，而背面P型非晶硅区的宽度往往较大，背面N型非晶硅区的宽度往往较小，硅衬底的电阻率较高，因此产生于电池正面的光生载流子需要传输较长距离才能到达电池背面被收集，光生载流子的传输增大了串联电阻的损耗，导致填充因子降低，影响太阳能电池的光电转换效率。因此为了降低填充因子的降低，以进一步提高电池的光电转换效率，如图1所示，本实施例在N型单晶硅基体1背面设置掺杂N+层5，由于掺杂N+层5位于N型单晶硅基体1背面，为了降低由于该掺杂对N型单晶硅基体1产生的光生载流子的影响，本实施例的所述掺杂N+层5为轻掺杂N+层，所述掺杂N+层5的表面掺杂浓度小于1×1018cm-3，扩散深度为0.2～1μm，该设置有效的保证了N型单晶硅基体1产生的光生载流子，又降低光生载流子传输串联电阻的损耗，提高填充因子，综合提升了太阳电池的光电转换效率。
优选的，如图1所示，所述掺杂N+层5设有多个，多个所述掺杂N+层5依次间隔排布。更优地，每一所述掺杂N+层5与一所述背面N型非晶硅层7和该背面N型非晶硅层7两侧的绝缘隔离层相对。掺杂N+层与背面N型非晶硅层7的相对设置，加强了背面N型非晶硅层7的场钝化效果，降低了光生载流子的复合率，进一步提高了电池的开路电压。
另外，本发明在N型单晶硅基体的背面采用扩散或离子注入的方式进行选择性掺杂，制备背面局部轻掺杂N+层5，工艺简单、容易实现；且该过程设置在非晶硅层沉积工艺之前，不会影响对非晶硅层带来的损伤和污染。
优选地，本实施例的所述N型单晶硅基体1电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～300μm。
优选地，减反层4为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层4厚度为50～200nm。该厚度的减反层4最大限度地减少反射损失，且增加光的透过率，从而提高电池的效率。
参照图1，P型非晶硅层8的厚度为10～100nm，宽度为100～1000μm。其中背面N型非晶硅层7的厚度与P型非晶硅层8的厚度相同，但其宽度小于P型非晶硅层8的宽度。
其中，接触层9可由透明导电薄膜与金属电极叠层组成。所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In2O3和铝掺杂的ZnO(AZO)等，所述金属电极为银、铜或铝等材料。接触层9的宽度为10～300μm。
优选地，绝缘隔离层10采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝的一种或多种的组合。
本发明的背接触异质结N型单晶硅太阳电池，其正面无栅线遮光，减少了光损耗，确保了电池具有高的短路电流；电池正反两面均有高质量的本征非晶硅层，以钝化单晶硅表面的缺陷，大幅降低界面态和单晶硅的表面复合，提高少数载流子寿命，获得较高的开路电压；并通过在叉指背接触异质结N型单晶硅电池的背面局部设置轻掺杂N+层，一方面加强了背面N型非晶硅的场钝化效果，降低了光生载流子的复合率，进一步提高了电池的开路电压；另一方面提供了光生载流子的横向低阻导电通道，降低了串联电阻损耗，提高了电池的填充因子，从而提高了电池的综合光电转换效率；另外，本发明在N型单晶硅基体的背面采用扩散或离子注入的方式进行选择性掺杂，制备背面局部轻掺杂N+层，工艺简单、容易实现；且该过程设置在非晶硅层沉积工艺之前，不会影响对非晶硅层带来的损伤和污染。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (10)
1.一种背接触异质结N型单晶硅太阳电池，其特征在于，包括：
一N型单晶硅基体(1)，所述N型单晶硅基体(1)具有相对的一正面和一背面；
依次设于所述N型单晶硅基体(1)正面的本征非晶硅前钝化层(2)、正面N型非晶硅层(3)和减反层(4)；
依次沉积于所述N型单晶硅基体(1)背面的掺杂N+层(5)和本征非晶硅背钝化层(6)；
间隔设于所述本征非晶硅背钝化层(6)上的背面N型非晶硅层(7)和P型非晶硅层(8)；
设于所述背面N型非晶硅层(7)和所述P型非晶硅层(8)上的接触层(9)；
设于所述背面N型非晶硅层(7)和所述P型非晶硅层(8)之间的绝缘隔离层(10)。
2.根据权利要求1所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述掺杂N+层(5)设有多个，多个所述掺杂N+层(5)依次间隔排布。
3.根据权利要求2所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，每一所述掺杂N+层(5)与一所述背面N型非晶硅层(7)相对。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述掺杂N+层(5)为轻掺杂N+层，所述掺杂N+层(5)的表面掺杂浓度小于1×1018cm-3，扩散深度为0.2～1μm。
5.根据权利要求4所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述N型单晶硅基体(1)电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～300μm。
6.根据权利要求4所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述本征非晶硅前钝化层(2)，和/或本征非晶硅背钝化层(6)，和/或所述正面N型非晶硅层(3)的厚度为1～15nm。
7.根据权利要求6所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述减反层(4)为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层(4)厚度为50～200nm。
8.根据权利要求7所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述P型非晶硅层(8)的厚度为10～100nm，宽度为100～1000μm。
9.根据权利要求4所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述接触层(9)由透明导电薄膜与金属电极叠层组成。
10.根据权利要求9所述的N型单晶硅太阳电池，其特征在于，所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In2O3和铝掺杂的ZnO，所述金属电极为银、铜或铝。
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2018
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| CN105118870A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-02 | 深圳市科纳能薄膜科技有限公司 | 一种制作背接触异质结单晶硅太阳能电池的方法 |
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