CN109301005A - 太阳能电池的异质发射极结构和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的异质发射极结构和太阳能电池。该太阳能电池的异质发射极结构包括：基底、第一掺杂层、钝化隧穿层、第二掺杂层、钝化减反射层和正面电极；基底、第一掺杂层、钝化隧穿层、第二掺杂层和钝化减反射层依次排列，正面电极穿过所述钝化减反射层与第二掺杂层接触。本发明中，增加了钝化隧穿层，有效地降低了电池的表面复合速率，从而提高了电池的表面钝化性能；正面电极和第二掺杂层接触，可有效地提高电池正表面的横向传输效率，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率可提高太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，具体而言，本申请涉及一种太阳能电池的异质发射极结构和太阳能电池。
背景技术
目前，随着化石能源的逐渐耗尽，太阳电池作为新的能源替代方案，使用越来越广泛。太阳电池是将太阳的光能转换为电能的装置。太阳电池利用光生伏特原理产生载流子，然后使用电极将载流子引出，从而利于将电能有效利用。
目前市场上商业化的太阳电池片的结构，均是在基底的表面制备一层掺杂层，然后再在其上制备钝化层及电极。在这种情况下，表面掺杂层的掺杂浓度需要比较高，才能使得电阻率比较低，使得在电池片表面的载流子横向传输至电池电极时有较小的电阻损耗。而在表面掺杂浓度比较高的情况下，空穴和电子的复合加大，尤其是在高浓度掺杂的方式下，通常会产生没有进行有效掺杂的“死层”杂质以及掺杂损伤，使得电池的开路电压，短路电流等效率进一步降低。但如果降低表面掺杂，降低表面复合速率，则会导致横向导电能力受到制约，并且这种结构对于降低表面复合速率和提高表面钝化效果来说，效果也极为有限。迫切的需要一种方法解决这一问题，从而提高电池的转换效率。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种太阳能电池的异质发射极结构和太阳能电池，用以解决现有技术存在电池的转换效率低的技术问题。
第一方面，本发明提供了太阳能电池的异质发射极结构，包括：基底、第一掺杂层、钝化隧穿层、第二掺杂层、钝化减反射层和正面电极；
基底、第一掺杂层、钝化隧穿层、第二掺杂层和钝化减反射层依次排列，正面电极穿过钝化减反射层与第二掺杂层接触。
进一步地，正面电极穿过钝化减反射层、第二掺杂层和钝化隧穿层与第一掺杂层接触。
进一步地，基底具有第一导电类型，第一掺杂层和第二掺杂层均具有第二导电类型。
进一步地，第一掺杂层的方块电阻为50ohm/sq-300ohm/sq。
进一步地，第二掺杂层包含多晶硅。
进一步地，第二掺杂层还包含非晶硅。
进一步地，第二掺杂层的掺杂浓度大于1×1015个/cm3。
进一步地，第二掺杂层的厚度为1-50nm。
进一步地，钝化隧穿层为氧化硅、氮化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、碳化硅中的任意一种。
进一步地，钝化隧穿层的厚度为0.1-5nm。
进一步地，钝化减反射层包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
第二方面，本发明提供了一种太阳能电池，包括：背面钝化膜和背面电极以及如本发明第一方面提供的异质发射极结构；
背面钝化膜设置于异质发射极结构中基底的与第一掺杂层相对的一侧；背面电极设置于背面钝化膜的与基底相对的一侧；背面电极通过背面钝化膜的接触区域与基底接触。
本发明提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
1)相对于现有技术，本申请实施例增加了钝化隧穿层，有效地降低了电池的表面复合速率，从而提高了电池的表面钝化性能；
2)正面电极和第二掺杂层接触，可有效地提高电池正表面的横向传输效率，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种太阳能电池的异质发射极结构的膜层结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种太阳能电池的异质发射极结构的膜层结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种太阳能电池的膜层结构示意图；
图4为图3所示太阳能电池的正面电极和正面电极连接电极的分布示意图；
图5为图3所示太阳能电池的背面电极和背面电极连接电极的分布示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种太阳能电池的膜层结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种太阳能电池的膜层结构示意图；
图8为图6或图7所示的太阳能电池的正面电极和正面电极连接电极的分布示意图；
图9为图6或图7所示的太阳能电池的背面电极和背面电极连接电极的分布示意图。
图中：
1为基底，2为第一掺杂层，3为钝化隧穿层，4为第二掺杂层，5为钝化减反射层，6为正面电极；
7为背面钝化膜，8为背面电极，9为背面钝化膜的接触区域，10为背面电极连接电极，11为正面电极连接电极。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
实施例一
本申请实施例一提供了一种太阳能电池的异质发射极结构，该异质发射极结构的结构示意图如图1所示，包括：基底1、第一掺杂层2、钝化隧穿层3、第二掺杂层4、钝化减反射层5和正面电极6(负电极细栅线)；基底1、第一掺杂层2、钝化隧穿层3、第二掺杂层4和钝化减反射层5依次排列，正面电极6穿过钝化减反射层5与第二掺杂层4接触。
相对于现有技术，本申请实施例增加了钝化隧穿层3，以提供更好的钝化，进而可以有效地降低表面复合速率，给电池提供良好的表面钝化；同时，也增加了第二掺杂层4，通过第二掺杂层4的作用，可以有效地进行横向传输，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率。正面电极6与钝化减反射层5、第二掺杂层4均接触，可进一步降低横向传输的电阻。
可选地，基底1具有第一导电类型，基底1可以是硅基底，进一步地，可以是p型硅片或n型硅片。可选地，第一掺杂层2和第二掺杂层4均具有第二导电类型。
可选地，第一导电类型可以是n型导电(电子导电)或p型导电(空穴导电)，第一导电类型可以是n型导电(电子导电)或p型导电(空穴导电)；当第一导电类型为n型导电时，第二导电类型为p型导电，当第一导电类型为p型导电时，第二导电类型为n型导电。
本申请实施例中，第一掺杂层2可以为n型掺杂层或p型掺杂层。具体地，当基底1为p型硅片时，第一掺杂层2为n型掺杂层；当基底1为n型硅片时，第一掺杂层2为p型掺杂层。
可选地，第一掺杂层2的方块电阻可以是50ohm/sq-300ohm/sq。例如，方块电阻可以为50ohm/sq。
相对于现有技术，本申请实施例中第一掺杂层2的方块电阻具有更宽的数值选择范围，从而在更为优化的掺杂浓度分布下，可降低掺杂区的复合，并且可以有效提高电池的短路电流，从而提高太阳能电池的效率。
本申请实施例中，第二掺杂层4可以包含多晶硅，该多晶硅可以是n型掺杂多晶硅或p型掺杂多晶硅。具体地，当基底1为p型硅片时，第二掺杂层4中的多晶硅为n型掺杂多晶硅；当基底1为n型硅片时，第二掺杂层4中的多晶硅为p型掺杂多晶硅。在一个可选地实施方式中，第二掺杂层4除了包含多晶硅外，还包含非晶硅。
可选地，第二掺杂层4的掺杂浓度大于1×1015个/cm3，例如，掺杂浓度可以是2×1021个/cm3。可选地，第二掺杂层4的厚度为1-50nm，例如，厚度可以是5nm。
可选地，钝化隧穿层3为氧化硅、氮化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、碳化硅中的任意一种。可选地，钝化隧穿层3的厚度为0.1-5nm，例如，可以是0.1nm。
可选地，钝化减反射层5包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的至少一种，例如，钝化减反射层5可以是由氮化硅和氧化硅组成的、总厚度为80nm、折射率为2.03的叠层结构。
可选地，正面电极6包含银、铜、铝和镍中的至少一种。
应用本申请的实施例一，至少可以实现如下有益效果：
1)相对于现有技术，本申请实施例增加了钝化隧穿层3，有效地降低了电池的表面复合速率，从而提高了电池的表面钝化性能；
2)正面电极和第二掺杂层接触，可有效地提高电池正表面的横向传输效率，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率；
3)正面电极不和第一掺杂层接触，可使得正面的金属接触被有效地屏蔽掉，可以有效地降低表面复合速率，进一步提高电池的表面钝化性能，大幅度降低太阳能电池的反向饱和电流密度，从而提高电池性能；
4)第一掺杂层的方块电阻具有更宽的数值选择范围，从而在更为优化的掺杂浓度分布下，可降低掺杂区的复合，并且可以有效提高电池的短路电流，从而提高太阳能电池的效率。
实施例二
基于同一发明构思，本申请实施例提供了另一种太阳能电池的异质发射极结构，该异质发射极结构的结构示意图如图2所示，包括：基底1、第一掺杂层2、钝化隧穿层3、第二掺杂层4、钝化减反射层5和正面电极6；基底1、第一掺杂层2、钝化隧穿层3、第二掺杂层4和钝化减反射层5依次排列，正面电极6穿过钝化减反射层5与第二掺杂层4接触。
相对于现有技术，本申请实施例增加了钝化隧穿层3，以提供更好的钝化，进而可以有效地降低表面复合速率，给电池提供良好的表面钝化；同时，也增加了第二掺杂层4，通过第二掺杂层4的作用，可以有效地进行横向传输，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率。
可选地，正面电极6穿过钝化减反射层5、第二掺杂层4和钝化隧穿层3与第一掺杂层2接触。正面电极6和第二掺杂层4、以及第一掺杂层2均形成接触的情况下，可以大幅降低横向传输的电阻。
可选地，基底1具有第一导电类型，基底1可以是硅基底，进一步地，可以是p型硅片。可选地，第一掺杂层2和第二掺杂层4均具有第二导电类型。
可选地，第一导电类型可以是n型导电(电子导电)或p型导电(空穴导电)，第一导电类型可以是n型导电(电子导电)或p型导电(空穴导电)；当第一导电类型为n型导电时，第二导电类型为p型导电，当第一导电类型为p型导电时，第二导电类型为n型导电。
本申请实施例中，第一掺杂层2可以为n型掺杂层或p型掺杂层。具体地，当基底1为p型硅片时，第一掺杂层2为n型掺杂层；当基底1为n型硅片时，第一掺杂层2为p型掺杂层。
可选地，第一掺杂层2的方块电阻可以是50ohm/sq-300ohm/sq。例如，方块电阻可以为50ohm/sq或120ohm/sq。
相对于现有技术，本申请实施例中第一掺杂层2的方块电阻具有更宽的数值选择范围，从而在更为优化的掺杂浓度分布下，可降低掺杂区的复合，并且可以有效提高电池的短路电流，从而提高太阳能电池的效率。
本申请实施例中，第二掺杂层4可以包含多晶硅，该多晶硅可以是n型掺杂多晶硅或p型掺杂多晶硅。具体地，当基底1为p型硅片时，第二掺杂层4中的多晶硅为n型掺杂多晶硅；当基底1为n型硅片时，第二掺杂层4中的多晶硅为p型掺杂多晶硅。在一个可选地实施方式中，第二掺杂层4除了包含多晶硅外，还包含非晶硅。
可选地，第二掺杂层4的掺杂浓度大于1×1015个/cm3，例如，掺杂浓度可以是5×1020个/cm3。可选地，第二掺杂层4的厚度为1-50nm，例如，厚度可以是5nm或30nm。
可选地，钝化隧穿层3为氧化硅、氮化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、碳化硅中的任意一种。可选地，钝化隧穿层3的厚度为0.1-5nm，例如，可以是0.1nm或5nm。
可选地，钝化减反射层5包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的至少一种，例如，钝化减反射层5可以是由氮化硅和氧化硅组成的、总厚度为90nm的叠层结构，也可以是由氧化铝和氮化硅组成的、总厚度为85nm的叠层结构。
可选地，正面电极6包含银、铜、铝和镍中的至少一种。
应用本申请的实施例二，至少可以实现如下有益效果：
1)相对于现有技术，本申请实施例增加了钝化隧穿层，有效地降低了电池的表面复合速率，从而提高了电池的表面钝化性能；
2)正面电极和第二掺杂层接触，可有效地提高电池正表面的横向传输效率，降低电池的串联电阻，从而提高电池的填充因子和转换效率；
3)正面电极和第二掺杂层、第一掺杂层均形成接触，大大降低了电池的横向传输电阻，提高了电池的横向导电能力，进而降低了电池的串联电阻和内部损耗，大大提高了电池的电能转换效率；
4)第一掺杂层的方块电阻具有更宽的数值选择范围，从而在更为优化的掺杂浓度分布下，可降低掺杂区的复合，并且可以有效提高电池的短路电流，从而提高太阳能电池的效率。
实施例三
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种太阳能电池，该太阳能电池的结构示意图如图3、图6和图7所示，包括：背面钝化膜7和背面电极8以及如本申请实施例提供的任意一种太阳能电池的异质发射极结构。
背面钝化膜7设置于异质发射极结构中基底1的与第一掺杂层2相对的一侧；背面电极8设置于背面钝化膜7的与基底1相对的一侧；背面电极8通过背面钝化膜7的接触区域9(穿透背面钝化膜7、可使背面钝化膜7两侧的结构接触的区域)与基底1接触。
可选地，本申请实施例提供的太阳能电池还包括：背面电极连接电极10，该背面电极连接电极10与背面钝化膜7接触。
下面以本申请实施例一中提供的太阳能电池的异质发射极结构为例，对包含异质发射极结构的太阳能电池作如下介绍：
如图3所示，本申请实施例提供的太阳能电池，包括：背面钝化膜7、背面电极8、背面电极连接电极10以及本申请实施例一提供的太阳能电池的异质发射极结构。
其中，背面钝化膜7设置于异质发射极结构中基底1的与第一掺杂层2相对的一侧；背面电极8设置于背面钝化膜7的与基底1相对的一侧，且背面电极8通过背面钝化膜7的接触区域9与基底1接触；背面电极连接电极10设置于背面电极8的与背面钝化膜7相对的一侧，且背面电极连接电极10穿过背面电极8与背面钝化膜7接触。
图4中的示出了该示例的正面电极6的细栅线和正面电极连接电极11。图5中示出了该示例的背面电极8和背面电极连接电极10；其中，图4的视觉角度为图3所示太阳能电池的俯视角度，图5的视觉角度为图3所示太阳能电池的仰视角度。该示例中的异质发射极结构的具体内容可参照实施例一，在此不再赘述。
下面以本申请实施例二中提供的太阳能电池的异质发射极结构为例，对包含异质发射极结构的太阳能电池作进一步介绍：
在一个可选的实施方式中，如图6所示，本申请实施例提供的太阳能电池，包括：背面钝化膜7、背面电极8、背面电极连接电极10以及本申请实施例二提供的太阳能电池的异质发射极结构。
其中，背面钝化膜7设置于异质发射极结构中基底1的与第一掺杂层2相对的一侧；背面电极8设置于背面钝化膜7的与基底1相对的一侧，且背面电极8通过背面钝化膜7的接触区域9与基底1接触；背面电极连接电极10设置于背面电极8的与背面钝化膜7相对的一侧，且背面电极连接电极10穿过背面电极8与背面钝化膜7接触。
在另一个可选的实施方式中，如图7所示，本申请实施例提供的太阳能电池，包括：背面钝化膜7、背面电极8、背面电极连接电极10以及本申请实施例二提供的太阳能电池的异质发射极结构。
其中，背面钝化膜7设置于异质发射极结构中基底1的与第一掺杂层2相对的一侧；背面电极8设置于背面钝化膜7的与基底1相对的一侧，且背面电极8通过背面钝化膜7的接触区域9与基底1接触；背面电极连接电极10设置于背面钝化膜7的与基底1相对的一侧，与基底1接触。
可选地，本申请实施例提供的太阳能电池还包括：正面电极连接电极11(图6和图7中均示出)，图8中示出了该示例的正面电极6的细栅线和正面电极连接电极11。图9中示出了该示例的背面电极8和背面电极连接电极10；其中，图8的视觉角度为图7所示太阳能电池膜层结构的俯视角度，图9为图7所示太阳能电池膜层结构的仰视角度。该示例中的异质发射极结构的具体内容可参照实施例二，在此不再赘述。
本实施例的有益效果与实施例一或实施例二相同，在此不再赘述。
本申请各实施例中所述的正面和正表面均对应基底1两侧中的任意一侧，背面和背表面均对应基底1两侧中与正面相对的一侧。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (12)
1.一种太阳能电池的异质发射极结构，其特征在于，包括：基底(1)、第一掺杂层(2)、钝化隧穿层(3)、第二掺杂层(4)、钝化减反射层(5)和正面电极(6)；
所述基底(1)、所述第一掺杂层(2)、所述钝化隧穿层(3)、所述第二掺杂层(4)和所述钝化减反射层(5)依次排列，所述正面电极(6)穿过所述钝化减反射层(5)与所述第二掺杂层(4)接触。
2.根据权利要求1所述的异质发射极结构，其特征在于，所述正面电极(6)穿过所述钝化减反射层(5)、所述第二掺杂层(4)和所述钝化隧穿层(3)，并与所述第一掺杂层(2)接触。
3.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述基底(1)具有第一导电类型，所述第一掺杂层(2)和所述第二掺杂层(4)均具有第二导电类型。
4.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述第一掺杂层(2)的方块电阻为50ohm/sq-300ohm/sq。
5.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述第二掺杂层(4)包含多晶硅。
6.根据权利要求5所述的异质发射极结构，其特征在于，所述第二掺杂层(4)还包含非晶硅。
7.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述第二掺杂层(4)的掺杂浓度大于1×1015个/cm3。
8.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述第二掺杂层(4)的厚度为1-50nm。
9.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述钝化隧穿层(3)为氧化硅、氮化硅、非晶硅、氧化铝、氧化钛、碳化硅中的任意一种。
10.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述钝化隧穿层(3)的厚度为0.1-5nm。
11.根据权利要求1或2所述的异质发射极结构，其特征在于，所述钝化减反射层(5)包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
12.一种太阳能电池，其特征在于，包括：背面钝化膜(7)和背面电极(8)以及如权利要求1-11中任一项所述的异质发射极结构；
所述背面钝化膜(7)设置于所述异质发射极结构中基底(1)的与第一掺杂层(2)相对的一侧；所述背面电极(8)设置于所述背面钝化膜(7)的与所述基底(1)相对的一侧；所述背面电极(8)通过所述背面钝化膜(7)的接触区域(9)与所述基底(1)接触。
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