CN112018196A - 背接触太阳电池及生产方法、背接触电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了背接触太阳电池及生产方法、背接触电池组件，涉及光伏技术领域。背接触太阳电池包括硅基体、少子收集层、多子收集膜、少子端电极以及多子端电极；少子收集层形成于整个硅基体的背光面上；少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；多子收集膜形成于少子收集层的背光面的局部区域上；少子端电极设置在少子收集层的背光面中多子收集膜之外的区域上；多子端电极设置在所述多子收集膜上。多子通过少子收集层的势垒进入多子收集膜，调节少子收集层的厚度和掺杂浓度，以调整多子遂穿的能级范围和遂穿宽度，使得多子利于遂穿，提高了多子遂穿效率，降低了串联电阻，且整个少子收集层和多子收集膜的调节工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种背接触太阳电池及生产方法、背接触电池组件。
背景技术
背接触太阳电池的向光面无电极遮挡，可以获得较高的光电转换效率，因此应用广泛。
目前，背接触太阳电池一般需要在硅基体的背光面制作对位准确、且相互电学隔离的不同导电类型区域，并使不同导电类型区域之间的隔离区域尽量小，以尽量缩小无载流子收集能力的区域。
但是，制作对位准确、相互电学隔离的不同导电类型区域，工艺复杂，且光电转换效率低。
发明内容
本发明提供一种背接触太阳电池及生产方法、背接触电池组件，旨在解决制作对位准确、且相互电学隔离的不同导电类型区域，工艺复杂，且光电转换效率低的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种背接触太阳电池，包括：硅基体、少子收集层、多子收集膜、少子端电极以及多子端电极；
所述少子收集层形成于整个所述硅基体的背光面上；所述少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；
所述多子收集膜形成于所述少子收集层的背光面的局部区域上；
所述少子端电极设置在所述少子收集层的背光面中所述多子收集膜之外的区域上；
所述多子端电极设置在所述多子收集膜上。
本发明实施方式中，多子通过少子收集层的势垒进入多子收集膜，针对材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种的少子收集层而言，少子收集层的势垒可以通过调节少子收集层的厚度和掺杂浓度，以调整多子遂穿的能级范围和遂穿距离，使得多子利于遂穿。同时，通过对多子收集膜进行重掺提高多子遂穿两侧的能级差，进一步提高遂穿效率，在多子收集膜与少子收集层的整个接触面，多子均可以实现遂穿，提高了多子遂穿效率，降低了串联电阻，且整个少子收集层和多子收集膜的调节工艺简单，便于实现。而且，多子收集膜暴露在少子收集层的外侧，结构简单，便于多子端电极的对位，生产成本低。同时，在少子收集层和多子收集膜中均不存在无载流子收集的能力的区域，光电转换效率高。少子收集层形成在硅基体的整个背光面，少子收集层占的面积大，利于少子的收集。硅基体和少子收集层形成的pn结的界面位于整个硅基体的背光面，利于载流子的分离，光电转换效率高。
可选的，所述多子收集膜的材料选自硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种。
可选的，所述少子收集层的厚度为0.5-15nm。
可选的，所述多子收集膜的厚度大于或等于所述少子收集层的厚度。
可选的，所述少子收集层、所述多子收集膜的掺杂浓度均大于或等于1013cm-3，小于或等于1019cm-3。
可选的，所述少子收集层和所述硅基体之间还设置有少子界面层；所述少子界面层的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种。
可选的，所述少子界面层的厚度为0.1-10nm；所述少子界面层为一层或多层结构。
可选的，在所述少子收集层的材料为晶体材料的情况下，所述少子界面层的材料选自氧化硅。
可选的，所述多子收集膜和所述少子收集层之间还设置有多子界面层；所述多子界面层的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种。
可选的，所述多子界面层的厚度为0.1-10nm；所述多子界面层为一层或多层结构。
可选的，在所述多子收集膜的材料为晶体材料的情况下，所述多子界面层的材料选自氧化硅。
可选的，所述多子收集膜在所述硅基体的背光面的投影的面积，占所述硅基体的背光面的总面积的5％至45％。
可选的，所述硅基体的背光面为平面结构或陷光结构；
和/或，所述硅基体的向光面为平面结构或陷光结构。
可选的，所述硅基体的向光面设置有正面钝化层、正面场效应层、正面减反射薄膜层、散射结构层、聚光结构层中的至少一种；
和/或，所述少子收集层的背光面中，所述少子端电极、所述多子收集膜、所述多子端电极之外的区域设置有背面钝化层和/或背面减反射薄膜层。
根据本发明的第二方面，还提供一种背接触太阳电池的生产方法，包括：
提供硅基体；
在整个所述硅基体的背光面上设置少子收集层；所述少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；
在所述少子收集层的背光面的局部区域上设置多子收集膜；
在所述少子收集层的背光面中所述多子收集膜之外的区域上设置少子端电极；
在所述多子收集膜上设置多子端电极。
可选的，所述设置少子收集层的步骤包括：
采用掺杂或外延生长的方式获得晶体的少子收集层；
所述设置多子收集膜的步骤包括：
采用沉积或外延生长的方式获得多子收集膜。
可选的，所述设置少子收集层的步骤包括：
采用沉积的方式获得非晶的少子收集层；
所述设置多子收集膜的步骤包括：
采用沉积的方式获得多子收集膜。
根据本发明的第三方面，还提供一种背接触电池组件，包括：任一前述的背接触太阳电池。
上述背接触太阳电池的生产方法、背接触电池组件，具有与前述背接触太阳电池相同或相似的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对本发明实施方式的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方式，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示出了本发明实施方式中的第一种背接触太阳电池的结构示意图；
图2示出了本发明实施方式中的背接触太阳电池的载流子传输示意图；
图3示出了本发明实施方式中的第二种背接触太阳电池的结构示意图；
图4示出了本发明实施方式中的第三种背接触太阳电池的结构示意图。
附图编号说明：
1-硅基体，2-少子收集层，3-多子收集膜，4-正面减反射薄膜层，5-背面钝化层，6-少子端电极，7-多子端电极，8-少子界面层，9-多子界面层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，图1示出了本发明实施方式中的第一种背接触太阳电池的结构示意图。该背接触太阳电池包括：硅基体1、少子收集层2、多子收集膜3、少子端电极6以及多子端电极7。
可以理解的是，在背接触太阳电池中，若硅基体1的掺杂类型为n型，则，在本发明的背接触太阳电池中，多子即指电子，少子即指空穴。少子收集层2即为空穴收集层，多子收集膜3即为电子收集膜。若硅基体1的掺杂类型为p型，则，本发明的背接触太阳电池中，多子即指空穴，少子即指电子，少子收集层2即为电子收集层，多子收集膜3即为空穴收集膜。
可以理解的是，少子收集层2与硅基体1的掺杂类型相反，多子收集膜3与硅基体1的掺杂类型相同，多子收集膜3的掺杂浓度高于硅基体1的掺杂浓度。如，硅基体1为n型掺杂，则，少子收集层2为p型掺杂，多子收集膜3为n+型掺杂。
少子收集层2形成于整个硅基体1的背光面上，少子收集层2的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种。此处对少子收集层2是否为晶体不作具体限定。在少子收集层2为晶体的情况下，对其具体是多晶还是单晶也不作具体限定。
例如，少子收集层2的材料选自：晶体硅、晶体硅碳化合物、晶体硅锗化合物、纳米晶硅、微晶硅、纳米晶硅碳化合物、微晶硅碳化合物、纳米晶硅锗化合物、微晶硅锗化合物中的至少一种。
上述材料的少子收集层2的势垒可以通过调节少子收集层2的厚度和掺杂浓度，以调整多子遂穿的能级范围和遂穿距离，使得多子利于遂穿。同时，少子收集层2形成在硅基体的整个背光面，相对于多子收集膜3只有局部而言，少子收集层2占的面积大，利于少子的收集。且，硅基体1和少子收集层2形成的pn结的界面位于整个硅基体1的背光面，利于载流子的分离和少子收集，光电转换效率高。
少子收集层2可以通过掺杂、沉积、外延生长方式，设置于整个硅基体1的背光面上，在本发明实施例中，对此不作具体限定。例如，通过扩散的方式，在整个硅基体1的背光面上形成少子收集层2。
多子收集膜3形成于少子收集层2的背光面的局部区域上，就是说多子收集膜3并不是形成在整个少子收集层2的背光面上的，进而，少子收集层2的背光面除了多子收集膜3之外还有裸露，多子端电极7设置过程中对位简单。
相对于，在硅基体的背光面和少子收集部分之间设置多子收集部分，使得多子收集部分位于少子收集部分的向光面，多子收集部分并没有暴露出来，在设置多子端电极的过程中，需要隔着少子收集部分对应设置在多子收集部分的背光面，不利于对位，工艺复杂。而且，在多子的遂穿界面难以实现简并，且遂穿界面需要依靠晶粒外延生长，导致多子的遂穿界面较小，遂穿效率较低。而且，多子依靠隧穿复合机制进入少子传输部分，传输电阻较大，以上问题导致光电转换效率低，且对工艺要求十分精确。
而本申请中，多子收集膜3形成在少子收集层2的背光面上，既可以解决上述问题。
同时，参照图2所示，图2示出了本发明实施方式中的背接触太阳电池的载流子传输示意图。若硅基体1为n型硅基体，则，少子收集层2为空穴收集层，多子收集膜3为电子收集膜。多子通过少子收集层2的势垒进入多子收集膜3，基体的导带底能级E1高于多子收集膜的导带底能级E2，利于多子即电子的遂穿，提高了多子遂穿效率，降低了串联电阻。同时，在多子收集膜3与少子收集层2的整个接触面，多子均可以实现遂穿，且整个少子收集层2和多子收集膜3的调节工艺简单，便于实现。而且，多子收集膜3暴露在少子收集层2的外侧，结构简单，便于多子端电极7的对位，生产成本低。同时，在少子收集层2和多子收集膜3中均不存在无载流子收集的能力的区域，光电转换效率高。
多子收集膜3可以通过沉积、外延生长方式，设置于少子收集层2的背光面的局部区域上，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
可选的，多子收集膜3的材料选自硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种，上述材料的多子收集膜3，容易控制其掺杂浓度，以调整多子遂穿的能级范围和遂穿距离，进而使得多子利于遂穿。此处对多子收集膜3是否为晶体不作具体限定。在多子收集膜3为晶体的情况下，对其具体是多晶还是单晶也不作具体限定。如，多子收集膜3的材料可以为纳米晶硅、微晶硅、纳米晶硅碳化合物、微晶硅碳化合物、纳米晶硅锗化合物、微晶硅锗化合物、晶体硅、晶体硅碳化合物、晶体硅锗化合物中的至少一种。
少子端电极6设置在少子收集层2的背光面中多子收集膜3之外的区域上，多子端电极7设置在多子收集膜3上，设置少子端电极6和多子端电极7的部分均裸露，对位简单。少子端电极6用于传导少子，多子端电极7用于传导多子。需要说明的是，少子端电极6和多子端电极7之间需要保留电气绝缘间隙，电气绝缘间隙不小于正常工作电压下的击穿距离。少子端电极6和多子端电极7可采用印刷、沉积等工艺制作。少子端电极6和多子端电极7可以为金属电极。
可选的，多子收集膜3在硅基体1的背光面的投影的面积，占硅基体的背光面的总面积的5％至45％，该面积比例下，对多子的收集和传输效果好，同时也不会影响少子的收集和传输。
可选的，少子收集层2、多子收集膜3的掺杂浓度均大于或等于1013cm-3，且小于或等于1019cm-3，在上述浓度范围内，多子可以隧穿通过势垒实现传导，利于多子的收集与传输，提高了多子传导效率，提升了光电转换效率。
可选的，少子收集层2为连续的一层，参照图1所示，少子收集层2的厚度d1可以为0.5-15nm，该厚度范围利于多子和少子的传输和收集。需要说明的是，该厚度为少子收集层2在硅基体1、少子收集层2、多子收集膜3的层叠方向上的尺寸。
可选的，多子收集膜3的厚度d2大于或等于少子收集层2的厚度，即，d2≥d1，进而利于多子的遂穿，利于多子的收集和传输。该厚度为多子收集膜3在硅基体1、少子收集层2、多子收集膜3的层叠方向上的尺寸。
可选的，硅基体1的背光面为平面结构或陷光结构，则，少子收集层2、多子收集膜3的向光面适配于硅基体1的背光面。和/或，硅基体1的向光面为平面结构或陷光结构。对于陷光结构而言，可以增加光程，提升光电转换效率。陷光结构可以为绒面、倒金字塔、纳米陷光结构等。
可选的，硅基体1的向光面还可以设置有钝化层、正面场效应层、正面减反射薄膜层、散射结构层、聚光结构层中的至少一种。和/或，少子收集层2的背光面中，少子端电极6、多子收集膜3、多子端电极7之外的区域设置有背面钝化层和/或背面减反射薄膜层，以实现钝化、光学改进等。
例如，参照图1所示，图1中，硅基体1的向光面为陷光结构，硅基体1的背光面为平面结构，图1中4可以为正面减反射薄膜层，5可以为背面钝化层。
可选的，参照图3所示，图3示出了本发明实施方式中的第二种背接触太阳电池的结构示意图。少子收集层2和硅基体1之间还设置有少子界面层8，少子界面层8的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种，上述材料的少子界面层8可以起到良好的化学钝化、调节功函数等功能。少子界面层8可以通过沉积、外延生长等方式获得，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
例如，少子界面层8的材料选自：氧化硅、本征非晶硅、本征非晶硅碳化合物或本征非晶碳化硅锗中的至少一种。
可选的，少子界面层8的厚度d3为0.1-10nm，该厚度为少子界面层8在硅基体1、少子收集层2、多子收集膜3的层叠方向上的尺寸。上述厚度的少子界面层8的化学钝化、调节功函数等功能更优。少子界面层8为一层或多层结构，少子界面层8形式多样。
可选的，在少子收集层2的材料为晶体材料的情况下，少子界面层8的材料选自氧化硅，在氧化硅的表面容易通过外延生长的方式获得晶体材料的少子收集层2。
在少子收集层2的材料为非晶体材料的情况下，少子界面层8的材料选自非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种，在上述材料的少子界面层8的表面均易于获得非晶体材料的少子收集层2。
可选的，参照图3所示，多子收集膜3和少子收集层2之间还设置有多子界面层9，多子界面层9的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种，上述材料的多子界面层9可以起到良好的化学钝化、调节功函数等功能。多子界面层9可以通过沉积、外延生长等方式获得，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
例如，多子界面层9的材料选自：氧化硅、本征非晶硅、本征非晶硅碳化合物或本征非晶碳化硅锗。
可选的，参照图4所示，图4示出了本发明实施方式中的第三种背接触太阳电池的结构示意图。多子界面层9的厚度d4为0.1-10nm，该厚度为多子界面层9在硅基体1、少子收集层2、多子收集膜3的层叠方向上的尺寸。上述厚度的多子界面层9的化学钝化、调节功函数等功能更优。多子界面层9为一层或多层结构，多子界面层9形式多样。
可选的，在多子收集膜3的材料为晶体材料的情况下，多子界面层9的材料选自氧化硅，在氧化硅的表面容易通过外延生长的方式获得晶体材料的多子收集膜3。
在多子收集膜3的材料为非晶体材料的情况下，多子界面层9的材料选自非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种，在上述材料的多子界面层9的表面均易于获得非晶体材料的多子收集膜3。
需要说明的是，在背接触太阳电池中，可以均不包括少子界面层、多子界面层。或者，可以只包括少子界面层，而不包括多子界面层。或者，可以只包括多子界面层，而不包括少子界面层。或者，可以同时包括少子界面层和多子界面层。在本发明实施例中，对此不作具体限定。
如图3中，少子收集层2和硅基体1之间设置有少子界面层8，多子收集膜3和少子收集层2之间设置有多子界面层9。硅基体1的向光面为陷光结构，硅基体1的背光面为陷光结构，少子收集层2、多子收集膜3的向光面均适配于硅基体1的背光面。
再例如，图4中，多子收集膜3和少子收集层2之间设置有多子界面层9。硅基体1的向光面为陷光结构，硅基体1的背光面为平面结构。该多子界面层9的材料可以选自：氧化硅、本征非晶硅、本征非晶硅碳化合物或本征非晶碳化硅锗中的至少一种。
需要说明的是，在少子收集层的背光面，多子收集膜的背光面设置有背面钝化层和/或背面减反射薄膜层的情况下，背面钝化层和/或背面减反射薄膜层在少子端电极6、多子端电极7对应位置存在开孔，以实现电接触。
需要说明的是，少子端电极6、多子端电极7可以为任意形状，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
本发明实施方式还提供了一种背接触太阳电池的生产方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1，提供硅基体。
步骤S2，在整个所述硅基体的背光面上设置少子收集层；所述少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种。
步骤S3，在所述少子收集层的背光面的局部区域上设置多子收集膜。
步骤S4，在所述少子收集层的背光面中所述多子收集膜之外的区域上设置少子端电极。
步骤S5，在所述多子收集膜上设置多子端电极。
可选的，该步骤S2可以包括：采用掺杂或外延生长的方式获得晶体的少子收集层。该步骤S3可以包括：采用沉积或外延生长的方式获得多子收集膜。掺杂或外延生长的方式能够获得具有较好的晶格界面的晶体少子收集层，在具有较好的晶格界面的晶体少子收集层的表面，可以采用沉积或外延生长的方式获得多子收集膜，优选的可以采用外延生长的方式，获得界面缺陷较少的多子收集膜，以利于提升光电转换效率。
可选的，该步骤S2可以包括：采用沉积的方式获得非晶的少子收集层。该步骤S3可以包括：采用沉积的方式获得多子收集膜。沉积的方式能够获得非晶体少子收集层，在非晶体少子收集层的表面，采用沉积方式易于获得缺陷较少的多子收集膜。
需要说明的是，该方法的各个步骤中的硅基体、少子收集层、多子收集膜、少子端电极、多子端电极具体可以参照前述有关记载，并能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
本发明实施方式还提供了一种背接触电池组件，包括：任一前述背接触太阳电池。该组件中的硅基体、少子收集层、多子收集膜、少子端电极、多子端电极同样可以参照前述有关记载，并能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (12)
1.一种背接触太阳电池，其特征在于，包括：硅基体、少子收集层、多子收集膜、少子端电极以及多子端电极；
所述少子收集层形成于整个所述硅基体的背光面上；所述少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；
所述多子收集膜形成于所述少子收集层的背光面的局部区域上；
所述少子端电极设置在所述少子收集层的背光面中所述多子收集膜之外的区域上；
所述多子端电极设置在所述多子收集膜上。
2.根据权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述多子收集膜的材料选自硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；
所述少子收集层的厚度为0.5-15nm。
3.根据权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述多子收集膜的厚度大于或等于所述少子收集层的厚度。
4.根据权利要求1-3中任一所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述少子收集层、所述多子收集膜的掺杂浓度均大于或等于1013cm-3，小于或等于1019cm-3。
5.根据权利要求1-3中任一所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述少子收集层和所述硅基体之间还设置有少子界面层；所述少子界面层的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种；
所述少子界面层的厚度为0.1-10nm；所述少子界面层为一层或多层结构；
在所述少子收集层的材料为晶体材料的情况下，所述少子界面层的材料选自氧化硅。
6.根据权利要求1-3中任一所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述多子收集膜和所述少子收集层之间还设置有多子界面层；所述多子界面层的材料选自：非晶硅、非晶硅碳化合物、非晶硅锗化合物、氧化硅中的至少一种；
所述多子界面层的厚度为0.1-10nm；所述多子界面层为一层或多层结构；
在所述多子收集膜的材料为晶体材料的情况下，所述多子界面层的材料选自氧化硅。
7.根据权利要求1-3中任一所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述多子收集膜在所述硅基体的背光面的投影的面积，占所述硅基体的背光面的总面积的5％至45％；
所述硅基体的背光面为平面结构或陷光结构；
和/或，所述硅基体的向光面为平面结构或陷光结构。
8.根据权利要求1-3中任一所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述硅基体的向光面设置有正面钝化层、正面场效应层、正面减反射薄膜层、散射结构层、聚光结构层中的至少一种；
和/或，所述少子收集层的背光面中，所述少子端电极、所述多子收集膜、所述多子端电极之外的区域设置有背面钝化层和/或背面减反射薄膜层。
9.一种背接触太阳电池的生产方法，其特征在于，包括：
提供硅基体；
在整个所述硅基体的背光面上设置少子收集层；所述少子收集层的材料选自：硅、硅碳化合物、硅锗化合物中的至少一种；
在所述少子收集层的背光面的局部区域上设置多子收集膜；
在所述少子收集层的背光面中所述多子收集膜之外的区域上设置少子端电极；
在所述多子收集膜上设置多子端电极。
10.根据权利要求9所述的背接触太阳电池的生产方法，其特征在于，所述设置少子收集层的步骤包括：
采用掺杂或外延生长的方式获得晶体的少子收集层；
所述设置多子收集膜的步骤包括：
采用沉积或外延生长的方式获得多子收集膜。
11.根据权利要求9所述的背接触太阳电池的生产方法，其特征在于，所述设置少子收集层的步骤包括：
采用沉积的方式获得非晶的少子收集层；
所述设置多子收集膜的步骤包括：
采用沉积的方式获得多子收集膜。
12.一种背接触电池组件，其特征在于，包括：权利要求1至权利要求8中任一所述的背接触太阳电池。
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