CN114613868B - 基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池 - Google Patents

基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，包括在n型硅片，n型硅片一面依次设置第一遂穿层、n型掺杂多晶硅层、第一钝化减反层以及背面电极；n型硅片另一面依次设置p型掺杂发射极层、第二遂穿层、p型CuI层、第二钝化减反层以及正面电极。本发明具有提升双面n型TOPCon电池效率的特点。

Description

基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池。
背景技术
晶体硅表面会产生界面态，界面态会影响少数载流子浓度从而降低电池的光电转化效率。双面TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)结构太阳能电池可以避免上述问题。在现有的双面n型TOPCon结构太阳能电池中，正面的重掺杂多晶硅层的场钝化作用可以显著降低晶硅表面少子复合速率，并且超薄的重掺杂多晶硅层可以保证多子的有效隧穿和显著提高多子的传导性能。然而，由于多晶硅的禁带宽度为1.1eV～1.7eV，因此相当一部分的入射可见光会被正面的多晶硅层吸收，电池的效率有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，具有提升双面n型TOPCon电池效率的特点。
本发明所采用的技术方案是，基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，包括n型硅片，n型硅片反面由近到远依次设置第一隧穿层、n型掺杂多晶硅层、第一钝化减反层；所述n型掺杂多晶硅层靠近两端的位置分别设置有背面电极，背面电极贯穿第一钝化减反层；
n型硅片正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层、第二隧穿层、p型CuI层、第二钝化减反层；p型CuI层上与背面电极相对的位置设置有正面电极，正面电极贯穿第二钝化减反层(8)。
本发明的特点还在于：
n型硅片的厚度为50μm～200μm，电阻率为0.1Ω·cm～5Ω·cm。
第一隧穿层的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
n型掺杂多晶硅层厚度为2nm～20nm。
第一钝化减反层的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
p型掺杂发射极层通过扩散工艺形成，厚度为0.5μm～2μm，电阻率为0.1Ω·cm～1Ω·cm。
第二隧穿层的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
p型CuI层通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为80W～100W，衬底温度为20℃，沉积时间为30min～60min，反应室压力为10Pa～20Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为800℃～900℃，退火氛围为空气。
p型CuI层的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3,厚度为5nm～200nm。
第二钝化减反层的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
本发明的有益效果是：基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，采用p型CuI层代替现有的重掺杂多晶硅层，p型CuI层具有较大的禁带宽度(>3.5eV)，在可见光范围内具有更高的透过率，可以提高可见光的入射效率，从而有效提高光伏电池的电流输出能力。
附图说明
图1是本发明基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池的结构示意图。
图中，1.第一隧穿层，2.n型掺杂多晶硅层，3.第一钝化减反层，4.背面电极，5.p型掺杂发射极层，6.第二隧穿层，7.p型CuI层，8.第二钝化减反层，9.正面电极，10.n型硅片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，如图1所示，包括n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。
n型硅片10的厚度为50μm～200μm，电阻率为0.1Ω·cm～5Ω·cm。
第一隧穿层1的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为2nm～20nm。
第一钝化减反层3的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为0.5μm～2μm，电阻率为0.1Ω·cm～1Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为80W～100W，衬底温度为20℃，沉积时间为30min～60min，反应室压力为10Pa～20Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为800℃～900℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3,厚度为5nm～200nm。p型CuI层具有较大的禁带宽度(>3.5eV)，在可见光范围内具有更高的透过率，可以提高可见光的入射效率，从而有效提高光伏电池的电流输出能力。
第二钝化减反层8的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
实施例1
包括在n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。
n型硅片10的厚度为50μm，电阻率为0.1Ω。
第一隧穿层1的材料为SiO2，厚度为1nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为2nm。
第一钝化减反层3的材料为Si3N4，厚度为60nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为0.5μm，电阻率为0.1Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为SiO2，厚度为1nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为80W，衬底温度为20℃，沉积时间为60min，反应室压力为10Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为800℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1018cm-3,厚度为5nm。
第二钝化减反层8的材料为Si3N4，厚度为60nm。
实施例2
包括在n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。n型硅片10的厚度为200μm，电阻率为5Ω。
第一隧穿层1的材料为SiO2，厚度为5nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为20nm。
第一钝化减反层3的材料为Si3N4，厚度为200nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为2μm，电阻率为1Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为SiO2厚度为5nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为100W，衬底温度为20℃，沉积时间为30min，反应室压力为20Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为800℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1020cm-3,厚度为200nm。
第二钝化减反层8的材料为Si3N4，厚度为200nm。
实施例3
包括在n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。
n型硅片10的厚度为125μm，电阻率为3Ω。
第一隧穿层1的材料为SiO2，厚度为3nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为11nm。
第一钝化减反层3的材料为Si3N4，厚度为130nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为13μm，电阻率为0.6Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为SiO2厚度为3nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为90W，衬底温度为20℃，沉积时间为45min，反应室压力为15Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为850℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1019cm-3,厚度为100nm。
第二钝化减反层8的材料为Si3N4，厚度为130nm。
实施例4
包括在n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。
n型硅片10的厚度为125μm，电阻率为3Ω。
第一隧穿层1的材料为Al2O3，厚度为3nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为11nm。
第一钝化减反层3的材料为Si2N2O，厚度为130nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为13μm，电阻率为0.6Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为Al2O3厚度为3nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为90W，衬底温度为20℃，沉积时间为45min，反应室压力为15Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为850℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1019cm-3,厚度为100nm。
第二钝化减反层8的材料为Si2N2O，厚度为130nm。
实施例5
包括在n型硅片10，n型硅片10反面由近到远依次设置第一隧穿层1、n型掺杂多晶硅层2、第一钝化减反层3；n型掺杂多晶硅层2靠近两端的位置分别设置有背面电极4，背面电极4贯穿第一钝化减反层3；
n型硅片10正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层5、第二隧穿层6、p型CuI层7、第二钝化减反层8；p型CuI层7上与背面电极4相对的位置设置有正面电极9，正面电极9贯穿第二钝化减反层8。
n型硅片10的厚度为125μm，电阻率为3Ω。
第一隧穿层1的材料为SiC，厚度为3nm。
n型掺杂多晶硅层2厚度为11nm。
第一钝化减反层3的材料为Si2N2O，厚度为130nm。
p型掺杂发射极层5通过扩散工艺形成，厚度为13μm，电阻率为0.6Ω·cm。
第二隧穿层6的材料为SiC，厚度为3nm。
p型CuI层7通过磁控溅射工艺制备获得，对磁控溅射反应室设置如下条件参数：溅射功率为90W，衬底温度为20℃，沉积时间为45min，反应室压力为15Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为850℃，退火氛围为空气。
p型CuI层7的掺杂浓度为1019cm-3,厚度为100nm。
第二钝化减反层8的材料为Si2N2O，厚度为130nm。
本发明基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，在双面n型TOPCon光伏电池的正面结构中采用p型CuI层代替现有的重掺杂多晶硅层，p型CuI层具有较大的禁带宽度(>3.5eV)，在可见光范围内具有更高的透过率，可以提高可见光的入射效率，从而有效提高光伏电池的电流输出能力。

Claims (10)

1.基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，包括n型硅片(10)，所述n型硅片(10)反面由近到远依次设置第一隧穿层(1)、n型掺杂多晶硅层(2)、第一钝化减反层(3)；所述n型掺杂多晶硅层(2)靠近两端的位置分别设置有背面电极(4)，所述背面电极(4)贯穿第一钝化减反层(3)；
所述n型硅片(10)正面由近到远依次设置p型掺杂发射极层(5)、第二隧穿层(6)、p型CuI层(7)、第二钝化减反层(8)；所述p型CuI层(7)上与背面电极(4)相对的位置设置有正面电极(9)，所述正面电极(9)贯穿第二钝化减反层(8)。
2.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述n型硅片(10)的厚度为50μm～200μm，电阻率为0.1Ω·cm～5Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述第一隧穿层(1)的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
4.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述n型掺杂多晶硅层(2)厚度为2nm～20nm。
5.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述第一钝化减反层(3)的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
6.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，所述p型掺杂发射极层(5)通过扩散工艺形成，厚度为0.5μm～2μm，电阻率为0.1Ω·cm～1Ω·cm。
7.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述第二隧穿层(6)的材料为SiO2、Al2O3或SiC，厚度为1nm～5nm。
8.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述p型CuI层(7)通过磁控溅射工艺制备获得，且磁控溅射条件参数为：溅射功率为80W～100W，衬底温度为20℃，沉积时间为30min～60min，反应室压力为10Pa～20Pa，通入反应室气体为Ar与O2；退火温度为800℃～900℃，退火氛围为空气。
9.根据权利要求8所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述p型CuI层(7)的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3,厚度为5nm～200nm。
10.根据权利要求1所述的基于n型硅基底的双面TOPCon光伏电池，其特征在于，所述第二钝化减反层(8)的材料为Si3N4或Si2N2O，厚度为60nm～200nm。
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