CN114628534A - 钝化接触的太阳能电池和太阳能电池串 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钝化接触的太阳能电池和一种太阳能电池串。太阳能电池包括：半导体基体；依次位于半导体基体一表面的第一薄膜层、第二薄膜层以及第一钝化层，第一薄膜层的厚度为0.1～2nm；依次位于半导体基体另一表面的发射极、第二钝化层以及第三钝化层；第一电极，一端穿过第一钝化层并接触第二薄膜层；以及第二电极，一端依次穿过第三钝化层和第二钝化层并接触发射极。本发明通过在半导体基体的两面依次形成钝化层和薄膜层实现了钝化接触结构电池的量产，通过钝化接触结构的隧穿效应，可以让电子通过而空穴无法通过，其转换效率相比目前主流的PERC电池有显著的提升；由于避免了光刻等技术的运用，显著的降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明主要涉及新能源领域，尤其涉及一种钝化接触的太阳能电池和一种太阳能电池串。
背景技术
追求提高电池转换效率，同时降低甚至维持制造成本及是业界不断追求的目标和提高自身竞争力之所在。在高效电池方面，国外众多科研单位和企业开展了大量的研究，开发了众多新型结构的高效电池。其中，由德国Fraunhofer ISE研究所研发的钝化接触电池(passivated contact cell)成为目前研究的热点，具有转化效率较高的特点。钝化接触技术采用了氧化硅和掺杂的多晶硅薄膜作为钝化层，能形成良好的钝化效果。
但是，Fraunhofer的电池结构需用到光刻的半导体级技术，不利于光伏领域的大规模量产。
所以，如何在现有技术的基础上，通过对钝化接触结构电池结构的进一步设计优化从而使其更容易量产是一个亟待解决的问题。
发明内容
发明为解决上述技术问题，本发明提供了一种钝化接触的太阳能电池，包括：半导体基体；依次位于所述半导体基体一表面的第一薄膜层、第二薄膜层以及第一钝化层，其中，所述第一薄膜层的厚度为0.1～2nm；依次位于所述半导体基体另一表面的发射极、第二钝化层以及第三钝化层；第一电极，所述第一电极的一端穿过所述第一钝化层并接触所述第二薄膜层；以及第二电极，所述第二电极的一端依次穿过所述第三钝化层和所述第二钝化层并接触所述发射极。
可选地，所述第一薄膜层由氧化硅、氧化铝、氮氧化硅以及氮化硅中的一种化合物组成。
可选地，所述第一薄膜层由热生长、湿化学、PECVD以及准分子源干氧中的一种制备方法制备而成。
可选地，所述第二薄膜层与所述半导体基体的导电类型一致。
可选地，所述第二薄膜层由多晶硅、非晶硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
可选地，所述第二薄膜层由LPCVD、PECVD、APCVD、PVD以及蒸镀中的一种制备方法制备而成。
可选地，所述第一钝化层和所述第三钝化层分别由氮化硅、氮氧化硅及氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
可选地，所述第二钝化层由氮化硅、氮氧化硅氧化硅、及氧化镓中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
可选地，所述第一钝化层由PECVD的制备方法制备而成。
可选地，所述第二钝化层和所述第三钝化层由PEALD、PECVD以及 ALD中的一种制备方法制备而成。
可选地，所述第一钝化层和/或所述第三钝化层中包含氢离子。
可选地，所述发射极的导电类型与所述半导体基体相反。
可选地，所述发射极通过扩散或离子注入的方式实现，且当所述发射极通过所述扩散的方式实现时，所述发射极的扩散源为气态或液态。
可选地，所述第一电极和/或所述第二电极由丝网印刷、激光转印及电镀中的一种制备方法制备而成。
本发明还提供一种太阳能电池串，包括依次连接的如前文所述的太阳能电池。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：本发明的钝化接触的太阳能电池通过在半导体基体的两面按照特定顺序依次形成处于特定位置和特定数量的钝化层和薄膜层，通过大量实验所选择出的所述的钝化层及薄膜层结构相比目前主流的PERC电池，起到了单面选择性接触的作用，可以让电子通过而空穴无法通过，降低了电子空穴对复合的概率，使得使用本发明的钝化接触太阳能电池转换效率相比目前主流的PERC电池有了显著的提高。本发明的钝化接触太阳电池相关制造流程均可由已有的成熟PERC 生产线进行适当改造后兼容生产，另外本发明中所述的PECVD、LPCVD、 ALD、丝网印刷等方式及设备均是光伏产业大规模应用的成熟产品，避免了光刻等高成本方式的使用，从而使得本发明提出的钝化接触的太阳能电池在提高效率的同时也能更容易量产，降低生产成本。
附图说明
包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1是本发明一实施例中的一种钝化接触的太阳能电池的结构示意图。
100 太阳能电池
111 半导体基体的下表面
112 半导体基体的上表面
110 半导体基体
120 第一薄膜层
130 第二薄膜层
140 第一钝化层
150 发射极
160 第二钝化层
170 第三钝化层
180 第一电极
190 第二电极
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。
接下来通过具体的实施例对本发明的钝化接触的太阳能电池和太阳能电池串进行说明。
图1所示是本发明一实施例中的钝化接触的太阳能电池的结构示意图，参考图1所示，该实施例中的钝化接触的太阳能电池100包括：半导体基体110、第一薄膜层120、第二薄膜层130、第一钝化层140、发射极150、第二钝化层160、第三钝化层170、第一电极180和第二电极190。
具体地，在半导体基体110的下表面111上形成有第一薄膜层120，该第一薄膜层120可以通过量子隧穿及氧化层空洞起到载流子选择性接触的作用，允许多子通过，不允许少子通过；以及钝化半导体基体110中远离光照的表面。
示例性的，第一薄膜层120在本发明的一些实施例中可以由氧化硅、氧化铝、氮氧化硅以及氮化硅中的一种化合物组成，第一薄膜层120的形成方式包括热生长、湿化学、PECVD(等离子体增强化学气相沉积，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)以及准分子源干氧等本领域对于薄膜生产的通常手段，本发明不对于其制备方式做出限制。在本发明的一些优选的实施例中，第一薄膜层120的厚度是0.1～2nm，以此实现较为优选的电池转化效率。
进一步的，在第一薄膜层120远离半导体基体110的表面上形成有第二薄膜层130，该第二薄膜层130的作用包括载流子选择层，选择性的传输多子，并且通过与第一电极180进行接触以实现金属化从而形成完整的太阳能电池器件。在本发明的一些实施例中，第二薄膜层与半导体基体的导电类型一致。例如，在本发明的一些实施例中第二薄膜层与半导体基体均是N 型或P型半导体。第二薄膜层的材料包括多晶硅、非晶硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物。形成第二薄膜层的方法包括LPCVD(低压化学气相沉积法，Low Pressure Chemical Vapor Deposition)、PECVD、APCVD(常压化学气相淀积，Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)、PVD(物理气相沉积，Physical Vapor Deposition) 以及蒸镀中的一种制备方法制备而成。相似的，对于上述方法进行如此的列举，意味着本发明不对于第二薄膜层的制备方式作出限制，任何参照领域内通用手段制备而成的第二薄膜层且属于本发明如图1所示的结构，均可以认为属于本发明的保护范围。
在上述第二薄膜层130远离半导体基体110的表面上形成第一钝化层 140，该第一钝化层140可以对与其接触的第二薄膜层130进行钝化，且通过改变膜层折射率起到光学调控作用，可以更好地利用光能。
此外，图1中的实施例在半导体基体110的上表面112上形成有发射极150。其中，发射极通过扩散或离子注入的方式实现，当发射极通过扩散的方式实现时，发射极的扩散源为气态或液态，本发明不对此作出限制。在本发明的一些实施例中，发射极150的导电类型与半导体基体相反。由此，该发射极150可以与半导体基体110共同形成PN结(PNjunction)，使光生载流子分离为电子和空穴。
在该发射极150远离半导体基体110的表面上形成有第二钝化层160，该第二钝化层160可以对与其接触的发射极150进行钝化，且通过改变膜层折射率，起到光学调控的作用。在该第二钝化层160远离半导体基体110 的表面上形成有第三钝化层170，该第三钝化层170可以对第二钝化层160 进行钝化，且通过改变膜层折射率起到光学调控的作用，从而更好地利用光能。
可以理解，尽管在图1的实施例中，第一薄膜层120和第二钝化层160 分别位于半导体基体110的下表面111和半导体基体110的上表面112，但并不构成对本发明中第一薄膜层和第二钝化层所在的具体半导体基体表面的限制，本发明中的第一薄膜层和第二钝化层也可以位于半导体基体的其它表面。
继续参考图1所示，该实施例中的第一电极180的一端穿过第一钝化层140并与第二薄膜层130相接触，第一电极180的另一端位于第一钝化层140外部。第二电极190的一端依次穿过第三钝化层170和第二钝化层 160并与发射极150相接触，第二电极190的另一端位于第三钝化层170 的外部。其中，形成第一电极180和第二电极190的方式包括丝网印刷、激光转印及电镀中的一种。在本发明的一些实施例中，第一电极180和第二电极190可以与外部器件之间形成电接触，以及收集太阳能电池100中的电流。
本发明的钝化接触的太阳能电池通过在半导体基体的两面依次形成钝化层和薄膜层，制备工艺通用性高，较易实现钝化接触结构电池的量产，降低了生产成本。
为进一步说明本发明中钝化层的材料和形成方法，这里给出一个具体示例：
在本发明的一实施例中，第一钝化层和第三钝化层分别由氮化硅、氮氧化硅及氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物组成，第二钝化层由氮化硅、氮氧化硅氧化硅、及氧化镓中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。在一些实施例中，第一钝化层和第三钝化层的材料可以相同，当然也可以不相同。优选地，在本发明的其他一些实施例中，第一钝化层和/或第三钝化层中含有氢离子，通过该氢离子可以实现氢钝化的作用。
在本发明的一实施例中，第一钝化层可以由PECVD的制备方法形成，第二钝化层和第三钝化层可以由PEALD(等离子体增强原子沉积，Plasma Enhanced Atomic layerdeposition)、PECVD以及ALD(原子沉积，Atomic layer deposition)中的一种制备方法制备而成。优选地，当采用ALD形成第二钝化层和第三钝化层时，可以获得组织致密的第二钝化层和第三钝化层。
本发明还提供一种太阳能电池串，包括依次连接的如前文所述的太阳能电池。有关该太阳能电池串的细节可以参考前文对钝化接触的太阳能电池的说明，在此不再赘述。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (15)
1.一种钝化接触的太阳能电池，其特征在于，包括：
半导体基体；
依次位于所述半导体基体一表面的第一薄膜层、第二薄膜层以及第一钝化层，其中，所述第一薄膜层的厚度为0.1～2nm；
依次位于所述半导体基体另一表面的发射极、第二钝化层以及第三钝化层；
第一电极，所述第一电极的一端穿过所述第一钝化层并接触所述第二薄膜层；以及
第二电极，所述第二电极的一端依次穿过所述第三钝化层和所述第二钝化层并接触所述发射极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一薄膜层由氧化硅、氧化铝、氮氧化硅以及氮化硅中的一种化合物组成。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一薄膜层由热生长、湿化学、PECVD以及准分子源干氧中的一种制备方法制备而成。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二薄膜层与所述半导体基体的导电类型一致。
5.如权利要求1或4所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二薄膜层由多晶硅、非晶硅、碳化硅、碳氮化硅及氮氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二薄膜层由LPCVD、PECVD、APCVD、PVD以及蒸镀中的一种制备方法制备而成。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层和所述第三钝化层分别由氮化硅、氮氧化硅及氧化硅中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层由氮化硅、氮氧化硅、氧化硅及氧化镓中的一种化合物或多种化合物的混合物组成。
9.如权利要求7或8所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层由PECVD的制备方法制备而成。
10.如权利要求1或7所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层和所述第三钝化层由PEALD、PECVD以及ALD中的一种制备方法制备而成。
11.如权利要求1或7所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层和/或所述第三钝化层中包含氢离子。
12.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极的导电类型与所述半导体基体相反。
13.如权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述发射极通过扩散或离子注入的方式实现，且当所述发射极通过所述扩散的方式实现时，所述发射极的扩散源为气态或液态。
14.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极和/或所述第二电极由丝网印刷、激光转印及电镀中的一种制备方法制备而成。
15.一种太阳能电池串，包括依次连接的如权利要求1～14任一所述的太阳能电池。
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