CN116387373A - 一种背接触太阳能电池及光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种背接触太阳能电池及光伏系统，涉及太阳能的领域，其包括半导体衬底、隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、第一金属电极以及第二金属电极；其中，半导体衬底具有背对光辐照的背面；隧穿氧化层位于半导体衬底的背面，隧穿氧化层呈图案化分布，图案化的隧穿氧化层中具有间隙；掺杂多晶硅层位于图案化的隧穿氧化层背向半导体衬底的表面；半导体衬底外露在间隙处的表面中的一部分表面为绒面；第一金属电极与间隙处的半导体衬底导电接触；第二金属电极与掺杂多晶硅层导电接触，第二金属电极与第一金属电极的极性相反。本申请通过对间隙处的半导体衬底的设计，简化量产工艺流程，降低生产成本，并且兼具优良的光电转换性能。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能的领域，尤其是涉及一种背接触太阳能电池及光伏系统。
背景技术
目前指叉背接触太阳能电池与双面电极接触的电池相比，最大特点是PN结和金属接触都位于电池的背面，指叉背接触太阳能电池的正面没有金属电极遮挡，因此具有更高的短路电流，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻，提高填充因子，使得电池具有更高的光电转换效率。
N型全背电极接触电池生产成本高，不适于全背电极接触电池的量产。
发明内容
本申请提供一种背接触太阳能电池及光伏系统，能够简化太阳能电池的量产工艺流程，拓宽工艺窗口，降低生产成本，兼具优良的光电转换性能。
本申请提供了一种背接触太阳能电池，包括半导体衬底、隧穿氧化层、掺杂多晶硅层、第一金属电极以及第二金属电极；其中，半导体衬底具有背对光辐照的背面；隧穿氧化层位于半导体衬底的背面，隧穿氧化层呈图案化分布，图案化的隧穿氧化层中具有间隙；掺杂多晶硅层位于图案化的隧穿氧化层背向半导体衬底的表面；半导体衬底外露在间隙处的表面中的一部分表面为绒面；第一金属电极与间隙处的半导体衬底导电接触；第二金属电极与掺杂多晶硅层导电接触，第二金属电极与第一金属电极的极性相反。
在上述技术方案中，将金属电极设置在半导体衬底的背面，有助于提高半导体衬底正面接收的有效光辐照；半导体衬底接收到光辐照时，电子在半导体衬底、隧穿氧化层、掺杂多晶硅层之间跃迁，使得第一金属电极与第二金属电极之间产生电流；在间隙处的半导体衬底的部分表面为绒面相对于在间隙处的半导体衬底的全部表面设置绒面，太阳能电池具有更高的光电转换效率；将间隙处的半导体衬底的部分表面的形貌设计为局部绒面，避免为实现半导体衬底在间隙处的全抛光而增加掩膜工序，简化了太阳能电池量产的工艺流程，降低生产成本，并且兼具优良的光电转换性能。
本申请还提供了一种光伏系统，包括背接触太阳能电池。
在上述技术方案中，光伏系统使用成本较低、光电转换性能优良的背接触太阳能电池，能降低光伏系统整体的建设成本，提高光伏系统的光电转换性能。
附图说明
图1是一种实施例中在沟槽底面设置绒面的太阳能电池结构的剖面结构示意图；
图2是一种实施例中间隙处的半导体衬底与隧穿氧化层平齐的太阳能电池结构的剖面结构示意图；
图3是一种实施例中在沟槽侧面设置绒面的太阳能电池结构中的剖面结构示意图。
1、半导体衬底；2、隧穿氧化层；3、掺杂多晶硅层；4、沟槽；5、底面；6、侧面；7、背电场；8、背面介电层；9、正面介电层；10、第一金属电极；11、第二金属电极。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请实施例公开一种背接触太阳能电池。通过对太阳能电池结构进行改进，使太阳能电池提供较高的开路电压以及光电转换效率，且简化量产工艺流程，拓宽工艺窗口，降低生产成本。
参照图1，背接触太阳能电池包括半导体衬底1、隧穿氧化层2、掺杂多晶硅层3。
半导体衬底1具有用于接收光辐照的正面以及背对光辐照的背面。
隧穿氧化层2位于半导体衬底1的背面，隧穿氧化层2呈图案化分布，图案化的隧穿氧化层2中具有间隙，在图1中，间隙用虚线框进行示例性的标识；掺杂多晶硅层3位于图案化的隧穿氧化层2背向半导体衬底1的表面。
半导体衬底1外露在间隙处的表面中的一部分表面为绒面。
背接触太阳能电池还包括第一金属电极10以及第二金属电极11，第一金属电极10与间隙处的半导体衬底导电接触。
第二金属电极11与掺杂多晶硅层3导电接触，第二金属电极11与第一金属电极10的极性相反。
参照图1，具体的，半导体衬底1的导电类型为P型，掺杂多晶硅层3和半导体衬底1的导电类型相反，掺杂多晶硅层3的导电类型为N型。
间隙对应的半导体衬底外露的区域为背接触太阳能电池的P区，隧穿氧化层2对应的图案化区域为背接触太阳能电池的N区。
本实施例的P型全背电极接触电池相比N型全背电极接触电池，背接触电池的工艺流程简单，更易于量产。
通过在N区叠加隧穿氧化层2、掺杂多晶硅层3进行接触钝化，实现超过25％的量产效率。
由于P型全背电极接触电池的不同的结构具有不同的效率潜力，同时对应不同的工艺流程和生产成本。背面全抛光的P型全背电极接触电池易于量产的背面全抛光结构需在生产时增加掩膜工序，导致背面全抛光的P型全背电极接触电池生产成本较高；背面全抛光的P型全背电极接触电池若未设置掩膜工艺，工艺窗口窄，量产难以控制。
本实施例中的背接触太阳能电池背面的间隙处的半导体衬底仅一部分表面为绒面，工艺流程简化、工艺控制窗口加宽，量产成本降低。
相对于间隙处的半导体衬底表面为完整绒面的结构。本申请间隙处的半导体衬底表面为局部绒面的太阳能电池具有更高的光电转换效率和可靠性。
参照图1，作为一个可选方案，绒面为金字塔绒面、倒金字塔绒面或腐蚀坑绒面。本实施例中以绒面为倒金字塔绒面为例进行说明。
间隙处的半导体衬底表面的一部分设置绒面，绒面制备主要方法包括但不限于化学腐蚀、反应离子刻蚀、激光刻蚀或电化学腐蚀。
参照图1，作为一个可选方案，与隧穿氧化层2接触的半导体衬底1的表面为抛光面。
参照图1，作为一个可选方案，间隙处的半导体衬底表面的一部分设置绒面，绒面连续地分布在间隙处的半导体衬底的表面。或绒面分散地分布在间隙处的半导体衬底1的表面。
具体的，绒面连续分布在间隙处的半导体衬底的表面时，绒面不间断或允许有少量的间断。绒面分散分布在间隙处的半导体衬底的表面时，绒面成点状或块状分布。
参照图1，作为一个可选方案，间隙处的半导体衬底不突出于隧穿氧化层2。
间隙处的半导体衬底不突出于隧穿氧化层2，能保证间隙处的半导体衬底与掺杂多晶硅层3之间的绝缘。
具体的，半导体衬底1在间隙处设置有沟槽4；或间隙处的半导体衬底与隧穿氧化层2平齐；或间隙处的半导体衬底与隧穿氧化层2处的半导体衬底1平齐。
参照图1，作为一个可选方案，半导体衬底1在间隙处设置有沟槽4，沟槽4的表面包括底面5以及侧面6。
具体的，沟槽4的横截面为矩形，沟槽具有一个底面5以及两个侧面6，底面5平行于半导体衬底1背面，侧面6垂直于半导体衬底1背面。
底面5平行于半导体衬底1背面表示底面5与背面平行或近似平行，示例性的，底面5与背面之间平行，可选的，底面5与背面之间的夹角在0-10°之间，且不包括0°。侧面6垂直于半导体衬底1背面表示侧面6与背面垂直或近似垂直，示例性的，侧面与背面之间的夹角为90°；可选的，侧面与背面之间的夹角在80-100°之间，且不包括90°。
在其它一实施例中，沟槽4的横截面为梯形。在其它一实施例中，沟槽4的横截面为弧形。
间隙处的半导体衬底表面的一部分设置绒面，作为一个可选方案，底面5上设置有绒面，侧面6为抛光面。具体的，底面5上设置有绒面、两个侧面6均为抛光面。
参照图3，作为一个可选方案，侧面6上设置有绒面，底面5为抛光面。具体的，底面5为抛光面，两个侧面6上均设置有绒面。
作为一个可选方案，底面5上设置有绒面，且侧面6上设置有绒面。具体的，底面5上设置有绒面，其中一个侧面6上设置有绒面，另一个侧面6为抛光面。或底面5上设置有绒面，两个侧面6上设置有绒面。
参照图2，作为一个可选方案，间隙处的半导体衬底与隧穿氧化层2平齐；绒面设置在间隙处的半导体衬底的一部分表面。
相对于在半导体衬底上设置沟槽，半导体衬底与隧穿氧化层2平齐，半导体衬底自身结构强度较高，有利于半导体衬底承受更大的机械载荷。
参照图1，作为一个可选方案，隧穿氧化层2是具有载流子隧穿和界面钝化作用的介质层，隧穿氧化层2包括氧化硅层或氧化铝层。隧穿氧化层2厚度在0.5-3纳米之间，示例性的隧穿氧化层2的厚度为3纳米，可选的，隧穿氧化层2的厚度为0.5、1、1.5、2或2.4纳米。
隧穿氧化层2的制备方法包括但不限于热氧法、湿化学法、等离子体增强化学的气相沉积法、原子层沉积法或准分子源干氧法。
参照图1，作为一个可选方案，掺杂多晶硅层3为掺杂磷的多晶硅层，掺杂多晶硅层3与半导体衬底1构成了背面PN结。
示例性的，掺杂多晶硅层3使用化学气相沉积法在隧穿氧化层2表面制备，再经过热处理形成多晶硅。化学气相沉积方法包括但不限于低压化学气相沉积、等离子增强气相沉积。掺杂方式可以是原位掺杂或非原位掺杂，非原位掺杂方式包括但不限于热扩散、离子注入或含源浆料印刷。
参照图1，掺杂多晶硅层3的厚度在5-500纳米之间，方阻在5-500ohm/sq之间。示例性的，掺杂多晶硅层3的厚度100纳米，方阻为100ohm/sq。
参照图1，第一金属电极10和第二金属电极11均可以为银电极、铜电极或铝电极。示例性的，金属电极是丝网印刷的金属浆料。可选的，金属电极是电镀的金属。或金属电极是喷墨打印、激光转印或蒸镀的金属。
示例性的，第二金属电极11为铝电极，第二金属电极11与半导体衬底1连接处烧结形成铝硅合金层，从而形成局部背电场7，背电场7能提高背接触太阳能电池的开路电压。
参照图1，背接触太阳能电池还包括正面介电层9以及背面介电层8。正面介电层9布置在半导体衬底1朝向光辐照的正面；背面介电层8布置在背接触太阳能电池背面最外层。
第一金属电极10穿过背面介电层8与间隙处的半导体衬底导电接触，第二金属电极11穿过背面介电层8与掺杂多晶硅层3导电接触。
正面介电层9包括但不限于氧化铝、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅或氟化镁其中的一种或两种及两种以上组成的叠层膜。
背面介电层8包括但不限于氧化铝、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅或氟化镁其中的一种或两种及两种以上组成的叠层膜。
参照图1，示例性的，半导体衬底1为单晶硅。在其它一实施例中，半导体衬底1可选用多晶硅。
进一步的，半导体衬底1正面形貌为绒面，半导体衬底1的正面形貌能减少光辐照在半导体衬底1正面的反射，提高半导体衬底1的光辐照吸收效率。
隧穿氧化层2的图案化分布情况根据太阳能电池的设计需要进行确定，在此不进行详细说明。
本申请还公开了一种光伏系统，包括背接触太阳能电池，背接触太阳能电池设置有多个，多个背接触太阳能电池之间串联和/或并联连接。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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”应作广义理解。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申请中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种背接触太阳能电池，其特征在于，包括半导体衬底、隧穿氧化层、掺杂多晶硅层；其中，
所述半导体衬底具有背对光辐照的背面；
所述隧穿氧化层位于所述半导体衬底的背面，所述隧穿氧化层呈图案化分布，所述图案化的隧穿氧化层中具有间隙；
所述掺杂多晶硅层位于所述图案化的隧穿氧化层背向所述半导体衬底的表面；
所述半导体衬底外露在所述间隙处的表面中的一部分表面为绒面；
所述间隙处的半导体衬底用于与第一金属电极导电接触；
所述掺杂多晶硅层用于与第二金属电极导电接触，且所述第二金属电极与所述第一金属电极的极性相反。
2.根据权利要求1所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述绒面连续或分散地分布在所述间隙处的所述半导体衬底的表面。
3.根据权利要求2所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述间隙处的半导体衬底不突出于所述隧穿氧化层。
4.根据权利要求3所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述半导体衬底在所述间隙处设置有沟槽，所述沟槽具有底面和侧面；其中，
所述底面上设置有绒面，所述侧面为抛光面；
或侧面上设置有绒面，所述底面为抛光面；
或所述底面上设置有绒面，且所述侧面上设置有绒面。
5.根据权利要求4所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述底面平行于所述半导体衬底的背面；
所述侧面垂直于所述半导体衬底的背面。
6.根据权利要求3所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述间隙处的半导体衬底与所述隧穿氧化层平齐。
7.根据权利要求1至5中任一所述的背接触太阳能电池，其特征在于，所述绒面为金字塔绒面、倒金字塔绒面或腐蚀坑绒面。
8.根据权利要求1至5中任一所述的背接触太阳能电池，其特征在于，与所述隧穿氧化层接触的所述半导体衬底的表面为抛光面。
9.根据权利要求1至5中任一所述的背接触太阳能电池，其特征在于，还包括正面介电层以及背面介电层；其中，
所述正面介电层布置在所述半导体衬底朝向光辐照的正面；
所述背面介电层布置在所述背接触太阳能电池背面最外层；
所述第一金属电极穿过所述背面介电层与所述间隙处的半导体衬底导电接触，所述第二金属电极穿过所述背面介电层与所述掺杂多晶硅层导电接触。
10.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一所述的背接触太阳能电池。
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| CN202310396227.1A CN116387373A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种背接触太阳能电池及光伏系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117637874A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种背接触电池及其制造方法 |
| CN117637875A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 一种背接触电池及其制造方法 |
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| CN118198209A (zh) * | 2024-05-20 | 2024-06-14 | 天合光能股份有限公司 | 背接触电池及其制备方法 |
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2023
- 2023-04-13 CN CN202310396227.1A patent/CN116387373A/zh not_active Withdrawn
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| CN118016740B (zh) * | 2024-04-02 | 2024-09-13 | 浙江晶科能源有限公司 | 太阳能电池及其制备方法、光伏组件 |
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