CN117219693B - 背接触太阳电池及电池组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种背接触太阳电池及电池组件，包括：衬底，具有相对的衬底正面和衬底背面，其中，所述衬底正面更靠近所述电池的主受光面，所述衬底背面更靠近所述电池的非主受光面；P型极性区，包括第一掺杂半导体层；N型极性区，包括第二掺杂半导体层，所述N型极性区和所述P型极性区交替位于所述衬底背面的一侧，其中，所述第二掺杂半导体层沿所述电池的法线方向的厚度小于所述第一掺杂半导体层沿所述法线方向的厚度；以及隔离区，位于每相邻两个所述N型极性区和P型极性区之间。本申请提供的背接触太阳电池及电池组件能够兼顾太阳能电池的电学和光学性能，进一步提高太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。
Description
技术领域
本申请主要涉及晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种背接触太阳电池及电池组件。
背景技术
在光伏行业不断追求提效降本的趋势下，传统PERC（Passivated Emitter andRear Cell）电池由于逼近其转换效率的理论极限、成本下降空间很小，但市场对更高光电转换效率的追求是永不止步的，因此领域内迫切寻求下一代高效技术，目前推进中的主流技术有隧穿氧化钝化接触电池TOPCon、异质结电池HJT和背接触电池IBC等技术。
其中，IBC电池的金属电极位于电池的背表面，前表面没有金属电极遮挡，提高了光的利用率，具有更高的短路电流。但是如何对于现有的背接触电池构造细节改进从而进一步提高其光电转换效率一直是本领域持续研究的重要课题。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种背接触太阳电池及电池组件，能够兼顾太阳能电池的电学和光学性能，进一步提高太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种背接触太阳电池，包括：衬底，具有相对的衬底正面和衬底背面，其中，所述衬底正面更靠近所述电池的主受光面，所述衬底背面更靠近所述电池的非主受光面；P型极性区，包括第一掺杂半导体层；N型极性区，包括第二掺杂半导体层，所述N型极性区和所述P型极性区交替位于所述衬底背面的一侧，其中，所述第二掺杂半导体层沿所述电池的法线方向的厚度小于所述第一掺杂半导体层沿所述法线方向的厚度；以及隔离区，位于每相邻两个所述N型极性区和P型极性区之间。
可选地，所述第一掺杂半导体层的掺杂类型为P型掺杂，且掺杂杂质包括硼原子和/或含硼化合物；所述第二掺杂半导体层的掺杂类型为N型掺杂，且掺杂杂质包括磷原子和/或含磷化合物。
可选地，所述第一掺杂半导体层的厚度范围为15~500nm，所述第二掺杂半导体层的厚度范围为10~400nm。
可选地，所述第二掺杂半导体层的厚度比所述第一掺杂半导体层的厚度薄30-150nm。
可选地，当所述衬底的导电类型与所述P型极性区的导电类型相反时，所述P型极性区沿与所述法线方向垂直的电池的延伸方向的宽度大于相邻的一个所述N型极性区沿所述延伸方向的宽度；当所述衬底的导电类型与所述P型极性区的导电类型相同时，所述N型极性区沿所述延伸方向的宽度大于相邻的一个所述P型极性区沿所述延伸方向的宽度。
可选地，所述隔离区沿所述延伸方向的宽度小于任一所述P型极性区或任一所述N型极性区沿所述延伸方向的宽度。
可选地，在所述衬底中与所述P型极性区对应的位置还包括第一衬底掺杂层，所述第一衬底掺杂层在所述衬底中紧邻于所述衬底背面。
可选地，在所述P型极性区中还包括厚度范围为0.5~3nm的第一掺杂氧化物层，紧邻位于所述第一掺杂半导体层更靠近所述衬底背面的一侧。
可选地，所述P型极性区还包括第一衬底掺杂层，紧邻于所述衬底背面，所述第一掺杂氧化物层紧邻位于所述第一衬底掺杂层更远离所述衬底背面的一侧。
可选地，在所述衬底中与所述N型极性区对应的位置还包括第二衬底掺杂层，所述第二衬底掺杂层在所述衬底中紧邻位于所述衬底背面。
可选地，在所述N型极性区中还包括厚度范围为0.5~3nm的第二掺杂氧化物层，紧邻位于所述第二掺杂半导体层更靠近所述衬底背面的一侧。
可选地，所述N型极性区还包括第二衬底掺杂层，紧邻位于所述衬底背面，所述第二掺杂氧化物层紧邻位于所述第二衬底掺杂层更远离所述衬底背面的一侧。
可选地，还包括背面钝化层，位于所述衬底背面中所述N型极性区、所述P型极性区和所述隔离区更远离所述衬底背面的最外层。可选地，所述背面钝化层包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
可选地，背接触太阳电池还包括第一电极和第二电极，分别位于所述P型极性区和所述N型极性区中，所述第一电极和所述第二电极分别穿过所述背面钝化层并与所述第一掺杂半导体层和所述第二掺杂半导体层接触。
可选地，背接触太阳电池还包括正面钝化层，位于所述衬底正面的一侧，所述正面钝化层包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、氟化镁的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
可选地，在所述衬底中还包括紧邻于所述衬底正面的前表面场，所述前表面场的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同，且所述前表面场的掺杂浓度高于所述衬底。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种电池组件，包括多个串联和/或并联的如上所述的背接触太阳电池。
与现有技术相比，本申请通过将针对IBC背接触太阳电池，在采用钝化效果好的特征层基础上，将电池背面的不同极性区设置成具有差异化的特定宽度和厚度，从而使构造细节改进后的背接触电池能够兼顾太阳能电池的电学和光学性能，进一步提高了太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。
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申请原理的作用。附图中：
图1是本申请一实施例中的一种背接触太阳能电池的结构示意图。
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作出相应解释。
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。
本申请参考图1提出了一种背接触太阳能电池10（以下简称电池10）的结构示意图。电池10主要包括衬底101、P型极性区102、N型极性区103以及隔离区104。具体的，衬底101，具有相对的衬底正面1011和衬底背面1012，其中，衬底正面1011更靠近电池10的主受光面（图1中光照方向S提示电池10按照图1摆放方式时的最上表面为主受光面。具体的，衬底正面1011通常为绒面结构，包括金字塔绒面和/或腐蚀坑绒面。相对应的，衬底背面1012更靠近电池10的非主受光面，示例性的可以为抛光面结构，包括常规碱抛面等。
进一步的，本实施例中上述P型极性区102包括第一掺杂半导体层1021。在本实施例中优选地，第一掺杂半导体层1021的厚度范围为15-500nm，优选为150-250nm、250-350nm、350-450nm、50-150nm，并根据实际的生产制造情况自由设定。第一掺杂半导体层1021的掺杂类型为P型掺杂，掺杂杂质包括硼原子和/或含硼化合物等P型掺杂的多晶硅。
在此基础上，N型极性区103包括第二掺杂半导体层1031。优选地，本实施例中的第二掺杂半导体层1031的厚度范围为10-400nm，优选100-200nm、200-300nm、300-400nm、40-140nm。第二掺杂半导体层1031的掺杂类型为N型掺杂，掺杂杂质包括磷原子和/或含磷化合物。
优选地，在本申请包括图1的多个实施例中，第二掺杂半导体层1031的厚度比第一掺杂半导体层1021的厚度薄30-150nm，其中该厚度差更优选的范围是50nm、100nm或50nm-100nm之间的任一值。
虽然图1中仅示出了电池10的局部构造，但是可以理解的是，本实施例中N型极性区103和P型极性区102交替位于衬底背面1012的一侧，并且在每相邻两个N型极性区103和P型极性区102之间均具有一个隔离区104。示例性的，隔离区104可以为绒面和/或抛光面结构。由于N型极性区103和P型极性区102的导电极性相反，通过在二者之间设置隔离区104，能够防止电池10的正极和负极之间形成电连接，从而导致短路的情况。
在本实施例中优选地，第二掺杂半导体层1031沿电池10的法线方向x方向的厚度小于第一掺杂半导体层1021沿法线方向的厚度。具体来说，由于P型极性区102为P型掺杂，且掺杂杂质包括硼原子和/或含硼化合物，会导致掺杂杂质在硅中的固溶度较低，掺杂难度更大，因此需要较厚的掺杂层来降低方阻。而N型极性区103为N型掺杂，其掺杂难度低，因此电池10基于上述技术角度的考量，优选将N型极性区103（特别是其中的第二掺杂半导体层1031）的厚度减薄以减少对辐照光的吸收损失，提高短路电流和转换效率。通过电池10的设计，能够减少电池10的光损失，提高短路电流和转换效率，且由于P型极性区102中第一掺杂半导体层1021和N型极性区103中第二掺杂半导体层1031的厚度不同，可以兼顾到电池10的电学和光学性能。
进一步具体的，本申请中衬底101的导电类型并不唯一，而根据不同的衬底101的导电类型，对于电池10的背面极性区宽度也会进行不同的设定。为了更好的理解对于宽度的设定方式，将电池10背面的任意相邻且依次排布的N型极性区103、隔离区104以及P型极性区102看作一个极性区组。在本实施例中优选地，当衬底101的导电类型与P型极性区102的导电类型相反时，P型极性区102沿电池10的延伸方向y方向（与法线方向x方向垂直）的宽度大于同一极性区组中与该P型极性区102相邻的一N型极性区103和一隔离区104沿延伸方向y方向的宽度之和，图1即示出了这样的情况。
而另一方面，在基于图1所示的一些变型实施例中，当衬底101的导电类型与P型极性区102的导电类型相同时，N型极性区103沿延伸方向y方向的宽度则大于同一极性区组中相邻的一个P型极性区102和一个隔离区104沿延伸方向的宽度之和。
具体来说，在电池10的背面，与半导体衬底101的导电类型相反的极性区会与衬底101之间形成PN结，通过上述宽度的设定，可以使得对于不同衬底导电类型的实施例中，电池的PN结面积占比相比非PN结的面积较大，有利于载流子的分离和收集，从而提高太阳能电池的填充因子和转换效率。
在本实施例中，P型极性区102还包括第一掺杂氧化物层1022，其掺杂类型为P型掺杂，紧邻位于第一掺杂半导体层1021更靠近衬底背面1012的一侧。第一掺杂氧化物层1022包括氧化硅、氧化铝。第一掺杂氧化物层1022的厚度范围为0.5~3nm，优选为1~2nm。进一步的，衬底101在与P型极性区102对应的位置还包括第一衬底掺杂层1023，其掺杂类型为P型，且在衬底101中紧邻于衬底背面1012。在本实施例中，第一掺杂氧化物层1022紧邻位于衬底101中的衬底背面1012一侧，即与第一衬底掺杂层1023紧邻。
另一方面参照图1，N型极性区103还包括第二掺杂氧化物层1032，包括氧化硅、氧化铝，紧邻位于第二掺杂半导体层1031更靠近衬底背面1012的一侧。相似的，第二掺杂氧化物层1032的厚度范围为0.5~3nm，优选为1~2nm。衬底101在与N型极性区103对应的位置还包括第二衬底掺杂层1033，其掺杂类型为N型，且在衬底101中紧邻位于衬底背面1012，第二掺杂氧化物层1032紧邻位于衬底101中的衬底背面1012一侧，即与第二衬底掺杂层1023紧邻。
具体来说，在第二掺杂半导体层1031和第一掺杂半导体层1021掺杂类型相反的前提下，第二衬底掺杂层1033和第一衬底掺杂层1023的掺杂类型相反，第二掺杂氧化物层1032与第一掺杂氧化物层1022的掺杂类型相反，为N型掺杂，包括磷原子、磷离子和/或含磷化合物等N型掺杂的多晶硅。
在以上结构的基础上，电池10还包括背面钝化层105，位于衬底背面1012中N型极性区103、P型极性区102和隔离区104更远离衬底背面1012的最外层（参照图1或可以理解为持续延伸形成电池10的背表面的最外侧、且该背面钝化层105的最外侧也构成了电池的非主受光面）。背面钝化层105包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
与之相对的，电池10还包括正面钝化层106，位于衬底正面1011的一侧，正面钝化层106包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、氟化镁的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
在本实施例中，电池10还包括多个第一电极107，位于每个P型极性区102中。第一电极107在P型极性区中穿过背面钝化层105并与第一掺杂半导体层1021形成电接触。其中，第一电极107的材料包括银、铜及其化合物等导电金属。相似的，电池10还包括多个第二电极108，位于每个N型极性区102中。在N型极性区中，第二电极108穿过背面钝化层105与第二掺杂半导体层1031形成电接触。其中，第二电极108的材料也包括银、铜及其化合物等导电金属。
可选的，电池10还包括前表面场109，在衬底101中紧邻位于衬底正面1011，前表面场109的掺杂类型与衬底101的掺杂类型相同，且前表面场109的掺杂浓度高于衬底101。前表面场109的厚度范围优选为0.005-5um，方阻为10-10000ohm/sq。在本实施中，由于具有前表面场109，其作用为减少载流子复合，从而进一步提高太阳能电池的开路电压和转换效率。
在以上说明的基础上，本申请的另一方面还提出了一种电池组件，包括所述多个串联和/或并联的本申请任一实施例提出的背接触太阳电池，例如是如图1所示的背接触太阳电池10。
本申请提出的背接触太阳电池及其应用的电池组件，在背接触太阳电池的背面构造上对于不同极性区中的长度尺寸和宽度尺寸的参数进行了优化设计，能够兼顾太阳能电池的电学和光学性能，进一步提高太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。
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，上述申请披露仅仅作为示例，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申请实施例的理解，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)
1.一种背接触太阳电池，其特征在于，包括：
衬底，具有相对的衬底正面和衬底背面，其中，所述衬底正面更靠近所述电池的主受光面，所述衬底背面更靠近所述电池的非主受光面，且所述衬底的掺杂类型为N型；
P型极性区，包括第一掺杂半导体层；
N型极性区，包括第二掺杂半导体层，所述N型极性区和所述P型极性区交替位于所述衬底背面的一侧，其中，所述第二掺杂半导体层沿所述电池的法线方向的厚度小于所述第一掺杂半导体层沿所述法线方向的厚度，且所述P型极性区沿与所述法线方向垂直的电池的延伸方向的宽度大于相邻的一个所述N型极性区沿所述延伸方向的宽度；以及
隔离区，位于每相邻两个所述N型极性区和P型极性区之间。
2.如权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，
所述第一掺杂半导体层的掺杂类型为P型掺杂，且掺杂杂质包括硼原子和/或含硼化合物；
所述第二掺杂半导体层的掺杂类型为N型掺杂，且掺杂杂质包括磷原子和/或含磷化合物。
3.如权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述第一掺杂半导体层的厚度范围为15~500nm，所述第二掺杂半导体层的厚度范围为10~400nm。
4.如权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述第二掺杂半导体层沿所述法线方向的厚度比所述第一掺杂半导体层沿所述法线方向的厚度薄30~150nm。
5.如权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述隔离区沿所述延伸方向的宽度小于任一所述P型极性区或任一所述N型极性区沿所述延伸方向的宽度。
6.如权利要求1~4任一项所述的背接触太阳电池，其特征在于，在所述衬底中与所述P型极性区对应的位置还包括第一衬底掺杂层，所述第一衬底掺杂层在所述衬底中紧邻于所述衬底背面。
7.如权利要求1~4任一项所述的背接触太阳电池，其特征在于，在所述P型极性区中还包括厚度范围为0.5~3nm的第一掺杂氧化物层，紧邻位于所述第一掺杂半导体层更靠近所述衬底背面的一侧。
8.如权利要求1~4任一项所述的背接触太阳电池，其特征在于，在所述衬底中与所述N型极性区对应的位置还包括第二衬底掺杂层，所述第二衬底掺杂层在所述衬底中紧邻位于所述衬底背面。
9.如权利要求1~4任一项所述的背接触太阳电池，其特征在于，在所述N型极性区中还包括厚度范围为0.5~3nm的第二掺杂氧化物层，紧邻位于所述第二掺杂半导体层更靠近所述衬底背面的一侧。
10.如权利要求1~4任一项所述的背接触太阳电池，其特征在于，还包括背面钝化层，位于所述N型极性区、所述P型极性区和所述隔离区更远离所述衬底背面的最外层。
11.如权利要求10所述的背接触太阳电池，其特征在于，所述背面钝化层包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
12.如权利要求11所述的背接触太阳电池，其特征在于，还包括第一电极和第二电极，分别位于所述P型极性区和所述N型极性区中，所述第一电极和所述第二电极分别穿过所述背面钝化层并与所述第一掺杂半导体层和所述第二掺杂半导体层接触。
13.如权利要求1所述的背接触太阳电池，其特征在于，还包括正面钝化层，位于所述衬底正面的一侧，所述正面钝化层包括由氧化铝、氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、氟化镁的其中一种形成的介质层或其中两种或多种形成的叠层介质层。
14.如权利要求1或13所述的背接触太阳电池，其特征在于，在所述衬底中还包括紧邻于所述衬底正面的前表面场，所述前表面场的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同，且所述前表面场的掺杂浓度高于所述衬底。
15.一种电池组件，包括多个串联和/或并联的如权利要求1~14任一项所述的背接触太阳电池。
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