具体实施方式
如本文中所使用,描述为彼此“相邻”的特征(例如,区、结构、装置)意指并包含彼此最接近(例如,最靠近)定位的具有一或多个所公开标识的特征。不匹配“相邻”特征的一或多个所公开标识的额外特征(例如,额外区、额外结构、额外装置)可安置于“相邻”特征之间。换句话说,“相邻”特征可定位成直接彼此邻近,使得无其它特征介入于“相邻”特征之间;或“相邻”特征可定位成彼此间接邻近,使得具有除与至少一个“相邻”特征相关联的标识以外的标识的至少一个特征定位在“相邻”特征之间。因此,描述为彼此“竖直相邻”的特征意指并包含位于彼此竖直最接近(例如,竖直最靠近)处的一或多个标识所公开的特征。此外,描述为彼此“水平相邻”的特征意指并包含位于彼此最水平接近(例如,最水平靠近)处的一或多个所公开标识的特征。
以下描述中,在第一部件上方或者上形成或设置有第二部件,或者,在第一部件表面上形成或设置有第二部件,或者,在第一部件一侧形成或设置有第二部件,可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例,并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以额外的部件,从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简单和清楚起见,可以以不同比例任意绘制各种部件。在附图中,为了简化,可以省略一些层/部件。
如无特别说明,在第一部件表面形成或设置有第二部件,指的是第一部件与第二部件直接相接触。
其中,上述的“部件”可以指,层、膜、区域、部分、结构等。
由背景技术可知,目前的背接触太阳能电池的光电转化性能需要进一步提高。
分析发现,导致目前的太阳能电池的光电转化性能需要进一步提高的原因之一在于,目前,现有的背接触太阳能电池中,对P区和N区的排布没有具体的限定,导致位于基底表面的P区或N区所占面积较少,不利于提升开路电压,进而导致背接触太阳能电池的光电转化效率不佳。
本申请实施例提供一种背接触太阳能电池,导电类型不同的第一掺杂区以及第二掺杂区在第一表面交替排布,且第一表面的两个第二边缘和第一边缘均为第一掺杂区,如此,能够最大程度的利用第一表面的边缘处的位置,在第一表面中尽可能多的排布第一掺杂区。并且,由于利用了第一表面的边缘位置,使得第一表面可利用的面积增大,进而在非边缘位置处也能排布较多的第二掺杂区。既能提高电子-空穴对的数量,又能进一步减小基底界面处的载流子的复合速率,综合提高背接触太阳能电池的光电转化效率。
下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本申请各实施例中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的俯视结构示意图;图2为本申请一实施例提供的第一种背接触太阳能电池的剖面结构示意图;图3为本申请一实施例提供的另一种背接触太阳能电池的俯视结构示意图。其中,图2为图3中的AA’方向的剖面结构示意图。
参考图1至图3,背接触太阳能电池包括:基底100,基底100具有第一表面1,第一表面1具有沿第一方向X相对的两个第一边缘10和沿第二方向Y相对的两个第二边缘20,第一方向X与第二方向Y垂直。背接触太阳能电池还包括:位于第一表面1的多个第一掺杂区101,第一掺杂区101包括:一个沿第二方向Y延伸的第一部111和多个沿第二方向Y间隔排布的第二部112,每一第二部112沿第一方向X延伸,且与第一部111交叉。背接触太阳能电池还包括:位于第一表面1的多个第二掺杂区102,第二掺杂区102与第一掺杂区101的导电类型不同,第二掺杂区102包括:一个沿第二方向Y延伸的第三部121和多个沿第二方向Y间隔排布的第四部122,每一第四部122沿第一方向X延伸,且与第三部121交叉,其中,第一部111与第三部121沿第一方向X交替排布,其中,位于最外侧的第一部111位于第一边缘10,相邻的第一掺杂区101与第二掺杂区102中,第二部112与第四部122沿第二方向Y交错排布,每一第一掺杂区101中,位于最外侧的两个第二部112分别位于两个第二边缘20。
导电类型不同的第一掺杂区101以及第二掺杂区102在第一表面1交替排布,且第一表面1的两个第二边缘20和第一边缘10均为第一掺杂区101,如此,能够最大程度的利用第一表面1的边缘处的位置,在第一表面1中尽可能多的排布第一掺杂区101。并且,由于利用了第一表面1的边缘位置,使得第一表面1可利用的面积增大,进而在非边缘位置处也能排布较多的第二掺杂区102。既能提高电子-空穴对的数量,又能进一步减小基底100界面处的载流子的复合速率,综合提高背接触太阳能电池的光电转化效率。
值得注意的是,图1以及图3中示出的第一掺杂区101以及第二掺杂区102的数量仅作示例,不作为对实际的背接触太阳能电池中的第一掺杂区和第二掺杂区的数量的限定。
基底100用于接收入射光线并产生光生载流子,在一些实施例中,基底100可以为半导体基底。
在一些实施例中,基底100的材料可以为元素半导体材料。具体地,元素半导体材料由单一元素组成,例如可以是硅或者锗。其中,元素半导体材料可以为单晶态、多晶态、非晶态或者微晶态(同时具有单晶态和非晶态的状态,称为微晶态),例如,硅可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。
在一些实施例中,基底100的材料也可以是化合物半导体材料。常见的化合物半导体材料包括但不限于锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟、钙钛矿、碲化镉、铜铟硒等材料。
基底100可以为N型半导体基底或者P型半导体基底。N型半导体基底内掺杂有N型掺杂元素,N型掺杂元素可以为磷(P)元素、铋(Bi)元素、锑(Sb)元素或砷(As)元素等五族元素中的任意一者。P型半导体基底内掺杂有P型元素,P型掺杂元素可以为硼(B)元素、铝(Al)元素、镓(Ga)元素或铟(In)元素等三族元素中的任意一者。
基底100具有第一表面1以及与第一表面1相对的第二表面2。在一些实施例中,背接触太阳能电池为单面电池,基底100的第二表面2可以作为受光面,用于接收入射光线,第一表面1作为背光面。
在一些实施例中,背接触太阳能电池为双面电池,则基底100的第二表面2和第一表面1均可以作为受光面,均可用于接收入射光线。可以理解的是,本申请实施例中所指的背光面也能够接收入射光线,只是对入射光线的接收程度弱于受光面对入射光线的接收程度,因而被定义为背光面。
在一些实施例中,第二表面2或者第一表面1的至少一者可以为绒面,如此,可以增强基底100的第二表面2以及第一表面1对入射光线的吸收利用率。在一些实施例中,绒面可以为金字塔绒面,金字塔绒面作一种常见的绒面,不仅会使基底100表面的反射率减小,还可形成光陷阱,加强基底100对入射光线的吸收效果,增大太阳电池的转换效率。
具体地,若背接触太阳能电池为单面电池,则可以在基底100的受光面形成绒面,例如可以为金字塔绒面,基底100的背光面可以为抛光面,即基底100的背光面相较于受光面更平坦。需要说明的是,对于单面电池,也可以在基底100的受光面以及背光面均形成绒面。
若背接触太阳能电池为双面电池,则可以在基底100的受光面以及背光面均形成绒面。
当入射光线照射PN结时,PN结产生相应的电子-空穴对,在PN结的势垒电场作用下,将电子-空穴对分离,电子驱向N区,空穴驱向P区,产生光生电场,进而在N区和P区之间产生电动势,输出光电流。
高低结中形成有第二掺杂层指向基底100内部的内建电场,在内建电场的作用下,少数载流子作漂移运动,使少数载流子逃离界面,减小基底100界面处的载流子的复合速率,从而增强背接触太阳能电池的开路电压、短路电流以及填充因子,提升背接触太阳能电池的光电转化效率。
在一些实施例中,第一掺杂区101与基底100的导电类型不同,与基底100构成PN结。第二掺杂区102与基底100的导电类型相同,且第二掺杂区102的掺杂元素浓度大于基底100的掺杂元素浓度,使得后续形成的第二掺杂层构成高低结。也就是说,相较于高低结而言,第一表面1的PN结面积占比更大。
可以理解的是,对于基底100界面处的载流子复合速率本身不大的背接触太阳能电池而言,为了提高其光电转化性能,提高电子-空穴对的数量十分重要。因此,对于这一类背接触太阳能电池,设置PN结的占比更大,能够产生更多的电子-空穴对,从而输出更高的光电流,提升背接触太阳能电池的光电转化性能。
此外,在实际制备PN结和高低结时,首先会对基底100进行扩散,将部分厚度的基底100转化为发射极,发射极用于构成PN结。
之后,对发射极进行刻蚀,形成开口,开口露出基底100,剩余发射极形成PN结图案。
接着,在开口中形成重掺层,重掺层的掺杂元素浓度大于基底100的掺杂元素浓度,用于形成高低结。
之后,为了形成具有预设图案的高低结,对重掺层进行图案化工艺,在这一步中,需要在重掺层表面形成掩膜。然而,由于掩膜对准的精度不高,尤其是对于边缘的重掺层而言,掩膜对准精度更低,可能会使原本需要被保留的重掺层表面由于未被掩膜覆盖而在图案化工艺中被去除,进而导致形成的高低结的图案断断续续。尤其是对于边缘的重掺层而言,高低结的连续程度较低,且可能会由于过刻蚀的问题而在高低结中产生空洞。一方面损失高低结的面积,导致高低结对基底100界面的钝化性能降低,另一方面,还会导致边缘处的复合损失较大,导致边缘处的载流子复合速率更高,不利于提高背接触太阳能电池的性能。
基于上述现象,第一表面1的两个第二边缘20和第一边缘10均为第一掺杂区101,且第一掺杂区101与基底100构成PN结,使得第一表面1的边缘处的高低结的占比较少,在实际制备高低结的工艺中,可以改善由于用于边缘处的高低结的图案化的掩膜对准精度不高,导致边缘处形成的高低结的膜层连续性较低的问题,同时还能改善由于图案化工艺而导致的边缘处的复合损失增加的问题。
不难发现,本申请实施例中,不仅利用了第一表面1的边缘处的空间,在第一表面1中尽可能多的排布第一掺杂区101与第二掺杂区102,能够同时提升第一掺杂区101与第二掺杂区102在第一表面1的面积占比,从而同时增大PN结和高低结在第一表面1的面积占比,兼顾提高电子-空穴对的数量以及减小基底100界面处的载流子的复合速率,综合提高背接触太阳能电池的光电转化效率。还设置第一掺杂区101的面积占比大于第二掺杂区102的面积占比,基于不同功能需求的背接触太阳能电池而言,选择第一掺杂区101的导电类型,提升相应的背接触太阳能电池的光电转化性能。
在一些实施例中,基底100可以为N型基底,则第一掺杂区101可以掺杂有P型掺杂元素,P型掺杂元素可以为硼元素、铝元素、镓元素或铟元素等三族元素中的任意一者。第二掺杂区102可以掺杂有N型掺杂元素,N型掺杂元素可以为磷元素、铋元素、锑元素或砷元素等五族元素中的任意一者。
在一些实施例中,基底100也可以为P型基底100,则第一掺杂区101可以掺杂有N型掺杂元素,第二掺杂区102可以掺杂有P型掺杂元素。
在一些实施例中,也可以为第一掺杂区101与基底100的导电类型相同,且第一掺杂区101的掺杂元素浓度大于基底100的掺杂元素浓度,与基底100构成高低结,第二掺杂区102与基底100的导电类型不同,与基底100构成PN结。如此,相较于PN结而言,高低结在第一表面1的面积占比更大,能够进一步减小基底100界面处的载流子的复合速率。对于基底100界面的缺陷态密度较大,进而导致基底100界面处载流子复合速率较高的这一类背接触太阳能电池而言,设置高低结在第一表面1的面积占比更大,能够更好地抑制基底100界面处地载流子复合,从而增强背接触太阳能电池的开路电压、短路电流以及填充因子,提升背接触太阳能电池的光电转化效率。
值得注意的是,本申请实施例中所指的第一部111位于第一边缘10可以包括两种情况,一种是第一部111与第一边缘10齐平。另一种是第一部111与第一边缘10之间还保留有第一预设间隙,即第一部111与第一边缘10之间肉眼看上去或许是齐平的,但由于工艺原因,也可能会导致第一部111与第一边缘10之间存在很小的间隙。第一预设间隙可以为1μm~200μm,具体可以为1μm、10μm、20μm、35μm、50μm、70μm、90μm、100μm、120μm、140μm、155μm、175μm、180μm、195μm或者200μm。设置第一预设间隙,一方面可以为实际制备第一部111的工艺提供一定的误差范围,增大工艺窗口,另一方面,在上述第一预设间隙内,也能够尽可能多的排布第一掺杂区101与第二掺杂区102,进而同时提升第一掺杂区101与第二掺杂区102在第一表面1的面积占比。
第二部112位于第二边缘20也可以包括两种情况,一种是第二部112与第二边缘20齐平。另一种是第二部112与第二边缘20之间还保留有第二预设间隙,即第二部112与第二边缘20之间肉眼看上去或许是齐平的,但由于工艺原因,也可能会导致第二部112与第二边缘20之间存在很小的间隙。第二预设间隙可以为1μm~200μm,具体可以为1μm、10μm、20μm、35μm、50μm、70μm、90μm、100μm、120μm、140μm、155μm、175μm、180μm、195μm或者200μm。设置第二预设间隙,一方面可以为实际制备第二部112的工艺提供一定的误差范围,增大工艺窗口,另一方面,在上述第二预设间隙内,也能够尽可能多的排布第一掺杂区101与第二掺杂区102,进而同时提升第一掺杂区101与第二掺杂区102在第一表面1的面积占比。
参考图3,在一些实施例中,第一掺杂区101的数量与第二掺杂区102的数量相等,交替排布的第一部111和第二部112中,位于最外侧的第一部111和第三部121分别位于两个第一边缘10。
第一掺杂区101的数量与第二掺杂区102的数量相等,即第一部111和第三部121的数量相等,交替排布的第一部111和第三部121中,排列于最外侧的分别为第一部111和第三部121。第一部111位于一个第一边缘10,第三部121位于另一第一边缘10。也就是说,两个第一边缘10处分别为第一掺杂区101和第二掺杂区102,在增加第一掺杂区101在第一表面1的面积占比的同时,也进一步提升第二掺杂区102在第一表面1的面积占比。
在一个具体的例子中,第一掺杂区101与基底100构成PN结,第二掺杂区102与基底100构成高低结。两个第一边缘10处分别为第一掺杂区101和第二掺杂区102,使得在增大PN结在第一表面1的面积占比的同时,也能够进一步提升高低结在第一表面1的面积占比,进而能够在增大PN结产生的电子-空穴对的数量的同时,提升高低结对基底100界面的载流子复合的抑制能力。
此外,第一表面1的四个边缘处,三个边缘设置为第一掺杂区101,仅一个边缘设置为第二掺杂区102,即三个边缘设置为PN结,一个边缘设置为高低结,使得相较于PN结而言,第一表面1边缘处的高低结更少。如此,在使用图案化工艺制备高低结图案的工艺中,在第一表面1的边缘处使用的用于图案化的掩膜较少,可以改善由于用于边缘处的高低结的图案化的掩膜对准精度不高,导致边缘处形成的高低结的膜层连续性较低的问题,同时还能改善由于图案化工艺而导致的边缘处的复合损失增加的问题。
值得注意的是,本申请实施例中所指的第三部121位于第一边缘10可以包括两种情况,一种是第三部121与第一边缘10齐平。另一种是第三部121与第一边缘10之间还保留有第三预设间隙,即第三部121与第一边缘10之间肉眼看上去或许是齐平的,但由于工艺原因,也可能会导致第三部121与第一边缘10之间存在很小的间隙。第三预设间隙可以为1μm~200μm,具体可以为1μm、10μm、20μm、35μm、50μm、70μm、90μm、100μm、120μm、140μm、155μm、175μm、180μm、195μm或者200μm。设置第三预设间隙,可以为实际制备第三部121的工艺提供一定的误差范围,增大工艺窗口。
参考图1,在一些实施例中,第一掺杂区101的数量大于第二掺杂区102的数量,交替排布的第一部111和第二部112中,位于最外侧的两个第一部111分别位于两个第一边缘10。
第一掺杂区101的数量大于第二掺杂区102的数量,即第一部111的数量大于第三部121的数量,交替排布的第一部111和第三部121中,排列于最外侧的分别为两个第一部111。如此,两个第一边缘10处均为第一掺杂区101,进一步增加第一掺杂区101在第一表面1的面积占比。具体地,第一掺杂区101的数量为第二掺杂区102的数量加1。
在一个具体的例子中,第一掺杂区101与基底100构成PN结,第二掺杂区102与基底100构成高低结。两个第一边缘10处均为第一掺杂区101和第二掺杂区102,使得PN结在第一表面1的面积占比较大,能够在增大PN结产生的电子-空穴对的数量。
此外,第一表面1的四个边缘处均为第一掺杂区101,即四个边缘设置为PN结。如此,在使用图案化工艺制备高低结图案的工艺中,在第一表面1的边缘处不使用用于图案化的掩膜,可以避免由于用于边缘处的高低结的图案化的掩膜对准精度不高,导致边缘处形成的高低结的膜层连续性较低的问题,同时还能避免由于图案化工艺而导致的边缘处的复合损失增加的问题。
第一掺杂区101中的多个沿第二方向Y间隔排布的第二部112记为一列第二部,则间隔排布的多个第一掺杂区101中,每一第一掺杂区101包括一列第二部,构成的多列第二部沿第一方向X间隔排布。
图4为本申请一实施例提供的又一种背接触太阳能电池的俯视结构示意图。
参考图4,在一些实施例中,沿第一方向X间隔排布的多列第二部中,属于相邻的两列第二部中的最外侧的第二部彼此相连,且彼此相连的第二部位于第二边缘20。如此,可以进一步增加第一掺杂区101在第一表面1的面积占比。
值得注意的是,彼此相连的第二部位于第二边缘20,则第二掺杂区102沿第二方向Y的相对两端不位于第二边缘20。
参考图3,在一些实施例中,沿第一方向X间隔排布的第一部111中,位于第一边缘10的第一部111记为边缘第一部,其余第一部111记为非边缘第一部,在沿第一方向X上,边缘第一部的宽度d1大于非边缘第一部的宽度d2。
可以理解的是,对于第一部111的图形化工艺而言,边缘处的图形化工艺的对准难度更大,因此,设置位于第一边缘10的第一部111的宽度更大,为第一边缘10处的第一部111的图形化工艺提供给更大的误差允许范围,减小图形化工艺的难度。换句话说,预先设置边缘第一部的宽度更大,即使在形成第一部111的图案化工艺中,由于工艺对准原因而导致过多地刻蚀了边缘处的第一部111,也不会导致最终形成的边缘第一部的宽度过小。
在一些实施例中,边缘第一部的宽度与非边缘第一部的宽度的差值为50μm~200μm,例如可以为50μm~75μm、75μm~90μm、90μm~100μm、100μm~120μm、120μm~150μm、150μm~170μm、170μm~180μm、180μm~190μm或者190μm~200μm。在上述范围内,使得边缘第一部相较于非边缘第一部的宽度更大,能够减小对边缘第一部的图形化工艺的难度。另一方面,在上述范围内,使得非边缘第一部的宽度相较于边缘第一部的宽度也不会过小,即保证非边缘第一部自身的宽度不会过小,进而保证第一掺杂区101在第一表面1的整体面积占比仍旧较大,保证背接触太阳能电池较好的光电转化性能。
在一些实施例中,在沿第一方向X上,边缘第一部的宽度也可以与非边缘第一部的宽度相等。
参考图3,在一些实施例中,沿第一方向X间隔排布的第三部121中,位于第一边缘10的第三部121记为边缘第三部,其余第三部121记为非边缘第三部,在沿第一方向X上,边缘第三部的宽度d3大于非边缘第三部的宽度d4。
设置位于第一边缘10的第三部121的宽度更大,为第一边缘10处的第三部121的图形化工艺提供给更大的误差允许范围,减小对第一边缘10处的第三部121的图形化工艺的难度。换句话说,预先设置边缘第三部的宽度更大,即使在形成第三部121的图案化工艺中,由于工艺对准原因而导致过多地刻蚀了边缘处的第三部121,也不会导致最终形成的边缘第三部的宽度过小。
在一些实施例中,边缘第三部的宽度与非边缘第三部的宽度的差值为50μm~200μm,例如可以为50μm~75μm、75μm~90μm、90μm~100μm、100μm~120μm、120μm~150μm、150μm~170μm、170μm~180μm、180μm~190μm或者190μm~200μm。在上述范围内,使得边缘第三部相较于非边缘第三部的宽度更大,能够减小对边缘第三部的图形化工艺的难度。另一方面,在上述范围内,使得非边缘第三部的宽度相较于边缘第三部的宽度也不会过小,即保证非边缘第三部自身的宽度不会过小,进而保证第二掺杂区102在第一表面1的整体面积占比仍旧较大,保证背接触太阳能电池较好的光电转化性能。
在一些实施例中,在沿第一方向X上,边缘第三部的宽度也可以与非边缘第三部的宽度相等。
参考图3,在一些实施例中,每一第一掺杂区101的多个第二部112中,位于最外侧的第二部112记为边缘第二部,其余第二部112记为非边缘第二部,其中,在第二方向Y上,边缘第二部的宽度d5与非边缘第二部的宽度d6相差第一差值。
也就是说,位于第二边缘20的第二部112与不位于第二边缘20的第二部112之间允许有宽度误差,在实际制备边缘第二部的工艺中,可以将边缘第二部的宽度做的比非边缘第二部的宽度更小,也可以比非边缘第二部的宽度更大,为制备边缘第二部的工艺提供更大的工艺窗口,减小制备边缘第二部的工艺难度。
在一个具体的例子中,在第二方向Y上,可以为边缘第二部的宽度大于非边缘第二部的宽度。在另一个具体的例子中,也可以为边缘第二部的宽度小于非边缘第二部的宽度。仅需满足边缘第二部的宽度与非边缘第二部的宽度相差第一差值即可。
在一些实施例中,第一差值为0~50μm,例如可以为0~1μm、1μm~5μm、5μm~10μm、10μm~20μm、20μm~25μm、25μm~30μm、30μm~35μm、35μm~40μm、40μm~45μm、45μm~49μm或者49μm~50μm。在上述范围内,一方面能够为制备边缘第二部的工艺提供更大误差允许范围,减小工艺难度。另一方面,使得边缘第二部与非边缘第二部的宽度之差不至于过大,避免发生边缘第二部相较于非边缘第二部过小或者非边缘第二部相较于边缘第二部过小的问题,保持第一掺杂区101的整体面积较大,为制备边缘第二部的工艺提供更大的工艺窗口。
参考图1以及图3,在一些实施例中,第三部121在第二方向Y上的两端分别与两个第二边缘20重合。也就是说,第三部121在第二方向Y上相对的两个边缘与两个第二边缘20分别齐平,如此,使得第三部121在第二方向Y上的尺寸较大,能够增加第三部121的面积,进而增加第二掺杂区102的面积,能够较大限度的利用第一表面1的面积,提高第一掺杂区101与第二掺杂区102的面积,增强第一掺杂区101与第二掺杂区102的性能。
图5为本申请一实施例提供的第二种背接触太阳能电池的剖面结构示意图,且图5为AA’方向的剖面结构示意图,AA’方向可参考图3中所示的AA’方向。
参考图1至图5,在一些实施例中,第一掺杂区101与第二掺杂区102彼此间隔开,背接触太阳能电池还包括:隔离结构103,隔离结构103介于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间。隔离结构103用于对第一掺杂区101和第二掺杂区102起到绝缘的作用,防止第一掺杂区101与第二掺杂区102之间产生电干扰的问题。
具体地,隔离结构103位于沿第一方向X相邻的第一部111与第三部121之间,还位于沿第二方向Y交错的第二部112与第三部121之间。换句话说,隔离结构103可以填充于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙处,将第一掺杂区101与第二掺杂区102整体隔离。
在一些实施例中,隔离结构103的材料可以包括绝缘材料,例如氧化硅、氮化硅等。
图6为本申请一实施例提供的第三种背接触太阳能电池的剖面结构示意图,且图6为AA’方向的剖面结构示意图,AA’方向可参考图3中所示的AA’方向。
参考图6,在一些实施例中,背接触太阳能电池还包括:第一钝化层104,第一钝化层104覆盖第一掺杂区101远离基底100的表面与第二掺杂区102远离基底100的表面,且第一钝化层104还填充于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙,位于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的第一钝化层104作为隔离结构。
第一钝化层104一方面可以对基底100表面起到良好的钝化效果,降低基底100表面的缺陷态密度,较好地抑制基底100表面的载流子复合,并具有减反射效果。另一方面,还能起到隔离第一掺杂区101与第二掺杂区102的作用。设置第一钝化层104作为隔离结构,能够省去额外制备隔离结构的工艺,节省工艺流程,提高工艺效率。
在一些实施例中,第一钝化层104可以为单层结构,在另一些实施中,第一钝化层104也可以为多层结构。在一些实施例中,第一钝化层104的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
图7为本申请一实施例提供的第四种背接触太阳能电池的剖面结构示意图,且图7为AA’方向的剖面结构示意图,AA’方向可参考图3中所示的AA’方向。
参考图7,在另一些实施例中,第一钝化层104也可以不作为隔离结构,即隔离结构103与第一钝化层104为两个单独的结构。第一钝化层104可以同时覆盖第一掺杂区101远离基底100的表面、第二掺杂区102远离基底100的表面以及隔离结构103的表面。
图8为本申请一实施例提供的又一种背接触太阳能电池的俯视结构示意图。
参考图8,在一些实施例中,背接触太阳能电池还包括:多个第一栅极105和多个第二栅极106,第一栅极105包括:第一主栅131和多个沿第二方向Y间隔排布的第一副栅132,第一主栅131沿第二方向Y延伸,且第一主栅131在第一表面1上的正投影位于第一部111表面,第一副栅132在第一表面1上的正投影位于第二部112表面;第二栅极106包括:第二主栅141和多个沿第二方向Y间隔排布的第二副栅142,第二主栅141沿第二方向Y延伸,且第二主栅141在第一表面1上的正投影位于第三部121表面,第二副栅142在第一表面1上的正投影位于第四部122表面。
第一栅极105和第一掺杂区101电连接,第二栅极106和第二掺杂区102电连接。第一栅极105与第二栅极106用于对光电流进行收集。
在一些实施例中,第一副栅132可以穿透第一钝化层104与第一掺杂区101电接触,第二副栅142可以穿透第一钝化层104与第二掺杂区102电接触。第一副栅132与第二副栅142用于分别收集第一掺杂区101与第二掺杂区102中的光电流,第一主栅131与多个第一副栅132电连接,将多个第一副栅132中的光电流进行汇集。第二主栅141与多个第二副栅142电连接,将多个第二副栅142中的光电流进行汇集。在一些实施例中,第一主栅131与第二主栅141可以位于第一钝化层104表面。
在一些实施例中,第一栅极105与第二栅极106的材料可以包括金属材料,例如铜、镍等。
在一些实施例中,在沿第二方向Y上,第一部111的宽度大于第一主栅131的宽度,第三部121的宽度大于第二主栅141的宽度。如此,在实际形成第一主栅131以及第二主栅141的步骤中,能够增加第一主栅131与第一部111的对准精度以及第二主栅141与第三部121的对准精度,有利于保证第一主栅131在第一表面1上的正投影位于第一部111表面,且第二主栅141在第一表面1上的正投影位于第三部121表面。
在一些实施例中,第一主栅131与第一部111的宽度之差在50μm~200μm之间,例如可以为50μm~55μm、55μm~80μm、80μm~100μm、100μm~120μm、120μm~150μm、150μm~180μm或者180μm~200μm。第二主栅141与第三部121的宽度之差在50μm~200μm之间,例如可以为50μm~55μm、55μm~80μm、80μm~100μm、100μm~120μm、120μm~150μm、150μm~180μm或者180μm~200μm。在上述范围内,能够提高第一主栅131与第一部111的对准精度以及第二主栅141与第三部121的对准精度,同时,使得第一主栅131的宽度尺寸相较于第一部111不至于过小,第二主栅141的宽度尺寸相较于第二部112不至于过小,保证第一主栅131与第二主栅141的整体尺寸不至于过小,保持第一主栅131与第二主栅141对光电流较好的汇集作用。
在实际形成第一主栅131以及第二主栅141的步骤中,通常会采用丝网印刷工艺并基于第一部111以及第三部121的宽度来分别印刷第一主栅131与第二主栅141。具体地,将丝网印刷网版的开口对准第一部111以及第三部121,再往开口中印刷第一主栅131与第二主栅141。如此,使得第一主栅131与第一部111对准,第二主栅141与第三部121对准,并且第一主栅131的宽度尺寸会随着第一部111的宽度尺寸而变化,第二主栅141的宽度尺寸会随着第三部121的宽度尺寸而变化。对于第一边缘10处的第一主栅131与第二主栅141的印刷难度会更高,容易发生第一主栅131与第二主栅141的宽度远小于第一部111与第三部121的宽度的问题,进而可能导致第一主栅131与第二主栅141的宽度过小,损伤其电流汇集能力。
基于上述问题,在一个具体的例子中,在沿第二方向Y上,边缘第一部的宽度大于非边缘第一部的宽度,边缘第三部的宽度大于非边缘第三部的宽度。如此,即使第一边缘10处的第一主栅131与第二主栅141的宽度可能会由于工艺原因而远小于边缘第一部的宽度与边缘第三部的宽度。但是,由于边缘第一部的宽度与边缘第三部的宽度本身就较大,使得第一边缘10处的第一主栅131与第二主栅141的宽度也不会过小,进而保证第一边缘10处的第一主栅131与第二主栅141对电流较好的汇集能力。
上述实施例提供的背接触太阳能电池中,导电类型不同的第一掺杂区101以及第二掺杂区102在第一表面1交替排布,且第一表面1的两个第二边缘20和第一边缘10均为第一掺杂区101,如此,能够最大程度的利用第一表面1的边缘处的位置,在第一表面1中尽可能多的排布第一掺杂区101。并且,由于利用了第一表面1的边缘位置,使得第一表面1可利用的面积增大,进而在非边缘位置处也能排布较多的第二掺杂区102。既能提高电子-空穴对的数量,又能进一步减小基底100界面处的载流子的复合速率,综合提高背接触太阳能电池的光电转化效率。
相应地,本申请实施例还提供一种光伏组件,参考图9,光伏组件包括:电池串,电池串由多个上述实施例提供的背接触太阳能电池201连接而成;封装层202,封装层202用于覆盖电池串的表面;盖板203,盖板203用于覆盖封装层202远离电池串的表面。
背接触太阳能电池201以整片或者多分片的形式电连接形成多个电池串,多个电池串以串联和/或并联的方式进行电连接。具体地,在一些实施例中,多个电池串之间可以通过导电带204电连接。封装层202覆盖背接触太阳能电池201的第一表面以及第二表面,具体地,封装层202可以为乙烯-乙酸乙烯共聚物胶膜、聚乙烯辛烯共弹性体胶膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯胶膜等有机封装胶膜。在一些实施例中,盖板203可以为玻璃盖板、塑料盖板等具有透光功能的盖板。具体地,盖板203朝向封装层202的表面可以为凹凸表面,从而增加入射光线的利用率。
相应地,本申请实施例还提供一种背接触太阳能电池的制备方法,该背接触太阳能电池的制备方法可以用于制备上述实施例提供的背接触太阳能电池,以下将结合附图对本申请另一实施例提供的背接触太阳能电池的制备方法进行详细说明。
图10为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中提供初始基底的步骤对应的剖面结构示意图;图11为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成初始第一掺杂区的步骤对应的俯视结构示意图;图12为本申请一实施例提供的另一种背接触太阳能电池的制备方法中形成初始第一掺杂区的步骤对应的剖面结构示意图;图13为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成第一掺杂区和第一玻璃层的步骤对应的俯视结构示意图;图14为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成第一掺杂区和第一玻璃层的步骤对应的剖面结构示意图。其中,图12为AA’方向的剖面结构示意图,AA’方向可参考图11中所示的AA’方向。图14为图13中AA’方向的剖面结构示意图。
背接触太阳能电池的制备方法包括:参考图10至图14,提供基底100,基底100具有第一表面1,第一表面1具有沿第一方向X相对的两个第一边缘10和沿第二方向Y相对的两个第二边缘20,第一方向X与第二方向Y垂直;在第一表面1形成多个第一掺杂区101,第一掺杂区101包括:一个沿第二方向Y延伸的第一部111和多个沿第二方向Y间隔排布的第二部112,每一第二部112沿第一方向X延伸,且与第一部111交叉。
在一些实施例中,基底100的材料可以为元素半导体材料。具体地,元素半导体材料由单一元素组成,例如可以是硅或者锗。其中,元素半导体材料可以为单晶态、多晶态、非晶态或者微晶态(同时具有单晶态和非晶态的状态,称为微晶态),例如,硅可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。
在一些实施例中,基底100的材料也可以是化合物半导体材料。常见的化合物半导体材料包括但不限于锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟、钙钛矿、碲化镉、铜铟硒等材料。
基底100可以为N型半导体基底或者P型半导体基底。N型半导体基底内掺杂有N型掺杂元素,N型掺杂元素可以为磷元素、铋元素、锑元素或砷元素等五族元素中的任意一者。P型半导体基底内掺杂有P型元素,P型掺杂元素可以为硼元素、铝元素、镓元素或铟元素等三族元素中的任意一者。
基底100具有与第一表面1相对的第二表面2。在一些实施例中,可以在基底100的第二表面2或者第一表面1的至少一者表面进行制绒工艺,以在基底100第二表面2或者第一表面1中的至少一者表面形成绒面,在一些实施例中,绒面可以为金字塔绒面,金字塔绒面作一种常见的绒面,不仅会使基底100表面的反射率减小,还可形成光陷阱,加强基底100对入射光线的吸收效果,增大太阳电池的转换效率。
在一些实施例中,形成多个第一掺杂区101的方法包括:参考图10,提供初始基底30,初始基底30掺杂有第一掺杂元素。
参考图11,采用掺杂工艺,自初始基底30(参考图10)表面向初始基底30内部掺杂第二掺杂元素,以将部分厚度的初始基底30转化为初始第一掺杂区31,剩余初始基底30作为基底100,第二掺杂元素与第一掺杂元素的导电类型不同。基底100与初始第一掺杂区31的交界面可以作为第一表面1。
参考图12,在一些实施例中,初始基底30为硅基底,在扩散工艺中,还在初始第一掺杂区31表面形成第一玻璃层32。第一玻璃层32由第二掺杂元素、硅和氧元素构成。
在一个具体的例子中,初始基底30为N型硅基底,第二掺杂元素可以为硼元素。可以将初始基底30置于扩散炉中,在温度800℃~1200℃下进行硼扩散工艺,工艺时长2h-5h,形成初始第一掺杂区31。在扩散过程中,初始基底30中的硅元素与硼元素以及扩散炉中的氧气发生反应,在初始第一掺杂区31表面形成第一玻璃层32,具体为硼硅玻璃层,硼硅玻璃层由三氧化二硼和二氧化硅组成。
参考图13至图14,形成初始第一掺杂区31之后,对初始第一掺杂区31进行第一图案化工艺,形成具有预设图案的第一掺杂区101。
在一些实施例中,第一图案化工艺包括:采用激光工艺刻蚀去除部分初始第一掺杂区31,以形成第一开口40,剩余初始第一掺杂区31形成第一掺杂区101。第一开口40露出基底100第一表面1,激光工艺还去除与第一开口40正对的第一玻璃层32。
激光工艺所采用的激光可以为红外激光、绿光激光、紫外激光中的任一种,激光处理所采用的激光器可以为二氧化碳激光器、准分子激光器、钛宝石激光器、半导体激光器中的任一种,本申请实施例不对具体的激光器类型做具体限定。
在一些实施例中,在采用激光工艺去除部分初始第一掺杂区31以及对应的部分第一玻璃层32后,为了去除第一开口40的激光损伤,可以采用质量浓度为1%-5%的氢氧化钠溶液对第二开口露出的基底100进行浸泡处理,时长400s~800s。
在一些实施例中,也可以采用含氟化氢浆料腐蚀法或者机械刻蚀法中的任一刻蚀工艺来去除部分初始第一掺杂区31,以形成第一开口40。
参考图1以及图3,在第一表面1形成多个第二掺杂区102,第二掺杂区102与第一掺杂区101的导电类型不同,第二掺杂区102包括:一个沿第二方向Y延伸的第三部121和多个沿第二方向Y间隔排布的第四部122,每一第四部122沿第一方向X延伸,且与第三部121交叉,其中,第一部111与第三部121沿第一方向X交替排布,位于最外侧的第一部111位于第一边缘10,相邻的第一掺杂区101与第二掺杂区102中,第二部112与第四部122沿第二方向Y交错排布,每一第一掺杂区101中,位于最外侧的两个第二部112分别位于两个第二边缘20。
图15为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成初始第二掺杂区的步骤对应的俯视结构示意图;图16为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成初始第二掺杂区的步骤对应的剖面结构示意图。其中,图16为图15中AA’方向的剖面结构示意图。
在一些实施例中,在掺杂工艺中,还在初始第一掺杂区31表面形成第一玻璃层32,且在第一图案化工艺后,位于第一掺杂区101表面的第一玻璃层32被保留,形成多个第二掺杂区102的方法包括:参考图15以及图16,形成填充于第一开口40中的初始第二掺杂区33,初始第二掺杂区33掺杂有第三掺杂元素,第三掺杂元素与第二掺杂元素导电类型不同。在一个具体的例子中,第二掺杂元素为P型元素,则第三掺杂元素可以为磷元素。
在一些实施例中,初始第二掺杂区33的材料可以包括多晶硅,可以采用沉积工艺在第一开口40中形成多晶硅,并对多晶硅进行磷扩散工艺,形成初始第二掺杂区33。
由于第一掺杂区101表面具有第一玻璃层32,第一玻璃层32能够作为掩膜,防止在形成初始第二掺杂层的工艺中,初始第二掺杂区33直接与第一掺杂区101接触,因此,在形成初始第二掺杂区33的工艺中,初始第二掺杂区33还形成于第一玻璃层32表面。
图17为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成掩膜层的步骤对应的俯视结构示意图;图18为本申请一实施例提供的一种背接触太阳能电池的制备方法中形成掩膜层的步骤对应的剖面结构示意图。其中,图18为图17中AA’方向的剖面结构示意图。
参考图17以及图18,在与第一表面1接触的部分初始第二掺杂区33表面形成掩膜层41,掩膜层41具有第二开口42,第二开口42露出部分初始第二掺杂区33。掩膜层41的形状与将要形成的第二掺杂区102的形状相同。第二开口42可以与第一掺杂区101相邻,如此,在后续沿第二开口42刻蚀初始第二掺杂区33之后,能够在第一掺杂区101与第二掺杂区102之间形成间隙,进而将第一掺杂区101与第二掺杂区102隔离开。
在一些实施例中,掩膜层41可以为油墨层。可以采用印刷工艺在初始第二掺杂区33表面形成油墨层。
由于印刷工艺在第一表面1边缘处的精度较低,可能会导致边缘处的原本需要被掩膜层41覆盖的初始第二掺杂区33表面未被掩膜层41覆盖,进而导致在后续步骤中该部分原本需要被保留的初始第二掺杂区33被去除,进而导致形成的边缘处的第二掺杂区的图案的连续性较低,可能会导致边缘处的复合损失较大,导致边缘处的载流子复合速率更高的问题,不利于提高背接触太阳能电池的性能。
基于上述现象,本申请实施例中,第一表面1的两个第二边缘20和第一边缘10均为第一掺杂区101,使得第一表面1边缘处的第二掺杂区102较少,可以改善由于用于边缘处的第二掺杂区102的掩膜层41对准精度不高,导致边缘处形成的第二掺杂区102的连续性较低的问题,同时还能改善边缘处的复合损失增加的问题。
参考图1至图3,在形成掩膜层41之后,以第一玻璃层32(参考图18)以及掩膜层41(参考图18)为掩膜,沿第二开口42(参考图18)刻蚀初始第二掺杂区33(参考图18),并露出第二开口42正对的基底100,剩余初始第二掺杂区33构成第二掺杂区102。第二开口42与第一掺杂区101相邻,沿第二开口42刻蚀初始第二掺杂区33之后,在第一掺杂区101与第二掺杂区102之间形成间隙,将第一掺杂区101与第二掺杂区102隔离开。
在沿第二开口42刻蚀初始第二掺杂区33的步骤中,还刻蚀位于第一玻璃层32表面的初始第二掺杂区33,剩余的初始第二掺杂区33作为第二掺杂区102。
在形成第二掺杂区102之后去除位于第一掺杂区101表面的第一玻璃层32。在一些实施例中,可以采用氢氟酸溶液清洗第一玻璃层32,以去除第一玻璃层32。
在一些实施例中,形成第一掺杂区101与第二掺杂区102之后,还可以包括:在第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙处形成隔离结构103,进而将第一掺杂区101与第二掺杂区102形成电绝缘。在一些实施例中,隔离结构103的材料可以为氧化硅、氮化硅等绝缘材料。
参考图6,在一些实施例中,还包括:形成第一钝化层104,第一钝化层104覆盖第一掺杂区101表面以及第二掺杂区102表面,且第一钝化层104还填充于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙。
具体地,第一钝化层104可以填充于第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙,并覆盖第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的基底100表面,填充于第一掺杂区101与第二掺杂区102的间隙中的第一钝化层104可以作为隔离结构103。第一钝化层104一方面可以对基底100表面起到良好的钝化效果,降低基底100表面的缺陷态密度,较好地抑制基底100表面的载流子复合,并具有减反射效果。另一方面,还能起到隔离第一掺杂区101与第二掺杂区102的作用。
设置第一钝化层104同时起到钝化以及隔离结构103的作用,能够省去额外形成隔离结构103的步骤,节省工艺流程。
在一些实施例中,第一钝化层104可以为单层结构,在另一些实施中,第一钝化层104也可以为多层结构。在一些实施例中,第一钝化层104的材料可以是氧化硅、氧化铝、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一者。
在一些实施例中,形成第一钝化层104的方法可以包括:采用PECVD(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积方法)方法在第一掺杂区101、第二掺杂区102远离基底100的表面以及第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙形成第一钝化层104。
在一些实施例中,也可以在第一掺杂区101与第二掺杂区102之间的间隙处填充隔离材料,形成隔离结构103。第一钝化层104可以覆盖第一掺杂区101表面、第二掺杂区102表面以及隔离结构103表面。
参考图8,在一些实施例中,在形成第一钝化层104之后,还包括:形成第一栅极105以及第二栅极106。
第一栅极105包括:第一主栅131和多个沿第二方向Y间隔排布的第一副栅132,第一主栅131沿第二方向Y延伸,且第一主栅131在第一表面1上的正投影位于第一部111表面,第一副栅132在第一表面1上的正投影位于第二部112表面;第二栅极106包括:第二主栅141和多个沿第二方向Y间隔排布的第二副栅142,第二主栅141沿第二方向Y延伸,且第二主栅141在第一表面1上的正投影位于第三部121表面,第二副栅142在第一表面1上的正投影位于第四部122表面。
在一些实施例中,可以采用印刷工艺以及烧结工艺形成第一栅极105以及第二栅极106。
具体地,第一副栅132可以穿透第一钝化层104与第二部112电接触,第二副栅142可以穿透第一钝化层104与第四部122电接触。可以采用丝网印刷工艺,将导电浆料涂覆在与第二部112以及第四部122正对的第一钝化层104表面,经过烧结,使导电浆料穿透第一钝化层104,分别与第二部112以及第四部122电接触。
第一主栅131与第二主栅141可以位于第一钝化层104表面,可以采用丝网印刷工艺,将导电浆料涂覆在与第一部111以及第三部121正对的第一钝化层104表面,形成的第一主栅131与第一副栅132交叉并电连接,形成的第二主栅141与第二副栅142交叉并电连接。
不难发现,上述形成第一掺杂区101以及第二掺杂区102的方法中,第一掺杂区101与基底100的导电类型不同,第二掺杂区102与基底100的导电类型相同。在一些实施例中,若第一掺杂区101与基底100的导电类型相同,第二掺杂区102与基底100的导电类型不同,则可以在上述方法中,将形成第一掺杂区101与形成第二掺杂区102的顺序对调,其余步骤不变。
本申请虽然以较佳实施例公开如上,但并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下,都可以做出若干可能的变动和修改,因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本申请的具体实施例,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员,在不脱离本申请的精神和范围内,均可作各种改动与修改,因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。