CN202167497U - 晶硅太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种晶硅太阳能电池,所述晶硅太阳能电池包括P型单晶硅衬底;位于P型单晶硅衬底下方的背场以及穿透背场并与P型单晶硅衬底相连的背电极;位于P型单晶硅衬底上方的N型发射区、覆盖在N型发射区上方的减反射薄膜以及穿透减反射薄膜并与N型发射区相连的主栅线和副栅线,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区的折射率小;所述减反射薄膜为三层介质结构,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小。本实用新型能有效提高太阳光的利用率,同时减小晶硅太阳能电池的表面复合速度,对晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流均有一定的提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池,尤其是涉及一种晶硅太阳能电池。
背景技术
随着全球能源的日趋紧张,太阳能以无污染、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视。晶硅太阳能电池光伏发电具有安全可靠、无噪声、故障率低等优点,同时其优越的环保性能、丰富的资源和可再生性,受到了世界各国的普遍青睐,成为经济复苏的引擎和低碳环保的代表。
常见的晶体硅太阳能电池是由背电极、背场、半导体材料构成的P型层、N型层、P-N结、减反射薄膜、正面栅电极等部分构成。当太阳光照射到太阳能电池表面时,减反射薄膜和绒面结构可有效减少电池表面的光反射损失。太阳能电池中的半导体结构吸收太阳光能后,激发产生电子、空穴对,电子、空穴对被半导体内部P-N结自建电场分开,电子流入N区,空穴流入P区,如果将晶体硅太阳电池的正、负电极与外部负载连接,外部电路中就有光生电流流过。
对于晶硅太阳能电池的减反射薄膜,目前常用的材料主要有二氧化硅、二氧化钛、氮化硅等介质薄膜,制备方法有溅射法、喷涂法和化学气相沉积法等。减反射膜一方面提高了对太阳光的利用率,有助于提高光生电流密度,进而起到提高转换效率的作用,另一方面介质减反射薄膜中的氢对电池的体内和表面悬键的钝化降低了发射结的表面复合速率,减小了暗电流,提升了开路电压,从而提高了光电转换效率。
在早先的晶硅太阳能电池工业化生产中,由于生产设备、工艺技术以及成本方面的考虑,晶硅太阳能电池的减反射薄膜主要采用单层氮化硅介质膜结构。但为了进一步提升晶硅太阳能电池的光电转换效率,关于双层减反射薄膜的研发和推广得到了部分科研技术人员的重视。
申请号为200910303615.0的中国专利“一种晶硅太阳能电池双层减反射膜及其制备方法”,提出一种二氧化钛准双层减反射薄膜,其中在硅衬底与致密二氧化钛之间的二氧化硅薄膜可起到钝化作用。申请号为200710047894的中国专利“一种太阳能电池的双层减反射膜加工方法”提出了一种二氧化硅和氮化硅双层减反射薄膜,其中先用湿法氧化使硅片表面生成二氧化硅膜,然后再用PECVD技术在第一步中做好的二氧化硅膜上进行氮化硅沉积。然而,由于这两个专利中提到的双层减反射薄膜中存在着低折射率层和晶硅接触的问题,这并未发挥出减反射薄膜的最大作用,同时因为这种双层膜涉及到两种材料且制作工艺复杂,至今没有被广泛地应用于晶硅太阳能电池的大规模生产中。
实用新型内容
本实用新型提供一种晶硅太阳能电池,使太阳能电池片表面钝化作用和降低短波光吸收损失的功能得到进一步的提升,以最终达到进一步提高光电转换效率的效果。
本实用新型提出一种晶硅太阳能电池,所述晶硅太阳能电池包括P型单晶硅衬底;位于所述P型单晶硅衬底下方的背场以及穿透所述背场并与所述P型单晶硅衬底相连的背电极;位于所述P型单晶硅衬底上方的N型发射区、覆盖在所述N型发射区上方的减反射薄膜以及穿透所述减反射薄膜并与所述N型发射区相连的主栅线和副栅线,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区的折射率小;所述减反射薄膜为三层介质结构,所述减反射薄膜从下至上依次包括第一减反射薄膜、第二减反射薄膜以及第三减反射薄膜,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小。
优选地,所述三层介质减反射薄膜的第一减反射薄膜是通过喷涂法或CVD技术形成的二氧化钛薄膜或者氮化硅薄膜,其折射率为2.0-2.7,厚度为1-15nm。
优选地,所述的三层介质减反射薄膜的第二减反射薄膜是通过CVD技术形成的氮化硅薄膜或者氮氧硅薄膜,其折射率为1.9-2.1,厚度为50-85nm。
优选地,所述的三层介质减反射薄膜的第三减反射薄膜是通过CVD技术形成的氮化硅薄膜或者二氧化硅薄膜,折射率为1.5~2.1,厚度为1~20nm。
优选地,所述主栅线和副栅线通过高温烧结与所述N型发射区相连形成欧姆接触。
本实用新型提供的晶硅太阳能电池,是将常规工艺中的单层或双层减反射薄膜改进成三层结构。其中紧挨晶硅太阳能电池发射极的折射率最大的第一减反射薄膜用来减小界面的光学反射损失,同时通过选取合适的材料与薄膜沉积方式来起到硅表面和体内钝化作用;第二减反射薄膜利用光的干涉相消原理来减小三层介质减反射薄膜间的两个界面处的光学反射损失;折射率最小的第三减反射薄膜能够有效减小与空气或者组件封装材料接触的晶硅太阳能电池表面的光学反射损失。通过采用所述折射率从下至上依次减小的三层介质减反射薄膜结构使得所述晶硅太阳能电池在接受太阳光时,外部的太阳光能够从光疏介质射入到光密介质,从而减小了光的折射角,有效地提高了太阳光的利用率,同时通过钝化作用减小了晶硅太阳能电池的表面复合速度,对晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流均有一定的提升。
通过在三层介质减反射薄膜上高温烧结主栅线、副栅线和N型发射区形成欧姆接触,不仅使所述晶硅太阳能电池结构稳固,还使所述晶硅太阳能电池在不大幅度减小光的入射面积的前提下,降低了晶硅太阳能电池的损耗,并且增加了其短路电流。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
图1为本实用新型实施例一提供的晶硅太阳能电池的结构示意图。
图2为本实用新型实施例二提供的晶硅太阳能电池的结构示意图。
在图1和图2中,
10:P型单晶硅衬底;11:背电极;12:背场;13:N型发射区;14、15、16:氮化硅薄膜;17:主栅线;18:副栅线;
20:P型单晶硅衬底;21:背电极;22:背场;23:N型发射区;24:二氧化钛薄膜;25:氮化硅薄膜;26:二氧化硅薄膜;27:主栅线;28:副栅线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的晶硅太阳能电池作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率,仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
本实用新型的核心思想在于,提供一种晶硅太阳能电池,包括P型单晶硅衬底;位于所述P型单晶硅衬底下方的背场以及穿透所述背场并与所述P型单晶硅衬底相连的背电极;位于所述P型单晶硅衬底上方的N型发射区、覆盖在所述N型发射区上方的减反射薄膜以及穿透所述减反射薄膜并与所述N型发射区相连的主栅线和副栅线,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区的折射率小;所述减反射薄膜为三层介质结构,所述减反射薄膜从下至上依次包括第一减反射薄膜、第二减反射薄膜以及第三减反射薄膜,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小,所述晶硅太阳能电池能有效提高太阳光的利用率,同时减小晶硅太阳能电池的表面复合速度,对晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流均有一定的提升。
实施例一
图1为实用新型实施例一提供的晶硅太阳能电池的结构示意图。所述晶硅太阳能电池包括:P型单晶硅衬底10;位于所述P型单晶硅衬底10下方的背场12以及穿透所述背场12并与所述P型单晶硅衬底10相连的背电极11;位于所述P型单晶硅衬底10上方的N型发射区13、覆盖在所述N型发射区13上方的减反射薄膜以及穿透所述减反射薄膜并与所述N型发射区13相连的主栅线17和副栅线18,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区13的折射率小;其中,所述减反射薄膜为三层介质结构,所述减反射薄膜从下至上依次包括第一减反射薄膜14、第二减反射薄膜15以及第三减反射薄膜16,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小。
在本实施例中,由于所述第一减反射薄膜14的折射率处于N型发射区13和第二减反射薄膜15之间,因此所述第一减反射薄膜14能有效减小界面处的光学发射损失。所述第二减反射薄膜15利用光的干涉相消原理来减小第一减反射薄膜14和第二减反射薄膜15之间的界面,以及第二减反射薄膜15和第三减反射薄膜16之间的界面处光学反射损失。所述的第三减反射薄膜16能够有效减小与空气或者组件封装材料接触的所述晶硅太阳能电池表面的光学反射损失。通过采用所述折射率从下至上依次减小的第一减反射薄膜14、第二减反射薄膜15以及第三减反射薄膜16的这种结构使得所述晶硅太阳能电池在接受太阳光时,外部的太阳光能够从光疏介质射入到光密介质,从而减小了光的折射角,有效地提高了太阳光的利用率。
进一步地,在本实施例中,第一减反射薄膜14为氮化硅薄膜,折射率为2.1,厚度为8nm。所述第一减反射薄膜14是通过CVD技术形成的。
在本实施例中,由于在使用CVD技术沉积所述第一减反射薄膜14时反应气体中有氨气和其他含氢元素的气体,因此所述第一减反射薄膜14中必然会有氢元素,所述第一减反射薄膜14中含有的氢元素能很好地钝化N型发射区13的表面悬键,降低发射结的表面复合速率,减小所述晶硅太阳能电池中的暗电流,提升其开路电压。
进一步地,在本实施例中,第二减反射薄膜15为氮化硅薄膜,折射率为2.0,厚度为70nm。所述第二减反射薄膜15是通过CVD技术形成的。
进一步地,在本实施例中,第三减反射薄膜16为氮化硅薄膜,折射率为1.8,厚度为5nm。所述第三减反射薄膜16是通过CVD技术形成的。
在本实施例中,由于三层介质减反射薄膜均为氮化硅材料,因此该晶硅太阳能电池的制作过程对生产设备和原材料没有额外要求,工艺实现难度不大,具有很好的市场推广前景。
进一步地,在本实施例中,所述背电极11和背场12通过丝网印刷的方式形成在P型单晶硅衬底10的下表面。所述N型发射区13通过扩散工艺形成在P型单晶硅衬底10的上表面。
进一步地,在本实施例中,通过丝网印刷技术在减反射薄膜上制作的所述主栅线17和副栅线18与所述N型发射区13经高温烧结后相连形成欧姆接触,降低了所述晶硅太阳能电池的损耗,并且增加了其短路电流。
实施例二
图2为实用新型实施例二提供的晶硅太阳能电池的结构示意图。本实施例所述晶硅太阳能电池的结构与实施例一所述晶硅太阳能电池的结构相同,在此便不再赘述。
在本实施例中,由于所述第一减反射薄膜24的折射率处于N型发射区23和第二减反射薄膜25之间,因此所述第一减反射薄膜24能有效减小界面处的光学发射损失。所述第二减反射薄膜25利用光的干涉相消原理来减小第一减反射薄膜24和第二减反射薄膜25之间的界面,以及第二减反射薄膜25和第三减反射薄膜26之间的界面处光学反射损失。所述的第三减反射薄膜26能够有效减小与空气或者组件封装材料接触的所述晶硅太阳能电池表面的光学反射损失。通过采用所述折射率从下至上依次减小的第一减反射薄膜24、第二减反射薄膜25以及第三减反射薄膜26的这种结构使得所述晶硅太阳能电池在接受太阳光时,外部的太阳光能够从光疏介质射入到光密介质,从而减小了光的折射角,有效地提高了太阳光的利用率。
进一步地,在本实施例中,第一减反射薄膜24为二氧化钛薄膜,折射率为2.6,厚度为5nm。所述第一减反射薄膜24是通过喷涂法形成的。
进一步地,在本实施例中,第二减反射薄膜25为氮化硅薄膜,折射率为2.0,厚度为70nm。所述第二减反射薄膜25是通过CVD技术形成的。
进一步地,在本实施例中,第三减反射薄膜26为二氧化硅薄膜,折射率为1.5,厚度为10nm。所述第三减反射薄膜26是通过CVD技术形成的。
在本实施例中,通过采用所述折射率从下至上依次减小的第一减反射薄膜24、第二减反射薄膜25以及第三减反射薄膜26的这种结构使得该结构与实施例一中的结构相比第一减反射薄膜24的折射率更大,而第三减反射薄膜26的折射率更小且更接近空气,因此所述晶硅太阳能电池在接受太阳光时,外部的太阳光能够从介质折射率比实施例一中最小的折射率更小的光疏介质射入到介质折射率比实施例一中最大的折射率更大的光密介质,从而与比实施例一中的晶硅太阳能电池结构相比,本实施例中的晶硅太阳能电池更能减小光的折射角,更有效地提高了太阳光的利用率。
在本实施例中,由于三层介质减反射薄膜均为不同材料,因此该晶硅太阳能电池的制作过程相对复杂,但其良好的减反射效果使其在高效太阳能电池的研发中具有很好的应用前景。
进一步地,在本实施例中,所述背电极21和背场22通过丝网印刷的方式形成在P型单晶硅衬底20的下表面。所述N型发射区23通过扩散工艺形成在P型单晶硅衬底20的上表面。
进一步地,在本实施例中,通过丝网印刷技术在减反射薄膜上制作的所述主栅线27和副栅线28与所述N型发射区23经高温烧结后相连形成欧姆接触,降低了所述晶硅太阳能电池的损耗,并且增加了其短路电流。
综上所述,本实用新型提供了一种晶硅太阳能电池,包括P型单晶硅衬底;位于所述P型单晶硅衬底下方的背场以及穿透所述背场并与所述P型单晶硅衬底相连的背电极;位于所述P型单晶硅衬底上方的N型发射区、覆盖在所述N型发射区上方的减反射薄膜以及穿透所述减反射薄膜并与所述N型发射区相连的主栅线和副栅线,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区的折射率小;所述减反射薄膜为三层介质结构,所述减反射薄膜从下至上依次包括第一减反射薄膜、第二减反射薄膜以及第三减反射薄膜,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小,所述晶硅太阳能电池能有效提高太阳光的利用率,同时减小晶硅太阳能电池的表面复合速度,对晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流均有一定的提升。
显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种晶硅太阳能电池,包括:
P型单晶硅衬底;
位于所述P型单晶硅衬底下方的背场以及穿透所述背场并与所述P型单晶硅衬底相连的背电极;
位于所述P型单晶硅衬底上方的N型发射区、覆盖在所述N型发射区上方的减反射薄膜以及穿透所述减反射薄膜并与所述N型发射区相连的主栅线和副栅线,所述减反射薄膜的折射率比N型发射区的折射率小;
其特征在于,所述减反射薄膜为三层介质结构,所述减反射薄膜从下至上依次包括第一减反射薄膜、第二减反射薄膜以及第三减反射薄膜,并且所述减反射薄膜的三层介质的折射率从下至上依次减小。
2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第一减反射薄膜为二氧化钛薄膜或者氮化硅薄膜,折射率为2.0~2.7,厚度为1~15nm。
3.根据权利要求2所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第一减反射薄膜是通过喷涂法或CVD技术形成的。
4.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第二减反射薄膜为氮化硅薄膜或者氮氧硅薄膜,折射率为1.9~2.1,厚度为50~85nm。
5.根据权利要求4所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第二减反射薄膜是通过CVD技术形成的。
6.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第三减反射薄膜为氮化硅薄膜或者二氧化硅薄膜,折射率为1.5~2.1,厚度为1~20nm。
7.根据权利要求6所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述减反射薄膜的第三减反射薄膜是通过CVD技术形成的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的晶硅太阳能电池,其特征在于,所述主栅线和副栅线通过高温烧结与所述N型发射区相连形成欧姆接触。
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