CN202307988U - 一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其结构为：以超白玻璃为衬底，玻璃板上设一层起阻挡和钝化作用的薄膜，薄膜上层设一层N型多晶硅薄膜，在薄膜的表面设栅状或者梳状铝电极，在多晶硅薄膜内部设由铝电极渗透到多晶硅薄膜内形成的栅状或者梳状肖特基PN结。由于PN结呈栅状或者梳状排布，使有效PN结长度增加，提高了转化效率。比起传统的多晶硅薄膜太阳能电池，本实用新型无论在性能和产业化生产上，都占有相当的优势。

Description

一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及晶硅薄膜太阳能电池领域，尤其是一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的结构 

背景技术

太阳能作为一种清洁的、没有任何污染的能源，以太阳能发电做为动力供应主要来源之一的可能性，已日益引起人们关注。而解决这个技术的关键在于太阳能电池生产成本的降低和转化效率的提高。 

光伏行业的相关技术人员为了提高太阳能电池的转化效率，在传统结构的基础上做了大量的技术创新及改进。如一种结构包括表层、缓冲层、含至少一个P-N结的光吸收区、过渡层、P或N型区的集电栅和电极的非晶硅薄膜太阳能电池。这是一种受光面可以得到充分利用的结构，同时，由于底部PN结的集栅型排布，增加了PN结的有效长度，从而提高了薄膜太阳能电池的转化效率，然而，其结构过于复杂，重复性不好。一种利用N型晶体硅制成的单面电极太阳能电池，具有合理的结构，较高的转化效率，远远优于常规晶硅太阳能电池。然而，由于硅片的脆性，考虑到产品的良率，在大规模生产中不容易达到最理想的结构尺寸。 

发明内容

发明目的：本实用新型的目的在于提供一种新型高效的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池。 

技术方案：本实用新型中的一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜电池结构为： 

a)电池最下层为透光率良好、相对于阻挡层有良好附着力的透明衬底： 

b)衬底上设一层具有阻挡和钝化作用的复合薄膜； 

c)复合薄膜上方设一层N型多晶硅薄膜并在薄膜表面丝印栅状或者梳状负电极，多晶硅薄膜内部设由铝电极掺杂形成的与负电极形状相适配的肖特基P N结： 

d)晶硅薄膜表面设置与负电极形状相适配的正电极，正负电极之间存在间隙。其中所选衬底为透光率良好，与阻挡层具有良好附着力的超白玻璃或者有机材料。其中一个优选方案为衬底可通过腐蚀或者镀膜方式形成一层增加光透率的绒面结构。 

其钝化层薄膜采用单层SiO₂薄膜、单层Si₃N₄薄膜或者SiO₂与Si₃N₄复合薄膜。其中一个优选方案为不对衬底进行绒面处理时，通过控制镀膜工艺在薄膜表面生成绒面结构。 

其中的多晶硅薄膜根据成膜方式不同，其晶粒尺寸大小可以是多晶硅、微晶硅、纳米硅中的任意一种。 

其中一个优选方案是调整镀膜工艺，使多晶硅薄膜分成上下两层，下层为低掺杂浓度薄膜，上层为高掺杂浓度薄膜。 

多晶硅薄膜的制备可以采用液相外延、真空镀膜或者非晶硅薄膜转化等多种制备方式。 

其中多晶硅薄膜厚度可以在1μm-40μm之间选择，其最优值为30μm。 

其中在多晶硅薄膜表面丝印栅状或者梳状铝电极，使用强激光照射使部分铝原子掺 杂进多晶硅薄膜内部，以形成多个栅状或梳状肖特基结，其中掺杂结深在0.1μm-1μm之间。 

当多晶硅薄膜分高低两个浓度层时，其栅状或者梳状掺杂结深要穿透高浓度多晶硅层。 

其中栅状或梳状掺杂PN结的宽度主要根据丝印电极能达到的精度和最优的PN结有效长度在0.01mm-5mm之间选择. 

当多晶硅薄膜为单层时，可以优选先对整个薄膜表面进行同型高浓度掺杂，再丝印栅状或者梳状负电极进行掺杂形成肖特基结，栅状或梳状掺杂要穿透同型高浓度掺杂层。 

根据负电极的形状，丝印出与其形状相适配的正电极，并进行烧结形成欧姆接触。其中一个优选方案为在丝印引出电极前，在多晶硅薄膜上表面镀SiO₂或者SiN_X钝化薄膜。 

其中一个优选方案为同时印刷正负电极，利用选择性加热使部分正电极渗入电池内部形成栅状PN结。 

对薄膜的掺杂可以采用APCVD法、离子注入法、扩散法、激光制薄膜PN结等掺杂方式。根据掺杂工艺的不同，杂质来源可以为含杂质源的混合气体、浆料、液体、等离子体。其中激光掺杂为将薄膜基片放入真空室，通入一定流量的掺杂工艺气体PH₃、H₂或者B₂H₆、H₂，以强激光照射薄膜表面的掺杂方案。 

正电极可以为铝电极、银铝电极、银电极之中的任意一种。 

有益成果 

本实用新型提供了一种新型的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，在晶硅薄膜的膜面使用钝化层，可以阻挡衬底材料向多晶硅薄膜扩散，钝化多晶硅薄膜表面的化学活性，减小载流子在薄膜表面的复合率，从而增加转换效率。同时，由于避免了使用易碎的晶硅，在降低了使用材料的厚度，节省了材料和提高光电转化效率的同时，也降低了生产的难度，易于形成大规模生产。 

由于PN结在背表面呈栅状排列，形成连续的”n”型耗尽层，可以有效增加PN结的有效长度，这一点相对于传统的晶硅或者薄膜电池都是极突出的优点，可以大幅度提高太阳能电池的转化效率。 

另外，背面的铝背场有良好的陷光作用，可以将未被完全吸收的太阳光线折射回电池内部进行再次吸收利用。 

在进行栅状掺杂之前，在薄膜表面进行同质高浓度掺杂，或者在低浓度多晶硅薄膜表面镀一层高浓度多晶硅薄膜，有利于与金属电极形成欧姆接触，并且由于其体电阻较小，有利于提高填充因子。栅状电极穿透N+层，在多晶硅薄膜内部形成加深加长的竖向N/P结和N+/P结，竖向N/P结和N+/P结及形成横向的N+/N高低结可以提高光生载流子的收集率，从而提高电池的短路电流Isc。 

采用激光选择性照射直接将铝电极渗透入薄膜内穿透N+层，形成栅状或梳状肖特基PN结。这种结构的太阳能电池由于主要PN结为肖特基结，仅用一种载流子-电子-做输送电荷，其短路电流会进一步增大，同时节省了制程工艺，使本技术方案变得更为简单。这种电池将更适于用于低电压，大电流的工作场所。 

另外，由于采用了薄膜结构，这种电池也具有可以大面积生产，可以以划线方式在基片上形成大量独立的微型子电池，通过一定结构组成电池集成，当其中一部分电池被阴影遮挡后，不会影响其它部分正常工作的优点。 

附图说明

附图为本实用新型工作原理示意图，下面将结合附图及具体实施例来进一步说明本实用新型，使本实用新型变得更为清楚。 

附图1为肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的典型结构 

附图2为肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的梳状电极结构 

附图3为肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的改进结构 

附图4为肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的栅状结构图 

具体实施方式

本实用新型提供了一种新型的单面电极太阳能电池的结构及其制作方法。其电池结构为：电池最下层设为透光率良好、相对于阻挡层有良好附着力的透明衬底。衬底上设一层具有阻挡和钝化作用的复合薄膜；衬底玻璃或者复合薄膜可以选择形成增透的绒面结构。复合薄膜上方设一层多晶硅薄膜并在薄膜表面丝印栅状或者梳状铝负电极，通过选择性加热使部分铝原子进入多晶硅薄膜内部形成栅状或者梳状肖特基结。 

或者， 

在掺杂前，使多晶硅薄膜分为上下两层，下层为低浓度掺杂多晶硅薄膜，上层为高浓度掺杂多晶硅薄膜层。进行栅状或者梳状掺杂要穿透高浓度多晶硅薄膜层。两层不同浓度的多晶硅薄膜可以由调节镀膜工艺形成，也可以通过在多晶硅薄膜上进行整体掺杂形成。 

然后在基片上没有印刷铝电极的部位印刷上铝或者银铝引出电极，或者采用同时印刷正负电极，利用选择性加热使部分正电极渗入电池内部形成栅状PN结。 

下面将以具体实施例来进一步说明本实用新型，以使本实用新型变得更为清楚： 

实施例一：如附图1、图2所示，选择300×300×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底6。在超白玻璃表面镀上一层约20nm的SiO₂做阻挡和钝化复合薄膜4，采用工艺手段，使薄膜与超白玻璃相接触的界面具有绒面结构5。在复合薄膜上设一层厚度为15μm的N型多晶硅薄膜3。在薄膜内部设N型梳状掺杂2，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.5mm的肖特基PN结，在栅状掺杂位置及未掺杂位置分别设梳状铝负电极11、铝正电极12，作为太阳能电池的引出电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。 

本实施例是单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的典型结构，以透光率良好的超白玻璃做受光面，受光面无遮挡，可以最大程度接受太阳能。梳状掺杂PN结的制备，使有效PN结长度增加，增大光电转换效率。由于采用薄膜结构，使多晶硅层的厚度可控，光线达到PN结的距离变短，光损失变小。同时，相比较采用晶硅片，可以形成大面积产品、其大规模生产也较容易实现高良率。 

实施例二：如附图3、4所示，选择100×100×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底6。然后在超白玻璃表面设一层约20nm的SiO₂做阻挡和钝化复合薄膜4，并在薄膜界面设绒面结构5，在复合薄膜上方设一层厚度为10μm的低掺杂浓度N型多晶硅薄膜3。然后在多晶硅薄膜表面设栅状铝电极72、71，宽度为0.5mm，在负电极72与多晶硅薄膜之间设栅状肖特基结9，深度为0.5μm。在正电极71与多晶硅薄膜之间设0.05μm厚度的N⁺掺杂层8 

本实施例中的太阳能电池结构由于采用激光选择性照射直接将铝电极渗透入薄膜内穿透N+层，形成栅状铝电极，这种铝电极与基片形成N/P和N+/P竖向肖特基结，形成肖特基太阳能电池。这种太阳能电池由于主要PN结为肖特基结，仅用一种载流子-电子-做输送电荷，除具有上述各方案的优点外，其短路电流会进一步增大，这种电池将更适于用于低电压，大电流的工作场所。 

实施例三：选择300×300×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。在超白玻璃表面镀上一层约20nm的Si₃N₄做阻挡和钝化复合薄膜。在复合薄膜上镀一层厚度为15μm的N型多晶硅薄膜。在N型薄膜表面丝印栅状铝负电极，并采用强激光照射的方式在薄膜内部形成N型栅状掺杂，形成掺杂深度为1μm，宽度为0.5mm的肖特基P N结，然后在多晶硅薄膜表面丝印栅状银铝正电极，电极宽度根据PN结宽度确定，确保正负电极不相接触。最后对薄膜电池进行热处理，使正电极与晶硅薄膜表面形成欧姆接触。 

实施例四：选择100×100×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。然后在超白玻璃表面镀一层约20nm的SiO₂+Si₃N₄做阻挡和钝化复合薄膜，并在薄膜界面设绒面结构，在复合薄膜上方镀一层厚度为10μm的低掺杂浓度N型多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面再镀一层掺杂浓度为N ⁺的0.05μm厚度的多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面丝印梳状正负铝电极，采用强激光对负电极位置进行选择性照射，从而使铝原子掺杂入多晶硅薄膜内部形成N状肖特基结，保证结深大于0.05μm。然后采用烧结工艺，便正电极与多晶硅薄膜形成欧姆接触，完成工艺。 

实施例五：选择100×100×3.0mm的超白玻璃一片做为单面电极多晶硅薄膜太阳能电池衬底。然后在超白玻璃表面镀一层约20nm的SiO₂+Si₃N₄做阻挡和钝化复合薄膜，并在薄膜界面设绒面结构，在复合薄膜上方镀一层厚度为10μm的低掺杂浓度N型多晶硅薄膜。然后在多晶硅薄膜表面进行掺杂浓度为N⁺的同型掺杂，掺杂厚度为0.05μm。然后在多晶硅薄膜表面丝印梳状正负铝电极，采用强激光对负电极位置进行选择性照射，从而使铝原子掺杂入多晶硅薄膜内部形成N状肖特基结，保证结深大于0.05μm。然后采用烧结工艺，便正电极与多晶硅薄膜形成欧姆接触，完成工艺。 

本实用新型提供了一种单面电极多晶硅薄膜太阳能电池的结构及制作方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。 

Claims (5)

1.一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，包括透明衬底，设于透明衬底一侧的透明导电极，设于透明导电极上的钝化层，设于钝化层上方的N型多晶硅薄膜层，其特征在于，结构为：

a)所述N型多晶硅薄膜上设置有与所述N型基片构成肖特基结的负电极，所述电极部分参与光电转化结构，部分引出电流。

b)所述晶硅薄膜表面设置与所述负电极形状适配的正电极，所述正电极与所述N型基片形成欧姆接触，做为引出电流的另一极。

2.根据权利要求1所述的一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述多晶硅薄膜为N型多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜上表面与正电极之间设置N+掺杂层；

3.根据权利要求1所述的一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述多晶硅薄膜厚度为1μm-40μm。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，所述PN结掺杂宽度为0.01mm～5mm，深度为0.1μm～1μm。

5.由权利要求1所述的一种肖特基结的单面电极多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于衬底可设一层增加光透率的绒面结构。

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