CN203760493U - 一种n型晶体硅电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种N型晶体硅电池，由于在N型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在N型晶体硅层的背光侧可以形成P+N型发射极以分离光生载流子，并且隧穿钝化层可以避免背电极与N型晶体硅层直接欧姆接触，因此可以保证N型晶体硅层的表面钝化，从而降低N型晶体硅电池在P+N结区的载流子复合；并且由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，因此还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；同时由于在N型晶体硅层的入光侧设置有N+型晶体硅层，N+型晶体硅层与N型晶体硅层可以形成NN+结，从而可以进一步减少载流子的复合，促进多数载流子的分离与收集，最终可以提高电池的开路电压和转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤指一种N型晶体硅电池。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极将电能输出。具体地，当光照射时，合适波长的辐射导致太阳能电池中的半导体产生空穴-电致对，而P+N结上存在的电势差使空穴和电子以相反的方向迁移并穿过该结，从而产生了电流的流动，这种流动可将电能传递给外电路。
目前，市场上大多数的晶体硅电池均为P型晶体硅电池，由于P型晶体硅电池一般采用硼掺杂的晶体硅片作衬底，在光照的情况下，会产生硼-氧（B-O）络合体，从而导致光生载流子的复合率增加和电池效率下降，即所谓的光致衰退现象。另外，由于P型晶体硅中的金属杂质和缺陷对其少数载流子电子的捕获截面较大，因此会限制P型晶体硅中的少数载流子寿命，最终导致产业化的P型晶体硅电池的效率很难继续大幅度提升。
随着太阳能光伏市场的发展，人们对高效的晶体硅电池的需求越来越急迫。N型晶体硅电池相对P型晶体硅电池而言，由于N型晶体硅对金属杂质不敏感，或者说具有很好的忍耐性能，因此N型晶体硅中少数载流子具有较大的扩散长度。此外，由于N型晶体硅采用磷掺杂，因此不存在因光照而导致的B-O络合体的形成，因而不存在P型晶体硅电池中的光致衰退现象。因此，N型晶体硅电池逐渐成为众多研究机构和光伏企业关注的对象。
目前，在所有N型晶体硅电池中，背面钝化的N型（n-type passivated emitterand rear totally diffused，n-PERT）晶体硅电池，因结构和制备工艺与现有的P型晶体硅电池最接近，而被大多数企业所关注和研究。一般n-PERT晶体硅电池如图1所示，以N型晶体硅层01为衬底，在N型晶体硅层01的入光侧和背光侧分别掺杂硼原子和磷原子形成P+型晶体硅层02和N+型晶体硅层05，以形成P+N发射极和NN+背电场，在P+型晶体硅层02上设置有抗反射钝化层03和位于抗反射钝化层03之上且通过贯穿抗反射钝化层03的过孔与P+型晶体硅层02欧姆接触的栅线电极04，在N+型晶体硅层05上设置钝化介质层06，以及位于钝化介质层06之上且通过贯穿钝化介质层06的过孔与N+型晶体硅层05欧姆接触的背电极07。
上述结构的n-PERT晶体硅电池，由于在栅线电极04在与P+型晶体硅层02直接接触的区域，栅线电极04中的金属离子很容易渗透到P+型晶体硅层02中，从而破坏栅线电极下面的P＋N结，从而造成P＋N结区的复合率增加，最终导致电池开路电压和转换效率难以提高。因此，上述结构的n-PERT晶体硅电池与现有的P型晶体硅电池相比，从转换效率或制造成本来说并无明显优势。
实用新型内容
本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅电池，用以解决N型晶体硅电池中由于栅线电极与P+型晶体硅层接触所导致的P＋N结区复合率增大的问题，从而提高N型晶体硅电池的开路电压和转换效率。
本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅电池，包括N型晶体硅层，还包括：N+型晶体硅层、抗反射钝化层、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层、P+型晶体硅层、栅线电极和背电极；其中，
所述N+型晶体硅层位于所述N型晶体硅层的入光侧，所述抗反射钝化层位于所述N+型晶体硅层之上；
所述栅线电极位于所述抗反射钝化层之上且通过贯穿所述抗反射钝化层的过孔与所述N+型晶体硅层欧姆接触；
所述隧穿钝化层位于所述N型晶体硅层的背光侧，所述P+型晶体硅层位于所述隧穿钝化层之上，所述背电极位于所述P+型晶体硅层之上。
本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池，由于在N型晶体硅层的入光侧设置有N+型晶体硅层，而N+型晶体硅层与N型晶体硅层可以形成NN+结，从而可以减少光生载流子的复合，促进多数载流子的分离与收集；同时，由于在N型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在N型晶体硅层的背光侧形成P+N型发射极，而隧穿钝化层可以避免背电极与N型晶体硅层直接欧姆接触，因此该隧穿钝化层可以保证N型晶体硅层背光侧的表面钝化效果，从而进一步降低N型晶体硅电池在P+N结区的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，因此还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；最终可以提高N型晶体硅电池的开路电压和转换效率。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述隧穿钝化层的材料为氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述隧穿钝化层的厚度为1nm～3nm。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述P+型晶体硅层的材料为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述P+型晶体硅层的厚度为10nm～10μm。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述背电极的材料为金属和/或透明导电氧化物。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述金属为铝、金、银、镍、铜镍合金、铝镍合金和钛钯银合金中之一或组合。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述透明导电氧化物为氧化铟锡、氧化铝锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌中之一或组合。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述N+型晶体硅层的厚度为0.15μm～1.5μm。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述抗反射钝化层的材料为非晶态氮化硅、非晶态氧化硅、非晶态碳化硅、非晶态碳氮化硅、非晶态氮氧化硅和非晶态氧化铝中之一或组合。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述抗反射钝化层的厚度为60nm～120nm。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，所述栅线电极的材料具体为银、镍银合金、镍铜合金、镍铜锡合金或镍铜银合金。
附图说明
图1为现有的n-PERT晶体硅电池的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的N型晶体硅电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型实施例提供的N型晶体硅电池的具体实施方式进行详细地说明。
其中，附图中各膜层厚度和形状不反映N型晶体硅电池的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。
本实用新型实施例提供的一种P型晶体硅电池，如图2所示，包括N型晶体硅层100，还包括：N+型晶体硅层200、抗反射钝化层300、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层500、P+型晶体硅层600、栅线电极400和背电极700；其中，
N+型晶体硅层200位于N型晶体硅层100的入光侧，抗反射钝化层300位于N+型晶体硅层200之上；
栅线电极400位于抗反射钝化层300之上且通过贯穿抗反射钝化层400的过孔与N+型晶体硅层200欧姆接触；
隧穿钝化层500位于N型晶体硅层100的背光侧，P+型晶体硅层600位于隧穿钝化层500之上，背电极700位于P+型晶体硅层600之上。
本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池，由于在N型晶体硅层的入光侧设置有N+型晶体硅层，而N+型晶体硅层与N型晶体硅层可以形成NN+结，从而可以减少光生载流子的复合，促进多数载流子的分离与收集；同时，由于在N型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在N型晶体硅层的背光侧形成P+N型发射极，而隧穿钝化层可以避免背电极与N型晶体硅层直接欧姆接触，因此该隧穿钝化层可以保证N型晶体硅层背光侧的表面钝化效果，从而进一步降低N型晶体硅电池在P+N结区的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，因此还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；最终可以提高N型晶体硅电池的开路电压和转换效率。
需要说明的是，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，抗反射钝化层是指能抗反射的、表面钝化的介质膜层；隧穿钝化层是指具有隧穿效应的、表面钝化的纳米介质膜层。
进一步需要说明的是，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，抗反射钝化层位于N+型晶体硅层之上是指抗反射钝化层位于N+型晶体硅层背离N型晶体硅层一侧的表面上；栅线电极位于抗反射钝化层之上是指栅线电极位于抗反射钝化层背离N型晶体硅层一侧的表面上。相应地，P+型晶体硅层位于隧穿钝化层之上是指P+型晶体硅层位于隧穿钝化层背离N型晶体硅层一侧的表面上，背电极位于P+型晶体硅层之上是指背电极位于P+型晶体硅层背离N型晶体硅层一侧的表面上。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N型晶体硅层主要用于吸收太阳能中的光子，以产生光生载流子。具体地，N型晶体硅层的材料可以是N型单晶硅或者N型类单晶硅，在此不做限定。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N型晶体硅层的电阻率可以控制在0.5Ωcm～10Ωcm之间，在此不做限定。较佳地，N型晶体硅层的电阻率控制在1Ωcm～3Ωcm之间效果较佳。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N型晶体硅层的厚度可以控制在50μm～500μm之间，在此不做限定。较佳地，N型晶体硅层的厚度控制在180μm～200μm之间效果较佳。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，隧穿钝化层的材料可以为氧化硅，这样在制备时可以通过对N型晶体硅层的背光一侧进行热氧化或湿化学氧化就可形成；当然隧穿钝化层也可以是其它能够实现本实用新型方案的材料，例如、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛等，在此不做限定。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，隧穿钝化层的厚度可以控制在1nm～3nm之间，在此不做限定。较佳地，隧穿钝化层的厚度控制在1nm～1.5nm之间效果较佳。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，如图2所示，P+型多晶硅膜层600与隧穿钝化层500及N型晶体硅层100形成P+N型发射极，用于用来分离光生载流子；同时，该P+型晶体硅层又能与背电极形成良好的欧姆接触。
较佳地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，P+型晶体硅层的材料可以为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅，当然，在具体实施时，P+型晶体硅层也可以为能够实现本实用新型方案的掺杂其它材料的多晶硅或掺杂其它材料的微晶硅，在此不做限定。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，P+型晶体硅层的厚度可以控制在10nm～10μm之间，在此不做限定。较佳地，P+型晶体硅层的厚度控制在20nm左右效果为佳。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，背电极的材料可以为金属和/或透明导电氧化物，主要用来收集光生载流子中的空穴，同时形成背面反射层，增加N型晶体硅电池长波光响应。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，背电极的材料可以仅为金属。金属具体可以为铝、金、银、镍、铜镍合金、铝镍合金和钛钯银合金中之一或组合。背电极的厚度控制在100nm～100um之间效果为佳。
或者，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，背电极的材料也可以仅为透明导电氧化物。透明导电氧化物具体可以为氧化铟锡、氧化铝锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌中之一或组合。背电极的厚度控制在50nm～5um之间效果为佳。
或者，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，背电极的材料可以为金属和透明导电氧化物的组合。具体地，背电极的材料可以为氧化铟锡和银的组合，此时，氧化铟锡的厚度控制在50nm～120nm之间，银的厚度控制在150n～200nm之间效果为佳。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N+型晶体硅层可以通过在该N型晶体硅层的入光侧进行掺杂形成，形成的N+型晶体硅层与N型晶体硅层形成同质NN+结，既能作为N型晶体硅电池的前表面场，减少光生载流子的复合，促进多数载流子（电子）的分离与收集；同时，该N+型晶体硅层又能与栅线电极形成良好的欧姆接触。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N+型晶体硅层的厚度可以控制在0.15μm～1.5μm之间，在此不做限定。较佳地，N+型晶体硅层的厚度控制在0.2μm左右效果较佳。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，N+型晶体硅层的方块电阻可以控制在20Ω/□～200Ω/□之间，在此不做限定。较佳地，N+型晶体硅层的方块电阻控制在80Ω/□左右效果较佳。
具体地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，抗反射钝化层主要用来减少入射光在P型晶体硅层表面的反射，同时对N+型晶体硅层形成良好的表面钝化。在具体实施时，抗反射钝化层的材料可以为非晶态氮化硅（a-SiNx）、非晶态氧化硅（a-SiOx）、非晶态碳化硅（a-SiCx）、非晶态碳氮化硅（a-SiCxNy）、非晶态氮氧化硅（a-SiNxOy）和非晶态氧化铝（a-AlOx）中之一或组合。抗反射钝化层的厚度可以控制在60nm～120nm之间，在此不做限定；较佳地，厚度控制在70nm～90nm之间为佳。
较佳地，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，抗反射钝化层采用非晶态氮化硅，厚度控制在70nm～90nm之间，折射率为1.9～2.2之间效果为佳。
进一步地，在本实用新型实施例提供的上述N型晶体硅电池中，栅线电极主要用来收集光生载流子中的电子。栅线电极可以通过丝网印刷或高温烧结市场上可获得的银浆形成。
具体地，栅线电极可以为银（Ag）、镍银合金（Ni/Ag）、镍铜合金（Ni/Cu）、镍铜锡合金（Ni/Cu/Sn）或镍铜银合金（Ni/Cu/Ag）等，在此不做限定。
本实用新型实施例提供的一种N型晶体硅电池，由于在N型晶体硅层的入光侧设置有N+型晶体硅层，而N+型晶体硅层与N型晶体硅层可以形成NN+结，从而可以减少光生载流子的复合，促进多数载流子的分离与收集；同时，由于在N型晶体硅层的背光侧依次设置有隧穿钝化层、P+型晶体硅层和背电极，从而在N型晶体硅层的背光侧形成P+N型发射极，而隧穿钝化层可以避免背电极与N型晶体硅层直接欧姆接触，因此该隧穿钝化层可以保证N型晶体硅层背光侧的表面钝化效果，从而进一步降低N型晶体硅电池在P+N结区的载流子复合速率；并且，由于隧穿钝化层具有量子隧穿效应，因此还可以起到较好的隧穿效果以保证载流子的有效传输；最终可以提高N型晶体硅电池的开路电压和转换效率。另外，在上述N型晶体硅电池中，由于在N型晶体硅层的入光侧采用的是依次设置的N+型晶体硅层、抗反射钝化层和贯穿抗反射钝化层的栅线电极的结构，因此该结构的制备工艺完全可以借鉴现有的P型晶体硅电池的成熟技术。
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型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 (12)
1.一种N型晶体硅电池，包括N型晶体硅层，其特征在于，还包括：N+型晶体硅层、抗反射钝化层、具有量子隧穿效应的隧穿钝化层、P+型晶体硅层、栅线电极和背电极；其中，
所述N+型晶体硅层位于所述N型晶体硅层的入光侧，所述抗反射钝化层位于所述N+型晶体硅层之上；
所述栅线电极位于所述抗反射钝化层之上且通过贯穿所述抗反射钝化层的过孔与所述N+型晶体硅层欧姆接触；
所述隧穿钝化层位于所述N型晶体硅层的背光侧，所述P+型晶体硅层位于所述隧穿钝化层之上，所述背电极位于所述P+型晶体硅层之上。
2.如权利要求1所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述隧穿钝化层的材料为氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛。
3.如权利要求2所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述隧穿钝化层的厚度为1nm～3nm。
4.如权利要求1所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述P+型晶体硅层的材料为硼掺杂的多晶硅或硼掺杂的微晶硅。
5.如权利要求4所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述P+型晶体硅层的厚度为10nm～10μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述背电极为金属和/或透明导电氧化物。
7.如权利要求6所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述金属为铝、金、银、镍、铜镍合金、铝镍合金、和钛钯银合金中之一或组合。
8.如权利要求6所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述透明导电氧化物为氧化铟锡、氧化铝锌、氟掺杂锡氧化物、掺杂氧化铟和掺杂氧化锌中之一或组合。
9.如权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述N+ 型晶体硅层的厚度为0.15μm～1.5μm。
10.如权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述抗反射钝化层的材料为非晶态氮化硅、非晶态氧化硅、非晶态碳化硅、非晶态碳氮化硅、非晶态氮氧化硅和非晶态氧化铝中之一或组合。
11.如权利要求10所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述抗反射钝化层的厚度为60nm～120nm。
12.如权利要求1-5任一项所述的N型晶体硅电池，其特征在于，所述栅线电极的材料具体为银、镍银合金、镍铜合金、镍铜锡合金或镍铜银合金。
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