CN203839392U - 一种太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的太阳能电池，属于太阳能电池领域；包括具有下表面和上表面的N型结晶硅片；下表面划分为交替间隔排列的若干P型区域和若干N型区域，仅在P型区域设置本征非晶硅层，N型区域直接设置N型掺杂非晶硅层；不但可以降低P型区域的表面复合速率，还可以在N型区域形成由N型掺杂非晶硅层指向N型结晶硅片的电场，使得少数载流子(空穴)不易到达N型掺杂非晶硅层而被复合，有效降低了串联电阻，从而减少了电量的损耗，最终提高了所述太阳能电池的转换效率。所述的太阳能电池的上表面(受光面)未设置任何光线遮挡部件，可有效提高入射光的吸收率，从而提高输出功率；而且，所述太阳能电池的产品结构决定其无需采用高温加工工艺，成品率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池领域，具体涉及一种背接触异质结太阳能电池。
背景技术
目前，能源危机和环境污染已成为亟待解决的全球问题，开发绿色、安全能源成为解决危机的主要途径。其中，太阳能电池因其洁净、安全、可再生成为世界各国竞相发展的目标。
传统的晶体硅太阳能电池效率低，不足以满足市场的需求。为此，技术人员开发出了能有效提高电池效率的背接触太阳能电池和异质结太阳能电池。
背接触太阳能电池是将电池的金属电极以及发射区全部设计在电池的背表面，有效避免了发射区俄歇复合对电池效率的影响。同时，电池的电极全部设置在背表面，大大简化了电池间的互联，简化了组件的制备过程。美国SUNPOWER公司生产的IBC(英文全称为Interdigitated Back-contact，译为背电极接触)电池采用背接触技术，其转换效率已经达到23％以上。但是由于这些器件必须利用高温工艺制备，如热扩散掺杂等，当结晶硅片厚度小于200μm时，会导致成品率严重下降。
晶体硅/非晶硅异质结太阳能电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜支撑的混合型太阳能电池，按单位面积计算的发电量保持着世界领先水平。异质结太阳能电池以非晶硅薄膜为发射极，晶体硅为吸收层，因此兼具晶体硅电池的稳定性和薄膜硅电池的低成本的优势。日本三洋(sanyo)公司生产的以N型晶体硅为衬底的HIT(英文全称为Hetero-junction with IntrinsicThin-layer，译为薄膜异质结)电池，其工艺温度低，实验室转换效率已达22％以上，产业化电池片转化率也能达到19％。但是，由于其表面有栅线遮挡，且采用了透明导电氧化物(transparent conductive oxide简称TCO)作为电池的电极，这就造成太阳能电池填充因子(FF)的下降。填充因子代表了电池片表面电量的有效收集率，在电池片转换电量的总量不变的情况下，FF越高，最大输出功率就越高。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的是现有技术中太阳能电池或者成品率低，或者输出功率低的问题，提供一种兼具高成品率和高输出功率的背接触异质结太阳能电池。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型所述的一种太阳能电池，包括具有下表面和上表面的N型结晶硅片；下表面划分为交替间隔排列的若干P型区域和若干N型区域；沿远离N型结晶硅片的方向，P型区域设置有依次堆叠的本征非晶硅层、P型掺杂非晶硅层和第一电极层，N型区域设置有依次堆叠的N型掺杂非晶硅层和第二电极层；相邻P型区域和N型区域由绝缘隔离层隔开。
所述P型区域和所述N型区域的面积比为1:2～10；相邻所述P型区域和所述N型区域间的绝缘隔离层宽度为20～100μm。
沿远离N型结晶硅片的方向，所述上表面依次堆叠设置有钝化层和抗反射层。
所述本征非晶硅层的厚度为5～20nm。
沿平行于所述下表面的宽度方向，相邻所述P型区域、所述N型区域以及设置在相邻所述P型区域、所述N型区域间的所述绝缘隔离层的宽度和为500～2000μm。
所述N型掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm，所述P型掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm。
所述N型结晶硅片的厚度为120～200μm。
所述钝化层的厚度为5～20nm。
所述抗反射层的厚度为60～90nm。
所述P型掺杂非晶硅层和所述第一电极层之间还设置有透明导电层。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本实用新型所述的太阳能电池，包括具有下表面和上表面的N型结晶硅片；下表面划分为交替间隔排列的若干P型区域和若干N型区域，仅在P型区域设置本征非晶硅层，N型区域直接设置N型掺杂非晶硅层；不但可以降低P型区域的电子-空穴复合速率，从而提高开路电压(Voc)和填充因子(FF)，还可以在N型区域形成由N型掺杂非晶硅层指向N型结晶硅片的电场，使得少数载流子(空穴)不易到达N型掺杂非晶硅层而被复合，有效降低了串联电阻，从而减少了电量的损耗，最终提高了所述太阳能电池的转换效率。
2、本实用新型所述的太阳能电池的上表面(受光面)未设置任何光线遮挡部件，可有效提高入射光的吸收率，从而提高输出功率；而且，所述太阳能电池的产品结构决定其无需采用高温加工工艺，成品率高。
3、本实用新型所述的太阳能电池，所述N型结晶硅片厚度较薄，为120～200μm，可以减少硅料用量的30～40％，大大降低了生产成本。
4、本实用新型所述的太阳能电池，所述本征非晶硅层仅设置在P型区域，减少了本征非晶硅的用量，能有效降低了生产成本。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1是本实用新型所述太阳能电池的剖视图；
图2-7为图1中所述太阳能电池在制备过程中的器件剖视图。
图中附图标记表示为：A-上表面、B-下表面、1-N型结晶硅片、21-本征非晶硅层、22-P型掺杂非晶硅层、23-透明导电层、24-第一电极层、31-N型掺杂非晶硅层、32-第二电极层、4-绝缘隔离层、5-钝化层、6-抗反射层。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本实用新型的构思充分传达给本领域技术人员，本实用新型将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。
实施例
本实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，包括具有下表面B和上表面A的N型结晶硅片1，所述N型结晶硅片1的规格为125mm×125mm；下表面B划分为交替间隔排列的若干P型区域和若干N型区域；沿远离N型结晶硅片1的方向，P型区域设置有依次堆叠的本征非晶硅层21、P型掺杂非晶硅层22和第一电极层24，N型区域设置有依次堆叠的N型掺杂非晶硅层31和第二电极层32；相邻P型区域和N型区域由绝缘隔离层4隔开。仅在P型区域设置本征非晶硅层21，N型区域直接设置N型掺杂非晶硅层31；不但可以降低P型区域的电子-空穴复合速率，从而提高开路电压(Voc)和填充因子(FF)，还可以在N型区域形成由N型掺杂非晶硅层31指向N型结晶硅片1的电场，使得少数载流子即空穴不易到达N型掺杂非晶硅层31而被复合，有效降低了串联电阻，从而减少了电量的损耗，最终提高了所述太阳能电池的转换效率。另外，所述本征非晶硅层21仅设置在P型区域，减少了本征非晶硅的用量，降低了生产成本。
所述第一电极24和所述第二电极32独立的选自Al、Ti、Cu、W、Ag中的一种或多种的合金形成的单层或多层堆叠结构，本实施中，所述第一电极24和所述第二电极32均为Ag层，厚度为20μm。作为本实用新型的其他实施例，所述第一电极24的厚度还可以为1-20μm，所述第二电极32的厚度还可以为1-20μm，均可以实现本实用新型的目的，属于本实用新型的保护范围。
本实施例中所述绝缘隔离层4选自但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环氧树脂或聚酰亚胺等材料，本实施例优选为聚酰亚胺层；厚度为0.5-3μm，本实施例优选为1.2μm。
本实施例中，所述N型结晶硅片1的厚度为120μm，少子寿命大于1ms；所述本征非晶硅层21的厚度为10nm，所述N型掺杂非晶硅层31的厚度为10nm，所述P型掺杂非晶硅层22的厚度为10nm。作为本实用新型的其他实施例，所述N型结晶硅片1的厚度为120～200μm，所述本征非晶硅层21的厚度为5～20nm，所述N型掺杂非晶硅层31的厚度为5～20nm，所述P型掺杂非晶硅层22的厚度为5～20nm均可以实现本实用新型的目的，属于本实用新型的保护范围。
所述P型区域和所述N型区域的面积比为1:2～10，相邻所述P型区域和所述N型区域间的绝缘隔离层宽度为20～100μm；本实施例中所述P型区域和所述N型区域的面积比优选为1:6，相邻所述P型区域和所述N型区域间的绝缘隔离层宽度优选为30μm。作为本实用新型的其他实施例，沿平行于所述下表面的宽度方向，相邻所述P型区域、所述N型区域以及设置在相邻所述P型区域、所述N型区域间的所述绝缘隔离层4的宽度和为500～2000μm均可以实现本实用新型的目的，属于本实用新型的保护范围。
沿远离N型结晶硅片1的方向，所述上表面A依次堆叠设置有钝化层5和抗反射层6，所述钝化层5的厚度为5～20nm，所述抗反射层6的厚度为60～90nm。本实施例中，所述钝化层5选自但不限于二氧化硅层、三氧化二铝层、微晶硅层、非晶硅层，本实施例优选为非晶硅层，厚度为15nm；所述抗反射层6选自但不限于氟化镁层、二氧化钛层、二氧化硅层、三氧化二铝层或氮化硅层，优选为氮化硅层，厚度为70nm。
本实施例中，所述P型掺杂非晶硅层22和所述第一电极层24之间还设置有透明导电层23，所述透明导电层优选为铟锡氧化物(ITO)层、掺硼氧化锌(BZO)层、掺铝氧化锌(AZO)层，优选AZO层，厚度为50-200nm，优选为80nm。
所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：
S1、如图2所示，使用清洗制绒设备对所述N型结晶硅片1进行清洗和制绒，以及对所述下表面B进行抛光处理，绒面金字塔的大小优选为2～5μm，以增加光线的入射量。
S2、如图3所示，使用等离子气相化学沉积(PECVD)设备在所述N型结晶硅片1的所述上表面A沉积一层本征非晶硅层作为所述钝化层5，再沉积一层氮化硅层作为抗反射层6。
S3、如图4所示，通过定制化图形盖板和等离子气相化学沉积(PECVD)工艺，在所述N型结晶硅片1的所述下表面B的P型区域沉积一层本征非晶硅层21，工艺气体为硼烷、硅烷、氢气，工艺温度200～300℃，射频功率1500～3500w。作为本实用新型的其他实施例，现有技术中其他低温图案化工艺(例如，光刻掩膜)也可实现本步骤，同样也属于本实用新型的保护范围。
S4、如图5所示，使用PECVD设备和定制化图形盖板在所述N型结晶硅片1的所述下表面B的所述P型区域和所述N型区域分别沉积硼掺杂和磷掺杂的非晶硅层，分别形成P型掺杂非晶硅层22和N型掺杂非晶硅层31；工艺气体为硼烷、磷烷、硅烷、氢气，工艺温度200～300℃，射频功率1500～3500W。
S5、如图6所示，使用物理气相沉积(PVD)设备和定制化图形盖板在所述N型结晶硅片1的所述下表面B的所述P型区域沉积AZO层，形成透明导电层23；靶材为AZO，直流电源，功率为30KW。
S6、如图7所示，使用丝网印刷设备及定制化的图形网版在所述N型结晶硅片1的所述下表面B印刷一层设置在相邻所述P型区域和所述N型区域之间间隔区域内的绝缘隔离层4。
S7、如图1所示，使用丝网印刷设备及定制化的图形网版分别在透明导电层23和N型掺杂非晶硅层31上印刷一层导电银浆料形成所述第一电极层24和所述第二电极层32，在200℃条件下固化15～30分钟，制得所述太阳能电池。
作为本实用新型的其他实施例，所述太阳能电池的制备方法中各步骤的顺序不限于此，在制得所述太阳能电池结构不变的情况下，可以进行调换。
使用spire公司的3500SLP测试仪对本实施例所述的太阳能电池在标准测量条件下进行测试，测得：开路电压VOC＝0.68V，短路电流ISC＝5.8A,填充因子FF＝0.73，电池效率＝22.95％。
所述太阳能电池不但具有较高的开路电压、填充因子以及输出功率，而且工艺简单，无需高温工艺，成品率高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于：包括具有下表面和上表面的N型结晶硅片；下表面划分为交替间隔排列的若干P型区域和若干N型区域；沿远离N型结晶硅片的方向，P型区域设置有依次堆叠的本征非晶硅层、P型掺杂非晶硅层和第一电极层，N型区域设置有依次堆叠的N型掺杂非晶硅层和第二电极层；相邻P型区域和N型区域由绝缘隔离层隔开。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述P型区域和所述N型区域的面积比为1:2～10；相邻所述P型区域和所述N型区域间的绝缘隔离层宽度为20～100μm。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于：沿远离N型结晶硅片的方向，所述上表面依次堆叠设置有钝化层和抗反射层。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于：所述本征非晶硅层的厚度为5～20nm。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于：沿平行于所述下表面的宽度方向，相邻所述P型区域、所述N型区域以及设置在相邻所述P型区域、所述N型区域间的所述绝缘隔离层的宽度和为500～2000μm。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能电池，其特征在于：所述N型掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm，所述P型掺杂非晶硅层的厚度为5～20nm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于：所述N型结晶硅片的厚度为120～200μm。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于：所述钝化层的厚度为5～20nm。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于：所述抗反射层的厚度为60～90nm。
10.根据权利要求7-9任一所述的太阳能电池，其特征在于：所述P型掺杂非晶硅层和所述第一电极层之间还设置有透明导电层。
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| CN106981523A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-07-25 | 南昌大学 | 一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构 |
-
2014
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| CN106981523A (zh) * | 2017-04-05 | 2017-07-25 | 南昌大学 | 一种应用于背面接触太阳电池的双层TiOx结构 |
| CN106981537B (zh) * | 2017-04-05 | 2019-05-24 | 南昌大学 | 一种应用于晶体硅太阳电池的Si/TiOx结构 |
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