CN204315611U - 一种双面太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双面太阳能电池，包括背面电极、TCO层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型硅、N型发射极、减反膜和正面电极；所述背面电极、所述TCO层、所述P型非晶硅层、所述第一本征非晶硅层、所述N型非晶硅层、所述第二本征非晶硅层、所述P型硅、所述N型发射极、所述减反膜和所述正面电极从下向上依次层叠设置；所述第二本征非晶硅层的厚度为3-5nm，折射率为1.7-1.9。采用本实用新型，可克服现有双面电池背面的弱光响应较差的技术问题，正背面都能实现载流子分离，能有效地提高电池光电转换效率，且成本低廉。

Description

一种双面太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种双面太阳能电池。

背景技术

晶硅太阳能电池由于制备工艺成熟、成本低、容易产业化，深受各光伏企业的青睐，占据了90%以上的光伏市场。目前市场上的晶硅太阳能电池大部分设置一个受光面，即太阳能电池只能利用正面照射过来的那部分光子，对于电池背面的太阳光都不能利用，这成为提高太阳能电池实际发电量的一个很大的障碍。因此开发双面太阳能电池成为了提高电池实际发电量的一个重要研究课题。

现有技术的双面太阳能电池结构：基底采用N型硅片，当太阳光子照射电池背面时，在N型硅片中产生的载流子穿过厚度约为200微米的硅片，由于N型硅片少子寿命高，载流子复合速率低，部分载流子可以到达正面的p-n结；太阳能电池的正面为主要受光面，其转换效率比背面转换效率高；正背面的综合作用，从而大大提高整个电池的转换效率。这种技术有两个弊端：一是N型硅片价格高；二是由于背面的光线较弱，晶硅电池对于背面的弱光响应较差，有效载流子数量受弱光的限制，整个电池转换效率提升不大。因此，如何开发高效低成本的双面太阳能成为企业和研究者关注的热点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种双面太阳能电池。可克服现有双面电池背面的弱光响应较差的技术问题，正背面都能实现载流子分离，能有效地提高电池光电转换效率，且成本低廉。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双面太阳能电池，包括背面电极、TCO层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型硅、N型发射极、减反膜和正面电极；所述背面电极、所述TCO层、所述P型非晶硅层、所述第一本征非晶硅层、所述N型非晶硅层、所述第二本征非晶硅层、所述P型硅、所述N型发射极、所述减反膜和所述正面电极从下向上依次层叠设置；

所述第二本征非晶硅层的厚度为3-5nm，折射率为1.7-1.9。

作为上述方案的改进，所述N型非晶硅层的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹ cm^-3。

作为上述方案的改进，所述P型非晶硅层的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹cm^-3。

作为上述方案的改进，波长小于1100nm的太阳光照射所述减反膜时，反射率为0.5%-7%。

作为上述方案的改进，所述减反膜为单层氮化硅、多层氮化硅或氮化硅/二氧化硅叠层减反膜。

作为上述方案的改进，所述TCO层厚度为500-1000 nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10^-5Ω·m。

作为上述方案的改进，所述正面电极为Ag电极，所述背面电极为Ag电极或Cu电极。

作为上述方案的改进，所述背面电极占双面太阳能电池背面面积的比例为4%-10%。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型所述双面太阳能电池的正面形成同质p-n结，而背面形成p-i-n非晶硅异质结，相当于两个串联的电源，不论光线从正面或背面照射电池，光线皆可穿透整个电池，正面p-n结和背面的p-i-n结都能实现载流子分离，相对于现有的双面太阳能电池光电转换效率提高至18.5%-24.5%，解决现有双面太阳能电池采用N型硅片作为衬底而造成原料成本高，以及弱光响应差导致光电转换效率提高受限的技术问题。

附图说明

图1是现有的双面太阳能电池的结构示意图；

图2是本实用新型一种双面太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

为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作进一步地详细描述。

图1为现有双面太阳能电池的结构示意图，由背电极1'、钝化膜2'、N型硅3'、P+层4'、减反膜5'和正电极6'从下向上依次叠加，其中采用N型硅片作为基底，通过扩散在N型硅3'上形成P+层4'，从而在N型硅3'和P+层4'之间形成p-n结，由于N型硅片少子寿命高，载流子复合速率低，太阳光子照射电池正背面都能产生载流子，因此可大大提高电池的转换效率。但此种双面太阳能电池两个弊端：一是N型硅片价格高；二是由于背面的光线较弱，晶硅电池对于背面的弱光响应较差，有效载流子数量受弱光的限制，整个电池转换效率提升不大。

为了解决现有技术的问题，结合图2，本实用新型提供一种双面太阳能电池，包括背面电极1、TCO层2、P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4、N型非晶硅层5、第二本征非晶硅层6、P型硅7、N型发射极8、减反膜9和正面电极10；所述背面电极1、所述TCO层2、所述P型非晶硅层3、所述第一本征非晶硅层4、所述N型非晶硅层5、所述第二本征非晶硅层6、所述P型硅7、所述N型发射极8、所述减反膜9和所述正面电极10从下向上依次层叠设置；

所述第二本征非晶硅层6的厚度为3-5nm，折射率为1.7-1.9。

本实用新型采用PECVD、磁控溅射或PVD方法在所述P型硅7背面沉积一层厚度为3-5nm的第二本征非晶硅层6，该第二本征非晶硅层6不仅能使N型非晶硅层5收集到的电子可通过第二本征非晶硅层6迁移至P型硅7，形成电子隧穿导电，而且由于设在P型硅7的背面，第二本征非晶硅层6能减少P型硅7背表面的复合中心，提高有效少子寿命，起到钝化的作用。

而第二本征非晶硅层6需控制厚度在3-5nm范围内，以确保能起到电子隧穿导电的效果，如厚度低于3nm则其钝化效果不佳，影响PN结晶硅结构的少子寿命，如厚度高于5nm则电子隧穿导电效果不佳，使得电子和空穴无法顺利地迁移至正面电极10和背面电极1，影响电池性能。

优选地，所述第二本征非晶硅层6折射率为1.8。

优选地，所述N型非晶硅层5的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹ cm^-3。

更佳地，所述N型非晶硅层5的厚度为50-100nm，P元素的掺杂浓度为2×10¹⁹-6×10¹⁹ cm^-3。

优选地，所述P型非晶硅层3的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹cm^-3。

更佳地，所述P型非晶硅层3的厚度为30-100nm，B元素的掺杂浓度为2×10¹⁹-5×10¹⁹ cm^-3。

优选地，波长小于1100nm的太阳光照射所述减反膜9时，反射率为0.5%-7%。

优选地，所述减反膜9为单层氮化硅、多层氮化硅或氮化硅/二氧化硅叠层减反膜。

优选地，所述TCO层2厚度为500-1000 nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10^-5Ω·m。

需要说明的是，TCO层2（Transparent Conductive Oxide），又称透明导电膜，是在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜的方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜而制的玻璃产品。由于非晶硅几乎没有横向导电性能，因此必须在玻璃表面沉积一层大面积的透明导电膜（TCO）以有效地收集电池的电流，同时TCO层2具有减反射的功能让大部分光进入吸收层。

本实用新型所述双面太阳能电池在P型硅7的背面依次层叠有第二本征非晶硅层6、N型非晶硅层5、第一本征非晶硅层4、P型非晶硅层3和TCO层2，形成p-i-n非晶硅结构。由于非晶硅电池光敏性好，在弱光的环境下光吸收系数高，适合与设置在电池的背面。

优选地，所述正面电极10为Ag电极，所述背面电极1为Ag电极或Cu电极。

优选地，所述背面电极1占双面太阳能电池背面面积的比例为4%-10%。

在所述电池的正面和背面各形成一个p-n结，即正面的P型硅7和N型发射极8形成同质p-n结，背面的P型非晶硅层3、第一本征非晶硅层4和N型非晶硅层5形成p-i-n非晶硅异质结，相当于两个串联的电源，光线正面照射电池时，光线穿透电池，正面p-n结和背面的p-n结都能实现载流子分离，实现转换效率17.5%-18.5%；背面的弱光照射电池的背面时，光线穿透电池，正面p-n结和背面的p-n结都能载流子分离，实现转换效率1%-6%；本实用新型双面太阳能电池置于太阳光下时，正背面都可以利用太阳光，实现转换效率18.5%-24.5%，相对于现有的双面太阳能电池有效且明显地提高光电转换效率，解决现有双面太阳能电池采用N型硅片作为衬底而造成原料成本高，以及弱光响应差导致光电转换效率提高受限的技术问题。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种双面太阳能电池，其特征在于，包括背面电极、TCO层、P型非晶硅层、第一本征非晶硅层、N型非晶硅层、第二本征非晶硅层、P型硅、N型发射极、减反膜和正面电极；所述背面电极、所述TCO层、所述P型非晶硅层、所述第一本征非晶硅层、所述N型非晶硅层、所述第二本征非晶硅层、所述P型硅、所述N型发射极、所述减反膜和所述正面电极从下向上依次层叠设置；

所述第二本征非晶硅层的厚度为3-5nm，折射率为1.7-1.9。

2.如权利要求1所述双面太阳能电池，其特征在于，所述N型非晶硅层的厚度为10-200nm，P元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹ cm^-3。

3.如权利要求1所述双面太阳能电池，其特征在于，所述P型非晶硅层的厚度为10-200nm，B元素的掺杂浓度为0.1×10¹⁹-10×10¹⁹cm^-3。

4.如权利要求1所述双面太阳能电池，其特征在于，波长小于1100nm的太阳光照射所述减反膜时，反射率为0.5%-7%。

5.如权利要求4所述双面太阳能电池，其特征在于，所述减反膜为单层氮化硅、多层氮化硅或氮化硅/二氧化硅叠层减反膜。

6.如权利要求1所述双面太阳能电池，其特征在于，所述TCO层厚度为500-1000 nm，波长小于1100nm的太阳光的透光率大于90%，电阻率小于10^-5Ω·m。

7.如权利要求1所述双面太阳能电池，其特征在于，所述正面电极为Ag电极，所述背面电极为Ag电极或Cu电极。

8.如权利要求7所述双面太阳能电池，其特征在于，所述背面电极占双面太阳能电池背面面积的比例为4%-10%。