CN208315557U - 一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构 - Google Patents
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Abstract
一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，以n型晶体硅片作为基底，其发射极面分为发射极‑导电区域和钝化‑进光区域：前者由基底向外依次由本征非晶硅钝化层、重掺杂p型非晶硅层、金属栅线I构成，后者由基底向外依次由TiO2I、钝化减反射层I构成；背电场面分为钝化‑进光区域和背电场‑导电区域：前者由基底向外依次为重掺杂晶体硅层或TiO2II、钝化减反射层II；后者由基底向外依次为本征非晶硅钝化层II、重掺杂n型非晶硅、金属栅线Ⅱ。本实用新型在保持晶体硅太阳电池双面进光的特性前提下，同时获得高开路电压和高短路电流的特性，最大程度的提高晶体硅太阳电池的发电能力。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳电池和半导体器件领域。涉及太阳电池的制备技术。
背景技术
对于地面用太阳电池，双面进光的结构实际发电量高于同等标称功率的单面进光太阳电池的认识已经被行业普遍接受。目前主流的双面进光太阳电池均是以n型晶体硅片为基底的。一种是基于pn同质结结构的n-PERT结构，特点是短路电流大，开路电压低；另一类是以基于pn异质结结构的，以HIT结构为代表，特点是短路电流小，开路电压高。如何提高前者的开路电压和提高后者的短路电流一直是业内的难点，也是努力的方向。如能结合二者的特点，发明一种新的结构，同时获得高短路电流、高开路电压的优点，有望进一步提高双面晶体硅太阳电池的性能。南昌大学以前的一项发明是在此方向上的一个进步（中国发明专利，No. 201510776929.8），其结构称为HAC-D结构，意思是该结构结合了HAC（heterojunction of amorphous silicon and crystalline silicon）异质结和扩散制备的同质结( Diffused homojunction of crystalline silicon)）。相比于HIT结构可获得更高的短路电流，并可保证HIT结构高开路电压的特点，但该结构仍有进步空间。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，结合pn同质结高短路电流和pn异质结高开路电压的优点，合理配置器件构成，以进一步提高晶体硅双面太阳电池的发电效率，减少贵重原材料的消耗。
本实用新型是通过以下技术方案实现的。
本实用新型所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，以n型晶体硅片（6）作为基底，其发射极面分为发射极-导电区域和钝化-进光区域：发射极-导电区域由基底向外依次由本征非晶硅钝化层（3）、重掺杂p型非晶硅层（2）、金属栅线I（1）构成，钝化-进光区域由基底向外依次由TiO2I（5）、钝化减反射层I（4）构成。这两个区域交叉分布且不重叠。
为提高金属栅线I（1）与重掺杂p型非晶硅层（2）之间的接触导电性，优选在二者之间设有一过渡TCO层。
本实用新型所述的钝化减反射层I（4）优选氮化硅层。
本实用新型所述的发射极与TiO2I（5）之间设有一绝缘层。
进一步地，为提高器件的性能，所述的TiO2I（5）的厚度优选1-300nm。
本实用新型所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构的背电场面结构分为钝化-进光区域和背电场-导电区域：钝化-进光区域由基底向外依次为重掺杂晶体硅层或TiO2II（7）、钝化减反射层II（8）；背电场-导电区域由基底向外依次为本征非晶硅钝化层II（9）、重掺杂n型非晶硅（10）、金属栅线Ⅱ（11）。这两个局域交叉分布且不重叠。
其中，所述的重掺杂晶体硅层或TiO2II（7）优选重掺杂p型导电晶体硅层；所述的钝化减反射层II（8）优选氧化铝+氮化硅复合薄膜层。
进一步地，为提高器件的性能，本实用新型所述的n型晶体硅片（6）可以双面制绒，以进一步提高太阳电池短路电流。
进一步地，n型晶体硅片（6）的双面的制绒情况可以不同，一面采用较小尺寸金字塔结构的绒面，另外一面采用较大尺寸的金字塔绒面或者无金字塔的抛光结构；
进一步地，有金属栅线（金属栅线I、金属栅线II）区域可以抛光或做更大尺寸金字塔的绒面，以减少复合损耗，提高太阳电池的开路电压。
进一步地，器件表面金属栅线（金属栅线I、金属栅线II）总覆盖面积比例优选为1~3%，以提高太阳电池的短路电流并保证足够好的导电性。
实用新型的技术效果是：在保持晶体硅太阳电池双面进光的特性前提下，同时获得高开路电压和高短路电流的特性，最大程度的提高晶体硅太阳电池的发电能力。其机理是通过金属栅线覆盖面积下的非晶硅发射极及配套结构获得高的开路电压，在没有金属栅线的地方采用TiO2钝化层结合表面减反射钝化层的结构。该结构相比于常规非晶硅/晶体硅异质结太阳电池可减少遮光损失，将更多入射的太阳光有效转变为光生载流子，且可减少光生载流子在硅片表面区域的横向传输复合损耗。在发射极面，产生的光生空穴在TiO2钝化层与Si所形成的价带势垒的作用下进入体硅内部，然后集中流向发射极区域，形成了类似聚光太阳电池的大电流效应，可进一步提高太阳电池的内建电势，从而进一步提高太阳电池的电压；而产生的电子因为发射极面的重掺杂n型区域没有电极，只能流向硅片另外一面的金属电极被收集起来。另外，本实用新型相比于HIT结构和HAC-D结构可以完全避免贵重的透明导电氧化物的使用，同时可也减少了载流子在TCO上传输所造成的串联电阻损耗。
附图说明
附图1为本实用新型结构示意图。其中：1为金属栅线I；2为重掺杂p型非晶硅层；3为本征非晶硅钝化层I；4为钝化减反射层I；5为TiO2I；6为n型晶体硅片；7为重掺杂p型晶体硅层；8为钝化减反射层II；9为本征非晶硅钝化层II；10为重掺杂n型非晶硅；11为金属栅线Ⅱ。
具体实施方式
本实用新型将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
如附图1所示的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构。n型晶体硅片6的表面在有钝化减反射层I 4和钝化减反射层II 8的区域均采用平均尺寸为3微米的金字塔绒面结构，在有本征非晶硅钝化层I 3和本征非晶硅钝化层II9的区域均采用化学抛光表面结构（无制绒）。重掺杂n型晶体硅场钝化层I 5厚度为300nm；重掺杂晶体硅层或TiO2II 7采用重掺杂p型掺杂晶体硅，厚度为5nm；钝化减反射层II 8为氧化铝+氮化硅复合薄膜。金属栅线I 1和金属栅线Ⅱ 11从硅片表面开始依此为镍/铜/银的复合金属电极，占据硅片表面积的3%。
该结构的两个表面的进光特性均十分优异，均可作为主进光面。如作为单面进光太阳电池使用，则可在背光面镀一层金属作为反光层，增加作为单面进光太阳太阳电池的短路电流。
实施例2。
如附图1所示的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构。n型晶体硅片6的表面在有钝化减反射层I 4和钝化减反射层II 8的区域均采用平均尺寸为1.0微米的金字塔绒面结构，在有本征非晶硅钝化层I 3和本征非晶硅钝化层II 9的区域均采用化学抛光表面结构（无制绒）。重掺杂n型晶体硅场钝化层I 5厚度为10nm；重掺杂晶体硅层或TiO2II 7采用重掺杂p型掺杂晶体硅，厚度为20nm；钝化减反射层II8为氧化铝+氮化硅复合薄膜。金属栅线I 1和金属栅线Ⅱ11均为银的复合金属电极，占据硅片表面积的3%。
该结构的两个表面的进光特性均十分优异，均可作为主进光面。如作为单面进光太阳电池使用，则可在背光面镀一层金属作为反光层，增加作为单面进光太阳太阳电池的短路电流。
实施例3。
如附图1所示的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构。n型晶体硅片6的两个表面全面积均为平均尺寸为1.5微米的金字塔绒面结构。重掺杂n型晶体硅场钝化层I 5厚度为10nm；重掺杂晶体硅层或TiO2II 7采用TiO2，厚度为2nm；钝化减反射层II 8为氧化铝+氮化硅复合薄膜。金属栅线I 1和金属栅线Ⅱ11均为银的复合金属电极，占据硅片表面积的3%。重掺杂p型非晶硅层2与金属栅线I 1之间有一层10nm厚的ITO薄膜；重掺杂n型非晶硅层10与金属栅线II 11之间有一层10nm厚的ITO薄膜。
该结构的两个表面的进光特性均十分优异，均可作为主进光面。如作为单面进光太阳电池使用，则可在背光面镀一层金属作为反光层，增加作为单面进光太阳太阳电池的短路电流。
Claims (7)
1.一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是以n型晶体硅片（6）作为基底，其发射极面分为发射极-导电区域和钝化-进光区域：发射极-导电区域由基底向外依次由本征非晶硅钝化层（3）、重掺杂p型非晶硅层（2）、金属栅线I（1）构成，钝化-进光区域由基底向外依次由TiO2I（5）、钝化减反射层I（4）构成，这两个区域交叉分布且不重叠；
其背电场面结构分为钝化-进光区域和背电场-导电区域：钝化-进光区域由基底向外依次为重掺杂晶体硅层或TiO2II（7）、钝化减反射层II（8）；背电场-导电区域由基底向外依次为本征非晶硅钝化层II（9）、重掺杂n型非晶硅（10）、金属栅线Ⅱ（11），这两个区域交叉分布且不重叠。
2.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是在金属栅线I（1）与重掺杂p型非晶硅层（2）之间设有一过渡TCO层。
3.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是所述的钝化减反射层I（4）为氮化硅层。
4.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是所述的发射极与TiO2I（5）之间设有一绝缘层。
5.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是所述的TiO2I（5）的厚度为1-300nm。
6.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是所述的重掺杂晶体硅层或TiO2II（7）为重掺杂p型导电晶体硅层；所述的钝化减反射层II（8）为氧化铝+氮化硅复合薄膜层。
7.根据权利要求1所述的一种钝化进光层的晶体硅双面太阳电池结构，其特征是器件表面金属栅线总覆盖面积比例为1~3%。
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