CN208637427U - 一种光电转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种光电转换装置，该光电转换装置包括P型半导体衬底，以及位于P型半导体衬底上依次设置的介质膜层、高掺杂半导体层和位于高掺杂半导体层上的第一金属电极，其中，介质膜层的禁带宽度比P型半导体衬底的禁带宽度至少大2.5eV，且介质膜层与P型半导体衬底的导带失配大于0.1eV。本实用新型实施例提供的一种光电转换装置，通过将P型半导体衬底经介质膜层进行钝化，降低其开路电压损失，再通过在介质膜层上设置高掺杂半导体层，减少载流子的传输路径，以减少电阻损失，从而获得高效的光电转换装置。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及光电转换技术领域，尤其涉及一种光电转换装置。
背景技术
光伏技术是利用PN结将太阳能转换为电能的技术，通常采用该技术制作光伏电池。而制作光伏电池的材料为半导体材料，其具有一定的禁带宽度，能够在有太阳光照时，使得能量超过该半导体禁带宽度的光子在内部产生电子空穴对，此时PN结将电子和空穴分离，并控制光生载流子的流动方向，以向外接电路输出功率。
当前，工业化生产的p型晶硅电池通常采用全铝背场结构，即正面PN结，背面印刷铝浆，烧结后形成铝背场。这种结构的电池产业化的光电转换效率普遍比晶硅单结电池的极限值低，影响其转换效率损失的主要原因是复合造成的开路电压(Voc)损失，光学损失造成的短路电流(Isc)损失，以及电阻损失造成的填充因子(FF)损失，其中，电池内部复合造成的开路电压(Voc)损失为主要的损失，而铝背场硅铝金属接触和正面银硅接触为复合Voc损失的关键因素。现有技术中，局部钝化的PERC电池结构通常采用氧化铝和氮化硅的钝化介质膜组合(AlOx/SiNx)代替铝背场，将部分区域氧化铝+氮化硅钝化介质膜去除，用铝背场和硅铝金属接触来实现载流子的收集，以改善背部复合损失。
但是，氧化铝和氮化硅介质膜组合的导电能力弱，使得背面电流传导能力降低，而采用局部去除氧化铝和氮化硅介质膜组合，转换为铝背场和硅铝金属接触来实现载流子的收集时，会使得载流子的传输路径大大增加，这将造成更多的电阻损失。
对于N型晶硅电池，同样会存在上述问题。为了解决上述问题，一种现有技术是在待钝化的硅片两个表面上形成10～30纳米的非晶硅薄膜，然后在非晶硅薄膜上分别形成n型和p型掺杂层，再两面覆盖透明导电氧化物薄膜(TCO)，最外层分别设置金属电极；另一种现有技术是在待钝化的硅片两个表面上形成2～10纳米的二氧化硅薄膜，然后在二氧化硅上分别形成n型和p型掺杂层，再两面覆盖透明导电氧化物薄膜(TCO)，最外层分别设置金属电极。上述两种现有技术可以保证n型硅片中的多数载流子电子能够穿透非晶硅薄膜或二氧化硅薄膜，形成很好的欧姆接触，同时很好地反射带正电荷的空穴，从而避免电子和空穴在N型硅与非晶硅薄膜或二氧化硅薄膜的表面处复合。但如果用在p型硅片上时，一方面需要穿透多数载流子因为非晶硅薄膜或二氧化硅薄膜的反射效果反而被反射，不能有效的欧姆接触；另一方面，需要被反射的电子大量地穿透非晶硅薄膜或二氧化硅薄膜，从而在N型硅与非晶硅薄膜或二氧化硅薄膜的表面处产生大量的复合，影响表面钝化效果。这两方面对于形成高光电转换效率起到了适得其反的效果，因而不能直接用于P型硅基底的太阳电池。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种光电转换装置，能够实现P型半导体衬底制备的光电转换装置，对载流子复合造成的开路电压损失和传输路径增加引起的电阻损失的同时减少。
本实用新型实施例提供了一种光电转换装置，包括：
P型半导体衬底；
位于所述P型半导体衬底上的介质膜层，和所述介质膜层上形成的高掺杂半导体层，其中，所述介质膜层的禁带宽度与所述P型半导体衬底的禁带宽度的差值大于2.5eV，且所述介质膜层与所述P型半导体衬底的导带失配大于0.1eV；
以及在所述高掺杂半导体层上的第一金属电极。
可选的，所述P型半导体衬底包括半导体单质或半导体化合物；
所述介质膜层为单层或多层，包括金属化合物或非金属化合物。
可选的，所述介质膜层的厚度为0.1纳米～30纳米。
可选的，所述P型半导体衬底包括单质硅、铜铟镓硒半导体、钙钛矿类化合物的任意一种；
所述介质膜层包括氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化铪、氧化钼、氧化钨、五氧化二钒、氧化镁、氧化镍、碳化硅的至少一种。
可选的，所述高掺杂半导体层的禁带宽度大于或等于所述P型半导体衬底的禁带宽度；
所述高掺杂半导体层的掺杂浓度较所述P型半导体衬底的掺杂浓度至少100倍。
可选的，所述高掺杂半导体层的掺杂类型为P型。
可选的，所述装置还包括：
位于所述P型半导体衬底上远离所述介质膜层一侧的N型发射区，以及位于所述N型发射区上的第一减反射膜和穿过所述第一减反射膜与所述N型发射区接触的第二金属电极。
可选的，所述高掺杂半导体层的掺杂类型为N型。
可选的，所述装置还包括：
位于所述高掺杂半导体层上的第二减反射膜，所述第一金属电极穿过所述第二减反射膜与所述高掺杂半导体层接触；
位于所述P型半导体衬底远离所述介质膜层一侧的第三金属电极和基板。
本实用新型提供的一种光电转换装置，该光电转换装置包括P型半导体衬底，以及位于P型半导体衬底上依次设置的介质膜层、高掺杂半导体层和位于高掺杂半导体层上的第一金属电极，其中，介质膜层的禁带宽度比P型半导体衬底的禁带宽度至少大2.5eV，且介质膜层与P型半导体衬底的导带失配大于0.1eV，从而能够解决现有技术中由于载流子复合造成的开路电压损失，相对于去除部分介质膜层的装置，能够减少由于载流子传输路径增加而造成的电阻损失。本实用新型提供的一种光电转换装置，通过将P型半导体衬底经介质膜层进行全表面钝化，降低其开路电压损失，再通过在介质膜层上设置高掺杂半导体层，减少载流子的传输路径，以减少电阻损失，从而获得高效的光电转换装置。
附图说明
图1是本实用新型实施例一提供的一种光电转换装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例二提供的一种光电转换装置的结构示意图；
图3是本实用新型实施例三提供的一种光电转换装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实用新型实施例提供的一种光电转换装置适用于将太阳能转换为电能的情况。图1是本实用新型实施例一提供的一种光电转换装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的光电转化装置100具体包括：P型半导体衬底110、位于P型半导体衬底110上的介质膜层120和介质膜层120上形成的高掺杂半导体层130、以及位于高掺杂半导体层130上的第一金属电极140。其中，介质膜层120的禁带宽度与P型半导体衬底110的禁带宽度的差值大于2.5eV，且介质膜层120与P型半导体衬底110的导带失配大于0.1eV。
具体的，光电转换过程是光子将能量传递给电子使其定向运动从而形成电流，最常见的是固体装置，例如太阳能电池。太阳能电池中所采用的半导体材料具有一定的禁带宽度，当其受到光照时，使得能量超过半导体材料禁带宽度的光子在其内部产生电子空穴对，并将该电子空穴对分离，从而形成电流，并通过外接电流连接输出功率。现有P型半导体衬底的太阳能电池采用全铝背场，这将使得电池内部的载流子复合，造成开路电压损失，且当采用局部钝化的方式解决这一问题时，会使得载流子的传输路径增加，进而产生电阻损失，严重影响其转换效率。
本实用新型实施例提供的光电转换装置100，在P型半导体衬底110上设置介质膜层120，并在介质膜层120上设置高掺杂半导体层130，最终使高掺杂半导体层130与第一金属电极140之间形成欧姆接触。其中，通过选用相应的材料，使得介质膜层120与P型半导体衬底110的禁带宽度之间的差值大于2.5eV，从而能够有效地钝化P型半导体衬底110的表面，减少与P型半导体衬底110中载流子的复合，进而避免开路电压的损失，提高光电转换效率。此外，由于高掺杂半导体层130的存在，且介质膜层120与P型半导体衬底110之间的导带失配大于0.1eV，使得P型半导体衬底110与介质膜层120相邻的一侧导带发生弯曲，由此能够保证多数载流子能穿透介质膜层120并传导到金属电极140，同时选择性地反射少数载流子，且减少复合损失和由于传输路径增加而产生的电阻损失，进一步提高光电转换装置的转换效率。
可选的，所述第一金属电极140整面附着在高掺杂半导体层130上，进一步降低由于传输路径增加而产生的电阻损失，提高光电转换装置的转换效率。
可选的，所述第一金属电极140仅附着在高掺杂半导体层130上，不形成欧姆接触。相对于形成欧姆接触的结构，使第一金属电极140仅附着在高掺杂半导体层130上，会造成更大的接触电阻引起的电阻损失，电池的光电转换效率相对较低。
可选的，P型半导体衬底110可以是半导体单质或半导体化合物，半导体单质例如可以是硅等，半导体化合物例如可以是铜铟镓硒半导体、钙钛矿类化合物等。而介质膜层120可以为单层或多层，且可以为金属化合物或非金属化合物，例如可以是金属化合物氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化铪、氧化钼、氧化钨、五氧化二钒、氧化镁、氧化镍，或非金属化合物碳化硅，或多层化合物氧化铝和氧化钨双层膜、氧化钼和二氧化钛双层膜等。上述材料的限定只是示例性的举例，实际应用中不限于此。
可选的，高掺杂半导体层130的禁带宽度大于或等于P型半导体衬底110的禁带宽度，能够进一步避免载流子复合引起的开路电压损失。此外，将高掺杂半导体层130的掺杂浓度比P型半导体衬底110的掺杂浓度至少高100倍，能够进一步保证P型半导体衬底110与介质膜层120的失配至少为0.1eV。同时，将介质膜层120的厚度设置为0.1～30纳米，优选为0.1纳米～5纳米，可以使得P型半导体衬底110的多数载流子能穿透介质膜层120并传导到第一金属电极140，从而实现选择性地反射少数载流子，而使多数载流子自由传输。
本实用新型实施例通过在P型半导体衬底上依次设置介质膜层和高掺杂半导体层，并使介质膜层的禁带宽度与P型半导体衬底的禁带宽度的差值大于2.5eV，以及介质膜层与P型半导体衬底的导带失配大于0.1eV，从而将P型半导体衬底经整面介质膜层进行钝化，降低载流子的复合，减少开路电压损失，此外，降低载流子的传输路径，以减少电阻损失，从而获得高效的光电转换装置。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，提供了优选的在上述实施例的技术上将高掺杂半导体层的掺杂类型设置为P型。图2是本实用新型实施例二提供的一种光电转换装置的结构示意图。如图2所示，该光电转换装置200包括P型半导体衬底210、介质膜层220、高掺杂半导体层230、以及第一金属电极240。其中，介质膜层220的禁带宽度与P型半导体衬底210的禁带宽度的差值大于2.5eV，且介质膜层220与P型半导体衬底210的导带失配大于0.1eV，同时，高掺杂半导体层240的掺杂类型为P型。
可选的，如图2所示，光电转换装置200还包括位于P型半导体衬底210上远离介质膜层220一侧的N型发射区250，以及位于N型发射区250上的第一减反射膜260和穿过第一减反射膜260与N型发射区250接触的第二金属电极270。
具体的，由于光电转换装置200的衬底为P型，当在P型半导体衬底210的背面设置介质膜层220和P型掺杂类型的高掺杂半导体层230，以对P型半导体衬底210的背面进行钝化时，则需要在P型半导体衬底210的正面形成与其掺杂类型相反的发射区，即N型发射区250以实现光电转换装置的内建电场的建立，并在N型发射区250上依次形成第一减反射膜260和第二金属电极270，以保证光子的吸收和电流的导通。
本实用新型实施例通过将高掺杂半导体层的掺杂类型设置为P型，再通过设置相应的N型发射区，实现光电转换装置内建电场的建立，进一步在减少复合引起的开路电压损失，以及传输路径引起的电阻损失的前提下，使P型半导体衬底制备的光电转换装置实现了光电转换。
实施例三
本实施例在上述实施例的基础上进行了优化，提供了优选的将高掺杂半导体层的掺杂类型优选为N型。图3是本实用新型实施例三提供的一种光电转换装置的结构示意图。如图3所示，本实用新型实施例提供的光电转换装置300包括P型半导体衬底310、介质膜层320、高掺杂半导体层330、第二减反射膜370以及第一金属电极340。其中，介质膜层320的禁带宽度与P型半导体衬底310的禁带宽度的差值大于2.5eV，且介质膜层320与P型半导体衬底310的导带失配大于0.1eV，同时，高掺杂半导体层330的掺杂类型为N型。
在本实施例中，所述P型半导体衬底310包括P型铜铟镓硒薄膜或P型钙钛矿薄膜。
可选的，如图3所示，光电转换装置300中还包括位于高掺杂半导体层330上的第二减反射膜370，此时，第一金属电极340穿过第二减反射膜370与高掺杂半导体层330接触；以及，位于P型半导体衬底310远离介质膜层320一侧的第三金属电极350和基板360。从而能够保证P型衬底的光电转换装置300光子的吸收和内建电场建立的同时，实现电流的传输。
此外，表一是本实用新型实施例提供的光电转换装置与对比例的光电转换装置转换效率对应表。从表一中可以看出，本实用新型实施例提供的光电转换装置的转换效率都较对比例提供的背表面介质膜钝化的太阳能电池的转换效率高。且采用硅基P型半导体衬底的转换效率比化合物，例如钙钛矿类、铜铟镓硒等的转换效率高。另外，相同掺杂类型的高掺杂半导体层的掺杂浓度对转换效率也有一定的影响，随着高掺杂半导体掺杂浓度的增加，转换效率有小幅上升。
表一
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种光电转换装置，其特征在于，包括：
P型半导体衬底；
位于所述P型半导体衬底上的介质膜层，和所述介质膜层上形成的高掺杂半导体层，其中，所述介质膜层的禁带宽度与所述P型半导体衬底的禁带宽度的差值大于2.5eV，且所述介质膜层与所述P型半导体衬底的导带失配大于0.1eV；
以及在所述高掺杂半导体层上的第一金属电极。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述P型半导体衬底包括半导体单质或半导体化合物；
所述介质膜层为单层或多层，包括金属化合物或非金属化合物。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述介质膜层的厚度为0.1纳米～30纳米。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述P型半导体衬底包括单质硅、铜铟镓硒半导体、钙钛矿类化合物的任意一种。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高掺杂半导体层的禁带宽度大于或等于所述P型半导体衬底的禁带宽度；
所述高掺杂半导体层的掺杂浓度比所述P型半导体衬底的掺杂浓度至少高100倍。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高掺杂半导体层的掺杂类型为P型。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
位于所述P型半导体衬底上远离所述介质膜层一侧的N型发射区，以及位于所述N型发射区上的第一减反射膜和穿过所述第一减反射膜与所述N型发射区接触的第二金属电极。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高掺杂半导体层的掺杂类型为N型。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
位于所述高掺杂半导体层上的第二减反射膜，所述第一金属电极穿过所述第二减反射膜与所述高掺杂半导体层接触；
位于所述P型半导体衬底远离所述介质膜层一侧的第三金属电极和基板。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108630763A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-10-09 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种光电转换装置及其制备方法 |
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2018
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| CN108630763A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-10-09 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种光电转换装置及其制备方法 |
| CN108630763B (zh) * | 2018-06-12 | 2024-02-13 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 一种光电转换装置及其制备方法 |
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