CN208889671U - 一种太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能电池，包括硅基体，所述硅基体中设有选择性掺杂区域，所述选择性掺杂区域包括掺杂区域和非掺杂区域，所述选择性掺杂区域的表面上设有钝化介质层，所述钝化介质层上设有多晶硅薄膜，在所述多晶硅薄膜上且在与所述掺杂区域对应的位置处设有金属接触电极。该电池通过对金属接触下方的硅基体进行选择性的局部掺杂，能够有效地减小金属接触区域对超薄钝化介质层的损伤的难题，能更能够发挥好其电学性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池。
背景技术
晶体硅太阳能电池要想获得高效率，其晶体硅基体表面必须具有良好的钝化将少数载流子的表面复合速率控制到最小，从而获得较高的开压、电流和填充因子。硅表面钝化的常用手段主要是利用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等单层或多层介质膜结构通过将硅基体表面的悬挂键浓度降低来抑制表面复合速率。但是为了将电流引出，金属电极必须穿过钝化介质膜与硅基表面接触，此时钝化膜不可以避免地被部分破坏，造成少数载流子在金属接触区域的复合，将电池的开路电压拉低。因此，在不影响电池的电流输出的条件下将金属接触面积降至最小是提高晶体硅太阳能电池转换效率的根本手段之一。
近几年来，钝化接触在晶体硅太阳电池领域逐渐得以实施应用，其基本方法是将钝化与电接触分开，采用在硅基体的背面生长一层超薄的氧化层，并在氧化层上制备一层掺杂的多晶硅薄膜作为金属电接触的缓冲层，利用隧道效应电子穿过超薄氧化层进入重掺杂多晶硅薄膜，然后被金属电极收集到外电路，但是，大规模工业生产都用丝网印刷银浆料或银铝浆料，再通过高温烧结的方法来实现金属电接触。在高温烧结过程中，金属浆料会穿透多晶硅薄膜对介于硅基体与多晶硅薄膜之间的氧化层具有一定的破坏作用，对其钝化效果导致一定的影响，造成开路电压降低。
专利文献CN205564789U、CN205564790U、CN205564764U等中公开的技术方案均是在未掺杂的硅基体上制备钝化接触结构，在印刷烧结金属电极后，实测的开路电压(电极开路电压，Terminal Voc)比虚拟开路电压(结电压，Implied Voc)低5mV～10mV，而且太阳能电池的转化效率也受到影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳能电池，该电池通过对金属接触电极下方的硅基体进行选择性的局部掺杂，能够有效地减小金属接触电极区域对钝化介质层(通常为超薄钝化介质层)的损伤，从而能够改善其电学性能。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种太阳能电池，包括硅基体，所述硅基体中设有选择性掺杂区域，所述选择性掺杂区域包括掺杂区域和非掺杂区域，所述选择性掺杂区域的表面上设有钝化介质层，所述钝化介质层上设有多晶硅薄膜，在所述多晶硅薄膜上且在与所述掺杂区域对应的位置处设有金属接触电极。
本实用新型通过将用于导出电流的金属接触电极与所述硅基体局部掺杂区域的形状完全对应，同时保证未掺杂区域上不会有金属与硅基体接触的可能。因此，即使高温烧结有可能导致金属对超薄钝化介质层损伤，也不会对电池的开路电压、填充因子及转换效率造成太大的影响。
优选地，所述多晶硅薄膜为掺杂多晶硅薄膜，所述掺杂区域和掺杂多晶硅薄膜中的掺杂元素相同，所述掺杂元素为硼或磷。
优选地，所述掺杂区域中掺杂元素的掺杂浓度为1.0E18atoms/cm3～1.0E20atoms/cm3，掺杂深度为0.1～2μm。
作为本实用新型的一种优选的实施方式，所述掺杂区域和非掺杂区域相互交替分布在所述硅基体中。
优选地，所述钝化介质层为二氧化硅SiO2、二氧化钛TiO2和氮氧化硅SiOxN1-x中一种单层膜或几种的叠层膜。
优选地，所述钝化介质层的厚度为0.5nm～2.5nm。
优选地，所述多晶硅薄膜(Poly-Si)的厚度为5nm～500nm。
此处，掺杂的多晶硅薄膜才能够导电做金属接触。
进一步地，所述多晶硅薄膜上还设有钝化层，所述金属接触电极位于所述钝化层上且与所述掺杂区域相对应位置处。
优选地，所述钝化层为氮化硅薄膜。
在其沉积过程中，钝化层可以进一步钝化多晶硅薄膜和硅基体表面，提高整个钝化接触的性能。
采用上述方式形成的钝化接触可以位于所述太阳能电池的正面，也可以位于所述太阳能电池的背面。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)本实用新型对硅基体采用局部掺杂结构，而且掺杂浓度可以较低，且掺杂元素和多晶硅薄膜的掺杂元素可以相同，该硅基体局部掺杂钝化接触电池可以采用只对与金属电极接触下方的硅基体进行选择性局部掺杂，能够有效阻止Ag等作为电极的金属元素的入侵，有效地降低了金属接触对超薄钝化介质层的损伤以及对整体钝化结构的损伤，提升了电池的虚拟填充因子PFF，也降低了金属复合速率，同时也一定程度上降低了硅基体的整体电阻，因此可以提高开路电压、填充因子及转换效率；
(2)本实用新型中的钝化接触结构能够提供优越的场钝化及表面钝化，而且载流子可以被选择性地隧穿过氧化层等而到达金属电极，因而具有较高的开路电压、填充因子和转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是实施例1中太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例2-6中太阳能电池的结构示意图；
图3是实施例2、4-5中太阳能电池的制备方法的流程图；
图4是实施例2和实施例4中带有掩膜的离子注入示意图；
图5是实施例2和实施例4中超薄钝化介质层下方的基体掺杂分布示意图；
图6是实施例2基体不同区域的磷掺杂ECV曲线；
图7是实施例3中的太阳能电池的制备方法的流程图；
图中的附图标记分别表示：
1、硅基体；
2、选择性掺杂区域；
21、掺杂区域；
22、非掺杂区域；
3、钝化介质层；
4、多晶硅薄膜；
5、金属接触电极；
6、钝化层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供的太阳能电池，包括硅基体1，硅基体1中设有选择性掺杂区域2，选择性掺杂区域2包括掺杂区域21和非掺杂区域22，选择性掺杂区域2的表面上设有钝化介质层3，钝化介质层3上设有多晶硅薄膜4，在多晶硅薄膜4上且在与掺杂区域21对应的位置处设有金属接触电极5。
多晶硅薄膜4为掺杂多晶硅薄膜，掺杂区域21和掺杂多晶硅薄膜中的掺杂元素相同，掺杂元素为磷。
掺杂区域21中掺杂元素的掺杂浓度为1.0E18atoms/cm3～1.0E20atoms/cm3，掺杂深度为0.1～2μm。
掺杂区域21和非掺杂区域22相互交替分布在所述硅基体1中。
钝化介质层3为二氧化硅，其厚度为1.5nm。
多晶硅薄膜4的厚度为100nm。
钝化接触位于太阳能电池的背面。
该太阳能电池的制备方法，该方法是基于低压化学沉积(LPCVD)制备一层超薄钝化介质层(SiO2)，硅基体的区域选择性掺杂和其上面的多晶硅薄膜层掺杂进行离子注入磷(P)。
该太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
A、对硅片进行清洗后，利用离子注入机本身自带的掩膜板(mask)一次性进行注入，磷(P)掺杂剂量为1E15atoms/cm2；
B、低压化学沉积(LPCVD)钝化介质层：采用低压化学沉积(LPCVD)设备中原位生长1.5nm的钝化介质层3(SiO2)；
C、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)生长钝化介质层3之后，在同一设备中，在温度为620℃生长一层100nm多晶硅薄膜4；
D、多晶硅掺杂：采用离子注入机进行磷(P)注入，掺杂剂量为4E15atoms/cm2；
E、退火：利用850℃温度对掺杂磷(P)进行激活，形成掺杂多晶硅薄膜，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
F、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在掺杂多晶硅薄膜表面生长的氧化除去；
G、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体的掺杂区域上方的掺杂多晶硅薄膜上，即在掺杂多晶硅薄膜表面上对应掺杂区域位置处设置金属接触电极。
实施例2
如图2所示，本实施例提供的太阳能电池，包括硅基体1，硅基体1中设有选择性掺杂区域2，选择性掺杂区域2包括掺杂区域21和非掺杂区域22，选择性掺杂区域2的表面上设有钝化介质层3，钝化介质层3上设有多晶硅薄膜4，在多晶硅薄膜4上还设有钝化层6，在钝化层6上且在与掺杂区域21对应的位置处设有金属接触电极5。
多晶硅薄膜4为掺杂多晶硅薄膜，掺杂区域21和掺杂多晶硅薄膜中的掺杂元素相同，掺杂元素为磷。
掺杂区域21中掺杂元素的掺杂浓度为1.0E18atoms/cm3～1.0E20atoms/cm3，掺杂深度为0.1～2μm。
掺杂区域21和非掺杂区域22相互交替且平行分布在硅基体1中。
钝化介质层3为二氧化硅，其厚度为1.5nm。
多晶硅薄膜4的厚度为100nm。
钝化接触位于太阳能电池的背面。
该太阳能电池的制备方法，该方法是基于低压化学沉积(LPCVD)制备一层超薄钝化介质层(SiO2)，硅基体的区域选择性掺杂和其上面的多晶硅薄膜层掺杂进行离子注入磷(P)。
如图3所示，该太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
A、对硅片进行清洗后，如图4所示，利用离子注入机本身自带的掩膜板(mask)一次性进行注入，磷(P)掺杂剂量为1E15atoms/cm2，整个注入的形状分布图如图5所示；
B、低压化学沉积(LPCVD)钝化介质层：采用低压化学沉积(LPCVD)设备中原位生长1.5nm的钝化介质层(SiO2)；
C、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)生长钝化介质层之后，在同一设备中，在温度为620℃生长一层100nm多晶硅薄膜；
D、多晶硅掺杂：采用离子注入机进行磷(P)注入，掺杂剂量为4E15atoms/cm2；
E、退火：利用850℃温度对掺杂磷(P)进行激活，形成掺杂多晶硅薄膜，高低浓区域的磷掺杂ECV曲线如图6所示，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
F、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在掺杂多晶硅薄膜表面生长的氧化除去；
G、制备钝化层：通过板式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在掺杂多晶硅薄膜上再生长一层80nm钝化层(氮化硅层)；
H、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体的掺杂区域上方的钝化层(氮化硅层)上，即金属接触电极位于钝化层上且与掺杂区域相对应位置处。
对比例1
对比例1的太阳能电池的结构与实施例1的太阳能电池的结构相比，其区别仅在于，在对比例1的太阳能电池的结构中不包含掺杂区域21。
对比例的制备方法与实施例1的制备方法的区别仅在于，不包含步骤A。
对实施例1和对比例1的太阳能电池性能参数进行测定，结果如下表1所示。其中需要说明的是，表1中的对比例1和实施例的数据为相对性的，即以对比例1为基础数据，对比例1的数据统一被设定为0。
表1对比例和实施例1的各项性能参数对比
| 电池结构 | 开路电压Voc(mV) | 填充因子FF(％) | 转换效率Eff.(％) |
| 对比例1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
| 实施例1 | 0.900 | 0.21 | 0.10 |
从表1可以看出，采用实施例1中的太阳能电池与对比例1的太阳能电池相比，其开路电压、填充因子、转换效率均得以提升。其原因是因为掺杂区域21的引入，改变了太阳能电池基体的电场分布形态，有利于掺杂区域21提前对电场产生集中效应，从而使得其与金属接触电极5形成更为良好的匹配。
实施例3
本实施例的太阳能电池的结构参考实施例2。
该太阳能电池的制备方法，该方法是基于化学氧化制备一层超薄氧化层(SiO2)，其下方的硅基体的掺杂是通过磷注入后退火实现的，整个工艺步骤需要分别对硅基体和多晶硅薄膜掺杂进行分别退火。
如图7所示，该太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：
A、选取硅基体1，清洗后，利用离子注入机本身自带的掩膜板(mask)一次性进行注入，磷(P)掺杂剂量为1E15atoms/cm2；
B、退火：利用900℃温度对掺杂磷(P)进行炉管退火激活，形成掺杂区域21和非掺杂区域22；
C、低温炉管生长钝化介质层：除去上述的退火过程生长的氧化层后，采用化学品硝酸氧化生长一层1.0nm的二氧化硅；
D、制备多晶硅薄膜：在630℃等离子增强化学气相沉积法(PECVD)设备中沉积一层70nm多晶硅薄膜；
E、多晶硅掺杂：采用离子注入机进行磷(P)注入，掺杂剂量为3E15atoms/cm2；
F、退火：利用875℃温度对掺杂磷(P)进行激活，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
G、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在多晶硅表面生长的氧化除去；
H、制备钝化层：通过管式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在多晶硅薄膜上再生长一层70nm钝化层(氮化硅层)；
I、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体的掺杂区域上方的钝化层(氮化硅层)上，即金属接触电极位于钝化层上且与掺杂区域相对应位置处。
实施例4
本实施例中太阳能电池的结构参考实施例2。
与实施例1不同的是：
掺杂区域21和掺杂多晶硅薄膜中的掺杂元素相同，掺杂元素为硼。
钝化介质层3为超薄氮氧化硅，其厚度为1.8nm。
多晶硅薄膜4的厚度为120nm。
硅基体的硼注入剂量为5E14atoms/cm2，多晶硅薄膜的硼掺杂剂量为3E15atoms/cm2。
该太阳能电池的制备方法，该方法是基于低压化学沉积(LPCVD)制备一层超薄氮氧化硅(SiOxN1-x)，硅基体的区域选择性掺杂和其上面的多晶硅薄膜层掺杂进行离子注入硼(B)。
如图3所示，该基体局部掺杂的钝化接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A、对硅片进行清洗后，如图4所示，利用离子注入机本身自带的掩膜板(mask)一次性进行注入，硼(B)掺杂剂量为5E14atoms/cm2，整个注入的形状分布图如图5所示；
B、低压化学沉积(LPCVD)氧化层：采用低压化学沉积(LPCVD)设备中原位生长1.8nm的超薄氮氧化硅(SiOxN1-x)；
C、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)生长钝化介质层之后，在同一设备中，在温度为610℃生长一层120nm多晶硅薄膜；
D、多晶硅掺杂：采用离子注入机进行硼(B)注入，掺杂剂量为3E15atoms/cm2；
E、退火：利用1050℃温度对掺杂硼(B)进行激活，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
F、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在多晶硅表面生长的氧化除去；
G、制备钝化层：通过管式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在多晶硅薄膜上再生长一层80nm钝化层(氮化硅层)；
H、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体的掺杂区域上方的钝化层(氮化硅层)上，即金属接触电极位于钝化层上且与掺杂区域相对应位置处。
实施例5
本实施例中的太阳能电池的结构参考实施例2。
与实施例1不同的是：
局部掺杂区域21和掺杂多晶硅薄膜4中的掺杂元素相同，掺杂元素为硼。
钝化介质层3为超薄二氧化硅(SiO2)和氧化钛(TiO2)的叠层膜，其厚度为1.0nm。
多晶硅薄膜4的厚度为120nm。
硅基体1的硼注入剂量为8E14atoms/cm2。
该太阳能电池的制备方法，该方法是基于原子沉积(ALD)制备一层超薄二氧化硅(SiO2)和二氧化钛(TiO2)的叠层膜，硅基体的区域选择性掺杂和其上面的多晶硅薄膜层掺杂进行离子注入硼(B)。
如图3所示，该基体局部掺杂钝化接触太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A、对硅片进行清洗后，利用离子注入机本身自带的掩膜板(mask)一次性进行注入，硼(B)掺杂剂量为8E14atoms/cm2；
B、原子沉积(ALD)钝化介质层：采用原子沉积(ALD)设备中原位生长一层1.0nm的二氧化硅(SiO2)和氧化钛(TiO2)叠层的钝化介质层；
C、制备多晶硅薄膜：在低压化学沉积(LPCVD)生长钝化介质层之后，在同一设备中，在温度为610℃生长一层120nm多晶硅薄膜；
D、硼掺杂：首先对整个面的多晶硅薄膜注入4E15atoms/cm2的杂质硼(B)；
E、退火：利用1000℃温度对掺杂硼(B)进行激活，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
F、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在多晶硅表面生长的氧化除去；
G、制备钝化层：通过管式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在多晶硅薄膜上再生长一层40nm钝化层(氮化硅层)；
H、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体的掺杂区域上方的钝化层(氮化硅层)上，即金属接触电极位于钝化层上且与掺杂区域相对应位置处。
实施例6
本实施例中的太阳能电池的结构参考实施例2。
该太阳能电池的的制备方法，该方法是基于炉管氧化制备一层超薄氧化层(SiO2)，硅基体的局部掺杂主要通过激光局部掺杂实现的。
该太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
A、对硅片进行清洗后，在硅基体表面利用低压气相沉积(APCVD)设备生长一层磷硅玻璃(PSG)；
B、激光：利用激光扫描对硅基体进行选择性的磷(P)掺杂；
C、低温炉管生长钝化介质层：除去上述的硅基体表面的氧化层后，采用化学品硝酸氧化生长一层1.0nm的二氧化硅；
D、制备多晶硅薄膜：在630℃等离子增强化学气相沉积法(PECVD)设备中沉积一层70nm多晶硅薄膜；
E、多晶硅掺杂：采用离子注入机进行磷(P)注入，掺杂剂量为3E15atoms/cm2；
F、退火：利用875℃温度对掺杂磷(P)进行激活，同时此高温也实现了对LPCVD生长的多晶硅薄膜进行了晶化热处理，进一步提升该薄膜的性能；
G、氧化层去除：通过HF化学溶液将退火后在掺杂多晶硅薄膜表面生长的氧化层除去；
H、制备氮化硅：通过管式等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在掺杂多晶硅薄膜上再生长一层70nm氮化硅层；
I、制备电极：采用丝网印刷的方式实现金属接触，金属都被印刷在硅基体局部掺杂区域上方的氮化硅上。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种太阳能电池，包括硅基体（1），其特征是：所述硅基体（1）中设有选择性掺杂区域（2），所述选择性掺杂区域（2）包括掺杂区域（21）和非掺杂区域（22），所述选择性掺杂区域（2）的表面上设有钝化介质层（3），所述钝化介质层（3）上设有多晶硅薄膜（4），在所述多晶硅薄膜（4）上且在与所述掺杂区域（21）对应的位置处设有金属接触电极（5）。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征是：所述多晶硅薄膜（4）为掺杂多晶硅薄膜，所述掺杂区域（21）和掺杂多晶硅薄膜中的掺杂元素相同，所述掺杂元素为硼或磷。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征是：所述掺杂区域（21）中掺杂元素的掺杂深度为0.1~2µm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征是：所述掺杂区域（21）和非掺杂区域（22）相互交替分布在所述硅基体（1）中。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征是：所述钝化介质层（3）为二氧化硅、二氧化钛和氮氧化硅中一种单层膜或几种的叠层膜。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征是：所述钝化介质层（3）的厚度为0.5nm~2.5nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征是：所述多晶硅薄膜（4）的厚度为5nm~500nm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能电池，其特征是：所述多晶硅薄膜（4）上还设有钝化层（6），所述金属接触电极（5）位于所述钝化层（6）上且与所述掺杂区域（21）相对应位置处。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112420879A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-02-26 | 浙江爱旭太阳能科技有限公司 | 一种hbc太阳能电池及其制备方法 |
| JP7168800B1 (ja) | 2021-12-09 | 2022-11-09 | ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッド | 太陽電池及び光起電力モジュール |
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2018
- 2018-07-31 CN CN201821219415.8U patent/CN208889671U/zh active Active
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| JP7168800B1 (ja) | 2021-12-09 | 2022-11-09 | ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッド | 太陽電池及び光起電力モジュール |
| JP2023086063A (ja) * | 2021-12-09 | 2023-06-21 | ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッド | 太陽電池及び光起電力モジュール |
| US11735675B2 (en) | 2021-12-09 | 2023-08-22 | Zhejiang Jinko Solar Co., Ltd. | Solar cell and photovoltaic module |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |