CN209087883U - P型背接触型太阳能电池 - Google Patents

P型背接触型太阳能电池 Download PDF

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郑霈霆
杨洁
郭瑶
王钊
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Abstract

本实用新型公开了一种P型背接触型太阳能电池,在P型半导体衬底的背面上设置多个N+型半导体结构,在N+型半导体结构之间设置第一电极,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构,无需对P型半导体衬底进行磷扩散以及硼扩散,即可在背面形成交替排布的N+型半导体结构与P+半导体结构,制作工艺简单,制作成本低。将第一电极以及第二电极均设置在背面,正面无需设置电极,从而避免了正面设置电极对光造成的反射问题,提高了光的利用率,进而提高了光电转换效率。而且位于背面上的N+型半导体结构相对于传统通过扩散形成于背面内的P+掺杂区,具有更好的表面钝化效果,可以进一步提高光电转换效率。

Description

P型背接触型太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域,更具体的说,涉及一种P型背接触型太阳能电池。
背景技术
随着科学技术的不断发展,越来越多的电子设备被广泛的应用于人们日常生活中,为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利,成为当今人们不可或缺的重要工具。电能是维持电子设备正常工作的前提条件。随着人类社会的不断进步,各种电子设备对电能的需求也越来越大,能源危机导致的电能短缺是当今人们不得不面对的一个重大难题。
太阳能电池可以利用太阳能发电,是解决能源危机的一个重要发展方向。常规太阳能电池在半导体衬底相反的正面和背面内分别形成P+掺杂区和N+掺杂区,然后在掺杂区表面形成钝化层和金属电极。正面为受光面,正面的金属电极势必会反射一部分入射正面的光线,导致光的利用率降低,电池的光电转换效率较低。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型技术方案提供了一种P型背接触型太阳能电池,提高了光电转换效率。
为了实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:
一种P型背接触型太阳能电池,所述P型背接触型太阳能电池包括:
P型半导体衬底,所述P型半导体衬底具有相反的正面以及背面;
设置在所述背面上的多个N+型半导体结构,所述N+型半导体结构间隔排布;
设置在所述背面上的第一电极,所述第一电极位于所述N+型半导体结构之间,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构;
设置在所述N+型半导体结构背离所述P型半导体衬底一侧表面的第二电极;
其中,在平行于所述背面的方向上,所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构交替排布。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,所述N+型半导体结构为N型重掺杂的多晶硅层或是为N型重掺杂的非晶硅层。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,所述N+型半导体结构与所述背面之间设置有隧穿氧化层。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,所述隧穿氧化层的厚度范围是0.5nm-2nm。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,所述第一电极与所述背面接触。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,所述第一电极为Al电极。
优选的,在上述P型背接触型太阳能电池中,还包括:覆盖所述正面的正面钝化减反射膜以及覆盖所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构的背面钝化减反射膜;
其中,所述背面钝化减反射膜露出所述第一电极以及所述第二电极。
通过上述描述可知,本实用新型技术方案提供的P型背接触型太阳能电池及其制作方法中,在P型半导体衬底的背面上设置多个N+型半导体结构,在N+型半导体结构之间设置第一电极,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构,无需对P型半导体衬底进行磷扩散以及硼扩散,即可在背面形成交替排布的N+型半导体结构与P+半导体结构,制作工艺简单,制作成本低。将第一电极以及第二电极均设置在背面,正面作为受光面,无需设置电极,从而避免了正面设置电极对光造成的反射问题,提高了光的利用率,进而提高了光电转换效率。而且位于背面上的N+型半导体结构相对于传统通过扩散形成于背面内的P+掺杂区,具有更好的表面钝化效果,可以进一步提高光电转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种P型背接触型太阳能电池的结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的一种P型背接触型太阳能电池制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
如背景技术所述,常规太阳能电池在半导体衬底相反的正面和背面内分别形成P+掺杂区和N+掺杂区,然后在掺杂区表面形成钝化层和金属电极。正面为受光面,正面的金属电极势必会反射一部分入射正面的光线,导致光的利用率降低,电池的光电转换效率较低。
背接触型太阳能电池将P+掺杂区和N+掺杂区均设置在半导体衬底的背面内,将电极均设置在背面,半导体衬底的正面作为受光面,受光面无电极遮挡,可以避免由于正面具有电极导致的光线反射问题,提高了光利用率,有效提高了电池的短路电流,进而提高了光电转换效率。
背接触型太阳能电池中,由于PN结位于背面,光生载流子的产生主要在正面附近,载流子需要穿过整个半导体衬底到达背面,故背面钝化效果是影响背接触型太阳能电池光电转换效率的一个重要参数。
目前,常规的背接触太阳能电池是在N型半导体的背面内交替设置P+掺杂区和N+掺杂区,然后在背面设置钝化层和金属电极。但是,常规N型背接触型太阳能电池存在背面钝化效果不好的问题,而钝化效果差会影响电池的隐开路电压、暗饱和电流密度和短波段的内量子效率等性能,进而影响光电转换效率。而且通常采用N型单晶硅作为半导体衬底,相对于P型单晶硅衬底成本较高。且传统背接触型太阳能电池需要进行硼扩散和磷扩散,以在背面内形成P+掺杂区和N+掺杂区,制作工艺复杂,且不易控制背面掺杂区的工艺参数。同时,两次高温扩散会使得衬底内缺陷、位错等不良因素得到释放以及扩大,影响电池的光电转换效率。故传统背接触型太阳能电池制作工艺复杂,制作成本低,且光电转换效率有待进一步提高。
为解决上述问题,本实用新型实施例提供了一种P型背接触型太阳能电池及其制作方法,在P型半导体衬底的背面上设置多个N+型半导体结构,在N+型半导体结构之间设置第一电极,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构,无需对P型半导体衬底进行磷扩散以及硼扩散,即可在背面形成交替排布的N+型半导体结构与P+半导体结构,制作工艺简单,制作成本低。
将第一电极以及第二电极均设置在背面,正面作为受光面,无需设置电极,从而避免了正面设置电极对光造成的反射问题,提高了光的利用率,进而提高了光电转换效率。
同时采用P型半导体衬底,相对于N型单晶硅衬底具有较低的制作成本,大大降低了电池的制作成本。而且位于背面上的N+型半导体结构相对于传统通过扩散形成于背面内的P+掺杂区,具有更好的表面钝化效果,可以进一步提高光电转换效率。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参考图1,图1为本实用新型实施例提供的一种P型背接触型太阳能电池的结构示意图,该P型背接触型太阳能电池包括:P型半导体衬底11,所述P型半导体衬底11具有相反的正面111以及背面112;设置在所述背面112上的多个N+型半导体结构12,所述N+型半导体结构12间隔排布;设置在所述背面112上的第一电极13,所述第一电极13位于所述N+型半导体结构12之间,所述第一电极13与所述N+型半导体结构12之间不接触,所述第一电极13中的金属原子扩散到所述背面112内,形成P+半导体结构14;设置在所述N+型半导体结构12背离所述P型半导体衬底11一侧表面的第二电极15;其中,在平行于所述背面112的方向上,所述N+型半导体结构12与所述P+半导体结构14交替排布。P型半导体衬底11为P型晶体硅,例如可以为P型单晶硅。
可选的,所述N+型半导体结构12为N型重掺杂半导体层,如可以为N型重掺杂的多晶硅层或是为N型重掺杂的非晶硅层。可以直接通过外延工艺在所述背面112上形成所述N+型半导体结构12,无需在背面112内进行磷扩散。可以通过激光刻蚀、或干法刻蚀、或湿法刻蚀、或机械刻划等工艺在N型重掺杂半导体层形成开口,露出P型半导体衬底11,进而直接在P型半导体衬底11的背面112形成第一电极13,使得所述第一电极13与所述背面112接触,以便于第一电极13内金属原子扩散到背面112内,形成P+半导体结构14。
如图1所示,所述N+型半导体结构12与所述背面112之间设置有隧穿氧化层16。隧穿氧化层16可以为二氧化硅。所述隧穿氧化层16的厚度范围是0.5nm-2nm。通过一层厚度较薄的隧穿氧化层16,可以使得P型半导体衬底11中多子电子隧穿进入N+型半导体结构12,且可以阻挡少子空穴复合,促进电子在N+型半导体结构12传输,被第二电极收集,从而极大降低了第二电极15接触复合电流,提高了电池的开路和短路电流,进而提高光电转换效率。
其中,第一电极13和第二电极15可以均为金属电极。本实用新型实施例所述P型背接触型太阳能电池中,所述第一电极为Al电极。Al原子可以扩散到背面112内,形成P+半导体结构14。P+半导体结构14为位于背面112内的P型重掺杂区域。所述第二电极15可以为Ag电极。第一电极13和隧穿氧化层16欧姆接触,第二电极15与背面112欧姆接触。
所述正面111是能够降低反射的绒面。所述正面111还覆盖有钝化层18,所述钝化层18为为金属氧化物层,例如可以为Al3O2,这样钝化层18不仅可以实现较好的正面钝化效果,钝化层18中的金属原子还可以通过退火处理扩散到正面111内,形成N+掺杂区域,即形成N型重掺杂区域,例如Al3O2还可以在退火过程中在正面111内形成N+掺杂区域,形成具有光电转换功能的正面场,提高光电转换效率。
如图1所示,所述P型背接触型太阳能电池还包括:覆盖所述正面111的正面钝化减反射膜17以及覆盖所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构的背面钝化减反射膜19。正面钝化减反射膜17以及背面钝化减反射膜19均可以为SiNx膜层。其中,所述背面钝化减反射膜19露出所述第一电极13以及所述第二电极15。背面112的N+型半导体结构12可以为P型半导体衬底11的背面112带来更好的表面钝化效果,结合正面111的钝化层18以及正面钝化减反射膜17的钝化效果,可以使得电池具有更高的开路电压和光电转换效率。
在背面112设置有隧穿氧化层16以及背面钝化减反射膜19,可以在背面112形成Topcon结构(隧穿氧化钝化结构),利用Topcon结构提高光电转换效率。而且可以通过激光刻蚀等方式将N+型半导体层分离为多个N+型半导体结构12,还可以在两个N+型半导体结构12之间的背面112内形成P+半导体结构14,进而形成交替排布的N+型半导体结构12和P+半导体结构14。
本实用新型实施例所述P型背接触型太阳能电池中,采用P型半导体衬底11,相对于N型半导体衬底,具有较低成本。而且在背面112上形成N+型半导体结构12,N+型半导体结构12位于背面112背离P型半导体衬底11的一侧,在背面112上设置第一电极13,第一电极13位于背面112背离P型半导体衬底11的一侧,通过第一电极13中金属原子扩散到背面112内形成P+半导体结构14,无需进行磷扩散和硼扩散,即可以形成N+型半导体结构12和P+半导体结构14,形成工艺简单,制作成本低,而且便于控制N+型半导体结构12和P+半导体结构14的制作参数。同时设置N+型半导体结构12位于背面112背离P型半导体衬底11的一侧,在背面112设置隧穿氧化层16,可以使得背面112具有更好的钝化效果,提高光电转换效率。可见,本实用新型实施例所述P型背接触型太阳能电池具有更高的开路电压和光电转换效率,且原材料成本低,工艺制程简单且容易控制,可以实现快速的产业量产。
基于上述实施例,本实用新型另一实施例还提供了一种制作方法,用于制作上述实施例所述的P型背接触型太阳能电池,所述制作方法如图2所示,图2为本实用新型实施例提供的一种P型背接触型太阳能电池制作方法的流程示意图,该制作方法包括:
步骤S11:提供一P型半导体衬底,所述P型半导体衬底具有相反的正面以及背面。
该步骤中,P型半导体衬底可以采用P型单晶硅衬底。P型半导体衬底的电阻率可以为0.3Ω·cm-1Ω·cm,厚度可以为50μm-200μm。首先去除P型半导体衬底的表面损伤层,然后在对其表面进行结构化处理,在其正面形成规则的绒面结构。该过程中,P型半导体衬底的减薄量控制在0.3g-0.7g,对应减薄去除的厚度范围是6μm-14微米,制绒后正面反射率控制在8%-15%。
为了避免后续工艺步骤在形成背面结构时原子绕镀到正面,完成制绒后,在正面制备保护层。保护层可以为二氧化硅层,厚度控制在100nm-200nm。可以采用高温热氧化方法直接氧化正面形成该保护层,或是通过PECVD沉积方法在正面沉积该保护层。
步骤S12:在所述背面形成多个N+型半导体结构,所述N+型半导体结构间隔排布。
该步骤中,所述在所述背面形成多个N+型半导体结构包括:在所述背面形成隧穿氧化层,隧穿氧化层的厚度控制在0.5nm-2nm;在所述隧穿氧化层表面形成N型重掺杂的半导体层,该N型重掺杂半导体层可以为N型重掺杂的多晶硅层或是为N型重掺杂的非晶硅层。可选的,所述隧穿氧化层的厚度范围是0.5nm-2nm。
形成该N型重掺杂半导体层后,去除正面的保护层,并进行退火处理。首先,通过5%-15%的HF溶液去除正面的保护层,然后在850℃-950℃的温度条件下进行退火处理,控制退火后该N型重掺杂半导体层的方阻是20Ω/□-100Ω/□,结深为0.2μm-1.5μm。该N型重掺杂半导体层用于形成N+半导体结构。完成退火后,在正面和背面形成钝化减反射膜,可以先在正面形成钝化层,该钝化层可以为Al3O2膜层,Al3O2膜层通过ALD(原子层沉积)工艺制备,膜层厚度控制在3nm-8nm,如果采用Maia设备制备Al3O2膜层,膜层厚度控制在20nm-30nm。
形成上述钝化层后,分别制备正面钝化减反射层以及背面钝化减反射层,具体的,在Al3O2膜层表面形成SiNx膜层,厚度为75nm-85nm,折射率为2.0-2.1,在背面的N型重掺杂半导体层表面制备SiNx膜层,厚度为95nm-120nm,折射率为2.0-2.2。之后,通过激光开槽形成开口,以将该N型重掺杂半导体层分离为多个N+半导体结构。开口宽度控制在60μm-120μm,去除开槽区域的隧穿氧化层、N型重掺杂半导体层以及背面钝化减反射层,露出P型半导体层的背面。
步骤S13:制备第一电极以及第二电极。
在所述背面形成第一电极,所述第一电极位于所述N+型半导体结构之间,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构。在所述N+型半导体结构背离所述P型半导体衬底一侧表面形成第二电极。其中,在平行于所述背面的方向上,所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构交替排布。
该步骤中,现在N+半导体结构的表面印刷银浆电极线,作为第二电极,线宽宽度控制在35μm-45μm,在开槽区域内印制铝浆电极线,作为第一电极,线宽控制在40μm-100μm,第一电极位于开槽内且与开槽边缘无接触,避免P+半导体结构与N+半导体结构导通,之后进行烧结实现电极欧姆接触,以及Al原子的扩散,在背面形成P+半导体结构。
需要说明的是,本实用新型实施例中,各个数值范围均是包括端点值。N+半导体结构和P+半导体结构对应的掺杂浓度均大于P型半导体衬底的浓度,三者具体掺杂浓度可以根据需求设定,在此不做具体限定。
本实用新型实施例所述制作方法用于制作上述实施例所述P型背接触型太阳能电池,在P型半导体衬底的背面上设置多个N+型半导体结构,在N+型半导体结构之间设置第一电极,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构,无需对P型半导体衬底进行磷扩散以及硼扩散,即可在背面形成交替排布的N+型半导体结构与P+半导体结构,制作工艺简单,制作成本低。将第一电极以及第二电极均设置在背面,正面作为受光面,无需设置电极,从而避免了正面设置电极对光造成的反射问题,提高了光的利用率,进而提高了光电转换效率。同时采用P型半导体衬底,相对于N型单晶硅衬底具有较低的制作成本,大大降低了电池的制作成本。而且位于背面上的N+型半导体结构相对于传统通过扩散形成于背面内的P+掺杂区,具有更好的表面钝化效果,可以进一步提高光电转换效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述P型背接触型太阳能电池包括:
P型半导体衬底,所述P型半导体衬底具有相反的正面以及背面;
设置在所述背面上的多个N+型半导体结构,所述N+型半导体结构间隔排布;
设置在所述背面上的第一电极,所述第一电极位于所述N+型半导体结构之间,所述第一电极中的金属原子扩散到所述背面内,形成P+半导体结构;
设置在所述N+型半导体结构背离所述P型半导体衬底一侧表面的第二电极;
其中,在平行于所述背面的方向上,所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构交替排布。
2.根据权利要求1所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述N+型半导体结构为N型重掺杂的多晶硅层或是为N型重掺杂的非晶硅层。
3.根据权利要求1所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述N+型半导体结构与所述背面之间设置有隧穿氧化层。
4.根据权利要求3所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述隧穿氧化层的厚度范围是0.5nm-2nm。
5.根据权利要求1所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述第一电极与所述背面接触。
6.根据权利要求1所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,所述第一电极为Al电极。
7.根据权利要求1所述的P型背接触型太阳能电池,其特征在于,还包括:覆盖所述正面的正面钝化减反射膜以及覆盖所述N+型半导体结构与所述P+半导体结构的背面钝化减反射膜;
其中,所述背面钝化减反射膜露出所述第一电极以及所述第二电极。
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