CN209675298U - 一种太阳电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳电池结构，包括：硅基底、自硅基底向外依次设置的掺杂层、钝化膜层和电极器件；掺杂层包括第一掺杂区域和若干第二掺杂区域，并且，第一掺杂区域和第二掺杂区域导电类型相同；第二掺杂区域的掺杂浓度高于第一掺杂区域的掺杂浓度；电极器件与第一掺杂区域及第二掺杂区域均接触。本实用新型提供的太阳电池结构，通过在掺杂层设置掺杂浓度较高的第二掺杂区域，使得载流子的浓度大为提高，也使得第二掺杂区域的电阻率下降，因此增加了电流的收集能力。同时，可以增加电极器件中金属电极的间距，进而降低了金属电极和半导体接触区域的载流子复合速率，最终提高了电池的效率。

Description

一种太阳电池结构

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种太阳电池结构。

背景技术

目前常见的太阳电池片的结构，均是在半导体的表面制备一层掺杂层，然后再在其上设置钝化层及电极，电池表面横向载流子传输的电阻较高，电流的收集能力不高。为了提高电流的收集能力，现有技术中通常将电池的金属电极面积比例设置的较高。

而电池表面金属电极的面积比例太高，会引起一些其他的不良后果。例如由于金属电极和半导体接触的区域复合速率极高，所以会造成电池载流子复合严重，并且，金属电极面积比例越大，金属复合也越大，对电池效率的影响也越大。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种太阳电池结构，旨在解决现有电池载流子复合速率较高的问题。

一个方面，本实用新型提出了一种太阳电池结构，包括：硅基底、自所述硅基底向外依次设置的掺杂层、钝化膜层和电极器件；所述掺杂层包括第一掺杂区域和若干第二掺杂区域，并且，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域导电类型相同；所述第二掺杂区域的掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度；所述电极器件与所述第一掺杂区域及所述第二掺杂区域均接触。

进一步地，上述太阳电池结构中，各所述第二掺杂区域间隔分布在所述第一掺杂区域中。

进一步地，上述太阳电池结构中，每个所述第二掺杂区域的宽度小于与其相邻的所述第一掺杂区域的宽度。

进一步地，上述太阳电池结构中，在所述第一掺杂区域上，沿所述电极器件中电极栅线的长度方向分别间隔设置有若干所述第二掺杂区域，位于不同的电极栅线的下方的相对应的两个所述第二掺杂区域相互隔开。

进一步地，上述太阳电池结构中，位于不同的所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域等间距设置。

进一步地，上述太阳电池结构中，位于同一所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域等间距设置。

进一步地，上述太阳电池结构中，所述电极器件中的电极栅线与所述第二掺杂区域呈夹角设置。

进一步地，上述太阳电池结构中，所述电极器件中的电极栅线与所述第二掺杂区域垂直设置。

进一步地，上述太阳电池结构中，所述第二掺杂区域为带状结构，每个所述第二掺杂区域至少与一段所述电极栅线相接触。

进一步地，上述太阳电池结构中，每个所述第二掺杂区域的宽度为20-300μm；各所述第二掺杂区域之间的间距为300-2000μm。

进一步地，上述太阳电池结构中，所述第一掺杂区域的掺杂浓度为5×10¹⁸～5×10²⁰个/cm³；所述第二掺杂区域的掺杂浓度为1×10¹⁹～5×10²¹个/cm³。

进一步地，上述太阳电池结构中，所述电极器件中的每两根电极栅线之间的间距为1-4mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的太阳电池结构，通过在掺杂层设置掺杂浓度较高的第二掺杂区域，使得载流子的浓度大为提高，也使得第二掺杂区域的电阻率下降，因此增加了电流的收集能力。同时，可以增加电极器件中金属电极的间距，以减少金属电极与掺杂层的接触面积，由于金属电极面积比例相对降低，从而降低了金属电极和掺杂层接触的面积，进而降低了金属电极和半导体接触区域的载流子复合速率，最终也提高了电池的效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例中太阳电池结构的局部示意图；

图2为本实用新型实施例中省去表面钝化膜层后的太阳电池结构局部示意图；

图3为本实用新型的一种具体实施方式中的正面电极示意图；

图4为本实用新型的一种具体实施方式中的背面电极示意图；

图5为本实用新型的一种具体实施方式中的背面电极的又一示意图；

图6为本实用新型的另一种具体实施方式中的正面电极示意图；

图7为由本实用新型实施例中太阳电池结构组成的太阳电池的结构示意图；

图8为图7中显示表面钝化膜层的太阳电池的又一结构示意图；

图9为由本实用新型实施例中太阳电池结构组成的太阳电池的又一示意图。

其中，1为硅基底，2为第一掺杂区域，3为第二掺杂区域，5为钝化减反射膜，6为背面钝化膜，7为负电极栅线，7＇为正电极栅线、8为背面钝化膜开膜区域，9为含铝电极，10为正电极连接电极，11为负电极连接电极。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参阅图1和图2，本实用新型实施例的太阳电池结构包括：硅基底1、自所述硅基底向外依次设置的掺杂层、钝化膜层和电极器件；所述掺杂层包括第一掺杂区域2和若干第二掺杂区域3，并且，所述第一掺杂区域2和所述第二掺杂区域3导电类型相同；所述第二掺杂区域3的掺杂浓度高于所述第一掺杂区域2的掺杂浓度；所述电极器件与所述第一掺杂区域2及所述第二掺杂区域3均接触。

具体而言，硅基底可以为p型硅基底或n型硅基底。掺杂层、钝化膜层和电极器件可以自硅基底1的正面或背面向外叠层设置。相应的，本实施例中的电极器件指正面电极或背面电极。

在本实施例的一种具体实施方式中，参阅图3，正面电极可以包括：若干负电极栅线7和负电极连接电极11。负电极栅线7和负电极连接电极11的数量可以根据实际情况确定，例如选用100根负电极栅线7和4根负电极连接电极11，负电极连接电极11与负电极栅线7相垂直并且二者在相交处相连接。其中，每两根电极栅线之间的间距可以为1-4mm，例如1mm、2mm等，由于较高掺杂浓度的第二掺杂区域能增强导电作用，因此可以适当增加电极栅线之间的间距，例如每两根电极栅线之间的间距可以设为4mm。

参阅图4-5，背面电极可以包括：含铝电极9和正电极连接电极10。钝化膜层可以为设置于硅基底正面的正面钝化减反射膜5或设置在硅基底背面的背面钝化膜6。正面钝化减反射膜5和背面钝化膜6可以均采用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝和碳化硅中的一种或多种制成。

在本实用新型的另一种具体实施方式中，参阅图6，正面电极可以包括：若干正电极栅线7＇和正电极连接电极10。再次参阅图3，背面电极可以包括：若干负电极栅线7和负电极连接电极11。其中，正面电极和背面电极的具体设置与上述实施例相同，此处不再赘述。

掺杂层包括第一掺杂区域2和多个第二掺杂区域3，各第二掺杂区域3的掺杂浓度可以保持一致，其中，第一掺杂区域2的掺杂浓度可以为5×10¹⁸～5×10²⁰个/cm³，优选为10¹⁹～2×10²⁰个/cm³；进一步优选为2×10¹⁹～6×10¹⁹个/cm³，例如实际制作时，第一掺杂区域2的掺杂浓度可以为5×10¹⁸个/cm³、5×10¹⁹个/cm³、5×10²⁰个/cm³等；第二掺杂区域3的掺杂浓度可以为1×10¹⁹～5×10²¹个/cm³，优选为5×10¹⁹～3×10²¹个/cm³；进一步优选为2×10¹⁹～6×10²⁰个/cm³；例如实际制作时，第二掺杂区域3的掺杂浓度可以为1×10¹⁹个/cm³、5×10¹⁹个/cm³、1×10²¹个/cm³、5×10²¹个/cm³等。需要说明的是，本实施例中，掺杂浓度是指每立方厘米掺杂区域中掺杂元素的原子个数。由于第二掺杂区域3的掺杂浓度较高，大大提高载流子浓度的同时也降低了第二掺杂区域3的电阻率，有利于增加电流的收集能力；因此，可以适当增加电极器件中金属电极的间距，从而有利于降低金属电极和半导体接触区域的载流子复合速率。第一掺杂区域2和第二掺杂区域3的导电类型相同，可以均为n型或均为p型。掺杂层的导电类型可以与硅基底的导电类型相同或不同，可以根据实际应用去选择。当使用p型硅基底作为太阳电池的基底时，第一掺杂区域2和第二掺杂区域3的元素可以为III族元素，例如硼、镓等；此时，硅基底和上述第一掺杂区域2以及第二掺杂区域3的导电类型相同，均为p型导电，硅基底1靠近掺杂区域的这一面作为表面场使用，在硅基底的另一面则形成相应的PN结，可以形成完整的太阳电池。当使用n型硅基底作为太阳电池的基底时，第一掺杂区域2和第二掺杂区域3的元素可以为III族元素，例如硼、镓等；第一掺杂区域2以及第二掺杂区域3的导电类型相同，均为p型导电，这种情况下也可以形成性能良好的太阳电池。当然，第一掺杂区域2和第二掺杂区域3的掺杂元素还可以为Ⅴ族元素，例如磷元素；此时，硅基底和上述第一掺杂区域2以及第二掺杂区域3的导电类型相同，均为n型导电，掺杂面作为表面场使用，在电池的另一面则形成相应的PN结，仍然可以得到性能良好的太阳电池。

本实施例中，第一掺杂区域2和多个第二掺杂区域3可以处于同一平面。本实施例对两者的设置形式不做限定。第一掺杂区域2和第二掺杂区域3所占的面积可以相同也可不同，视具体情况确定。电极器件可以穿透钝化膜后与所述第一掺杂区域2及所述第二掺杂区域3均接触。

上述显然可以得出，本实用新型提供的太阳电池结构，通过在掺杂层设置掺杂浓度较高的第二掺杂区域3，使得载流子的浓度大为提高，也使得第二掺杂区域3的电阻率下降，因此增加了电流的收集能力。同时，可以增加电极器件中金属电极的间距，以减少金属电极与掺杂层的接触面积，由于金属电极面积比例相对降低，从而降低了金属电极和掺杂层接触的面积，进而降低了金属电极和半导体接触区域的载流子复合速率，最终提高了电池的效率。

结合图1-2及图8-9，上述实施例中，各所述第二掺杂区域3间隔分布在所述第一掺杂区域2中。

具体而言，第一掺杂区域2和第二掺杂区域3可以均为带状结构，第二掺杂区域3的个数可以根据实际情况进行确定。多个第二掺杂区域3可以等间隔设置在第一掺杂区域2中，同时将第一掺杂区域2分隔成多个第一掺杂子区域，每个第一掺杂子区域与每个第二掺杂区域3以相互交替的方式相互隔开。

由于高浓度的掺杂区域虽然导电率高，但是载流子复合严重，因此，优选的，每个所述第二掺杂区域3的宽度小于任意两个所述第二掺杂区域3之间的间距，也即每个所述第二掺杂区域3的宽度小于每个第一掺杂子区域的宽度。

具体而言，各第一掺杂子区域的宽度可以根据相邻的任意两个第二掺杂区域3的宽度来确定。具体实施时，每个第二掺杂区域3的宽度可以为20-300μm，优选为100-250μm，进一步优选为200μm，据此可以确定各第一掺杂子区域的宽度。例如本实施例中，每个第二掺杂区域3的宽度为20μm、100μm、200μm、300μm等。相邻的任意两个第二掺杂区域3之间的间距为300-2000μm，优选为600-1200μm，进一步优选为800-1000μm。例如本实施例中，相邻的任意两个第二掺杂区域3的间距可以为300μm、800μm、1000μm、1200μm等。

上述各实施例中，所述电极器件中的电极栅线与第二掺杂区域3呈夹角设置。也就是说，电极栅线可以任意角度与第二掺杂区域3交叉设置，但是为了保证载流子的良好传递，优选的，所述电极器件中的电极栅线与所述第二掺杂区域3垂直设置。显然，电极器件中的电极栅线与第一掺杂区域2也呈夹角设置，优选的，电极器件中的电极栅线与第一掺杂区域2垂直设置。

再次参阅图7，上述实施例中，在第一掺杂区域2上，沿所述电极器件中电极栅线的长度方向分别间隔设置有若干所述第二掺杂区域3，位于不同的电极栅线的下方的相对应的两个所述第二掺杂区域3相互隔开，以优化电流收集的路径。其中，相互隔开的第二型掺杂区域3均与电极栅线接触。

本实施例中，优选的，位于不同的所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域3等间距设置，使得各个掺杂区域的电流收集较为均匀。进一步优选的，位于同一所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域3等间距设置，以使得各个掺杂区域的电流收集更加均匀。

具体而言，第一掺杂区域2两端与电极栅线接触的区域可以呈齿状结构，各个第二掺杂区域3可以嵌设在第一掺杂区域2中每两个齿状结构之间的空间中。位于不同的电极栅线7下方的相对应的两个第二掺杂区域3之间的间距可以根据实际情况确定，实际设计时，沿电极栅线长度方向嵌设在第一掺杂区域3之间空隙中的各第二掺杂区域3均与电极器件相接触。

上述各实施例中，为了优化电池表面掺杂元素的浓度分布，各第二掺杂区域3为带状结构，每个所述第二掺杂区域3至少与一段电极栅线相接触。

具体而言，由于电极栅线可以呈线条状也可以是块状等结构，因此，各个第二掺杂区域3可以与一段或多段电极栅线相接触。显然，第一掺杂区域2也可以与一段或多段电极栅线相接触。

继续参阅图7-9，上述各实施例中，当掺杂层位于硅基底的正面，硅基底的背面通过背面钝化膜的开膜区域8与背面电极相接触时，可以形成一单面太阳电池或双面太阳电池。

具体而言，背面电极包括：含铝电极9和正电极连接电极10。含铝电极9可以为片状结构，其完全覆盖了背面钝化膜所在的区域，并使得含铝电极9穿透背面钝化膜和硅基底相接触，此时形成的是单面太阳电池(如图9所示)。含铝电极9也可以为条状结构，其间隔排列在背面钝化膜的开膜区域8，此时，形成一双面太阳电池(如图7和图8所示)。

可以看出，由于第二掺杂区域3具有较高的掺杂浓度，使得太阳电池发射极表面的导电能力得到了增强，从而有利于提高电极器件收集电流的能力，因此，采用本实用新型提供的太阳电池结构制备的太阳电池的效率也得到了较大幅度的提高。

综上所述，本实用新型提供的太阳电池结构，通过在掺杂层设置掺杂浓度较高的第二掺杂区域，使得载流子的浓度大为提高，也使得第二掺杂区域的电阻率下降，因此增加了电流的收集能力。同时，可以增加电极器件中金属电极的间距，以减少金属电极与掺杂层的接触面积，由于金属电极面积比例相对降低，从而降低了金属电极和掺杂层接触的面积，进而降低了金属电极和半导体接触区域的载流子复合速率，并且由于金属面积比例降低，还可以大幅减少金属造成的遮光问题，提高太阳电池的光利用率，最终提高了电池的效率。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种太阳电池结构，其特征在于，包括：硅基底、自所述硅基底向外依次设置的掺杂层、钝化膜层和电极器件；

所述掺杂层包括第一掺杂区域和若干第二掺杂区域，并且，所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域导电类型相同；所述第二掺杂区域的掺杂浓度高于所述第一掺杂区域的掺杂浓度；所述电极器件与所述第一掺杂区域及所述第二掺杂区域均接触。

2.根据权利要求1所述的太阳电池结构，其特征在于，各所述第二掺杂区域间隔分布在所述第一掺杂区域中。

3.根据权利要求2所述的太阳电池结构，其特征在于，每个所述第二掺杂区域的宽度小于相邻的任意两个所述第二掺杂区域之间的间距。

4.根据权利要求3所述的太阳电池结构，其特征在于，每个所述第二掺杂区域的宽度为20-300μm；各所述第二掺杂区域之间的间距为300-2000μm。

5.根据权利要求1所述的太阳电池结构，其特征在于，在所述第一掺杂区域上，沿所述电极器件中电极栅线的长度方向分别间隔设置有若干所述第二掺杂区域，位于不同的电极栅线下方的相对应的两个所述第二掺杂区域相互隔开。

6.根据权利要求5所述的太阳电池结构，其特征在于，位于不同的所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域等间距设置。

7.根据权利要求5所述的太阳电池结构，其特征在于，位于同一所述电极栅线下方的各所述第二掺杂区域等间距设置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳电池结构，其特征在于，所述电极器件中的电极栅线与所述第二掺杂区域呈夹角设置。

9.根据权利要求8所述的太阳电池结构，其特征在于，所述电极器件中的电极栅线与所述第二掺杂区域垂直设置。

10.根据权利要求5至7中任一项所述的太阳电池结构，其特征在于，所述第二掺杂区域为带状结构，每个所述第二掺杂区域至少与一段所述电极栅线相接触。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳电池结构，其特征在于，所述第一掺杂区域的掺杂浓度为5×10¹⁸~5×10²⁰个/cm³；所述第二掺杂区域的掺杂浓度为1×10¹⁹~5×10²¹个/cm³。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的太阳电池结构，其特征在于，所述电极器件中的每两根电极栅线之间的间距为1-4mm。