CN209785961U - 晶体硅太阳能电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶体硅太阳能电池结构。该晶体硅太阳能电池结构包括硅基体，所述硅基体的受光面一侧由内向外依次设有P‑N结、钝化层、空穴提取传输层和第一覆盖介质层，所述第一覆盖介质层上设有第一导电金属电极，所述第一导电金属电极的一端穿过所述第一覆盖介质层并与所述空穴提取传输层相接触，所述硅基体的背光面一侧由内向外依次设有第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层或钝化叠层、第二覆盖介质层，所述第二覆盖介质层上设有第二导电金属电极，所述第二导电金属电极穿过所述第二覆盖介质层并与所述硅基体掺杂层或钝化叠层相连。根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，可以提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

晶体硅太阳能电池结构

技术领域

本实用新型涉及光伏太阳能技术领域，更具体地，涉及一种晶体硅太阳能电池结构。

背景技术

随着经济的发展，人们对能源的需求与日俱增。不断寻求清洁能源是人类生存与发展的重要课题。太阳能是最具优点的清洁能源，硅基太阳能电池是一类能把太阳能直接转化为电能的半导体器件，利用硅基太阳能电池制备组件组装的光伏电站能获得电力输出，而如何降低度电成本是光伏发电必须面对的课题。因此，进一步提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率是提高光伏发电性价比的重要手段之一。

目前，提高晶硅太阳能电池光电转化效率的方法之一是减少电池器件中少数载流子的复合，电池内少数载流子的复合湮灭会造成器件电压和电流的损失，最终降低电池的光电转换效率。工业化生产的硅基太阳能电池，其导电电极是由导电浆料印刷烧结后完成，对于电池受光面而言，导电浆料需烧穿钝化介质薄膜后与硅片重掺表面形成良好接触，由于金属与硅片接触区域存在大量的结构缺陷，使少数载流子复合率提高，少数载流子的复合会降低电池的输出电压与电流。因此，减少甚至消除正面的导电电极与硅片的直接接触是太阳能电池设计和发展的方向。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种晶体硅太阳能电池结构，其通过避免太阳能电池正表面(受光面)的导电金属电极与硅基体直接接触，降低正表面处的载流子复合率，以提高太阳能电池光电转换效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，包括硅基体，所述硅基体的受光面一侧由内向外依次设有P-N结、钝化层、空穴提取传输层和第一覆盖介质层，所述第一覆盖介质层上设有第一导电金属电极，所述第一导电金属电极的一端穿过所述第一覆盖介质层并与所述空穴提取传输层相接触，所述硅基体的背光面一侧由内向外依次设有第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层或钝化叠层、第二覆盖介质层，所述第二覆盖介质层上设有第二导电金属电极，所述第二导电金属电极穿过所述第二覆盖介质层并与所述硅基体掺杂层或钝化叠层相连。

优选地,所述空穴提取传输层为宽禁带材料层。

优选地，所述硅基体为N型晶体硅基体。

优选地，所述空穴提取传输层为过渡金属氧化物材料层，所述过渡金属氧化物材料层包括氧化钼、氧化钨、氧化钒和氧化铼中的一种或多种材料混合的材料层。

优选地,所述钝化层为氧化硅层、非晶硅层、微晶硅层、或其中两者的叠层。

优选地，所述非晶硅层为掺杂有第III族元素的非晶硅层，所述微晶硅层为掺杂有第III族元素的微晶硅层。

优选地，所述第一覆盖介质层与所述第二覆盖介质层为SiNx、SiON、SiOx和SiCx中的一种或多种材料混合的叠层。

优选地，所述第一覆盖介质层与所述第二覆盖介质层的厚度在0-200nm之间。

优选地，所述第VA族元素掺杂的掺杂硅层，为磷掺杂的掺杂硅层，其掺杂后的方块电阻为20-200Ω/□。

优选地，所述钝化叠层为生长在所述硅基体表面的隧穿氧化层和沉积在所述隧穿氧化层的掺杂非晶或多晶薄膜的叠层，所述隧穿氧化层厚度在0.5-6nm之间，所述掺杂非晶或多晶硅薄膜厚度在10-1000nm之间。

本实用新型的上述技术方案至少具有如下有益效果：

根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，通过设置空穴提取传输层，使太阳能电池正表面的第一导电电极与空穴提取传输层接触，以避免太阳能电池正表面的第一导电金属电极与硅基体直接接触，有效的降低太阳能电池正表面的载流子复合速率，提高太阳能电池内部的电压与电流，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构的一个结构示意图；

图2为本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构的另一个结构示意图。

附图标记：

硅基体10；

P-N结20；

钝化层30；

空穴提取传输层40；

第一覆盖介质层50；

第一导电金属电极60；

硅基体掺杂层71；钝化叠层72；隧穿氧化层721；第V族元素掺杂非晶或多晶硅薄膜722；

第二覆盖介质层80；

第二导电金属电极90。

具体实施方式

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构。

如图1所示，根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，包括硅基体10，硅基体10的受光面一侧由内向外依次设有P-N结20、钝化层30、空穴提取传输层40和第一覆盖介质层50，第一覆盖介质层50上设有第一导电金属电极60，第一导电金属电极60的一端穿过第一覆盖介质层50并与空穴提取传输层40相接触，硅基体10的背光面一侧由内向外依次设有第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层71、第二覆盖介质层80，第二覆盖介质层80上设有第二导电金属电极90，第二导电金属电极90穿过第二覆盖介质层80并与硅基体掺杂层71相连。

也就是说，硅基体10受光面的一侧的表面(太阳能电池正表面)由内向外依次设有P-N结20、钝化层30、空穴提取传输层40和第一覆盖介质层50，其中，P-N结20可以为在N型晶体硅基体10上制一层P型半导体后的两者的交界处形成，也可以是在P型晶体硅基体10上制一层N型半导体后的两者的交界处形成，由于P型晶体硅基体10(半导体)的空穴浓度高，自由电子的浓度低，而N型晶体硅基体10(半导体)的自由电子浓度高，空穴浓度低，使交界处两侧的载流子在浓度上形成了很大的差别，进而在交界处附近产生了多数载流子的扩散运动，即载流子由浓度高的地方向浓度低的地方运动。在第一覆盖介质层50的表面上设有第一导电金属电极60，第一导电金属电极60的一端穿过第一覆盖介质层50并与空穴提取传输层40相接触，由于空穴提取传输层40具有较高的空穴提取和传输能力，因而通过设置空穴提取传输层40可以对硅基体10受光面的空穴进行提取和传输，且第一导电金属电极60不需要与硅基体10直接接触，可以有效的降低载流子的复合速率，提高了太阳能电池内的电压与电流。

如图2所示，根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，包括硅基体10，硅基体10的受光面一侧由内向外依次设有P-N结20、钝化层30、空穴提取传输层40和第一覆盖介质层50，第一覆盖介质层50上设有第一导电金属电极60，第一导电金属电极60的一端穿过第一覆盖介质层50并与空穴提取传输层40相接触，硅基体10的背光面一侧由内向外依次设有钝化叠层72、第二覆盖介质层80，第二覆盖介质层80上设有第二导电金属电极90，第二导电金属电极90穿过第二覆盖介质层80并与钝化叠层72相连。

该电池结构实现提高光电转换效率的原理与上述图1中的电池结构的原理相同，在此不再赘述。

由此，根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，能够避免第一导电金属电极60与硅基体10直接接触，降低载流子的复合率，进而提高了太阳能电池内的电压与电流，提高了太阳能电池的光电转换效率。

优选地,空穴提取传输层40为宽禁带材料层，宽禁带材料为第三代半导体材料，该材料禁带宽度大，电子漂移饱和速度高，介电常数小，具有较好的导电性能和较高的空穴提取和传输能力。

在本实用新型的一个实施例中，硅基体10为N型晶体硅基体10。其电阻率可以在0.1-10Ω·cm之间，相同条件下，N型晶体硅基体的太阳能电池比P型晶体硅基体的太阳能电池具有更高的载流子寿命，对制造工艺污染源具有更高的容忍度，且N型晶体硅基体的电池抗衰减能力比P型晶体硅基体的电池更优秀。

优选地，空穴提取传输层40为过渡金属氧化物材料层，过渡金属氧化物材料层包括氧化钼、氧化钨、氧化钒和氧化铼中的一种或多种材料混合的材料层，该材料具有较好的空穴提取和传输能力。

在本实用新型的另一个实施例中,钝化层30为氧化硅层、非晶硅层、微晶硅层、或其中两者的叠层，非晶硅层为掺杂有第III族元素的非晶硅层，微晶硅层为掺杂有第III族元素的微晶硅层。也就是说，该钝化层30的N型晶体硅基体的电池的受光面是由第III族元素扩散后形成P-N结20，其受光面收集的载流子是空穴。因此，通过空穴提取传输层40可以实现N型晶体硅基体电池受光面对空穴的选择性传输，同时，对太阳能电池正表面完全钝化，提高电池光电性能。

优选地，第一覆盖介质层50与第二覆盖介质层80为SiNx、SiON、SiOx和SiCx中的一种或多种材料混合的叠层，第一覆盖介质层50与第二覆盖介质层80的厚度在0-200nm之间。通过设置第一覆盖介质层50和第二覆盖介质层80以更好的保护太阳能电池的内部结构。

可选地，第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层71，为磷掺杂的硅基体掺杂层，其掺杂后的硅基体的方块电阻为20-200Ω/□。

进一步地，钝化叠层72为生长在硅基体10表面的隧穿氧化层721和沉积在隧穿氧化层721表面的掺杂非晶或多晶薄膜722的叠层，隧穿氧化层721的厚度在0.5-6nm之间，掺杂非晶或多晶硅薄膜722的厚度在10-1000nm之间。其中，掺杂源为第VA族化学元素，掺杂后的方块电阻值在10-1000Ω/□。

总之，根据本实用新型实施例的晶体硅太阳能电池结构，可以避免太阳能电池正表面的第一导电金属电极60与硅基体10直接接触，有效的降低太阳能电池正表面的载流子复合速率，提高太阳能电池内部的电压与电流，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

下面以N型晶体硅双面太阳能电池结构的制备方法为例进一步描述晶体硅太阳能电池结构。

1)选择N型单晶硅片(以下简称硅片)，其电阻率为0.1-10Ω·cm，将硅片清洗并植绒，植绒后，硅片表面的反射率为10-16％之间。

2)将硅片清洗后通过炉管硼扩散法或APCVD(Atmospheric Pressure ChemicalVapor Deposition，常压化学气相沉积法)沉积BSG(硼硅玻璃层)或硼离子注入法，在硅片的受光面(正面)制备P-N结，掺杂后方块电阻值在30-200Ω/□。

3)用化学溶液(如硝酸溶液)整平硅片背表面，使硅片背表面比表面积适当降低，并用HF溶液清洗硅片。

4)背面磷掺杂，采用磷离子注入加退火，掺杂后方块电阻值为20-200Ω/□。

5)用炉管通氧气的制备方法在P-N结表面制备氧化硅薄膜，其厚度为在0.5-6nm，在氧化硅膜的表面制备氧化钼镀膜，其厚度为1-80nm。

6)在步骤5)中的正反两面制备氮化硅(SiNx)镀膜，其正面的厚度0-80nm，背面的厚度为20-200nm。

7)背面印刷银浆料作为第二导电金属电极90，硅片的正面上采用丝网印刷方法印刷银浆料作为第一导电金属电极，以形成电池半成品。

8)对步骤7)的电池半成品，快速高温烧结，烧结温度为600-900℃。经烧结后正面金属银穿过SiNx钝化减反射膜与氧化钼薄膜形成局部接触，背面银浆料腐蚀SiNx薄膜与磷掺杂区域形成欧姆接触。

下面以N型晶体硅太阳能电池Topcon结构的制备方法为例进一步描述晶体硅太阳能电池结构。

1)选择N型单晶硅片(以下简称硅片)，其电阻率在0.1-10Ω·cm之间，对硅片清洗并植绒，植绒后，硅片表面的反射率在10-16％之间。

2)将硅片清洗后通过炉管硼扩散法或APCVD沉积BSG或硼离子注入法，在硅片的受光面(正面)制备P-N结，掺杂后方块电阻值在30-200Ω/□之间。

3)用化学溶液(如硝酸)整平硅片背表面，使硅片背表面比表面积适当降低，并用HF(氢氟酸)溶液清洗硅片。

4)在硅片的背表面采用热氧化法生长致密超薄氧化层，其厚度在0.5-6nm之间。

5)在背面氧化层上用LPCVD方法生长非晶或多晶硅层，用磷掺杂非晶或多晶硅层，掺杂后方块电阻值在10-1000Ω/□之间。

6)采用LPCVD方法在清洗后的硅片正面沉积非晶或多晶硅层，其厚度在1-30nm之间，用硼掺杂非晶或多晶硅层。掺杂后方块电阻值在10-1000Ω/□之间。

7)在硼掺杂非晶或多晶硅层的表面制备氧化钼镀膜，其厚度在1-80nm之间。

8)对步骤7)硅片的正反两面氮化硅(SiNx)镀膜，正面SiNx薄膜厚度在0-80nm之间，背面SiNx薄膜厚度在0-200nm之间。

9)对步骤8)中的硅片的背面印刷银浆料作为第二导电金属电极90，正面上采用丝网印刷方法印刷银浆料作为第一导电金属电极，以形成电池半成品。

10)对步骤9)的电池半成品，快速高温烧结，烧结温度为600-900℃。经烧结后正面金属银穿过SiNx钝化减反射膜与氧化钼薄膜形成局部接触，背面银浆料腐蚀SiNx薄膜与磷掺杂非晶或多晶硅层区域形成遂穿接触。

以上两种N型晶体硅太阳能电池结构中，且第一导电金属电极与空穴提取传输层相接触，即第一导电金属电极与氧化钼薄膜接触，第一导电金属电极均未与硅基体直接接触，可以有效的降低太阳能电池正表面的载流子复合速率，提高太阳能电池内部的电压与电流，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，包括硅基体(10)，所述硅基体(10)的受光面一侧由内向外依次设有P-N结(20)、钝化层(30)、空穴提取传输层(40)和第一覆盖介质层(50)，所述第一覆盖介质层(50)上设有第一导电金属电极(60)，所述第一导电金属电极(60)的一端穿过所述第一覆盖介质层(50)并与所述空穴提取传输层(40)相接触，所述硅基体(10)的背光面一侧由内向外依次设有第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层(71)或钝化叠层(72)、第二覆盖介质层(80)，所述第二覆盖介质层(80)上设有第二导电金属电极(90)，所述第二导电金属电极(90)穿过所述第二覆盖介质层(80)并与所述硅基体掺杂层(71)或钝化叠层(72)相连。

2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于,所述空穴提取传输层(40)为宽禁带材料层。

3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述硅基体(10)为N型晶体硅基体(10)。

4.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述空穴提取传输层(40)为过渡金属氧化物材料层，所述过渡金属氧化物材料层包括氧化钼、氧化钨、氧化钒和氧化铼中的一种或多种材料混合的材料层。

5.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于,所述钝化层(30)为氧化硅层、非晶硅层、微晶硅层、或其中两者的叠层。

6.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述非晶硅层为掺杂有第III族元素的非晶硅层，所述微晶硅层为掺杂有第III族元素的微晶硅层。

7.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述第一覆盖介质层(50)与所述第二覆盖介质层(80)为SiNx、SiON、SiOx和SiCx中的一种或多种材料混合的叠层。

8.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述第一覆盖介质层(50)与所述第二覆盖介质层(80)的厚度在0-200nm之间。

9.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述第VA族元素掺杂的硅基体掺杂层(71)为磷掺杂的硅基体掺杂层，其掺杂后的硅基体的方块电阻为20-200Ω/□。

10.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述钝化叠层(72)为生长在所述硅基体(10)表面的隧穿氧化层(721)和沉积在所述隧穿氧化层表面的第VA族元素掺杂的非晶或多晶薄膜(722)的叠层，所述隧穿氧化层(721)厚度在0.5-6nm之间，所述掺杂非晶或多晶硅薄膜(722)厚度在10-1000nm之间。