CN210200743U

CN210200743U - 太阳能电池

Info

Publication number: CN210200743U
Application number: CN201920953935.XU
Authority: CN
Inventors: Hua Li; 李华; Hongbo Tong; 童洪波; Jiyu Liu; 刘继宇
Original assignee: Taizhou Lerri Solar Technology Co Ltd
Current assignee: Taizhou Longi Solar Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2029-06-24

Abstract

本申请公开了一种太阳能电池，包括硅衬底；隧穿层，形成于硅衬底的一侧表面；掺杂多晶硅层，形成于隧穿层远离硅衬底的一侧表面，并与硅衬底构成异质结；以及栅线电极；栅线电极包括形成于掺杂多晶硅层上的第一栅线电极、以及形成于掺杂多晶硅层或硅衬底的上第二栅线电极；栅线电极包括：第一金属层，直接形成于掺杂多晶硅层或硅衬底上；以及第二金属层，形成于第一金属层上的第二金属层；第一金属层与掺杂多晶硅层或硅衬底在界面处形成金属硅化物；金属硅化物为硅化镍、硅化钴、硅化钛或硅化钨。本申请降低了太阳能电池的生产成本，提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

太阳能电池

技术领域

本实用新型一般涉及光伏领域，具体涉及光伏发电领域，尤其涉及一种太阳能电池。

背景技术

晶体硅太阳能电池由于其能量转换效率高是目前市场占有率最高的太阳能电池。

现有的晶体硅太阳能电池光电转换率不高，并且生产成本难以降低。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种光电转换率高、生产成本低的太阳能电池。

第一方面，本实用新型的太阳能电池，包括：

硅衬底；

隧穿层，形成于所述硅衬底的一侧表面；

掺杂多晶硅层，形成于所述隧穿层远离所述硅衬底的一侧表面，并与所述硅衬底构成异质结；

以及栅线电极；

所述栅线电极包括形成于所述掺杂多晶硅层上的第一栅线电极、以及形成于所述掺杂多晶硅层或所述硅衬底的上第二栅线电极；

所述栅线电极包括：

第一金属层，直接形成于所述掺杂多晶硅层或所述硅衬底上；所述第一金属层含有镍、钴、钛、钨中的至少一种；

以及第二金属层，形成于所述第一金属层上的第二金属层；

所述第一金属层与所述掺杂多晶硅层或所述硅衬底在界面处形成金属硅化物；所述金属硅化物为硅化镍、硅化钴、硅化钛或硅化钨。

可选的，所述第二金属层为铜、钴、钨、锡或锌中的任一种或者多种组合。

可选的，所述第二金属层为复合层，所述第二金属层由两层或者三层不同金属形成的堆栈结构。

可选的，所述隧穿层为掺杂介电层；所述掺杂介电层内的掺杂元素为Ⅲ族和/或Ⅴ族元素。

可选的，所述第一金属层的厚度小于2微米。

可选的，所述掺杂多晶硅层包括多个n型掺杂多晶硅区域和多个p型掺杂多晶硅区域，所述n型掺杂多晶硅区域和相邻所述p型掺杂多晶硅区域之间电隔离；所述第一栅线电极对应所述n型掺杂多晶硅区域；所述第二栅线电极对应所述p型掺杂多晶硅区域。

可选的，所述n型掺杂多晶硅区域和相邻所述p型掺杂多晶硅区域之间通过沟槽或本征多晶硅电隔离。

可选的，所述掺杂多晶硅层背向所述硅衬底的一侧形成有第一介电层，所述第一介电层上与所述n型掺杂多晶硅区域和所述p型掺杂多晶硅区域相对的位置上设有第一开膜区域以露出所述掺杂多晶硅层，所述第一金属层形成于所述第一开膜区域内。

可选的，所述掺杂多晶硅层为n型掺杂多晶硅层，所述硅衬底为p型单晶硅衬底；所述第二栅线电极形成于所述硅衬底上。

可选的，在所述硅衬底对应所述第二栅线电极的区域为p++区域。

可选的，在所述硅衬底靠近所述第二栅线电极的一侧表面，且除去所述p++区域之外的区域设为p+区。

根据本申请实施例提供的技术方案，以低成本的金属层代替昂贵的TCO(Transparent Conductive Oxide，透明导电膜)和导电银浆，降低了太阳能电池的生产成本，掺杂多晶硅层与硅衬底形成异质结结构，提高太阳能电池的光电转换效率，能够解决现有的太阳能电池生产成本高、光电转化效率低的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的一个实施例的太阳能电池未设置接触层和第二金属层的结构示意图；

图2为本实用新型的一个实施例的太阳能电池的结构示意图；

图3为本实用新型的另一个实施例的太阳能电池的结构示意图；

图4为本实用新型的又一个实施例的太阳能电池未设置接触层和第二金属层的结构示意图；

图5为本实用新型的又一个实施例的太阳能电池的结构示意图；

图6为本实用新型的又一个实施例的太阳能电池未设置接触层和第二金属层的结构示意图；

图7为本实用新型的又一个实施例的太阳能电池设置p++区域和p+区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请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相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。

本实用新型的其中一个实施例为，请参考图1-7，本实用新型的太阳能电池，包括：

硅衬底10；

隧穿层50，形成于硅衬底10的一侧表面；

掺杂多晶硅层20，形成于隧穿层50远离硅衬底10的一侧表面，并与硅衬底10构成异质结；

以及栅线电极；栅线电极包括形成于掺杂多晶硅层20上的第一栅线电极、以及形成于掺杂多晶硅层20或硅衬底10的上第二栅线电极；

栅线电极包括：

第一金属层30，直接形成于掺杂多晶硅层20或硅衬底10上；第一金属层30含有镍、钴、钛、钨中的至少一种；

以及第二金属层40，形成于第一金属层30上的第二金属层40；

第一金属层30与掺杂多晶硅层20或硅衬底10在界面处形成金属硅化物；金属硅化物为硅化镍、硅化钴、硅化钛或硅化钨。

需要说明的是，第一栅线电极是太阳能电池的正极与负极中的一个，而第二栅线电极是正极与负极中的另一个。即当第一栅线电极是正极时，则第二栅线电极是负极；当第一栅线电极是负极时，则第二栅线电极则为正极。

本实用新型的太阳能电池，掺杂多晶硅层20与硅衬底10形成异质结结构，提高太阳能电池的光电转换效率，以低成本的金属层代替昂贵的TCO和导电银浆，降低了太阳能电池的生产成本。

第一金属层30中的金属原子(例如镍、钴、钛、钨)扩散进入掺杂多晶硅层20或硅衬底10，与其中的硅原子反应形成金属硅化物，金属硅化物集中于第一金属层30与掺杂多晶硅层20或硅衬底10的界面处。金属硅化物的形成，有助于第一金属层30与掺杂多晶硅层20或硅衬底10之间的欧姆接触，有利于降低接触电阻，以及光伏组件的串联电阻。

当第一金属层为镍时，则金属硅化物为硅化镍；当第一金属层为钴时，则金属硅化物为硅化钴；当第一金属层为钛时，则金属硅化物为硅化钛；当第一金属层为钨时，则金属硅化物为硅化钨。

进一步的，第一金属层30的厚度小于2微米。这样有利于保持良好的欧姆接触，同时有助于降低电极栅线的整体电阻。

进一步的，第二金属层40为铜、钴、钨、锡或锌中的任一种或者多种组合。

进一步的，第二金属层40为复合层，第二金属层40为由两层或者三层不同金属形成的堆栈结构。

在本实用新型中，第二金属层可以为铜、银、钴、钨、锡或锌的单层，亦可以为铜/银、钴/铜/银等的堆栈层，这样可以减少银的使用量甚至不使用银，从而降低太阳能电池的生产成本。

第一金属层的形成方式包括但不限于如下：可以在掺杂多晶硅层或硅衬底10上沉积第一金属层，并进行退火处理，掺杂多晶硅层或硅衬底与第一金属层接触界面的部分形成金属硅化物；也可以在掺杂多晶硅层或硅衬底上涂覆第一金属层、活化第一金属层以及对第一金属层进行退火处理，使得第一金属层与掺杂多晶硅层或硅衬底在界面处反应生成金属硅化物。

第二金属层的形成方式包括但不限于如下：可以将导电浆料印刷到第一金属层上并进行烧结形成第二金属层；也可以通过在第一金属层表面进行低温沉积形成第二金属层。其中，低温沉积方式包括溅射、物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积。

其中，硅衬底可以是单晶硅片亦或是多晶硅片。硅衬底可以是p型亦或是n型。掺杂多晶硅层20同样可以是p型亦或是n型；当电池为IBC电池时(如图1-3所示的情况)，掺杂多晶硅层20划分为p型区和n型区。当电池的电极在两侧时(如图4-7所示的情况)，硅衬底与掺杂多晶硅层的掺杂类型相反。

进一步的，隧穿层50为掺杂介电层，掺杂介电层内的掺杂元素为Ⅲ族和/或Ⅴ族元素。隧穿层50为掺杂介电层，掺杂形成了量子隧穿点，利于电子的跃迁和电流传输，提高了短路电流和开路电压；同时有利于简化工艺，不需要额外增加掩膜制作或工序流程。

在本实用新型的实施例中，隧穿层中的介电基体为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、碳化硅或非晶硅。隧穿层的厚度优选为1-5nm。

在另一实施例中，隧穿层为具有元素浓度梯度设置的化合物薄膜，比如隧穿层在靠近硅衬底的一侧富含氧，在远离硅衬底的一侧富含氮或铝。可以通过调节沉积参数组如通入的不同气体的流量比、沉积时间、气氛、电功率等参数来控制。

隧穿层可以使用化学氧化或热氧化生长为薄氧化物膜。隧穿层也可以使用PECVD或ALD沉积形成氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物或碳氧化物的薄膜，例如氧化铝、氮化铝、氮氧化铝等。

参见图1-3，在一具体实施例中，太阳能电池为IBC电池，掺杂多晶硅层20包括多个n型掺杂多晶硅区域21和多个p型掺杂多晶硅区域22，n型掺杂多晶硅区域21和相邻p型掺杂多晶硅区域22之间电隔离；第一栅线电极对应n型掺杂多晶硅区域21；第二栅线电极对应p型掺杂多晶硅区域22。

进一步的，n型掺杂多晶硅区域21和相邻p型掺杂多晶硅区域22之间通过沟槽或本征多晶硅电隔离。

具体地，参见图2，n型掺杂多晶硅区域21和相邻p型掺杂多晶硅区域22之间通过沟槽电隔离。可以通过激光开槽等方式实现沟槽。

参见图3，n型掺杂多晶硅区域21和相邻p型掺杂多晶硅区域22之间通过本征多晶硅电隔离。在通过本征多晶硅电隔离的情况下，可以先沉积多晶硅层，然后对一部分区域进行p型掺杂，形成p型掺杂多晶硅区域；对另一部分区域进行n型掺杂，形成n型掺杂多晶硅区域；p型掺杂多晶硅区域与n型掺杂多晶硅区域之间的部分不掺杂，即保持本征多晶硅状态，继而实现通过本征多晶硅电隔离。

参见图1-3，进一步的，掺杂多晶硅层20背向硅衬底10的一侧形成有第一介电层60，第一介电层60上与n型掺杂多晶硅区域21和p型掺杂多晶硅区域22相对的位置上设有第一开膜区域61以露出掺杂多晶硅层20，第一金属层30形成于第一开膜区域61。

第一介电层为钝化层。第一介电层可以为具有1-10nm厚度的氧化硅层；第一介电层也可以为氧化硅层以及设置在氧化硅层上的诸如氮化硅层或氧化铝层或二者的叠层。第一介电层还可以是包括氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、碳化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝和碳氮化硅中的任意一种或者几种的组合叠层。第一开膜区域可以通过对第一介电层进行图案化处理形成，其中，图案化处理可以为激光加工或者化学蚀刻，掺杂多晶硅层从第一开膜区域露出，便于在第一开膜区域形成电接触。

参考图4和5，本实用新型的另一个实施例为，与图1-3所不同的是，正负电极分别位于太阳能电池的两侧，即正负电极中一个在太阳能电池的向光侧，另一个在太阳能电池的背光侧。

进一步优选地，掺杂多晶硅层20为n型掺杂多晶硅层，硅衬底10为p型单晶硅硅衬底，第二栅线电极形成于硅衬底10上。掺杂多晶硅层设置在电池的背面形成发射极区域，掺杂多晶硅层20与硅衬底10形成异质结结构。

进一步地，掺杂多晶硅层的掺杂浓度优选为1×10¹⁹～5×10²¹cm^-3。

为了方便描述，将与硅衬底10电接触的第一金属层命名为正面第一金属层31，将与掺杂多晶硅层20电接触的第一金属层命名为背面第一金属层32。同样地，将位于正面第一金属层31上的第二金属层40命名为正面第二金属层41，将位于背面第一金属层32上的第二金属层40命名为背面第二金属层42。

硅衬底10背向掺杂多晶硅层20的一侧形成有正面介电层64，正面介电层64设置有正面开膜区域65，硅衬底10从正面开膜区域65露出，正面第一金属层31和正面第二金属层41形成于正面开膜区域65。

掺杂多晶硅层20背向硅衬底10的一侧形成有背面介电层66，背面介电层66设置有背面开膜区域67，掺杂多晶硅层20从背面开膜区域67露出，背面第一金属层32和背面第二金属层42形成于背面开膜区域67。

对正面介电层进行图案化处理形成正面开膜区域，对背面介电层进行图案化处理形成背面开膜区域，其中，图案化处理可以为激光加工或者化学蚀刻。掺杂多晶硅层从背面开膜区域露出，便于在背面开膜区域形成接触层。硅衬底从正面开膜区域露出，便于在正面开膜区域形成接触层。正面介电层和背面介电层包括氮化硅层、氧化硅层、氧化铝层、碳化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝和碳氮化硅中的任意一种或者几种的组合叠层。

参考图6-7，在图4-5的基础上，进一步地，在硅衬底10对应第二栅线电极的区域为p++区域11。即对硅衬底对应第二栅线电极的区域进行重掺杂，这样可以减少第二栅线电极对应区域的载流子复合。

在本实用新型的实施例中，p++区域的掺杂浓度优选为10¹⁹～10²¹cm^-3。

进一步地，在硅衬底10靠近第二栅线电极的一侧表面，且除去p++区域11之外的区域设为p+区12。即除去p++区域11之外的硅衬底10进行轻掺杂。这样可以在硅衬底上形成前表面场，能够有效提高太阳能电池的效率。

本实用新型还提供了一种太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

在硅衬底上形成隧穿层；

在隧穿层上形成掺杂多晶硅层；

在掺杂多晶硅层的部分表面形成第一金属层；

在第一金属层上形成第二金属层；

对第一金属层进行退火，以使第一金属层与掺杂多晶硅层在界面处形成金属硅化物。

进一步的，退火处理的温度为300-600℃。

在本实用新型的一具体实施例中，以第一金属层为镍，进行一次退火处理为例进行举例说明：退火处理的温度为370℃，退火处理时间为3min；也可以，退火处理的温度为500℃，退火处理的时间为30s，只要能够保证第一金属层与掺杂多晶硅层或硅衬底形成良好的欧姆接触即可。

在另一实施例中，退火的次数大于一次。

进一步的，退火的次数为两次，后一次退火处理的温度高于前一次退火处理的温度。

以第一金属层为镍为例进行详细说明，用两次退火处理形成低阻的硅化镍，第一次退火温度为260～310℃，时间30秒，第二次退火温度为400～500℃，时间30秒。

以第一金属层为钴为例进行详细说明，采用两次退火处理形成硅化钴，第一次退火处理温度为400～550℃，第二次退火处理温度为700～850℃。

两次退火处理可有效抑制离子扩散，减少对硅基体的损伤，使得生成的金属硅化物接触层电阻率小且性质均匀，可形成光滑的金属硅化物与硅基底的形貌。

其中，形成隧穿层、形成掺杂多晶硅层、形成第一、第二金属层等步骤，在前面已经有过陈述说明，在此不再赘述，请参照前面理解。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

硅衬底；

隧穿层，形成于所述硅衬底的一侧表面；

以及栅线电极；

所述栅线电极包括：

以及第二金属层，形成于所述第一金属层上的第二金属层；

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第二金属层为复合层，所述第二金属层由两层或者三层不同金属形成的堆栈结构。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层为掺杂介电层；所述掺杂介电层内的掺杂元素为Ⅲ族和/或Ⅴ族元素。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一金属层的厚度小于2微米。

5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层包括多个n型掺杂多晶硅区域和多个p型掺杂多晶硅区域，所述n型掺杂多晶硅区域和相邻所述p型掺杂多晶硅区域之间电隔离；所述第一栅线电极对应所述n型掺杂多晶硅区域；所述第二栅线电极对应所述p型掺杂多晶硅区域。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型掺杂多晶硅区域和相邻所述p型掺杂多晶硅区域之间通过沟槽或本征多晶硅电隔离。

7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层背向所述硅衬底的一侧形成有第一介电层，所述第一介电层上与所述n型掺杂多晶硅区域和所述p型掺杂多晶硅区域相对的位置上设有第一开膜区域以露出所述掺杂多晶硅层，所述第一金属层形成于所述第一开膜区域内。

8.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述掺杂多晶硅层为n型掺杂多晶硅层，所述硅衬底为p型单晶硅衬底；所述第二栅线电极形成于所述硅衬底上。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，在所述硅衬底对应所述第二栅线电极的区域为p++区域。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，在所述硅衬底靠近所述第二栅线电极的一侧表面，且除去所述p++区域之外的区域设为p+区。