CN213692066U - 太阳电池及电池组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了太阳电池及电池组件，涉及光伏技术领域。太阳电池包括N型硅基底、发射极层、金属氧化物钝化层、氧化铝界面层、铝电极以及第一电极；金属氧化物钝化层中的金属的氧亲和力小于铝的氧亲和力；第一电极位于发射极层上；金属氧化物钝化层、铝电极层叠设置，金属氧化物钝化层与铝电极发生氧化还原化学反应后，生成位于两者之间的氧化铝界面层。铝电极中的铝抢夺金属氧化物钝化层中的氧，发生氧化还原化学反应，形成氧化铝界面层，无需使用自燃、爆炸性的硅烷和有毒的气体，且金属氧化物钝化层的导电性好，N型硅基底与金属氧化物钝化层形成的异质结的接触电阻率低，钝化质量好，提高了电池的电流密度。

Description

太阳电池及电池组件

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及电池组件。

背景技术

采用载流子选择接触的太阳电池能够降低加工温度，提升光电转换效率，因此应用广泛。

目前，太阳电池中，载流子选择接触部分通常采用自燃、爆炸性的硅烷和有毒的硼/磷气体前体制作得到。上述太阳电池的制作工程中，安全性能差，工艺复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种太阳电池及电池组件，旨在解决制作载流子选择接触的太阳电池安全性能差，工艺复杂的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种太阳电池，包括：N型硅基底、发射极层、金属氧化物钝化层、氧化铝界面层、铝电极以及第一电极；

所述金属氧化物钝化层中的金属的氧亲和力小于铝的氧亲和力；

所述第一电极位于所述发射极层上；

所述金属氧化物钝化层、所述铝电极层叠设置，所述金属氧化物钝化层与所述铝电极发生氧化还原化学反应后，生成位于两者之间的所述氧化铝界面层；

所述发射极层和所述金属氧化物钝化层两者中的一个位于所述N型硅基底的向光面，另一个位于所述N型硅基底的背光面；或，所述发射极层和所述金属氧化物钝化层分别位于所述N型硅基底的背光面的第一区域和第二区域。

本实用新型实施方式中，金属氧化物钝化层中的金属的氧亲和力小于铝的氧亲和力，金属氧化物钝化层、所述铝电极层叠设置，铝电极中的铝抢夺金属氧化物钝化层中的氧，发生氧化还原化学反应，形成位于金属氧化物钝化层和铝电极之间的氧化铝界面层。金属氧化物钝化层、氧化铝界面层作为场结构，无需使用自燃、爆炸性的硅烷和有毒的气体，针对场结构的生产可以选择简单、低成本的制作方式，工艺简单，降低了成本，且安全性能高，适合大规模生产。并且，上述化学反应会在金属氧化物钝化层的表面形成氧空位，提升了金属氧化物钝化层的导电性。同时，富铝的氧化铝界面层可以降低N型硅基底与金属氧化物钝化层形成的异质结的接触电阻率，且金属氧化物钝化层仍然保持良好的钝化质量。同时，通过上述化学反应消耗了与金属氧化物钝化层接触处的铝，降低了铝电极的吸收，提高了电池的电流密度。

可选的，所述金属氧化物钝化层选自：氧化钛层、氧化铬层、氧化镓层、氧化锌层中的至少一层。

可选的，所述N型硅基底的掺杂浓度为5×10¹⁴cm^-3-1×10¹⁶cm^-3；

在所述发射极层和所述金属氧化物钝化层两者中的一个位于所述N型硅基底的向光面，另一个位于所述N型硅基底的背光面，且所述金属氧化物钝化层位于所述N型硅基底的背光面的情况下，所述铝电极覆盖所述金属氧化物钝化层的整个背光面。

可选的，所述金属氧化物钝化层的厚度为1nm-20nm。

可选的，所述太阳电池还包括：钝化掩膜层；所述钝化掩膜层与所述金属氧化物钝化层位于所述N型硅基底的同一侧；所述钝化掩膜层具有至少一个开孔；

所述金属氧化物钝化层、所述氧化铝界面层、所述铝电极填充在所述开孔中，所述钝化掩膜层中靠近所述N型硅基底的第一表面，与所述金属氧化物钝化层中靠近所述N型硅基底的第二表面平齐，或，所述第一表面比所述第二表面靠近所述N型硅基底；

所述钝化掩膜层具有与所述第一表面相对的第三表面；所述铝电极从所述开孔中，向所述第三表面延伸出来形成一个整体。

可选的，所述金属氧化物钝化层、所述氧化铝界面层、所述铝电极三者覆盖所述钝化掩膜层中未开孔的部分；

或，所述铝电极覆盖所述钝化掩膜层中未开孔的部分。

可选的，所述太阳电池还包括：银电极，所述银电极与所述铝电极层叠设置，且所述银电极远离所述N型硅基底。

可选的，所述太阳电池还包括：靠近所述N型硅基底，且与所述第一电极接触的局域重掺层；

所述局域重掺层的掺杂类型与所述发射极层的掺杂类型相同，且掺杂浓度大于所述发射极层的掺杂浓度。

可选的，所述太阳电池还包括：位于所述金属氧化物钝化层与所述N硅基底之间的隧穿层；所述隧穿层为氧化硅层；所述隧穿层的厚度为0.5nm-3nm。

根据本实用新型的第二方面，还提供一种电池组件，包括：任一前述的太阳电池。

上述电池组件，具有与前述太阳电池相同或相似的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对本实用新型实施方式的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一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施方式中的第一种太阳电池的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施方式中的太阳电池的一种电流运动示意图；

图3示出了本实用新型实施方式中的第二种太阳电池的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施方式中的第三种太阳电池的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施方式中的第四种太阳电池的结构示意图；

图6示出了本实用新型实施方式中的第五种太阳电池的结构示意图。

附图编号说明：

1-第一电极，2-钝化减反层，3-发射极层，4-局域重掺层，5-N型硅基底，6-隧穿层，7-金属氧化物钝化层，8-氧化铝界面层，9-铝电极，10-钝化掩膜层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1所示，图1示出了本实用新型实施方式中的第一种太阳电池的结构示意图。该太阳电池包括：N型硅基底5、发射极层3、金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8、铝电极9以及第一电极1。N型硅基底5包含N型导电掺杂剂，例如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。N型硅基底5对会减少载流子寿命的污染物有较强的抵抗能力，并且由于没有硼缺陷可以避免性能退化。

可选的，N型硅基底5的掺杂浓度为5×10¹⁴cm^-3-1×10¹⁶cm^-3，上述浓度的N型硅基底5降低了俄歇复合和带隙变窄的不利影响，提高了少数载流子的寿命。

金属氧化物钝化层7中的金属的氧亲和力小于铝的氧亲和力，也就是说，在金属氧化物钝化层7、铝电极9相互接触的情况下，铝电极9中的铝原子会抢夺金属氧化物钝化层7中的氧原子，进而发生氧化还原化学反应。

第一电极1位于发射极层3上，第一电极1用于收集发射极3上的载流子。第一电极1可以为Al电极、Al/Ag电极、Ni/Cu电极、Ni/Cu/Sn电极、Cr/Pd/Ag电极或Ni/Cu/Ag电极中的任意一种。本实用新型实施例中，对发射极层3是否为选择接触层不作具体限定。例如，发射极层3可以为空穴选择性接触层。

需要说明的是，第一电极1、铝电极9可以通过丝网印刷、打印、激光转印低温浆料或电子束蒸发、热蒸镀、电镀的方式形成，以降低热影响。第一电极1、铝电极9形成后还需进行中低温退火，温度在300-600℃，退火时间5-60min。

金属氧化物钝化层7、铝电极9层叠设置，则，铝电极9中的铝原子会抢夺金属氧化物钝化层7中的氧原子，发生氧化还原化学反应，生成位于两者之间的氧化铝界面层8。金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8作为场结构，无需使用自燃、爆炸性的硅烷和有毒的气体，针对场结构的生产可以选择简单、低成本的制作方式，工艺简单，降低了成本，且安全性能高，适合大规模生产。并且，上述化学反应会在金属氧化物钝化层7的表面形成氧空位，提升了金属氧化物钝化层7的导电性。同时，富铝的氧化铝界面层8可以降低N型硅基底5与金属氧化物钝化层7形成的异质结的接触电阻率，且金属氧化物钝化层7仍然保持良好的钝化质量。同时，通过上述化学反应消耗了与金属氧化物钝化层7接触处的铝，降低了铝电极9的吸收，提高了电池的电流密度。

更为具体的，铝电极9与金属氧化物钝化层7反应以在金属化形成以后的退火期间在金属氧化物钝化层7和铝电极9之间形成氧化铝(AlO_x)界面层。化学式中的x根据实际需要确定，对此不作具体限定。反应通过从金属氧化物钝化层7接触处部分移除铝，由于铝具有很强的氧亲和力，铝原子很容易从金属氧化物钝化层7吸引氧原子，在铝电极9和金属氧化物钝化层7之间发生氧化还原反应，形成AlO_x界面。该界面AlO_x层是非化学计量的，富Al的AlO_x界面层使太阳电池获得低接触电阻率。由于Al的氧亲和力相对高于金属氧化物钝化层7中金属的氧亲和力，因此产生了额外的氧空位，以及H的还原作用。这两种效应都导致了金属氧化物钝化层7的高导电性。随着金属氧化物钝化层7中氧空位浓度的增加，金属氧化物钝化层7具有更高的导电性，使电池具有更高的填充因子。

发射极层3和金属氧化物钝化层7两者中的一个位于N型硅基底5的向光面，另一个位于N型硅基底5的背光面，即双面电池。至于两者中谁位于N型硅基底5的向光面、谁位于N型硅基底5的背光面，不作具体限定。如图1所示，发射极层3位于N型硅基底5的向光面，金属氧化物钝化层7位于N型硅基底5的背光面。

或者，发射极层3和金属氧化物钝化层7分别位于N型硅基底5的背光面的第一区域和第二区域。即，该太阳电池可以为背接触电池，发射极层3和金属氧化物钝化层7都位于N型硅基底5的背光面，发射极层3和金属氧化物钝化层7分别位于N型硅基底5的背光面的第一区域和第二区域。第一区域、第二区域的大小不作具体限定。如，发射极层3和金属氧化物钝化层7两者中，作为少数载流子分离部分的面积较大，以便于少数载流子的收集。针对发射极层3和金属氧化物钝化层7分别位于N型硅基底5的背光面的第一区域和第二区域的太阳电池，电极均位于N型硅基底5的背光面，光学遮挡少。

可选的，在发射极层3和金属氧化物钝化层7两者中的一个位于N型硅基底5的向光面，另一个位于N型硅基底5的背光面，且金属氧化物钝化层7位于N型硅基底5的背光面的情况下，铝电极9覆盖金属氧化物钝化层7的整个背光面，形成铝电极层，铝电极9和金属氧化物钝化层7的接触面积大，利于化学反应的进行，且提升了效率。如图1所示。

可选的，上述金属氧化物钝化层7选自：氧化钛(TiO_x)层、氧化铬(CrO_x)层、氧化镓(GaO_x)层、氧化锌(ZnO_x)层中的至少一层，上述材料金属氧化物钝化层7中金属的氧亲和力较为合适，便于与铝电极9发生氧化还原反应。需要说明的是，上述化学式中的x均由本领域技术人员根据实际情况确定，本实用新型对此不作具体限定。

可选的，上述金属氧化物钝化层7的厚度为1nm-20nm，该厚度为硅基底5与发射极层3层叠的方向上的尺寸。上述厚度的金属氧化物钝化层7具有良好的钝化效果，并利于与铝电极9发生氧化还原反应。

可选的，太阳电池还可以包括：银电极，银电极与铝电极9层叠设置，且银电极远离N型硅基底5。Ag的反射率相对Al较高，因此可以通过Ag电极的高反射率，提升输出电流。如，输出电流可以提升0.6mA/cm²左右。可以通过蒸镀薄的Al与Ag的叠层，并通过电镀进行Ag层增厚。

图2示出了本实用新型实施方式中的太阳电池的一种电流运动示意图。图2中虚线箭头所示即为电流的流动示意。图2中电流流动方向是纵向一维的。针对图1所示的太阳电池，无需掩膜沉积、刻蚀和开口等步骤，N型硅基底5和金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8、铝电极9全面接触，简化了制造流程，由于接触面积较大，即使接触电阻相对较大也不会导致显著的效率损失，这种结构还将太阳电池中的电流流动简化为一维，消除了横向电阻损耗，如图2所示。同时图1所示的太阳电池，允许使用较低掺杂浓度的N型硅基底5，降低俄歇复合和带隙变窄效应，提高少数载流子的寿命和载流子扩散长度，提高电池电流密度，在低掺杂浓度的N型硅基底5上获得高的转换效率。

图3示出了本实用新型实施方式中的第二种太阳电池的结构示意图。图4示出了本实用新型实施方式中的第三种太阳电池的结构示意图。图5示出了本实用新型实施方式中的第四种太阳电池的结构示意图。图6示出了本实用新型实施方式中的第五种太阳电池的结构示意图。可选的，参照图3、图4、图5、图6所示，该太阳电池还包括：钝化掩膜层10，钝化掩膜层10与金属氧化物钝化层7位于N型硅基底5的同一侧。如，两者均位于N型硅基底5的背光面。钝化掩膜层10具有至少一个开孔，开孔的数量和大小不作具体限定。

金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8、铝电极9填充在开孔中，钝化掩膜层10中靠近N型硅基底5的第一表面，与金属氧化物钝化层7中靠近N型硅基底5的第二表面平齐，或，该第一表面比该第二表面靠近N型硅基底5。即，与金属氧化物钝化层7相比，钝化掩膜层10可能更靠近N型硅基底5，或者两者一样靠近N型硅基底5。

钝化掩膜层10具有与第一表面相对的第三表面，该第三表面为钝化掩膜层10远离N型硅基底5的表面。铝电极9从开孔中，向第三表面延伸出来形成一个整体。通过设置钝化掩膜层10，N型硅基底5和金属氧化物钝化层7以及铝电极9局部接触，降低了接触电阻，降低了复合。位于开孔之外的金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8、铝电极9具有更高的导电率，有助于电流流到接触点，并且提高了开路电压。

可选的，参照图3、图4所示，金属氧化物钝化层7、氧化铝界面层8、铝电极9三者覆盖钝化掩膜层10中未开孔的部分。或，参照图5、图6所示，铝电极9覆盖钝化掩膜层10中未开孔的部分。太阳能电池形式多样。

可选的，参照图1、图3至图6，太阳电池还包括：靠近N型硅基底5，且与第一电极1接触的局域重掺层4。局域重掺层4的掺杂类型与发射极层3的掺杂类型相同，且掺杂浓度大于发射极层3的掺杂浓度，即，发射极层3为p+，局域重掺层4为p++，两者形成了p+p++高低结，既能钝化太阳电池的接触，降低接触区域表面复合，同时能与第一电极形成良好的欧姆接触，进一步提高电池的开路电压和转换效率。

可选的，参照图1、图3至图6，太阳电池还包括：位于金属氧化物钝化层7与N硅基底5之间的隧穿层6。隧穿层6为氧化硅层。隧穿层6的厚度为0.5nm-3nm。隧穿层6可以通过热氧化、湿化学氧化、在臭氧存在下通过辐照氧化或LPCVD的方式沉积的方法形成。设置隧穿层6，可以提高金属氧化物钝化层7的钝化热稳定性以及获得最佳的长波响应，从而显著开路电压和短路电流，从而提高效率。金属氧化物钝化层7对N硅基底5表面具有良好的钝化作用。例如，若金属氧化物钝化层7为氧化钛层，金属氧化物钝化层7与N硅基底5接触的区域上Si-O-Ti键的形成，以及TiO₂中的负固定电荷密度，实现场效应钝化界面以及界面对界面的化学钝化。

需要说明的是，在太阳电池包括钝化掩膜层10的情况下，如图2所示，隧穿层6填充在钝化掩膜层10的开孔中，与N硅基底5接触。同时，隧穿层6还覆盖在钝化掩膜层10中未开孔的部分。如图3所示，隧穿层6覆盖N硅基底5的整个背光面，钝化掩膜层10设置在隧穿层6的背光面。钝化掩膜层10通过LPCVD沉积而成。钝化掩膜层10通过开口使沉积的金属氧化物钝化层7以及后续反应生成的氧化铝界面层及铝电极部分位于开口内。

该太阳电池还可以包括钝化减反层2，钝化减反层2覆盖在发射极层3上，起到良好的钝化减反效果。

参照图1所示的太阳电池的大致生产方法可以如下：在N硅基底5的向光面制绒和硼扩散，得到发射极层3，沉积钝化减反层2。在N硅基底5的背光面沉积隧穿层6和金属氧化物钝化层7。在背光面沉积Al电极层。在向光面接触开口和金属化。

一种太阳电池的具体生产方法可以如下：选取厚度约180μm的双面抛光N型c-Si硅片(电阻率5.0Ωcm)，经过RCA清洗后，通过低压化学气相沉积(LPCVD)在两侧沉积SiNx(10nm-100nm)作为钝化掩膜层10。使用反应等离子体刻蚀(RIE)去除向光面氮化硅层，然后在碱性溶液中进行随机向光面制绒。然后在950℃的管式炉中通过三溴化硼(BBr₃)扩散制备方阻约120Ω/每方的p+发射极层3。在稀释的HF溶液中蚀刻硼硅酸盐玻璃(BSG)后，分别用等离子体增强ALD和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积Al₂O₃(5nm-15nm)和SiN_x(50nm-150nm)的叠层钝化p+发射极层3。在450℃下进行15分钟的成形气体退火(FGA)，以激活叠层的表面钝化。用发烟HF刻蚀背光面的钝化掩膜层10后，在700℃预热管式炉中，在臭氧气氛中热生长150s，厚度约为1.2nm的隧穿层6如SiO₂。然后立即将样品转移到ALD室中进行TiO₂沉积，在75℃的低温下ALD沉积约3nmTiO₂层。背面真空热蒸发的Al/Ag(3/2000nm)叠层进行金属化。通过激光烧蚀向光面钝化减反层2形成接触开口，然后电镀进行Ni/Cu/Ag金属叠层向光面金属化。最后，将太阳能电池置于350℃的FGA中退火30分钟。

本实用新型实施方式还提供了一种电池组件，包括：任一前述太阳电池。该组件中的太阳电池具体可以参照前述有关记载，并能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。

上面结合附图对本实用新型的实施方式进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种太阳电池，其特征在于，包括：N型硅基底、发射极层、金属氧化物钝化层、氧化铝界面层、铝电极以及第一电极；所述金属氧化物钝化层中的金属的氧亲和力小于铝的氧亲和力；

所述第一电极位于所述发射极层上；

所述金属氧化物钝化层、所述铝电极层叠设置，所述金属氧化物钝化层与所述铝电极发生氧化还原化学反应后，生成位于两者之间的所述氧化铝界面层；

所述发射极层和所述金属氧化物钝化层两者中的一个位于所述N型硅基底的向光面，另一个位于所述N型硅基底的背光面；或，所述发射极层和所述金属氧化物钝化层分别位于所述N型硅基底的背光面的第一区域和第二区域。

2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述金属氧化物钝化层选自：氧化钛层、氧化铬层、氧化镓层、氧化锌层中的至少一层。

3.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，在所述发射极层和所述金属氧化物钝化层两者中的一个位于所述N型硅基底的向光面，另一个位于所述N型硅基底的背光面，且所述金属氧化物钝化层位于所述N型硅基底的背光面的情况下，所述铝电极覆盖所述金属氧化物钝化层的整个背光面。

4.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述金属氧化物钝化层的厚度为1nm-20nm。

5.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，还包括：钝化掩膜层；所述钝化掩膜层与所述金属氧化物钝化层位于所述N型硅基底的同一侧；所述钝化掩膜层具有至少一个开孔；

所述金属氧化物钝化层、所述氧化铝界面层、所述铝电极填充在所述开孔中，所述钝化掩膜层中靠近所述N型硅基底的第一表面，与所述金属氧化物钝化层中靠近所述N型硅基底的第二表面平齐，或，所述第一表面比所述第二表面靠近所述N型硅基底；

所述钝化掩膜层具有与所述第一表面相对的第三表面；所述铝电极从所述开孔中，向所述第三表面延伸出来形成一个整体。

6.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述金属氧化物钝化层、所述氧化铝界面层、所述铝电极三者覆盖所述钝化掩膜层中未开孔的部分；

或，所述铝电极覆盖所述钝化掩膜层中未开孔的部分。

7.根据权利要求1或2所述的太阳电池，其特征在于，还包括：银电极，所述银电极与所述铝电极层叠设置，且所述银电极远离所述N型硅基底。

8.根据权利要求1-6中任一所述的太阳电池，其特征在于，还包括：靠近所述N型硅基底，且与所述第一电极接触的局域重掺层；

所述局域重掺层的掺杂类型与所述发射极层的掺杂类型相同。

9.根据权利要求1-6中任一所述的太阳电池，其特征在于，还包括：位于所述金属氧化物钝化层与所述N型硅基底之间的隧穿层；所述隧穿层为氧化硅层；所述隧穿层的厚度为0.5nm-3nm。

10.一种电池组件，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一所述的太阳电池。

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