CN214043679U

CN214043679U - 太阳能电池

Info

Publication number: CN214043679U
Application number: CN202022764301.5U
Authority: CN
Inventors: 李兵; 邓伟伟; 蒋方丹
Original assignee: Jiaxing Atlas Photovoltaic Technology Co Ltd
Current assignee: Jiaxing Canadian Solar Technology Research Institute
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2030-11-25

Abstract

本申请提供一种太阳能电池，包括硅基底，所述硅基底的正面依次层叠设置有隧穿层、掺杂多晶硅层与减反射层，所述太阳能电池还包括穿过所述减反射层并与所述掺杂多晶硅层相接触的正面电极；所述硅基底的背面依次层叠设置有本征非晶硅层、掺杂非晶层与透明导电层。本申请太阳能电池能够改善电池表面的钝化性能，减少电池正面相关膜层对入射光线的寄生吸收，增加入射光线的利用率，并通过所述本征非晶硅层、掺杂非晶层作为背面钝化结构，减少高温制程及高温制程中可能演化出现的缺陷，提高电池寿命。

Description

太阳能电池

技术领域

本申请涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能电池。

背景技术

随着光伏产业的迅速发展，国内外市场对于太阳能电池与光伏组件的效率需求也不断增长，这也促使各大厂商积极进行高效电池的开发与研究。就晶硅电池而言，通过电池结构及相关工艺的创新，提高电池性能与转换效率是业内持续关注的重点课题。

业内有观点认为，TOPCon电池与HJT电池是晶体硅太阳能电池在后PERC时代的主要技术发展路径。TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)电池是在电池背面制备超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，共同形成了钝化接触结构，可以极大地降低背面的表面复合和金属复合，进而大幅度的提升电池的开路电压Voc和转换效率。异质结(Heterojunction，HJT)电池主要是在n型硅片的正/背面沉积本征α-Si:H层后分别沉积p型α-Si:H层和n型α-Si:H层，再进行金属化，其具有高转换效率、低光衰、低温度系数等优势。但前者在进行掺杂多晶硅层尤其是硼掺杂多晶硅层制备过程中，工艺温度较高，可能导致硅基底生成相关缺陷，影响电池寿命；后者表面的膜层结构吸光相对较为严重，影响入射光线的有效吸收。

鉴于此，有必要提供一种新的太阳能电池。

实用新型内容

本申请目的在于提供一种太阳能电池，能改善表面钝化性能，降低吸光损失，并能减少电池缺陷，保证电池使用寿命。

为实现上述目的，本申请提供一种太阳能电池，包括硅基底，所述硅基底的正面依次层叠设置有隧穿层、掺杂多晶硅层与减反射层，所述太阳能电池还包括穿过所述减反射层并与所述掺杂多晶硅层相接触的正面电极；所述硅基底的背面依次层叠设置有本征非晶硅层、掺杂非晶层与透明导电层。

作为本申请的进一步改进，所述掺杂多晶硅层包括第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层，所述正面电极对应设置在所述第一掺杂多晶硅层上；所述第一掺杂多晶硅层的厚度大于第二掺杂多晶硅层的厚度。

作为本申请的进一步改进，所述第一掺杂多晶硅层的厚度设置为60～200nm；所述第二掺杂多晶硅层的厚度设置为10～50nm。

作为本申请的进一步改进，所述第一掺杂多晶硅层的掺杂浓度大于第二掺杂多晶硅层的掺杂浓度。

作为本申请的进一步改进，所述隧穿层设置为氧化硅膜或氮氧化硅膜，所述隧穿层的厚度设置为1～3nm。

作为本申请的进一步改进，所述减反射层包括层叠设置的第一减反射层与第二减反射层，所述第一减反射层设置为富氢氮化硅膜，且所述第一减反射层的厚度设置为3～30nm，折射率2.1～2.4；所述第二减反射层设置为氮化硅膜或氮氧化硅膜或氧化硅膜或由其中至少两种构成的复合膜。

作为本申请的进一步改进，所述本征非晶硅层的厚度设置为5～10nm；所述掺杂非晶层的厚度设置为5～10nm。

作为本申请的进一步改进，所述本征非晶硅层包括第一本征非晶硅层与层叠设置在所述第一本征非晶硅层背离所述硅基底一侧表面上的第二本征非晶硅层，所述第二本征非晶硅层的氢含量大于所述第一本征非晶硅层的氢含量。

作为本申请的进一步改进，所述第一本征非晶硅层的厚度设置为1～3nm，折射率设置为4～4.3；所述第二本征非晶硅层的厚度设置为3～8nm，折射率设置为3.8～4.1。

作为本申请的进一步改进，所述掺杂非晶层包括第一掺杂非晶层与层叠设置在所述第一掺杂非晶层背离所述硅基底一侧表面上的第二掺杂非晶层，所述第二掺杂非晶层的掺杂浓度大于所述第一掺杂非晶层的掺杂浓度。

作为本申请的进一步改进，所述透明导电层的厚度设置为70～120nm。

作为本申请的进一步改进，所述硅基底为N型硅片；所述掺杂多晶硅层为磷掺杂多晶硅层，所述掺杂非晶层为硼掺杂非晶层。

本申请的有益效果是：采用本申请太阳能电池，所述硅基底的正面采用隧穿层与掺杂多晶硅层钝化结构，改善电池表面的钝化性能，减少电池正面相关膜层对入射光线的寄生吸收，增加入射光线的利用率；所述硅基底背面则采用本征非晶硅层与掺杂非晶层钝化结构，减少高温处理工艺及高温过程中可能演化出现的缺陷，提高电池寿命。

附图说明

图1是本申请太阳能电池一较佳实施例的结构示意图；

图2是本申请太阳能电池另一较佳实施例的结构示意图；

图3是本申请太阳能电池又一较佳实施例的结构示意图；

图4是本申请太阳能电池的制备方法的主要流程示意图。

100-太阳能电池；1-硅基底；2-隧穿层；3-掺杂多晶硅层；31-第一掺杂多晶硅层；32-第二掺杂多晶硅层；4-减反射层；41-第一减反射层；42-第二减反射层；5-本征非晶硅层；51-第一本征非晶硅层；52-第二本征非晶硅层；6-掺杂非晶层；61-第一掺杂非晶层；62-第二掺杂非晶层；7-透明导电层；81-正面电极；82-背面电极。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本申请进行详细描述。但该实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

参图1所示，本申请提供的太阳能电池100包括硅基底1、依次层叠设置在所述硅基底1正面的隧穿层2、掺杂多晶硅层3与减反射层4、依次层叠设置在所述硅基底1背面的本征非晶硅层5、掺杂非晶层6与透明导电层7。

所述硅基底1为N型硅片，且所述硅基底1的电阻率设置为0.5～7Ω·cm，优选为1～2Ω·cm。所述硅基底1的正面通常采用碱制绒形成既定的金字塔绒面结构，所述绒面尺寸设置为1～5μm，优选为2～3μm。所述太阳能电池100还包括分设在所述硅基底1两侧表面的正面电极81与背面电极82，所述正面电极81穿过所述减反射层4并与所述掺杂多晶硅层3相接触；所述背面电极82设置在所述透明导电层7背离所述硅基底1一侧的表面上。

所述隧穿层2设置为氧化硅膜或氮氧化硅膜或由两者组成的复合膜，所述隧穿层2的厚度设置为1～3nm，通常可采用化学氧化或热氧化或臭氧氧化方法制得。所述掺杂多晶硅层3设置为磷掺杂多晶硅层，就是说所述掺杂多晶硅层3作为设置在所述硅基底1正面的N+层，所述太阳能电池100为背结电池。所述减反射层4通常可采用氮化硅膜，厚度设置为70～100nm，且可通过气体流量、反应时间、温度等工艺参数的调节，提高所述减反射层4的膜层性能与减反射效果。

所述掺杂多晶硅层3掺杂浓度设置为5E18～5E20cm^-3，方阻设置为20～100Ω/sq。在此，所述掺杂多晶硅层3包括相邻设置的第一掺杂多晶硅层31与第二掺杂多晶硅层32，所述第一掺杂多晶硅层31的厚度大于第二掺杂多晶硅层32的厚度，所述正面电极81对应设置在所述第一掺杂多晶硅层31上。换言之，所述正面电极81下设置较厚的第一掺杂多晶硅层31，保证钝化性能，也避免所述第一掺杂多晶硅层31在后续金属化制程中受损；所述硅基底1正面受光区域则采用厚度较小的第二掺杂多晶硅层32，能够有效减小膜层的吸光损失，提高入射光线的有效吸收与转换。本实施例中，所述第一掺杂多晶硅层31的厚度设置为60～200nm；所述第二掺杂多晶硅层32的厚度设置为10～50nm。另有，所述掺杂多晶硅层3的吸光系数受其自身掺杂浓度的影响也较大，在保证钝化性能的基础上，还可以将所述第一掺杂多晶硅层31的掺杂浓度设置大于第二掺杂多晶硅层32的掺杂浓度。

所述本征非晶硅层5的厚度设置为5～10nm；所述掺杂非晶层6是指掺杂非晶硅膜层或掺杂非晶氧化硅膜层。在此，所述掺杂非晶层6设置为硼掺杂非晶层，所述掺杂非晶层6的厚度设置为5～10nm，且所述掺杂非晶层6的掺杂浓度为1E18～5E20cm^-3，优选地，所述掺杂非晶层6的掺杂浓度为1E19～1E20cm^-3。所述透明导电层7的厚度设置为70～120nm，所述透明导电层7通常是指透明导电氧化物膜层，作为示例地，所述透明导电层7可设置为ITO膜层。

所述隧穿层2、掺杂多晶硅层3及减反射层4制备过程中，相应膜层会沉积在所述硅基底1的侧面。参图2所示，该实施例区别于前述实施例的特征在于：通过在所述硅基底1进行背面清洗时，调节反应液浓度，结合反应时间与温度的控制，使得所述减反射层4起着一定程度遮掩作用，实现背面清洗的同时，保留所述硅基底1侧面的隧穿层2、掺杂多晶硅层3及减反射层4，进而改善所述硅基底1边缘位置的钝化性能。

参图3所示，为进一步提高膜层性能与电池效率，所述减反射层4包括层叠设置的第一减反射层41与第二减反射层42，所述第一减反射层41设置为富氢氮化硅膜，且所述第一减反射层的厚度设置为3～30nm，折射率设置为2.1～2.4；所述第二减反射层42设置为氮化硅膜或氮氧化硅膜或氧化硅膜或由其中至少两种构成的复合膜。并且，所述减反射层4还可设置呈渐变的膜层结构，此处不再详述。

所述本征非晶硅层5包括第一本征非晶硅层51与层叠设置在所述第一本征非晶硅层51背离所述硅基底1一侧表面上的第二本征非晶硅层52，所述第二本征非晶硅层52的氢含量大于所述第一本征非晶硅层51的氢含量。具体地，所述第一本征非晶硅层51的厚度设置为1～3nm，折射率设置为4～4.3；所述第二本征非晶硅层52的厚度设置为3～8nm，折射率设置为3.8～4.1。通过上述设计，能够实现更好地钝化效果。

所述掺杂非晶层6包括第一掺杂非晶层61与层叠设置在所述第一掺杂非晶层61背离所述硅基底1一侧表面上的第二掺杂非晶层62，所述第二掺杂非晶层62的掺杂浓度大于所述第一掺杂非晶层61的掺杂浓度。其中，内侧低浓度的第一掺杂非晶层61可有效降低界面处的复合，外侧高浓度的第二掺杂非晶层62则能与所述透明导电层形成良好的接触。

本申请太阳能电池100将异质结电池结构与多晶硅钝化技术相结合，降低生产成本。并且，所述太阳能电池100通过硼掺杂非晶层的设计，无需进行高温硼扩散制程(950～1050℃)，避免在高温条件下可能演化生成的晶体缺陷。进一步地，所述正面电极81、背面电极82均采用低温固化银浆制得，无需高温烧结；所述正面电极81还可以采用电镀铜、镍等金属材料得到。

特别地，所述硅基底1还可以采用P型硅片，所述掺杂多晶硅层3同样设置为磷掺杂多晶硅层，所述掺杂非晶层6同样设置为硼掺杂非晶层。此时，所述掺杂非晶层6作为背面P+层；所述掺杂多晶硅层3与硅基底1之间形成相应的PN结，在此不再详述。

结合图4所示，所述太阳能电池100的制备方法包括：

提供硅基底1，并对所述硅基底1进行表面处理；

在硅基底1的正面依次制备隧穿层2、掺杂多晶硅层3与减反射层4；

背面清洗；

在硅基底1的背面依次制备本征非晶硅层5、掺杂非晶层6与透明导电层7；

在所述减反射层4的既定区域进行开槽；

在所述减反射层4的开槽位置制备正面电极81，使得所述正面电极81穿过减反射层4并与所述掺杂多晶硅层3相接触；

在所述透明导电层7上制备背面电极82。

所述“表面处理”步骤包括先采用KOH或NaOH或TMAH的水溶液对硅基底1进行双面碱制绒，控制所述硅基底1表面的金字塔高度介于1～5μm，优选为2～3μm。实际生产中，还可以在上述溶液中添加既定的制绒添加剂，改善硅基底1的绒面质量。

所述掺杂多晶硅层3的制备具体包括：

采用LPCVD方法或HWCVD方法在所述隧穿层2表面沉积膜层，再经退火形成初始掺杂多晶硅层，所述退火温度为800～950℃，所述膜层的反应气体包括SiH₄、PH₃、H₂，其中，SiH₄、PH₃两者的流量比设置为1:0.1～1:0.001，SiH₄、H₂两者的流量比设置为1:10～1:250；或，

采用LPCVD方法或PECVD方法在所述隧穿层表面沉积本征硅膜层，再经扩散形成初始掺杂多晶硅层，所述扩散采用既定的气态磷源(如：POCl₃)或固态磷源(如：磷浆、Al(PO₃)₃等)，扩散温度设置为800～950℃，上述初始掺杂多晶硅层的厚度设置为60～200nm，优选设置为100～150nm，方阻优选设置为30～50Ω/sq；

在所述初始掺杂多晶硅层表面的部分区域制备掩膜层；

刻蚀未设置掩膜层区域的部分初始掺杂多晶硅层，得到对应于所述掩膜层设置区域的第一掺杂多晶硅层31、厚度小于第一掺杂多晶硅层31的第二掺杂多晶硅层32；

再清洗去除所述掩膜层。

所述减反射层4通常采用PECVD方法沉积制得，通过反应气体流量、沉积温度等工艺条件进行调整，可得到既定厚度、折射率的减反射层4。

所述“背面清洗”步骤可以采HF与HNO₃的混合溶液对所述硅基底1的背面进行抛光与清洗，或，采用碱溶液对硅基底1的背面进行二次制绒，再利用低浓度HF/高浓度HNO₃混合液对硅基底1背面的金字塔结构进行圆化处理和后清洗。特别地，所述“背面清洗”过程优选保留所述硅基底1侧面的隧穿层2、掺杂多晶硅层3与减反射层4，以改善所述硅基底1边缘位置的钝化性能。

所述本征非晶硅层5、掺杂非晶层6同样采用PECVD方法制得。所述本征非晶硅层5的制备包括在所述硅基底1的背面依次沉积第一本征非晶硅层51与第二本征非晶硅层52，所述第二本征非晶硅层52的氢含量大于所述第一本征非晶硅层51的氢含量；所述掺杂非晶层6的制备包括在所述第二本征非晶硅层52表面依次沉积第一掺杂非晶层61与第二掺杂非晶层62，所述第二掺杂非晶层62的掺杂浓度大于所述第一掺杂非晶层61的掺杂浓度。

具体地，所述第一本征非晶硅层51的沉积过程采用硅烷作为气源，不通氢气，所述第一本征非晶硅层51的厚度设置为1～3nm，折射率设置为4～4.3；所述第二本征非晶硅层52则采用高氢稀释比的硅烷作为气源，气体流量比设置为SiH₄:H₂＝1:10～1:500，所述第二本征非晶硅层52的厚度设置为3～8nm，折射率设置为3.8～4.1。所述第一掺杂非晶层61的掺杂浓度为1E18～5E19cm^-3；所述第二掺杂非晶层62的掺杂浓度为1E19～5E20cm^-3。

所述透明导电层7采用磁控溅射方法沉积，并在180～220℃温度条件退火处理得到，所述退火温度优选为190～210℃。

所述“开槽”是指采用激光刻蚀去除既定区域的减反射层4，使得所述掺杂多晶硅层3向外暴露。所述减反射层4可以按照光学效果最优化进行设计，不需要考虑正面电极81的烧穿接触问题，对正面金属化要求更低。所述开槽过程优选可采用波长较短如355nm的激光束，以更好地控制激光束不要蚀穿所述掺杂多晶硅层3。

所述正面电极81与背面电极82均采用低温固化银浆印刷、烘干得到，所述正面电极81的印刷位置与前述开槽位置相对应，使得低温固化浆料与所述掺杂多晶硅层3直接接触；上述烘干的温度通常设置为150～250℃。

除此，所述制备方法还包括在完成正面电极81与背面电极82的制备后，再对硅基底1进行光注入或电注入处理，减少内部缺陷，降低后续衰减。为进一步说明本申请太阳能电池100的电学性能，参下表：

Group	Voc(mV)	Isc(A)	FF(％)	Rs(mΩ)	Rsh(Ω)	EFF(％)
							实施例1	721.9	9.864	83.56	0.61	1427.1	24.17％
实施例2	724.9	9.841	83.17	0.82	1427.1	24.10％
							对比例	710.2	9.923	82.89	1.22	1404.3	23.73％

其中，实施例1、实施例2的区别在于所述掺杂多晶硅层3的制备过程不同，实施例1中的掺杂多晶硅层3采用LPCVD方法沉积本征硅膜层，再于850～950℃条件采用POCl₃气态源扩散，并经局部减薄得到；实施例2中的掺杂多晶硅层3则采用LPCVD或HWCVD方法沉积形成轻浓度掺杂的非晶硅/多晶硅膜层，再经高温退火、局部减薄得到。此处，对比例为采用同样规格的N型硅片所制得的TOPCon电池。显然地，本申请太阳能电池100通过结构优化设计，有效提高了开路电压与填充因子，且相较于现有的TOPCon电池，转换效率具有明显提高。

综上所述，本申请太阳能电池100及其制备方法，通过结构设计优化，改善电池表面钝化的同时，保证电池正面对入射光线的吸收与转换；并通过减少高温处理步骤尤其是硼扩高温制程，减少硅基底1内可能演化出现的缺陷，提高电池性能与使用寿命。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能电池，包括硅基底，其特征在于：所述硅基底的正面依次层叠设置有隧穿层、掺杂多晶硅层与减反射层，所述太阳能电池还包括穿过所述减反射层并与所述掺杂多晶硅层相接触的正面电极；所述硅基底的背面依次层叠设置有本征非晶硅层、掺杂非晶层与透明导电层。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述掺杂多晶硅层包括第一掺杂多晶硅层与第二掺杂多晶硅层，所述正面电极对应设置在所述第一掺杂多晶硅层上；所述第一掺杂多晶硅层的厚度大于第二掺杂多晶硅层的厚度。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：所述第一掺杂多晶硅层的厚度设置为60～200nm；所述第二掺杂多晶硅层的厚度设置为10～50nm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述隧穿层设置为氧化硅膜或氮氧化硅膜，所述隧穿层的厚度设置为1～3nm。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述减反射层包括层叠设置的第一减反射层与第二减反射层，所述第一减反射层设置为富氢氮化硅膜，且所述第一减反射层的厚度设置为3～30nm，折射率2.1～2.4；所述第二减反射层设置为氮化硅膜或氮氧化硅膜或氧化硅膜或由其中至少两种构成的复合膜。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述本征非晶硅层的厚度设置为5～10nm；所述掺杂非晶层的厚度设置为5～10nm。

7.根据权利要求1或6所述的太阳能电池，其特征在于：所述本征非晶硅层包括第一本征非晶硅层与层叠设置在所述第一本征非晶硅层背离所述硅基底一侧表面上的第二本征非晶硅层；所述第一本征非晶硅层的厚度设置为1～3nm，折射率设置为4～4.3；所述第二本征非晶硅层的厚度设置为3～8nm，折射率设置为3.8～4.1。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述透明导电层的厚度设置为70～120nm。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述硅基底为N型硅片；所述掺杂多晶硅层为磷掺杂多晶硅层，所述掺杂非晶层为硼掺杂非晶层。