CN215008244U

CN215008244U - 异质结太阳能电池

Info

Publication number: CN215008244U
Application number: CN202021878779.4U
Authority: CN
Inventors: 张美荣; 姚铮; 吴华德; 张达奇; 吴坚; 蒋方丹
Original assignee: Jiaxing Canadian Solar Technology Research Institute
Current assignee: Jiaxing Canadian Solar Technology Research Institute
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2030-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池包括：衬底层；在所述衬底层的一面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，在所述第一透明导电层上设置有正面电极；其中，所述第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。该异质结太阳能电池可以降低掺杂层对光的寄生吸收，提升异质结太阳能电池性能。

Description

异质结太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种异质结太阳能电池。

背景技术

新一代硅基异质结(Heterojunction，HJT)电池具有高的光电转换效率，高开路电压，且温度系数低，无光致衰减和电致衰减，另外，制程中工艺温度低，更节能。异质结电池逐渐成为光伏最热门的研究方向。

现有技术中，HJT电池结构是在N型单晶硅上由内而外依次沉积非晶本征层、掺杂层和TCO(Transparent Conductive Oxide,透明导电氧化物)透明导电层。其中，掺杂非晶硅层由于较高的掺杂浓度，其对光的寄生吸收不可忽略，因此对掺杂非晶硅层的光学特性的调控也非常重要。

相关技术中，现有两层掺杂晶硅结构，为了保证足够场钝化效果，并且提高本征层/ 掺杂层和掺杂层/ITO的界面载流子传输，往往对两层结构进行重掺杂，但是，会使得重掺杂层对光的寄生吸收提高，从而严重降低电池的Jsc，而若两层掺杂结构采用轻掺杂，又会降低界面间的载流子传输。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池可以降低掺杂层对光的寄生吸收，提升异质结太阳能电池性能。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供的异质结太阳能电池，包括：衬底层；在所述衬底层的一面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，在所述第一透明导电层上设置有正面电极；其中，所述第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。

根据本实用新型实施例的异质结太阳能电池，通过将第一掺杂层设置为包括至少三层掺杂子层，通过设置中间掺杂层，可以分散掺杂浓度，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高光电转换效率，减少因重掺杂而造成的寄生吸收，从而可以提高异质结太阳能电池的Jsc，设置更多层的掺杂层，掺杂工艺参数调节更加灵活，利于调整掺杂层与相邻层间的导电性，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，至少三层掺杂子层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层靠近所述第一本征层，所述第三掺杂子层靠近所述第一透明导电层，所述第二掺杂子层设置在所述第一掺杂子层和所述第三掺杂子层之间。即采用三层掺杂结构，通过第二掺杂子层分散掺杂浓度，通过调整第一掺杂子层、第三掺杂子层分别与其相邻层间的导电性，利于降低界面接触电阻率，减少因重掺杂而造成的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc。

在一些实施例中，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第一掺杂子层的厚度，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第三掺杂子层的厚度，从而既可以减少第一掺杂子层和第二掺杂子层因重掺杂而造成的寄生吸收，又可以保证场钝化效应。

在一些实施例中，所述第一掺杂子层的厚度h1的取值范围为0nm<h1≤5nm，所述第二掺杂子层的厚度h2的取值范围为0nm<h2≤15nm，所述第三掺杂子层的厚度h3的取值范围为0nm<h3≤5nm，即设置第一掺杂子层和第三掺杂子层的厚度小，以最大程度地降低第一掺杂子层和第三掺杂子层对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层的厚度大于其他两层，从而可以确保场钝化效应。

在一些实施例中，所述第一掺杂子层为载流子浓度μ1的取值范围为1E18<μ1≤1E21的N型掺杂非晶硅层，所述第二掺杂子层为载流子浓度μ2的取值范围为1E18<μ2 ≤1E21的N型掺杂非晶硅层，所述第三掺杂子层为载流子浓度μ3的取值范围为1E18< μ3≤1E21的N型掺杂非晶硅层。以利于改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。

在一些实施例中，所述第二掺杂子层的光学带隙大于所述第一掺杂子层的光学带隙、所述第三掺杂子层的光学带隙，即第二掺杂子层具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，所述第一掺杂子层的光学带隙e1取值范围为1.5eV≤e1≤1.9eV，所述第二掺杂子层的光学带隙e2取值范围为1.9eV≤e2≤2.2eV，所述第三掺杂子层的光学带隙e3取值范围为1.5eV≤e3≤1.9eV。以利于降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，所述第二掺杂子层的光透过率大于等于85％，利于提高光吸收，提高异质结太阳能电池的转换效率。

在一些实施例中，在所述衬底层的另一面上叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二透明导电层，在所述第二透明导电层上设置有背面电极。

在一些实施例中，所述第一本征层的厚度h4取值范围为5nm≤h4≤11nm，所述第二掺杂层的总厚度h5的取值范围为9nm≤h5≤21nm，所述第一透明导电层的厚度h6取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二透明导电层的厚度h7取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二本征层的厚度h8取值范围为5nm≤h8≤11nm。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的异质结太阳能电池的结构示意图。

附图标记：

异质结太阳能电池10；衬底层1；第一本征层2；第一掺杂层3；第一透明导电层4；正面电极5；第二本征层6；第二掺杂层7；第二透明导电层8；背面电极9；

第一掺杂子层31；第二掺杂子层32；第三掺杂子层33。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本实用新型实施例提供的异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池可以降低掺杂层对光的寄生吸收，提升异质结太阳能电池性能。

如图1所示，本实用新型实施例提供的异质结太阳能电池10包括衬底层1、第一本征层2、第一掺杂层3、第一透明导电层4、正面电极5、第二本征层6、第二掺杂层7、第二透明导电层8、背面电极9。

具体地，如图1所示，第一本征层2、第一掺杂层3和第一透明导电层4依次叠层设置在在衬底层1的一面上，以及，在第一透明导电层4上设置有正面电极5。

在实施例中，相较于现有技术中采用两层掺杂层的晶硅结构，本实用新型实施例中设置第一掺杂层3包括叠层设置的至少三层掺杂子层，例如第一掺杂子层3可以包括叠层设置的三层掺杂子层或四层掺杂子层或五层掺杂子层等，通过调节每个掺杂层的掺杂浓度，以中间掺杂层来分散掺杂浓度，从而利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高光电转换效率，以及可以通过设置中间掺杂层采用轻掺杂，减少因重掺杂而造成的对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，同时，设置更多层的掺杂层，掺杂工艺参数调节更加灵活，利于调整掺杂层与相邻层间的导电性，从而在保证足够场钝化效果的前提下，既可以有效降低第一掺杂层3与相邻层间的接触电阻率，又通过中间掺杂层分散掺杂浓度，降低因重掺杂造成的对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在实施例中，如图1所示，衬底层1可以为硅衬底，在衬底层1的受光面上叠层设置有第一本征层2、第一掺杂层3和第一透明导电层4，其中，可以设置第一本征层2 为本征非晶硅层，本征非晶硅层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合，以及可以设置第一掺杂层3为N型非晶硅掺杂层，N型非晶硅掺杂层的主要作用是形成 PN结和场钝化效应，同时也会影响界面间的载流子传输，以及第一透明导电层40具有透光率和导电性，主要作用是收集光生载流子并且能让太阳光进入电池体内，以及正面电极可以设置为金属电极，如Ag电极。

根据本实用新型实施例的异质结太阳能电池10，通过将第一掺杂层3设置为包括至少三层掺杂子层，通过设置中间掺杂层，可以分散掺杂浓度，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高光电转换效率，减少因重掺杂而造成的寄生吸收，从而可以提高异质结太阳能电池的Jsc，设置更多层的掺杂层，掺杂工艺参数调节更加灵活，利于调整掺杂层与相邻层间的导电性，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，如图1所示，至少三层掺杂子层包括第一掺杂子层31、第二掺杂子层32和第三掺杂子层33，其中，第一掺杂子层31靠近第一本征层2，第三掺杂子层 33靠近第一透明导电层4，第二掺杂子层32设置在第一掺杂子层31和第三掺杂子层33 之间。

也就是，本实用新型实施例可以采用三层掺杂结构，通过第二掺杂子层32分散掺杂浓度，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高光电转换效率，减少因重掺杂而造成的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，并通过通过调整第一掺杂子层31、第三掺杂子层33分别与其相邻层间的导电性，利于降低第一本征层2与第一掺杂层3、第一掺杂层3与第一透明导电层4界面间的接触电阻，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，第二掺杂子层32的厚度大于等于第一掺杂子层31的厚度，第二掺杂子层32的厚度大于等于第三掺杂子层33的厚度，即本实用新型实施例设置第一掺杂子层31和第三掺杂子层33具有较小的厚度，可以最大程度地降低第一掺杂子层31 和第三掺杂子层33因重掺杂而造成的对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层32的厚度大于其他两层，且通过灵活调节第二掺杂子层32的掺杂浓度，从而既可以确保场钝化效应，提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，又提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，第一掺杂子层31的厚度h1的取值范围为0nm<h1≤5nm，第二掺杂子层32的厚度h2的取值范围为0nm<h2≤15nm，第三掺杂子层33的厚度h3的取值范围为0nm<h3≤5nm，例如，第一掺杂子层31的厚度可以为1nm或3nm或5nm等，第二掺杂子层32的厚度可以为2nm或8nm或11nm等，第三掺杂子层33的厚度可以为2nm或 3nm或4nm等。即本实用新型实施例设置第一掺杂子层31和第三掺杂子层33的厚度小，可以最大程度地降低第一掺杂子层31和第三掺杂子层33对光的寄生吸收，同时设置第二掺杂子层32的厚度大于其他两层，从而可以确保场钝化效应。

在一些实施例中，优选的，第一掺杂子层31的厚度取值范围为1nm＜h1≤3nm，例如，第一掺杂子层31的厚度可以为2nm或2.7nm或3nm等；第三掺杂子层33的厚度为 1nm＜h2≤3nm，例如，第三掺杂子层33的厚度可以为1.5nm或2.5nm或3nm等；第二掺杂子层32的厚度取值范围为3nm＜h3≤10nm，例如，第二掺杂子层32的厚度可以为 3.1nm或4nm或5nm或10nm等。

在一些实施例中，第一掺杂子层31的载流子浓度μ1的取值范围为1E18<μ1≤1E21，第二掺杂子层32的载流子浓度μ2的取值范围为1E18<μ2≤1E21，第三掺杂子层33的载流子浓度μ3的取值范围为1E18<μ3≤1E21，例如，第一掺杂子层31的载流子浓度μ1可以为5E18或者1E19或者1E21等，第二掺杂子层32的载流子浓度μ2可以为1E19 或者19E20或者1E21等，第三掺杂子层33的载流子浓度μ3可以为1E19或者7E19或者1E20等。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置每个掺杂子层的载流子浓度，利于改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。

在一些实施例中，优选的，第一掺杂子层31的载流子浓度取值范围为5E19<μ1≤5E20，例如，第一掺杂子层31的载流子浓度μ1可以为1E20或者3E20或者5E20等；第三掺杂子层33的载流子浓度为5E19<μ3≤5E20，例如，第三掺杂子层33的载流子浓度μ2可以为2E20或者4E20或者5E20等；第二掺杂子层32的载流子浓度取值范围为 5E18<μ2≤5E19，例如，第二掺杂子层32的载流子浓度μ2可以为2E19或者3E19或者 5E19等。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置每个掺杂子层的载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层之间的电接触，提高光吸收。

在一些实施例中，第二掺杂子层32的光学带隙大于第一掺杂子层31的光学带隙、第三掺杂子层33的光学带隙，即第二掺杂子层32具有更宽的光学带隙，从而可以有效降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，第一掺杂子层31的光学带隙e1取值范围为1.5eV≤e1≤1.9eV，例如，第一掺杂子层31的光学带隙e1可以为1.5eV、1.6eV、1.8eV等，第二掺杂子层 32的光学带隙e2取值范围为1.9eV≤e2≤2.2eV，例如，第二掺杂子层32的光学带隙 e2可以为1.98eV、2.0eV、2.15eV等，第三掺杂子层33的光学带隙e3取值范围为1.5eV ≤e3≤1.9eV，第三掺杂子层33的光学带隙e3可以为1.56eV、1.6eV、1.8eV等。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置每个掺杂子层的光学带隙，使第二掺杂子层32具有更宽的光学带隙，利于降低掺杂层对光的寄生吸收，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在一些实施例中，优选的，第一掺杂子层31的光学带隙取值范围为1.7eV≤e1≤1.9eV，例如，第一掺杂子层31的光学带隙e1可以为1.7eV、1.8eV、1.9eV等；第二掺杂子层32的光学带隙取值范围为1.9eV≤e2≤2.05eV，例如，第二掺杂子层32的光学带隙e2可以为1.9eV、2eV、2.05eV等；第三掺杂子层33的光学带隙取值范围为1.7eV ≤e3≤1.9eV，例如，第三掺杂子层33的光学带隙e3可以为1.7eV、1.75eV、1.9eV等。

在一些实施例中，第二掺杂子层32的光透过率大于等于85％，例如第二掺杂子层32 的光透过率可以为85％或92％或100％等。在制备异质结太阳能电池时，在此取值范围内设置第二掺杂子层32的光透过率，利于提高异质结太阳能电池10的光吸收，提高异质结太阳能电池10的转换效率。

在一些实施例中，如图1所示，本实用新型实施例中在衬底层1的另一面上叠层设置有第二本征层6、第二掺杂层7和第二透明导电层8，在第二透明导电层8上设置有背面电极9。

在一些实施例中，第一本征层2的厚度h4取值范围可以为5nm≤h4≤11nm，例如h4可以为7nm或者9nm或者10nm；第二掺杂层7的总厚度h5的取值范围为9nm≤h5≤21nm，例如h5可以为9nm或者15nm或者17nm；第一透明导电层4的厚度h6取值范围为70nm ≤h6≤120nm，例如h6可以为88nm或者90nm或者100nm；第二透明导电层8的厚度h7 取值范围为70nm≤h6≤120nm，例如h7可以为77nm或者90nm或者110nm；第二本征层 6的厚度h8取值范围为5nm≤h8≤11nm，例如h8可以为7nm或者9nm或者10nm。

需要说明的是，本实用新型实施例中每层的厚度可以根据具体需求进行制备，对此不作限制。

下面提供一种异质结太阳能电池的制备流程，具体步骤如下。

步骤1，可以选取N型晶硅基底作为衬底层，并对其进行制绒、清洗处理。

步骤2，通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)方法在N型晶硅基底的受光面沉积第一本征层如本征非晶硅层。

步骤3，通过PECVD方法在第一本征层的受光面沉积具有三层结构的第一掺杂层如N 型掺杂非晶硅层。

步骤4，通过PECVD方法在N型晶硅基底的背光面沉积第二本征层如非晶硅本征层。

步骤5，通过PECVD方法在第二本征层的背光面沉积第二掺杂层如P型掺杂非晶硅层。

步骤6，通过RPD(reactive plasma deposition，反应性等离子体沉积)或PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)方法沉积透明导电层。

步骤7，通过丝网印刷形成正面电极和背面电极。

步骤8，通过烧结固化使得金属栅线与透明导电层之间形成良好的欧姆接触。

在一些实施例中，本实用新型实施例的方法，对于在制备第一掺杂子层31和第三掺杂子层33时，其中，制备条件满足：以SH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体，H2 的体积占比取值范围为50％≤V1≤100％。例如，H2的体积占比V1可以为50％或60％或90％等。

在一些实施例中，本实用新型实施例的方法，对于在制备第二掺杂子层32时，其中，制备条件满足：以SH4和PH3为反应气体，以CO2和H2混合气体为稀释气体，CO2和 H2的体积比例取值范围为0.01≤V2≤10。例如，CO2:H2体积比V2可以为0.2或0.33 或4等。

下面结合表1和表2对采用本实用新型实施例的制备异质结太阳能电池的方法制备的异质结太阳能电池的性能进行说明。其中，表1为分别以本实用新型实施例的方法和以现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构制备的太阳能电池的掺杂层参数表，表2为分别以本实用新型实施例的方法和以现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构制备的太阳能电池的电池测试性能参数表。

表1

表2

	Voc/mV	Isc/A	FF/％	Eta/％
					实施例1	740.1	9.239	81.8	22.89
实施例2	739.3	9.271	81.79	22.95
					实施例3	739.5	9.307	81.71	23.02
现有技术	736.3	9.209	81.77	22.69

如表1所示，其中，以本实用新型实施例的方法制备的异质结太阳能电池，对第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层分别选取不同的参数，作为实施例1、实施例 2和实施例3，对实施例1、实施例2、实施例3与现有技术中采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池性能的各个参数进行测试，如表2所示，测试参数包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率。

针对本实用新型列举的三个实施例分别与现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池进行测试，如表1和表2所示，通过参数对比，在保证场钝化效应的前提下，相较于现有技术采用两层非晶硅掺杂层结构的太阳能电池，本实用新型实施例的异质结太阳能电池的转换效率略有提升，因此，根据本实用新型实施例的异质结太阳能电池10 通过将第一掺杂层3设置为包括至少三层掺杂子层，通过设置中间掺杂层，可以分散掺杂浓度，利于提高掺杂层与本征层、掺杂层与透明导电层的界面载流子传输，提高光电转换效率，减少因重掺杂而造成的寄生吸收，有效降低掺杂层对光的寄生吸收，同时可以保证优异的场钝化性能，以及实现在透明导电层在沉积过程中对本征层保护的作用，提高异质结太阳能电池的Jsc，提升异质结太阳能电池性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，包括：

衬底层；

在所述衬底层的一面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，在所述第一透明导电层上设置有正面电极；

其中，所述第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。

2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，至少三层掺杂子层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层靠近所述第一本征层，所述第三掺杂子层靠近所述第一透明导电层，所述第二掺杂子层设置在所述第一掺杂子层和所述第三掺杂子层之间。

3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第一掺杂子层的厚度，所述第二掺杂子层的厚度大于等于所述第三掺杂子层的厚度。

4.根据权利要求3所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂子层的厚度h1的取值范围为0nm<h1≤5nm，所述第二掺杂子层的厚度h2的取值范围为0nm<h2≤15nm，所述第三掺杂子层的厚度h3的取值范围为0nm<h3≤5nm。

5.根据权利要求3或4所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂子层的光学带隙大于所述第一掺杂子层的光学带隙、所述第三掺杂子层的光学带隙。

6.根据权利要求5所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂子层的光学带隙e1取值范围为1.5eV≤e1≤1.9eV，所述第二掺杂子层的光学带隙e2取值范围为1.9eV≤e2≤2.2eV，所述第三掺杂子层的光学带隙e3取值范围为1.5eV≤e3≤1.9eV。

7.根据权利要求6所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂子层的光透过率大于等于85％。

8.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，在所述衬底层的另一面上叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二透明导电层，在所述第二透明导电层上设置有背面电极。

9.根据权利要求8所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的厚度h4取值范围为5nm≤h4≤11nm，所述第二掺杂层的总厚度h5的取值范围为9nm≤h5≤21nm，所述第一透明导电层的厚度h6取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二透明导电层的厚度h7取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二本征层的厚度h8取值范围为5nm≤h8≤11nm。