CN215118914U - 一种太阳能电池及其钝化接触结构、电池组件及光伏系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型适用于太阳能电池技术领域，提供了一种太阳能电池及其钝化接触结构、电池组件及光伏系统，该钝化接触结构包括依次设置于硅衬底背面的隧穿层及掺杂层，隧穿层包括本征碳化硅层，掺杂层包括掺杂碳化硅层。本实用新型中提供的钝化接触结构，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。

Description

一种太阳能电池及其钝化接触结构、电池组件及光伏系统
技术领域
本实用新型属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其钝化接触结构、电池组件及光伏系统。
背景技术
目前常规太阳能电池，其发射极接触电极和基极接触电极分别位于电池片的正反两面。电池的正面为受光面，正面金属发射极接触电极的覆盖必将导致一部分入射的太阳光被金属电极所反射遮挡，造成一部分光学损失。而背接触太阳能电池是一种将发射极和基极接触电极均放置在电池背面(非受光面)的电池，该电池的受光面无任何金属电极遮挡，从而有效增加了电池片的短路电流，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻从而提高填充因子；并且这种正面无遮挡的电池不仅转换效率高，而且看上去更美观，同时，全背电极的组件更易于装配。
其中钝化金属接触结构具有显著的电学性能，可同时获得低接触电阻率和低表面复合，此结构一般由一层超薄的隧穿氧化层和N型掺杂或P型掺杂的多晶硅层组成，或采用本征非晶硅层和N型掺杂或P型掺杂的非晶硅层组成。然而现有非晶硅和多晶硅存在吸收系数高、光学带隙更窄的问题，其吸收系数高使得短波段的光更多都被吸收，但其对光的吸收属于‘寄生性’吸收，即对光生电流没有贡献，同时光学带隙窄，使得其透光效果也较差，导致寄生吸收严重，从而降低太阳电池短路电流密度。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种太阳能电池的钝化接触结构，旨在解决现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种太阳能电池的钝化接触结构，包括依次设置于硅衬底背面的隧穿层及掺杂层，所述隧穿层包括本征碳化硅层，所述掺杂层包括掺杂碳化硅层。
更进一步的，所述隧穿层还包括设于所述硅衬底及所述本征碳化硅层之间的隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的厚度小于3nm。
更进一步的，所述隧穿氧化层包括氧化硅层和氧化铝层中的任意一种或多种组合。
更进一步的，所述掺杂碳化硅层由不同折射率的至少一层掺杂碳化硅膜组成。
更进一步的，各层所述掺杂碳化硅膜的折射率由硅衬底背面向外依次降低。
更进一步的，所述掺杂碳化硅层包括掺杂氢化碳化硅层，所述掺杂氢化碳化硅层的电导率大于0.01S·cm，厚度大于10nm。
更进一步的，所述本征碳化硅层的厚度小于10nm。
本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种太阳能电池，包括硅衬底、及设于硅衬底背面的如上述所述的钝化接触结构。
本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种电池组件，所述电池组件包括上述所述的太阳能电池。
本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种光伏系统，所述光伏系统包括如上述所述的电池组件。
本实用新型实施例提供的钝化接触结构，通过采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
附图说明
图1是本实用新型一实施例提供的一种太阳能电池的钝化接触结构的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例提供的一种太阳能电池的钝化接触结构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实用新型通过采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
实施例一
请参阅图1，是本实用新型第一实施例提供的一种太阳能电池的钝化接触结构的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，本实用新型实施例提供的太阳能电池的钝化接触结构包括依次设置于硅衬底S1背面的隧穿层及掺杂层，其中该钝化接触结构为硅衬底S1的背面提供了良好的表面钝化，同时一般而言，该隧穿层具有够薄的厚度，其中一种载流子通过隧穿原理实现选择性传输，而另一种载流子则由于势垒以及掺杂层场效应的存在使得难以隧穿通过该隧穿层，因此其隧穿层可以使一种载流子隧穿进入掺杂层同时阻挡另一种载流子通过，而引起复合，使得可以显著降低界面的复合，使太阳能电池具有较高的开路电压、短路电流，进而增加光电转换效率。
进一步的，本实用新型的一个实施例中，隧穿层包括本征碳化硅层S2，掺杂层包括掺杂碳化硅层S3，其本征碳化硅层S2的厚度小于10nm，而掺杂碳化硅层S3可由不同折射率的至少一层掺杂碳化硅膜组成，且各层掺杂碳化硅膜的折射率由硅衬底S1背面向外依次降低。需要指出的是，其掺杂碳化硅膜的厚度及其折射率可根据实际使用需要设置，其主要满足由硅衬底S1背面向外依次降低即可，在此不做具体限定。其中，由于碳化硅材料的光学带隙宽及吸收系数低，使得本实施例中的钝化接触结构可以降低寄生吸收，提高短路电流密度。
进一步的，其掺杂碳化硅层S3还可包括掺杂氢化碳化硅层，掺杂氢化碳化硅层的电导率大于0.01S·cm，厚度大于10nm。其通过控制掺杂氢化碳化硅层的电导率及厚度使得满足其掺杂层的电导性要求。
进一步的，本实用新型的其他实施例中，参照图2所示，其隧穿层还包括设于硅衬底S1及本征碳化硅层S2之间的隧穿氧化层S4，其隧穿氧化层S4的厚度小于3nm。同时其隧穿氧化层S4包括氧化硅层和氧化铝层中的任意一种或多种组合，也即其隧穿氧化层S4可以为单一的氧化硅层、单一的氧化铝层、还可以为氧化硅层及氧化铝层，具体本实用新型的实施例中优选采用氧化硅层作为该隧穿氧化层S4，此时该隧穿层包括氧化硅层及本征碳化硅层S2，其氧化硅层设于内层与硅衬底S1接触，其本征碳化硅层S2设于外层与掺杂碳化硅层S3接触，其中，该氧化硅层可以采用热氧工艺或采用硫酸(H2SO4)与双氧水(H2O2)混合溶液进行氧化制备，其隧穿层中的氧化硅层及本征碳化硅层S2通过化学钝化使得降低硅衬底S1与掺杂层之间的界面态密度。同时其相较于仅现有使用氧化硅层作为隧穿结构，本实施例中的本征碳化硅层S2还可以提供额外的氢钝化效果，在不影响隧穿效果的情况下，增大隧穿层的制备工艺窗口。
同时需要指出的是，其硅衬底S1与隧穿层所接触的表面形成多个对应掺杂层的内扩散区S5。其具体为在制备掺杂层的过程中，由于需要高温工艺，其较薄的隧穿层会有部分断裂，此时高温扩散过程中会附着在隧穿层的断裂处及硅衬底S1的背面，从而使得其硅衬底S1与隧穿层所接触的表面形成多个对应掺杂层的内扩散区S5。
其中，本实施例中太阳能电池的钝化接触结构的制备过程如下：
步骤一、预处理：对硅衬底S1进行清洗、去除损伤层；具体的，包括：
(1)RCA标准清洗，清除硅衬底S1表面的颗粒及有机物等；
(2)硅衬底S1清洗后再放入2-5％的KOH碱溶液(氢氧化钾)或TMAH溶液(四甲基氢氧化铵，即显影液)中，处理温度50-80℃，处理时间1-5min，以去除切片工艺中造成的表面损伤层；
(3)使用HCl对硅衬底S1表面进行酸洗，以中和残留在硅衬底S1表面的碱液、去除硅片表面残留的金属杂质；
(4)采用HF溶液清洗硅衬底S1，以去除硅片表面的二氧化硅层并与硅衬底S1表面的悬挂键形成Si-H钝化键，最后氮气烘干备用。
步骤二、制备背面隧穿层；具体的，当该隧穿层仅为本征碳化硅层S2时，其可以采用热丝化学气相沉积法(HWCVD，Hot Wire CVD)进行制备，其中热丝温度优选1500-1800℃，沉积压强为0.05-2mbar，衬底温度为RT-400℃，沉积气体采用SiH3(CH3)及H2，或还可包括N2，此时N2在低于1800℃下不参与反应，使得在硅衬底S1背面沉积一层厚度小于10nm的本征碳化硅层S2。
或者采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD，Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition)进行制备，其中沉积温度为100-400℃，沉积气体采用SiH4及CH4，且其CH4的流量与SiH4及CH4的总流量比CH4/(SiH4+CH4)为0.1-1，使得在硅衬底S1背面沉积一层厚度小于10nm的本征碳化硅层S2。
而当该隧穿层为氧化硅层及本征碳化硅层S2时，则先制备氧化硅层，再制备本征碳化硅层S2，其氧化硅层的制备工艺包括热氧化及溶液氧化，其中热氧化具体为在500-800℃下通入氧气及氮气进行热氧化5-30min，使得在硅衬底S1背面制备出一层厚度小于3nm的氧化硅层；其中溶液氧化具体为采用H2SO4与H2O2溶液，且溶液比例为4:1-1:4的混合溶液进行氧化制备，使得在硅衬底S1背面制备出一层厚度小于3nm的氧化硅层。进一步的，参照上述所述的方式在氧化硅层上沉积一层厚度小于10nm的本征碳化硅层S2。
步骤三、制备背面掺杂层；具体的，该掺杂层为掺杂氢化碳化硅层，其采用热丝化学气相沉积法进行制备，其中掺杂层可以为P型掺杂层或N型掺杂层，当其具体为N型掺杂层时，其热丝温度优选1800-2200℃，沉积压强为0.05-2mbar，衬底温度为RT-400℃，沉积气体采用SiH3(CH3)、H2、及N2，其中N2作为掺杂气体在超过1800℃情况下进行反应，使得在硅衬底S1背面沉积一层厚度大于10nm的N型掺杂氢化碳化硅层，且电导率大于0.01S·cm。当其具体为P型掺杂层时，其热丝温度优选1800-2200℃，沉积压强为0.05-2mbar，衬底温度为RT-400℃，沉积气体采用SiH3(CH3)、H2、及C3H9Al(三甲基铝)，其中三甲基铝作为掺杂气体在超过1800℃情况下进行反应，使得在硅衬底S1背面沉积一层厚度大于10nm的P型掺杂氢化碳化硅层，且电导率大于0.01S·cm。
其中，需要指出的是，在制备本征碳化硅层S2及掺杂碳化硅层S3时，均会通入氢气，此时制备本征碳化硅层S2及掺杂碳化硅层S3过程中提供的氢，在扩散机理及热效应的作用下进入硅衬底S1中，使得中和硅衬底S1背面的悬挂键，将硅衬底S1背面的缺陷钝化好，从而将禁带中的能带转入价带或者导带，使得提高载流子通过该隧穿层进入掺杂层的几率。且其碳化硅所提供的氢钝化可以保持与现有相近的钝化效果，同时由于碳化硅材料的光学带隙宽及吸收系数低，使得又能降低寄生吸收，可有效提高短路电流密度。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、通过将现有采用本征非晶硅/掺杂非晶硅或者隧穿氧化硅/掺杂多晶硅所作为的钝化接触结构替换为采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果。
2、相较于仅现有使用氧化硅层作为隧穿结构，本实施例中所采用的本征碳化硅层还可以提供额外的氢钝化效果，在不影响隧穿效果的情况下，增大隧穿层的制备工艺窗口。
3、制备碳化硅及掺杂碳化硅层所提供的氢，在扩散机理及热效应的作用下进入硅衬底中，使得中和硅衬底背面的悬挂键，将硅衬底背面的缺陷钝化好，从而将禁带中的能带转入价带或者导带，使得提高载流子通过该隧穿层进入掺杂层的几率。
实施例二
本实用新型第二实施例提供了一种太阳能电池，该太阳能包括硅衬底、及设于硅衬底背面的如前述实施例所述的钝化接触结构。
本实施例中，通过采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
实施例三
本实用新型第三实施例还提供一种电池组件，该电池组件包括前述实施例所述的太阳能电池。
本实施例中的电池组件，通过所设置的太阳能电池采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
实施例四
本实用新型第四实施例还提供一种光伏系统，包括如前述实施例所述的电池组件。
本实施例中的光伏系统，通过所设置的电池组件中的太阳能电池采用本征碳化硅层和掺杂碳化硅作为钝化接触结构，而碳化硅的光学带隙更宽及吸收系数更低，使得可以降低寄生吸收，提高短路电流密度，同时由于碳化硅提供的氢钝化使得仍能保持与现有相近的钝化效果，解决了现有太阳能电池寄生吸收严重的问题。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的钝化接触结构，其特征在于，包括依次设置于硅衬底背面的隧穿层及掺杂层，所述隧穿层包括本征碳化硅层，所述掺杂层包括掺杂碳化硅层。
2.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述隧穿层还包括设于所述硅衬底及所述本征碳化硅层之间的隧穿氧化层，所述隧穿氧化层的厚度小于3nm。
3.如权利要求2所述的钝化接触结构，其特征在于，所述隧穿氧化层包括氧化硅层和氧化铝层中的任意一种或多种组合。
4.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述掺杂碳化硅层由不同折射率的至少一层掺杂碳化硅膜组成。
5.如权利要求4所述的钝化接触结构，其特征在于，各层所述掺杂碳化硅膜的折射率由硅衬底背面向外依次降低。
6.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述掺杂碳化硅层包括掺杂氢化碳化硅层，所述掺杂氢化碳化硅层的电导率大于0.01S·cm，厚度大于10nm。
7.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述本征碳化硅层的厚度小于10nm。
8.一种太阳能电池，其特征在于，包括硅衬底、及设于硅衬底背面的如权利要求1-7任意一项所述的钝化接触结构。
9.一种电池组件，其特征在于，所述电池组件包括如权利要求8所述的太阳能电池。
10.一种光伏系统，其特征在于，所述光伏系统包括如权利要求9所述的电池组件。
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