CN215183999U - 一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构及带有该接触结构的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构及带有该接触结构的太阳能电池，隧穿型太阳能电池包括：硅衬底、电介质层及电极，电介质层的一面与硅衬底相接触；所述电介质层的另一面上设置所述接触结构，所述接触结构包括：多晶硅层和掺杂层；所述掺杂层与多晶硅层相互交替设置在所述电介质层上；所述掺杂层的厚度大于所述多晶硅层的厚度；所述掺杂层一端与所述电介质层相接触，另一端与所述电极相接触；其中，所述掺杂层与所述电介质层相接处的一端的掺杂浓度小于所述掺杂层与所述电极相接触的另一端的掺杂浓度。

Description

一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构及带有该接触结 构的太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池领域，特别是一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构及带有该接触结构的太阳能电池。

背景技术

随着化石燃料的枯竭及其燃烧后产生的污染，人们一直在寻找一种能替代化石燃料的可再生能源。在这些再生能源中，太阳能电池尤其得到关注。其中，硅片式的太阳能电池为当下的主流技术。硅作为半导体，其中含有多个电子- 空穴对。当光射入太阳能电池上时，通过光伏效应会将硅中的电子-空穴对进行分离。分离出的电子会移动到n型区域，而分离出的空穴会移动到p型区域。金属电极分别与n型区域和p型区域进行电连接，进而收集分离出的电子和空穴，获得电能。

然而，太阳能电池主要的问题在于其光电转化率不高，也使得其发电效率不高。其中一部分原因是因为在金属电极与n型区域和p型区域接触的硅片表面，金属中离子会和硅中的电子进行复合。以至于接触电阻较高，限制了太阳能电池的发电效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发电效率更高的太阳能电池。

一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构，所述太阳能电池包括：硅衬底、电介质层及电极，所述电介质层的一面与所述硅衬底相接触；其特征在于，所述电介质层的另一面上设置所述接触结构，所述接触结构包括：多晶硅层和掺杂层；所述掺杂层与多晶硅层相互交替设置在所述电介质层上；所述掺杂层的厚度大于所述多晶硅层的厚度；所述掺杂层一端与所述电介质层相接触，另一端与所述电极相接触；其中，所述掺杂层一端为轻杂端，另一端为重杂端，即所述掺杂层与所述电介质层相接处的一端的掺杂浓度小于所述掺杂层与所述电极相接触的另一端的掺杂浓度；所述掺杂层在所述电介质层上的投影总面积占所述电介质层的底表面积的2.6％～98％。

本实用新型中的接触结构还具有以下附属特征：

所述掺杂层与电极相接触的接触端的掺杂浓度为与电介质层接触端的掺杂浓度的1.1-50倍。

所述电介质层包括：氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合。

所述电介质层的厚度为1-2纳米，优选厚度为1-1.4纳米。

一种太阳能电池，包括：硅衬底、发射极层、钝化膜、顶面电极、电介质层、接触结构及底面电极；其中，所述硅衬底的顶面设置有发射极层，所述发射极层的顶面设置有钝化膜，所述顶面电极设置在所述钝化膜上并与所述发射极层相连接；所述电介质层的一面与所述硅衬底的底面相接处，所述电介质层的另一面与所述底面电极之间设置有所述接触结构。

一种太阳能电池，包括硅衬底、钝化层、电介质层、接触结构以及电极；所述硅衬底的顶面设置有钝化层，所述硅衬底的底面设置有电介质层；所述电介质层的一面与所述硅衬底相接触，其另一面与所述电极之间设置有所述接触结构。

所述接触结构包括相互交替设置的掺杂层和多晶硅层；位于所述多晶硅层两端的所述掺杂层的掺杂极性相异。

相对于现有的太阳能电池，本实用新型中所示出的接触结构具有以下优点：首先，在电极和电介质层之间形成了掺杂层，该掺杂层与电极的接触端的掺杂浓度高于与电介质层接触端的掺杂浓度。如此一来，该掺杂层减少金属电极对硅片本身的污染。又降低了接触电阻。其次，掺杂层低掺杂浓度的一端和多晶硅层起到了钝化和隧穿的作用，提高了太阳能电池的发电效率。此外，本实用新型中的接触结构可适用于各种隧穿型电池中，应用性广泛。其制造工艺只需在现有技术的制造工艺中增加1-2个步骤就可以达成。而且该步骤不涉及相对复杂的掩膜和掺杂工艺，完全可以依靠现有的制造器械达成。

附图说明

图1为本接触结构的示意图。

图2为制造本接触结构中的第一步。

图3为制造本接触结构中的第二步。

图4为制造本接触结构中的第三步。

图5为制造本接触结构中的第四步。

图6为制造本接触结构中的第五步。

图7为带有本接触结构的第一种太阳能电池的结构示意图。

图8为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第一步。

图9为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第二步。

图10为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第三步。

图11为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第四步。

图12为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第五步。

图13为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第六步。

图14为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第七步。

图15为为制造有本接触结构的第一种太阳能电池的第八步。

图16为带有本接触结构的第二种太阳能电池的结构示意图。

图17为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第一步。

图18为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第二步。

图19为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第三步。

图20为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第四步。

图21为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第五步。

图22为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第六步。

图23为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第七步。

图24为制造有本接触结构的第二种太阳能电池的第八步。

衬底1，电介质层2，电极3，多晶硅层4，掺杂层5，非晶硅层6，硅浆料 7，发射极层8，钝化膜9，前场区10.

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本实用新型加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

图1示出了隧穿型太阳能电池的背部结构，太阳能电池包括硅衬底1、设置在硅衬底1表面的电介质层2、以及用于将电流导出的电极3。其中，在电介质层2和电极3之间设置了本实用新型的接触结构，其包括：多晶硅层4以及掺杂层5。其中，掺杂层5和多晶硅层4相互交替设置在电介质层2上。而电极3则设置在掺杂层5上，进而使得掺杂层5的一端与电介质层2相接触、另一端与电极3相接触。而掺杂层5与电极3的接触端的掺杂浓度不小于掺杂层 5与电介质层2接触端的掺杂浓度。其中，掺杂层5与电极3的接触端的掺杂浓度是与电介质层2接触端掺杂浓度的1.1-50倍。

此外，根据采用本接触结构的太阳能电池类型，也可以对多晶硅层4进行掺杂。多晶硅层4的掺杂类型、浓度等数据会在下述的具体太阳能电池实施例中进行描述。但无论是应用在哪种太阳能电池结构中，多晶硅层4的掺杂浓度要小于掺杂层5的掺杂浓度。而掺杂层5的厚度也要大于多晶硅层4的厚度。此外，本接触结构需要在电介质层2上设置多晶硅层4和掺杂层5，为了达到最高的发电效率，所述掺杂层5在所述电介质层2上的投影总面积占所述电介质层2的底表面积的2.6％～98％。本实施例优选为2.6％。

在本接触结构中，电介质层2的厚度为1-2纳米，优选厚度为1-1.4纳米。电介质层2的材料包括：氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合。而电介质层2、多晶硅层4以及掺杂层5的结构给太阳能电池起到了界面钝化和隧穿的作用。同时也能减少光反射，提高了太阳能电池的光利用率，也增加了太阳能电池的发电效率。与此同时，由于电极3只与掺杂层5相接触，掺杂层5也减少了电极3对于硅衬底1以及电介质层2的污染。另外，由于掺杂层5与电极3的接触端的掺杂浓度较高，使得掺杂层5和电极3之间的接触电阻很低，也能让太阳能电池所产生的电子顺利的通过电极3导出。进而间接增加了太阳能电池的发电效率。

图2至图6示出了制造本接触结构的具体步骤。其中：

参照图2，对硅片的上下表面进行处理，形成适用于制造太阳能电池硅衬底1。对于硅片的预处理为本领域常规手段，因此不再赘述。

参照图3，第二步，在硅衬底1的底面制作电介质层2。电介质层2可以由氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合制成。

参照图4，第三步，在电介质层2上淀积一层非晶硅层6。淀积非晶硅层6 的方法包括：物理气相淀积法、低压化学气相淀积法、等离子化学气相淀积法等等。

参照图5，第四步，在非晶硅层6上进行局部掺杂，所述含有掺杂物硅浆料在所述非晶硅层6上涂覆的总面积占所述非晶硅层6的底表面积的 2.6％～98％；本实施例优选为2.6％。掺杂方法包括：扩散法、旋涂法、喷墨法等。优选方案为：通过丝网印刷，在非晶硅层6上涂覆含有掺杂物的硅浆料7。根据所需要掺杂的极性来选择掺杂物。例如，需要进行N型掺杂则选择含有N 型掺杂离子的材料，例如磷。如果需要P型掺杂则选择含有P型掺杂离子的材料，例如硼。

参照图6、第五步，在对非晶硅层6上进行局部掺杂后，将硅片进行高温退火处理。其中包括：对硅片进行100-400摄氏度的高温烘干5-20分钟。烘干后再进行温度为700-1000摄氏度的热处理。热处理时间为10-30分钟。在经过了高温处理后，非晶硅层6会在高温下转变成多晶硅层4和掺杂层5。其中，进行了局部掺杂的区域会形成掺杂层5，而未进行局部掺杂的区域则形成了多晶硅层4。进而形成了完整的接触结构。

本接触结构可广泛适用于多种太阳能电池中，下面将结合图7来介绍采用了本接触结构的第一种太阳能电池。该电池采用了隧穿氧化层钝化接触的结构。其电池的顶面和底面分别设置有电极3。硅衬底1的顶面上分别设置有发射极层8、钝化膜9以及顶面电极3。而硅衬底1的底面上分别设置有电介质层2、接触结构以及底面电极3。其中，接触结构包括多晶硅层4和掺杂层5。掺杂层 5设置在电介质层2和底部电极3之间。掺杂层5与底部电极3的接触端的掺杂浓度要不小于掺杂层5与电介质层2接触端的掺杂浓度。

在本实施例中，硅衬底1为N型衬底，以至于发射极层8为P+发射极层，而掺杂层5为N+型掺杂层。如果硅衬底1为P型衬底，则需要相应地调整发射极层8和掺杂层5的掺杂极性。在本太阳能电池结构中，空穴和电子分别由顶部电极和底部电极导出。为此，优选地，所述多晶硅层4也可以采用掺杂结构来减少载流子的寄生性吸收。多晶硅层4的掺杂极性与掺杂层5的极性相同，但多晶硅层4的掺杂浓度低于掺杂层5的掺杂浓度。

如上所述，电介质层2、多晶硅层4和掺杂层5一同起到了钝化以及隧穿的作用。而掺杂层5与底部电极3接触端的高掺杂浓度也减少了接触电阻，并起到了防止电极污染电池的作用。进而提高了整个太阳能电池的发电效率。

接下来，图8至15展示了带有接触结构的第一种太阳能电池的制造方法，该太阳能电池在顶部及底部均设置有电极3。该方法包括以下步骤：

参照图8，第一步，对硅片的表面进行预处理，形成硅衬底1。在本实施例中，硅衬底1为N型硅衬底。并在其顶面形成有锯齿状结构来增加太阳能电池中的光程。

参照图9，第二步，在硅衬底1的顶面进行掺杂，形成发射极。在本实施例中，硅衬底1为N型衬底。则对其顶面进行P型掺杂。掺杂的元素可以为硼，掺杂方法包括：扩散法、旋涂法、喷墨法以及丝网印刷等方法。

参照图10，第三步，在硅衬底1的底面制作电介质层2。电介质层2的厚度为1-2纳米，优选为1-1.4纳米，其材料包括：氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合。

参照图11，第四步，在电介质层2上淀积一层非晶硅层6。淀积非晶硅层 6的方法包括：物理气相淀积法、低压化学气相淀积法、等离子化学气相淀积法等等。

参照图12，第五步，在非晶硅层6上进行局部掺杂，所述含有掺杂物硅浆料在所述非晶硅层6上涂覆的总面积占所述非晶硅层6的底表面积的 2.6％～98％；本实施例优选为2.6％。掺杂方法包括：扩散法、旋涂法、喷墨法等。优选方案为：通过丝网印刷，在非晶硅层6上涂覆含有掺杂物的硅浆料7。根据所需要掺杂的极性来选择掺杂物。例如，需要进行N型掺杂则选择含有N 型掺杂离子的材料，例如磷。如果需要P型掺杂则选择含有P型掺杂离子的材料，例如硼。

当太阳能电池为TOPCon电池时，为了更好了提高电池效率，在第五步实施之前可以先在非晶硅层6上进行整面掺杂，然后再进行局域掺杂；整面掺杂和局域掺杂的掺杂源相同。参照图13，第六步，在对非晶硅层6上进行局部掺杂后，将硅片进行高温退火处理。其中包括：对硅片进行100-400摄氏度的高温烘干5-20分钟。烘干后再进行温度为700-1000摄氏度的热处理。热处理时间为10-30分钟。在经过了高温处理后，非晶硅层6会在高温下转变成多晶硅层4和掺杂层5。其中，进行了局部掺杂的区域会形成掺杂层5，而未进行局部掺杂的区域则形成了多晶硅层4。进而形成了完整的接触结构。

参照图14，第七步，对硅片的顶面和底面进行清洗，并对硅片的顶面和底面进行钝化处理，形成钝化膜9。所述钝化处理包括原子层淀积法、化学气相淀积、常压化学气相淀积等。

参照图15，第八步，在硅片顶面发射极层8以及硅片底面的掺杂层5上分别设置电极3。形成完整的太阳能电池结构。

图16示出了采用了本接触结构的第二种太阳能电池。该电池为背结背接触的结构。其pn结位于太阳能电池的背面。以至于其所有电极3均设置在电池的背面。该电池包括：硅衬底1，在硅衬底1顶面形成的前场区10，设置在前场区10顶部的钝化膜9。硅衬底1的底面设置有电介质层2,电介质层2上设置有接触结构，其包括设置在电介质层2上的多晶硅层4和掺杂层5。多晶硅层4 和掺杂层5的底面上还设置有钝化膜9；而掺杂层5与电极3相连接。

在本实施例中，由于PN结均设置在电池的底面上，所以掺杂层5与多晶硅层4相互间隔设置在电介质层2上。两个相隔的掺杂层5a和5b的掺杂极性相异，例如，掺杂层5a为N型掺杂，掺杂层5b为P型掺杂。而掺杂层5a和 5b之间间隔有多晶硅层4。多晶硅层4为非掺杂层，进而能将掺杂层5a和5b 进行电隔离，减少漏电风险。

如上所述，电介质层2起到了钝化和隧穿的作用，其材料包括：氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合。电介质层2的厚度为1-2纳米，优选厚度为1-1.4纳米。而掺杂层5a，5b与电介质层2的接触端的掺杂浓度不大于掺杂层5a,5b 与电极3的接触端的掺杂浓度。其浓度比例为：电极接触端的掺杂浓度是电介质层接触端掺杂浓度的1.1-50倍。进而减少了电极3与掺杂层5之间的接触电阻，提高了太阳能电池的效率。此外，为了达到最高的发电效率，所述掺杂层 5在所述电介质层2上的投影总面积占所述电介质层2的底表面积的 2.6％～98％。本实施例优选为2.6％。

图17至图23示出了带有接触结构的第二种太阳能电池的制造方法，该方法包括：

参照图17，第一步，对硅片的表面进行预处理，形成硅衬底1。在本实施例中，硅衬底1为N型硅衬底。并在其顶面形成有锯齿状结构来增加太阳能电池中的光程。

参照图18，第二步，在硅衬底1的顶面制作前场区10。由于本实施例中的硅衬底1为N型衬底，其前场区10为N+型前场区。并在前场区10上制作掩膜。

参照图19，第三步，在硅衬底1的底面制作电介质层2。电介质层2的厚度为1-2纳米，优选为1-1.4纳米，其材料包括：氧化硅、氧化铝、氧化铬或其组合。制作电介质层2的方法包括：硝酸氧化法、高温热氧化或臭氧氧化法等。

参照图20，第四步，在电介质层2上淀积一层非晶硅层6。淀积非晶硅层 6的方法包括：物理气相淀积法、低压化学气相淀积法、等离子化学气相淀积法等等。

参照图21，第五步，在非晶硅层6上进行局部掺杂，所述含有掺杂物硅浆料在所述非晶硅层6上涂覆的总面积占所述非晶硅层6的底表面积的 2.6％～98％；本实施例优选为98％。掺杂方法包括：扩散法、旋涂法、喷墨法等。优选方案为：通过丝网印刷，在非晶硅层6上涂覆含有掺杂物的硅浆料7。根据所需要掺杂的极性来选择掺杂物。例如，掺杂层5a为N型掺杂层，则选择含有N型掺杂离子的材料，例如磷。掺杂层5b为P型掺杂层，则选择含有P 型掺杂离子的材料，例如硼。

参照图22，第六步，其中包括：对硅片进行100-400摄氏度的高温烘干5-20 分钟。烘干后再进行温度为700-1000摄氏度的热处理。热处理时间为10-30分钟。在经过了高温处理后，非晶硅层6会在高温下转变成多晶硅层4和掺杂层 5a和5b。其中，进行了局部掺杂的区域会形成掺杂层5a和5b，而未进行局部掺杂的区域则形成了多晶硅层4。进而形成了完整的接触结构。

参照图23，第七步，对硅片的顶面和底面进行清洗，并对硅片的顶面和底面进行钝化处理，形成钝化膜9。所述钝化处理包括原子层淀积法、化学气相淀积、常压化学气相淀积等。

参照图24，第八步，分别在掺杂层5a，5b上设置金属电极3。形成完整的太阳能电池。

从太阳能电池的效率角度来说，本接触结构通过设置多晶硅层4和掺杂层 5起到了钝化和隧穿的作用。而通过掺杂层5，尤其是掺杂层5中的浓掺杂区域与电极3相连接，防止了金属电极3对硅片的污染，也降低了太阳能电池的接触电阻。提高了太阳能电池的发电效率。而从太阳能电池的生产工艺来说，本接触结构适用于各种结构的太阳能电池中。在制造过程中，只通过在非晶硅层上印刷一层带有掺杂的硅浆料再进行退火就能够得到本接触结构。无需对现有的生产线进行大规模的改造。而且多晶硅层4的厚度较小，也减少了制造时所需要的原材料量。在提高了太阳能电池的发电效率的同时也节约了太阳能电池的生产成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种应用于隧穿型太阳能电池上的接触结构，所述太阳能电池包括：硅衬底、电介质层及电极，所述电介质层的一面与所述硅衬底相接触；其特征在于，所述电介质层的另一面上设置所述接触结构，所述接触结构包括：多晶硅层和掺杂层；所述掺杂层与多晶硅层相互交替设置在所述电介质层上；所述掺杂层的厚度大于所述多晶硅层的厚度；所述掺杂层一端与所述电介质层相接触，另一端与所述电极相接触；其中，所述掺杂层一端为轻杂端，另一端为重杂端；所述掺杂层在所述电介质层上的投影总面积占所述电介质层的底表面积的2.6％～98％。

2.如权利要求1所述的接触结构，其特征在于，所述电介质层的厚度为1-2纳米。

3.如权利要求2所述的接触结构，其特征在于，所述电介质层的厚度为1-1.4纳米。

4.一种太阳能电池，包括：硅衬底、发射极层、钝化膜、顶面电极、电介质层、接触结构及底面电极；其中，所述硅衬底的顶面设置有发射极层，所述发射极层的顶面设置有钝化膜，所述顶面电极设置在所述钝化膜上并与所述发射极层相连接；所述电介质层的一面与所述硅衬底的底面相接处，所述电介质层的另一面与所述底面电极之间设置有所述接触结构，其特征在于，所述接触结构为权利要求1-3任一权利要求所述的接触结构。

5.一种太阳能电池，包括硅衬底、钝化层、电介质层、接触结构以及电极；所述硅衬底的顶面设置有钝化层，所述硅衬底的底面设置有电介质层；所述电介质层的一面与所述硅衬底相接触，其另一面与所述电极之间设置有所述接触结构，其特征在于，所述接触结构为权利要求1-3任一权利要求所述的接触结构。

6.如权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述接触结构包括相互交替设置的掺杂层和多晶硅层；位于所述多晶硅层两端的所述掺杂层的掺杂极性相异。

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