CN215731736U - 钝化接触结构以及其应用的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于太阳能电池的钝化接触结构以及其应用的太阳能电池。钝化接触结构包括隧穿层；透明导电膜，位于所述隧穿层上且与所述隧穿层接触；覆盖层，位于所述透明导电膜上；以及金属电极，穿过所述覆盖层而接触所述透明导电膜，所述电极金属电极的端面位于所述透明导电膜中。本实用新型的用于太阳能电池的钝化接触结构以及其应用的太阳能电池既能够导电又能够起到钝化作用，还具有减少吸光损失的效果。

Description

钝化接触结构以及其应用的太阳能电池

技术领域

本实用新型主要涉及太阳能电池，尤其涉及一种钝化接触结构及其应用的太阳能电池。

背景技术

在常规的硅基太阳能电池中，金属栅线与硅直接接触以达到收集载流子的目的。但是金属与硅直接接触会造成大量额外的载流子复合，从而造成了损失。为了降低硅基太阳电池上金属接触时的复合损失，提出了“钝化接触”的概念，其原理是一种类型的载流子被金属接触前端的隧穿层阻挡，因此在金属接触界面上无相关的复合发生。同时，隧穿层被钝化，这意味着隧穿层不会造成大量的载流子复合，从而实现金属接触时仅有少量复合损失的效果。

然而传统的钝化接触结构中一般具有非晶硅，这种采用硅材料的多晶层，大多吸光严重，从而使得现有的钝化接触结构在降低了由金属栅线和硅直接接触所带来的复合损失的基础上，又产生了寄生吸光损失。因此在整体上，传统的放置于正面的钝化接触结构对太阳能电池的能量转化性能的提升并没有起到很好的效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种钝化接触结构及其应用的太阳能电池，既能够导电又能够起到钝化作用，还具有减少吸光损失的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于太阳能电池的钝化接触结构，包括：隧穿层；透明导电膜，位于所述隧穿层上且与所述隧穿层接触；覆盖层，位于所述透明导电膜上；以及金属电极，穿过所述覆盖层而接触所述透明导电膜，所述金属电极的端面位于所述透明导电膜中。

在本实用新型的一实施例中，所述透明导电膜是第一掺杂类型的透明导电膜。

在本实用新型的一实施例中，所述钝化接触结构还包括衬底；第一掺杂类型的第一半导体层，位于所述衬底上，其中所述隧穿层位于所述第一半导体层上。

在本实用新型的一实施例中，所述第一掺杂类型为N型。

在本实用新型的一实施例中，所述隧穿层的厚度在0.5-3nm之间。

在本实用新型的一实施例中，所述透明导电膜的厚度在10-300nm之间。

在本实用新型的一实施例中，所述透明导电膜的材料为氧化锌。

本实用新型的另一方面还提供了一种太阳能电池，包括上述的钝化接触结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的一种用于太阳能电池的钝化接触结构及其应用的太阳能电池，采用了将透明导电膜与隧穿层相结合使用的方式，既能够导电又能够起到金属-非金属区域的钝化接触作用，可以有效地降低硅基太阳电池上载流子复合损失。同时，利用该透明导电膜的高度透光性，还具有减少入射光吸光损失的效果，在整体上改善了太阳能电池的能量转化效率。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1是本实用新型一实施例的一种太阳能电池的钝化接触结构的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的采用本实用新型的钝化接触结构的P型衬底太阳能电池的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的采用本实用新型的钝化接触结构的N型衬底太阳能电池的结构示意图；以及

图4是根据本实用新型一实施例的一种用于太阳能电池的钝化接触结构的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

本实用新型的一实施例提出了一种用于太阳能电池的钝化接触结构，将透明导电膜与隧穿层结合使用，既能够导电又能够起到钝化作用，还具有减少吸光损失的效果。

如图1所示是本实用新型一实施例的一种太阳能电池的钝化接触结构10的结构示意图，该钝化接触结构10可以用于太阳能电池的正面或背面。根据图1，钝化接触结构10依次包括隧穿层11、透明导电膜12、覆盖层13以及金属电极14。

具体来说，隧穿层11能够阻挡空穴进入到透明导电膜12中。从材质的角度，隧穿层通常可以是氧化硅，但是本实用新型中隧穿层的材料不以此为限，在本实用新型的其他的实施例中，隧穿层可以由其他材料制成。而从尺寸的角度，在本实用新型的一些实施例中，该隧穿层11的厚度在0.5-3nm之间。

进一步的，透明导电膜12位于隧穿层11上且与隧穿层11直接接触，此二者之间无其他电池层级结构。优选地，该透明导电膜12的材料为氧化锌。然而，透明导电膜12还可以是氧化硅、氧化铝等其他材料。示例性的，在本实用新型的一些实施例中，该透明导电膜12的厚度在10-300nm之间。

再进一步的，覆盖层13位于透明导电膜12上，覆盖层13可以起到保护透明导电膜12的作用，一般来说为氮化硅、氧化铝等材质。举例来说，覆盖层13可以保护透明导电膜12免受水汽、PID(Potential Induced Degration)离子、物理摩擦、烧结过程中的氢源损失以及金属剥落等影响。

最后，金属电极14穿过覆盖层13而接触透明导电膜12，且金属电极14的端面14a位于该透明导电膜12中。其中，金属电极14的材质可以是银、铝或铜等，本实用新型不对于金属电极的选材做出限制。在实际制备太阳能电池的过程中，尤其是在金属烧结过程中，保证金属腐蚀程度如下：金属的金属电极14穿过最上面的覆盖层13后，到达与透明导电膜12接触但又不会进一步到达隧穿层11甚至将其损坏的状态。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示的透明导电膜12是第一掺杂类型的透明导电膜。具体来说，该第一掺杂类型可以是N型，透明导电膜12是N型掺杂透明导电膜。示例性的，当透明导电膜12的材料为氧化锌时，在制备钝化接触结构10时，可以在浆料中适量的添加铝。这可以增强氧化锌与金属接触区域的N型掺杂，有利于电子更轻易地从透明导电膜12传输至金属电极14中。

总的来说，透明导电膜12是不需要高度掺杂，只需要起到提供电子的纵向传输的作用。在制备过程中，该透明导电膜12接纳金属电极14的端面14a，可以有效的保护底部隧穿层11不受破坏，在电池制备完成后，又能够保证电子在电池内部的高效收集和传输，在电池的实际使用过程中，利用其高度透光性(因为该透明导电薄膜不需要非常高的掺杂)，增加太阳光的入射率，可以有效的解决传统钝化结构中非晶硅及多晶硅吸光所带来的影响。

在以上结构的基础上，在图1所示的实施例中，钝化接触结构10还包括衬底15和采用上述第一掺杂类型的第一半导体层16，而第一半导体层16位于衬底15上，且隧穿层11位于该第一半导体层16上。示例性的，该衬底15的材质为硅。在本实用新型的一些实施例中，该第一半导体层16为N型掺杂的半导体层。选用N型掺杂是为了增加衬底15(即硅体)内的横向传导，并与透明导电膜12形成更好的接触。示例性的，N型掺杂的第一半导体层16可以通过掺杂磷或镓等物质来实现，本实用新型不对此做出限制。在本实用新型的实施例中，衬底15本身可以是P型掺杂或者N型掺杂的。P型掺杂可以通过掺杂硼或镓来实现，N型掺杂可通过磷或砷实现。

可以理解的是，取决于制备工艺的不同，在制备该第一半导体层16时，可以在该衬底15上独立制备，也可以在该衬底15中进行掺杂制备，本实用新型不对于制备的工艺做出限制，在制备完成后，形成了如图1所示的衬底15上附有N型掺杂的第一半导体层16。

本实用新型采用了透明导电膜(如氧化锌)与隧穿层直接接触从而结合使用的结构，共同起到了钝化的效果。在实际制备太阳能电池的过程中，特别是在金属烧结过程中，该透明导电膜能够有效保护与其直接接触的隧穿层不受破坏，在电池制备完毕后，能够保证电子的高效收集和传输。

除此之外，透明导电膜与隧穿层结合使用的结构，避免了现有的钝化结构中多晶硅层吸光严重的不良后果，利用透明导电膜的高度透光性，使本实用新型的钝化接触结构在提供钝化接触效果的同时，也能有效的减少吸光损失。举例来说，使用椭偏仪对掺铝的ZnO(即本实用新型一实施例的一种用于太阳能电池的钝化接触结构中的透明导电膜)与传统太阳能电池提供钝化接触的材料多晶硅进行对比，在同样波长的632nm处，掺铝的ZnO消光系数约为0.017，多晶硅则为0.252。由此可以看出采用本实用新型的钝化接触结构可以显著的减少吸光损失，提升了太阳能电池的能量转化效率，优化了太阳能电池的性能。

在以上的太阳能电池的钝化接触结构的基础上，本实用新型的一实施例还提出了一种太阳能电池，包含上述的钝化接触结构。具有上述钝化接触结构的太阳能电池，和具有传统的钝化接触结构的太阳能电池相比，避免了多晶硅层吸光的不良影响，能量的转化效果更好。

如图2所示是本实用新型一实施例的采用本实用新型的钝化接触结构的TOPerc(钝化发射极及背面电池(PERC)的背面结构与TOPCon电池的正面结构相结合)太阳能电池20的结构图。此实施例的太阳能电池20为P型衬底的电池，但是本实用新型不以此结构类型为限。在图2中可以看出的是，太阳能电池20的上半部分(也即正极部分)采用了如图1所示的钝化接触结构，具体包括隧穿层21、透明导电膜22、覆盖层23、正面的金属电极241、P型衬底25以及N型掺杂的第一半导体层26。示例性的，在本实用新型的一实施例中，P型衬底25为P型硅衬底、第一半导体层26为N型掺杂(例如磷掺杂)、隧穿层21为氧化硅、透明导电膜22为掺铝的氧化锌以及覆盖层23为氮化硅，但是本实用新型的太阳能电池不以这样的选材为限。

在此基础上，在太阳能电池20的背面，在P型衬底25之下还具有钝化层27和钝化减反射膜28以及背面的金属电极242。钝化层27的材料例如是氧化铝，钝化减反射膜28的材料例如是氮化硅。对于背面的金属电极242来说，其位于P型衬底25中的端面上还具有铝背场29。这些结构为常规的PERC电池结构，由于不是本实用新型的重点，在此不做展开。

相似的，如图3所示，是本实用新型一实施例的采用本实用新型的钝化接触结构的N型太阳能电池的结构示意图。太阳能电池30的背面具有上述的钝化接触结构。具体来说，太阳能电池30具有隧穿层31、透明导电膜32、覆盖层33、背面的金属电极341、N型衬底35以及N型掺杂的第一半导体层36。在此基础上，太阳能电池30的正面还具有正面的金属电极342、钝化减反射膜39、钝化层38、发射极37。示例性的，钝化减反射膜39例如氮化硅，钝化层例如为氧化铝，发射极37例如是硼扩散发射极。示例性的，在本实用新型的一实施例中，N型衬底35为N型硅衬底、第一半导体层36为N型掺杂(例如磷掺杂)、隧穿层31为氧化硅、透明导电膜32为掺铝的氧化锌以及覆盖层33为氮化硅。同样的，本实用新型的太阳能电池不以这样的选材为限。

上述的太阳能电池在其正面或背面应用了本实用新型上述的钝化接触结构，其中的透明导电膜具有高度透光性，与隧穿层结合使用，在提供了钝化接触效果的基础上，与传统的使用多晶硅作为钝化层的太阳能电池相比还具有减少吸光损失的效果。但是本实用新型不以如图2和图3示出的实施例为限，例如，在本实用新型的一些是实施例中，太阳能电池的正面和背面可以均采用上述的钝化接触结构，从而在不同的应用场景中更好的提供钝化接触效果的同时，有效的降低吸光损失。

为了更好的理解本实用新型的钝化接触结构以及其应用的太阳能电池，下面参考图4对于根据本实用新型的一种用于太阳能电池的钝化接触结构的制备方法做出简单的说明。如图4所示，制备上述钝化接触结构的制备方法40包括以下步骤。

步骤41为形成隧穿层。例如，可以通过热氧反应沉积隧穿层。在本实用新型的一实施例中，沉积温度为750℃，最终形成的隧穿层厚度为1.5nm。

步骤42为在隧穿层上形成透明导电膜。在本实用新型的一实施例中，形成透明导电膜的方式是使用ALD法(原子层沉积法)在隧穿层上单面沉积透明导电膜ZnO，沉积温度为200℃，最终形成的透明导电膜的厚度为60nm。

步骤43为在透明导电膜上形成覆盖层。具体的，在本实用新型的一些实施例中，此步骤43制备覆盖层的步骤可以使用管式PECVD(等离子增强化学气相沉积)法制备SiNx作为覆盖层。

步骤44为形成穿过覆盖层而接触透明导电膜的金属电极，金属电极的端面停留在透明导电膜中。

在以上各步骤的基础上，制备方法还包括在衬底上形成第一掺杂类型的半导体层，且在上述步骤41中形成的隧穿层将形成于该半导体层上，该第一掺杂类型可以为N型。

结合参考图2，在一个实施例中，具有上述钝化接触结构的TOPerc太阳能电池(以P型衬底电池为例)的制造方法如下：

(1)选择P型硅衬底25，并对表面进行制绒处理。

(2)将步骤(1)处理后的硅片进行清洗后放入扩散炉中，对硅片进行磷扩散，形成N型掺杂的第一半导体层26，同时形成P-N结及磷硅玻璃(PSG)。

(3)对硅片一面进行氢氟酸后清洗，使用单面刻蚀清洗机去除背面PSG。

(4)对硅片进行背面抛光，此时正面存在PSG保护，因此不受影响，之后依次进行浓硫酸、氢氟酸、氨水、氢氟酸、盐酸、氢氟酸清洗，将硅片洗净并去除正面PSG膜。

(5)将硅片放入管式炉中进行热氧反应，沉积氧化硅作为隧穿层21，沉积温度为750℃，薄膜厚度约为1.5nm。

(6)使用(原子层沉积)ALD法在硅片隧穿层21上单面沉积无掺杂ZnO或ZnO:Al层作为透明氧化膜22，沉积温度为200℃，厚度为60nm。

(7)进行背面钝化膜沉积，使用管式PECVD法，依次在硅片背面进行氧化铝/氮化硅层沉积，作为钝化层27和钝化减反射膜28。之后再对正面进行覆盖层23沉积，即使用管式PECVD法依次制备氮化硅层。

(8)使用激光打开背面钝化层27和钝化减反射膜28。

(9)印刷正面、背面金属电极241、242和细栅线并烧结。

结合参考图3，在一个实施例中，具有上述钝化接触结构的以N型衬底电池为例的制造方法如下：

(1)选择N型硅衬底35，并对表面进行制绒处理。

(2)将步骤(1)处理后的硅衬底35进行清洗后放入扩散炉中，对硅片进行硼扩散，形成P+型掺杂的发射极37，同时形成硼硅玻璃(BSG)。

(3)对硅片一面进行HF酸清洗，此面作为背面，使用单面刻蚀清洗机去除背面BSG，并洗净硅片。

(4)对硅片进行背面抛光，并进行二次制绒，此时正面存在BSG保护，因此不受影响，将硅片洗净。

(5)将洗净硅片放入管式扩散炉中，对背面进行磷扩散，形成n++掺杂层36。之后将硅片经过HF酸清洗，去除背面PSG及正面PSG、BSG。

(5)将硅片放入管式炉中进行热氧反应，沉积氧化硅作为隧穿层31，沉积温度为750℃，薄膜厚度约为1.5nm。

(6)使用(原子层沉积)ALD法或PECVD法在隧穿层31上沉积无掺杂ZnO或有掺杂ZnO:Al层作为透明氧化膜32，沉积温度为ALD的200℃或PECVD的350℃，厚度为100nm。

(7)进行背面覆盖层33的沉积，即使用管式PECVD法，在硅片背面进行氮化硅层沉积。之后再对正面进行钝化层38和钝化减反射层39的沉积，即使用管式PECVD法依次制备氧化铝/氮化硅层，也可以使用ALD法沉积AlOx。

(8)印刷正面、背面金属金属电极341、342及细栅并烧结。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种用于太阳能电池的钝化接触结构，其特征在于，包括：

隧穿层；

透明导电膜，位于所述隧穿层上且与所述隧穿层接触；

覆盖层，位于所述透明导电膜上；以及

金属电极，穿过所述覆盖层而接触所述透明导电膜，所述金属电极的端面位于所述透明导电膜中。

2.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述透明导电膜是第一掺杂类型的透明导电膜。

3.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，还包括：

衬底；

第一掺杂类型的第一半导体层，位于所述衬底上，其中所述隧穿层位于所述第一半导体层上。

4.如权利要求2或3所述的钝化接触结构，其特征在于，所述第一掺杂类型为N型。

5.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述隧穿层的厚度在0.5-3nm之间。

6.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述透明导电膜的厚度在10-300nm之间。

7.如权利要求1所述的钝化接触结构，其特征在于，所述透明导电膜的材料为氧化锌，氧化锡，氧化钛其中的一种。

8.一种太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的钝化接触结构。

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