CN216488084U - 异质结ibc太阳能电池的背面结构及异质结ibc太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种异质结IBC太阳能电池的背面结构及异质结IBC太阳能电池，包括由内向外依次设置在硅片背面的本征非晶硅薄膜层及掺杂层，所述掺杂层包括交替排列且均匀间隔设置的P+区和N+区，所述P+区包括第一P+层和第二P+层，所述N+区包括第一N+层和第二N+层；所述第一P+层为硼掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二P+层为硼掺杂纳米晶硅层；所述第一N+层为磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二N+层为磷掺杂纳米晶硅层。本实用新型的背面结构，通过采用掺杂纳米晶硅二氧化硅层和纳米晶硅层取代传统的掺杂非晶硅层，使得掺杂层能更好的同TCO匹配，减少光学损失；有利于提高异质结IBC太阳能电池的开路电压，降低接触电阻，提高电池的填充因子及电池效率。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏组件技术领域，具体涉及一种异质结IBC太阳能电池的背面结构及包括该背面结构的异质结IBC太阳能电池。
背景技术
传统的IBC(Interdigitated Back Contact)异质结电池，背面分别沉积硼掺杂的非晶硅和磷掺杂的非晶硅层，形成指交叉排列的P+和N+区扩散区。但是由于非晶硅层本身存在的一些缺点，抑制了异质结电池的电性能提升，比如非晶硅层与TCO层之间折射率的匹配性，非晶硅层对光的寄生吸收等。
实用新型内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本实用新型的目的是提供一种改进的异质结IBC太阳能电池的背面结构及异质结IBC太阳能电池，用于解决TCO与现有技术中的非晶硅层之间由于折射率的不匹配导致的光学损失，导致电池的效率低的问题。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：
一方面，本实用新型提供了一种异质结IBC太阳能电池的背面结构，包括由内向外依次设置在硅片背面的本征非晶硅薄膜层及掺杂层，所述掺杂层包括交替排列且均匀间隔设置的P+区和N+区，所述P+区包括第一P+层和第二P+层，所述N+区包括第一N+层和第二N+层，所述第一P+层及第一N+层靠近所述本征非晶硅薄膜层；所述第一P+层为硼掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二P+层为硼掺杂纳米晶硅层；所述第一N+层为磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二N+层为磷掺杂纳米晶硅层。
通过采用掺杂纳米晶硅二氧化硅层和掺杂纳米晶硅层取代传统的掺杂非晶硅层，能更好的同TCO匹配，减少TCO与非晶硅层之间由于折射率的不匹配导致的光学损失；并且有利于使得电池的开路电压升高，降低掺杂层与TCO的接触电阻。
一方面，纳米晶硅二氧化硅层是由纳米晶硅中嵌入高透明的非晶二氧化硅得到的，其具有更好的透光性，与传统的非晶硅层相比，纳米晶硅二氧化硅层折射率更低，能更好地同TCO匹配，从而减少TCO与非晶硅层之间由于折射率的不匹配导致的光学损失；另一方面，纳米晶硅二氧化硅层具有更宽的带隙，有利于电池得到更高的开路电压。同时由于纳米晶硅二氧化硅层的功函数与TCO不匹配，这样会造成很大的接触损失，因此在掺杂纳米晶硅二氧化硅层之后必须再沉积一层掺杂纳米晶硅层。掺杂纳米晶硅层能够降低掺杂层与TCO的接触电阻，从而提高IBC电池的填充因子，提高IBC电池的效率。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述P+区及N+区分别包括第一诱导层和第二诱导层；所述第一诱导层位于所述本征非晶硅薄膜层及第一P+层之间，所述第二诱导层位于所述本征非晶硅薄膜层及第一N+层之间。所述第一诱导层和第二诱导层均为纳米晶硅层。由于硼掺杂及磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层的生长具有基体选择性，因此一般在沉积相应的掺杂纳米晶硅二氧化硅层之前先沉积一层纳米晶硅层作为诱导层或种子层以诱导微晶的快速成核，增加掺杂纳米晶硅二氧化硅层中晶体的比例，从而提高掺杂纳米晶硅二氧化硅层的载流子的传输能力。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第二P+层的厚度大于第一P+层的厚度，所述第一P+层的厚度大于第一诱导层的厚度；所述第二N+层的厚度大于第一N+层的厚度，所述第一N+层的厚度大于第二诱导层的厚度。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述第一诱导层和第二诱导层的厚度均为1-2nm，所述第一P+层和第一N+层的厚度均为4-8nm，第二P+层和第二N+层的厚度均为10-20nm。
根据本实用新型的一些优选实施方面，包括间隙区，相邻的所述P+区和N+区之间形成所述间隙区。
根据本实用新型的一些优选实施方面，包括TCO层，所述TCO层位于所述P+区远离所述第一诱导层的侧面及靠近相邻的所述N+区的侧面、所述N+区远离所述第二诱导层的侧面及靠近相邻的所述P+区的侧面、以及所述本征非晶硅薄膜层对应每个所述间隙区的部分的远离所述硅片的侧面。在本实用新型的一些实施例中，TCO层是与掺杂层的硼掺杂及磷掺杂纳米晶硅层直接接触的，相比于传统的直接与掺杂层的非晶硅层接触，这种背面结构能够减小此处的接触电阻，从而提高IBC电池的填充因子，进一步提高异质结IBC太阳能电池的效率。
根据本实用新型的一些优选实施方面，所述硅片为p型硅或n型硅。
另一方面，本实用新型还提供了一种包括如上所述的背面结构的异质结IBC太阳能电池。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：本实用新型的一种异质结IBC太阳能电池的背面结构，通过采用硼掺杂及磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层和纳米晶硅层取代传统的硼掺杂及磷掺杂的非晶硅层，使得掺杂层能更好的同TCO匹配，减少光学损失；有利于提高异质结IBC太阳能电池的开路电压，降低接触电阻，提高电池的填充因子及电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的实施例一中的一种异质结IBC太阳能电池的结构示意图；
其中，附图标记包括：硅片-1，FFE层-2，正面钝化减反膜-3，本征非晶硅薄膜层-4，P+区-5，第一诱导层-51，第一P+层-52，第二P+层-53，N+区-6，第二诱导层-61，第一N+层-62，第二N+层-63，间隙区-7，TCO层-8，金属电极-9。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
实施例一：一种异质结IBC太阳能电池
参照图1，本实施例中的异质结IBC太阳能电池包括n型硅片1、位于硅片1正面的正面结构及位于硅片1背面的背面结构。电池的正面结构包括位于硅片1正面的FFE层2及正面钝化减反膜3；电池的背面结构由内向外依次包括设置在硅片1背面的本征非晶硅薄膜层4、掺杂层、TCO层8及金属电极9。
本实施例的掺杂层包括交替排列且均匀间隔设置的P+区5和N+区6。P+区5依次包括第一诱导层51、第一P+层52和第二P+层53；N+区6依次包括第二诱导层61、第一N+层62和第二N+层63。第一诱导层51位于本征非晶硅薄膜层4与第一P+层52之间，第二诱导层61位于本征非晶硅薄膜层4与第一N+层62之间；相邻的P+区5和N+区6之间形成间隙区7。其中，第一诱导层51和第二诱导层61均为纳米晶硅层；第一P+层52和第一N+层62分别为硼掺杂纳米晶硅二氧化硅层和磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层；第二P+层53和第二N+层63分别为硼掺杂纳米晶硅层和磷掺杂纳米晶硅层。由于第一P+层52和第一N+层62的生长具有基体选择性，因此第一诱导层51和第二诱导层61能够诱导微晶的快速成核，增加第一P+层52和第一N+层62中晶体的比例，从而提高掺杂纳米晶硅二氧化硅层的载流子的传输能力。此外，第一P+层52和第一N+层62以及第二P+层53和第二N+层63的设置，能够减少TCO与非晶硅层之间由于折射率的不匹配导致的光学损失；并且有利于提升电池的开路电压，降低掺杂层与TCO的接触电阻。
本实施例中，第二P+层53的厚度大于第一P+层52的厚度，且第一P+层52的厚度大于第一诱导层51的厚度；第二N+层63的厚度大于第一N+层62的厚度，且第一N+层62的厚度大于第二诱导层61的厚度；其中，第一诱导层51和第二诱导层61的厚度均为2nm，第一P+层52和第一N+层62的厚度均为8nm，第二P+层53和第二N+层63的厚度均为20nm。
电池的TCO层8位于P+区5远离第一诱导层51的侧面及靠近相邻的N+区6的侧面、N+区6远离第二诱导层61的侧面及靠近相邻的P+区5的侧面、以及本征非晶硅薄膜层4对应每个间隙区7的部分的远离硅片1的侧面。此外，每个P+区5和N+区6对应的TCO层上均设置有一个金属电极9。
实施例二：一种异质结IBC太阳能电池的制备方法
本实施例的异质结IBC太阳能电池的制备方法如下所述，主要包括以下步骤：
Step1：选用的硅片1为n型晶体硅，并使用10％的NaOH溶液对硅片1进行双面抛光，去除损伤层，反射率控制在42％；其种，n型晶体硅的电阻率为2Ω·cm，厚度为120μm；
Step2：在硅片1背面通过等离子体增强的化学气相沉积法沉积一层致密的SiOxNy掩膜层；
Step3：对硅片1的正表面进行单面制绒，形成具有限光作用的金字塔绒面结构；
Step4：对正面的绒面结构通过离子注入法进行硼扩散，形成FFE层2；方阻为150R/squ,表面的掺杂浓度控制在1×1020atoms/cm3；
Step5：用HF溶液去除正面的BSG层，同时去除背面的掩膜层；
Step6：在硅片1正面通过等离子体增强的化学气相沉积法沉积正面钝化减反膜层3(SiOxNy)，并将所得的电池片在RCA溶液中再次清洗，以确保背表面清洁无污染；
Step7：将清洗过的电池片通过等离子体增强化学气相沉积法进行背面本征非晶硅薄膜层4的沉积，沉积压力为12mbar，射频功率为9MHz，腔体温度为200℃，用氢气稀释的甲硅烷气体作为前驱体，本征非晶硅薄膜层4的厚度为90nm；
Step8：采用光刻掩膜工艺在P+区5和间隙区7上沉积一层光刻胶掩膜，再在N+区6沉积2nm的第二诱导层61(纳米晶硅层nc-Si:H)，用H2稀释的甲硅烷气体用作前驱体，温度为300℃，沉积压力为20mbar，射频功率为10MHz，功率密度为50-150mW/cm2；然后沉积8nm厚的第一N+层62(磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层：nc-SiOx:H(P))，(所用的工艺与沉积第二诱导层61时的工艺一样，只是在气体前驱体中增加磷烷和二氧化碳气体)；最后再沉积一层20nm厚的第二N+层63(磷掺杂纳米晶硅层nc-Si:H(P))，(所用的工艺与沉积第二诱导层61时的工艺一样，只是在气体前驱体中增加磷烷气体)；再去除P+区5和间隙区7的光刻胶；
Step9：采用光刻掩膜工艺在N+区6和间隙区7上沉积一层光刻胶掩膜，再在P+区5沉积2nm的第一诱导层51(纳米晶硅层nc-Si:H)，用H2稀释的甲硅烷气体用作前驱体，温度为300℃，沉积压力为20mbar，射频功率为10MHz，功率密度为50-150mW/cm2；然后沉积8nm厚的第一P+层52(硼掺杂纳米晶硅二氧化硅层：nc-SiOx:H(B))，(所用的工艺与沉积第一诱导层51时的工艺一样，只是在气体前驱体中增加磷烷和二氧化碳气体)，最后再沉积一层20nm厚的第二P+层53(硼掺杂纳米晶硅层nc-Si:H(B))，(所用的工艺与沉积第一诱导层51时的工艺一样，只是在气体前驱体中增加磷烷气体)；再去除N+区6和间隙区7的光刻胶；
Step10：在硅片1背面用PVD法沉积TCO层8；
Step11：在硅片1背面的P+区5和N+区6通过真空蒸镀制备金属电极9。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种异质结IBC太阳能电池的背面结构，其特征在于，包括由内向外依次设置在硅片背面的本征非晶硅薄膜层及掺杂层，所述掺杂层包括交替排列且均匀间隔设置的P+区和N+区，所述P+区包括第一P+层和第二P+层，所述N+区包括第一N+层和第二N+层，所述第一P+层及第一N+层靠近所述本征非晶硅薄膜层；所述第一P+层为硼掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二P+层为硼掺杂纳米晶硅层；所述第一N+层为磷掺杂纳米晶硅二氧化硅层，所述第二N+层为磷掺杂纳米晶硅层。
2.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述P+区及N+区分别包括第一诱导层和第二诱导层；所述第一诱导层位于所述本征非晶硅薄膜层及第一P+层之间，所述第二诱导层位于所述本征非晶硅薄膜层及第一N+层之间。
3.根据权利要求2所述的背面结构，其特征在于，所述第一诱导层和第二诱导层均为纳米晶硅层。
4.根据权利要求2所述的背面结构，其特征在于，所述第二P+层的厚度大于第一P+层的厚度，所述第一P+层的厚度大于第一诱导层的厚度；所述第二N+层的厚度大于第一N+层的厚度，所述第一N+层的厚度大于第二诱导层的厚度。
5.根据权利要求4所述的背面结构，其特征在于，所述第一诱导层和第二诱导层的厚度均为1-2nm，所述第一P+层和第一N+层的厚度均为4-8nm，第二P+层和第二N+层的厚度均为10-20nm。
6.根据权利要求2所述的背面结构，其特征在于，包括间隙区，相邻的所述P+区和N+区之间形成所述间隙区。
7.根据权利要求6所述的背面结构，其特征在于，包括TCO层，所述TCO层位于所述P+区远离所述第一诱导层的侧面及靠近相邻的所述N+区的侧面、所述N+区远离所述第二诱导层的侧面及靠近相邻的所述P+区的侧面、以及所述本征非晶硅薄膜层对应每个所述间隙区的部分的远离所述硅片的侧面。
8.根据权利要求1所述的背面结构，其特征在于，所述硅片为p型硅或n型硅。
9.一种包括如权利要求1～8任意一项所述的背面结构的异质结IBC太阳能电池。
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