CN217468451U - 一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，涉及太阳能电池技术领域，能够实现微晶P型掺杂层和微晶N型掺杂层之间的同质隧穿效应，避免微晶P与TCO层之间电荷累积；此外，微晶N与TCO均为N型半导体，可避免形成肖特基接触，降低接触电阻，从而提高太阳能电池的转化效率。该异质结太阳能电池的层结构依次包括：第一TCO层、微晶P型掺杂层、第一本征钝化层、N型晶体硅衬底、第二本征钝化层、第一N型掺杂层和第二TCO层；两TCO层的外侧分别设有电极，所述太阳能电池的微晶P型掺杂层与相邻的第一TCO层之间设有能够与所述微晶P型掺杂层形成同质隧穿效应的隧穿层；所述隧穿层为具有纳米晶结构的N型材料。

Description

一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池。

背景技术

现有的HJT异质结太阳能电池，如图1所示，其层结构依次包括TCO-P-I-N-I-N-TCO，其中，P层为P型掺杂层，其采用微晶制程工艺制备；I层为本征硅钝化层，N层为N型掺杂层。这种异质结太阳能电池存在的问题是：现有异质结微晶P型掺杂层太阳能电池，空穴在传输的时候，经过微晶P型掺杂层然后再经过氧化铟锡(TCO)层，由于TCO层是n型材料，空穴在微晶P型掺杂层与TCO层之间会有电荷累积，影响电池开压与串组，进而影响电池转化效率。

因此，有必要研究一种新的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，通过增设隧穿层，能够实现微晶P型掺杂层和微晶N型掺杂层之间的同质隧穿效应，避免电荷累积，从而提高太阳能电池的转化效率。

本实用新型提供一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池的层结构包括：位于N型晶体硅衬底第一表面的第一本征钝化层、微晶P型掺杂层、第一TCO层，以及位于N型晶体硅衬底第二表面的第二本征钝化层、第一N型掺杂层和第二TCO层；所述第一TCO层和所述第二TCO层的外侧分别设有电极，其特征在于，所述异质结太阳能电池的微晶P型掺杂层与相邻的第一TCO层之间设有能够与所述微晶P型掺杂层形成同质隧穿效应的隧穿层，从而避免微晶P型掺杂层与TCO层之间会有电荷累积，所述微晶P型掺杂层为P型掺杂微晶硅薄膜。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述隧穿层为具有纳米晶结构的N型材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述隧穿层为N型掺杂的微晶硅隧穿层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述隧穿层的厚度为1-6nm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述隧穿层材质的电阻率为0.6-6GΩ/cm，折射率为2.6-3.8。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述P型掺杂微晶硅薄膜的厚度为10-50nm，折射率为2.5-3.7，电阻率为0.6-6GΩ/cm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一N型掺杂层的材料和所述隧穿层相同，厚度为10-50nm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一TCO层和所述第二TCO层均为TCO透明导电氧化物，厚度为50-200nm，薄膜的电阻率为15-600GΩ/cm，载流子浓度-10¹⁹--10²¹，载流子迁移率20-80cm²/v·s。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极为Ag电极。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述N型晶体硅衬底的厚度在100-300μm，电阻率为0-7Ω/cm。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层均为非晶硅薄膜，厚度为3-20nm，折射率为3.6-4.2。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点或有益效果：通过新增微晶隧穿层可有效减少界面电荷累积，提升电池的开路电压(Voc)与填充因子(FF)；

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：新增的微晶隧穿层和其相邻的微晶P型掺杂层均采用微晶制程工艺，实际中可以根据情况选择具体的前后步骤以及微晶制程设备，相对来说在提高太阳能电池性能的同时并不过多的增加太阳能电池制备难度，易于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1是现有异质结电池的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例提供的异质结电池的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。“第一”、“第二”和“第三”仅是为了区别做出的指代描述。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

针对现有技术的不足，为了解决空穴在微晶P型掺杂层与TCO层之间会有电荷累积问题，本实用新型在现有异质结太阳能电池的微晶P的背面新增隧穿微晶N型掺杂层，目的是让微晶N型掺杂层与微晶P型掺杂层形成同质隧穿效应，可避免电荷累积；此外，微晶N与TCO均采用N型半导体，可避免形成肖特基接触，降低接触电阻。如图2所示，本实用新型的异质结太阳能电池的层结构依次包括：TCO层-微晶N型掺杂层-本征钝化层-N型晶体硅衬底-本征钝化层-微晶P型掺杂层-N型隧穿层-TCO层。微晶N型掺杂层和与之连接的TCO层皆为N型材料，只有少数的电荷累积效应。此结构可大幅提升异质结太阳能电池的转化效率，提高性能。

本实用新型的隧穿层不局限于上述的微晶N型掺杂层，还可以是其他具有纳米晶结构的层。

根据本公开实施例的一个具体实现方式，隧穿层为N型掺杂的微晶硅隧穿层，其厚度为1-6nm，其材质的电阻率为0.6-6GΩ/cm，折射率为2.6-3.8。

根据本公开实施例的一个具体实现方式，微晶P型掺杂层为P型掺杂微晶硅薄膜，厚度为10-50nm，折射率为2.5-3.7，电阻率为0.6-6GΩ/cm。微晶N型掺杂层的材料和隧穿层相同，厚度为10-50nm。两个TCO层均为TCO透明导电氧化物，厚度为50-200nm，薄膜的电阻率为15-600GΩ/cm，载流子浓度-10¹⁹-10²¹，载流子迁移率20-80cm²/v·s。上述的N型晶体硅衬底的厚度在100-300μm，电阻率在0-7GΩ/cm。两个本征钝化层均为非晶硅薄膜，厚度为3-20nm，折射率为3.6-4.2。

下面通过实施例1和对比例1进行改进前后的对比实验：

实施例1：如图2为实际电池的结构示意图，其中：

N型单晶硅层1(对应前述的N型晶体硅衬底)，厚度在155μm，电阻率在0-7GΩ/cm；

位于N型单晶硅层1两侧的本征钝化层2，所述本征钝化层为非晶硅薄膜，厚度在5-10nm，折射率在3.6-4.2；

位于所述非晶硅薄膜背离N型单晶硅层1一侧的N型掺杂微晶硅薄膜3(对应前述的微晶N型掺杂层)，厚度在15-30nm，电阻率在50-600GΩ/cm，折射率2.6-3.8；

位于所述非晶硅薄膜2背离N型单晶硅层1另一侧的P型掺杂微晶硅薄膜4(对应前述的微晶P型掺杂层)，厚度在15-30nm，折射率2.5-3.7，电阻率在50-600GΩ/cm；

位于P型掺杂微晶硅薄膜4背离N型单晶硅层1一侧的N型掺杂的微晶硅隧穿薄膜7(对应本实用新型发明点所在的N型隧穿层)，其可以与N型掺杂微晶硅薄膜3为相同材质，也可以不同，其厚度要求在1-3nm范围内；

位于N型掺杂的微晶硅隧穿薄膜7和N型掺杂微晶硅薄膜3上的TCO透明导电氧化物5(对应前述的TCO层)，厚度为50-150nm左右，薄膜的电阻率为30-150GΩ/cm，载流子浓度-10¹⁹-10²¹，载流子迁移率40-70cm²/v·s；

Ag制电极6；

该电池具体制备过程包括：在N型单晶硅层1上，通过CVD工艺依次进行本征钝化层2、正面N型掺杂微晶硅薄膜3、背面P型掺杂微晶硅薄膜4、N型掺杂的微晶硅隧穿薄膜7的镀膜工艺，随后再通过PVD的工艺进行TCO层的制备，最后通过丝网印刷进行Ag制电极6的印刷。

镀膜工艺的具体过程可以包括：把高频电磁波通过电极引入到膜形成空间内，以感应等离子体，由此在衬底上形成淀积膜。其高频电磁波的频率f在50-550MHz范围内，衬底温度在150-500℃范围内，形成在0.01-0.5Torr范围内的工艺压力P，高频电磁波的输入功率密度在0.001-0.5W/cm³范围内；含有硅化合物气体和稀释气体的源气的总流率不小于500sccm，在硅化合物气体的流率为1sccm时稀释气体的流率不小于20sccm。镀膜工艺也可以采用其他，例如多步生长法等，能够实现上述镀膜要求的工艺来实现镀膜。

对比例1：如图1为实际电池的结构示意图，其中：

N型单晶硅衬底1(对应前述的N型晶体硅衬底)，厚度在155μm，电阻率在0-7GΩ/cm；

位于N型单晶硅层1两侧的本征钝化层2，所述本征钝化层2为非晶硅薄膜，厚度在5-10nm，折射率在3.6-4.2；

位于所述非晶硅薄膜背离N型单晶硅层1一侧的N型掺杂微晶硅薄膜3(对应前述的微晶N型掺杂层)，厚度在15-30nm，电阻率在50-600GΩ/cm，折射率2.6-3.8；

位于所述非晶硅薄膜背离N型单晶硅层1另一侧的P型掺杂微晶硅薄膜4(对应前述的微晶P型掺杂层)，厚度在15-30nm，折射率2.5-3.7，电阻率在50-600GΩ/cm；

位于P型掺杂微晶硅薄膜4和N型掺杂微晶硅薄膜3上的TCO透明导电氧化物5(对应前述的TCO层)，厚度为100nm，薄膜的电阻率为30-150GΩ/cm，载流子浓度-10¹⁹--10²¹，载流子迁移率40-70cm²/v·s；

Ag制电极6。

对比例1电池的具体制备过程为：在N型单晶硅衬底1上，通过CVD工艺依次进行非晶硅薄膜、正面N型掺杂微晶硅薄膜3、背面P型掺杂微晶硅薄膜4的制备随后再通过PVD的工艺进行TCO层的制备，最后通过丝网印刷进行Ag制电极6的印刷。

以现有技术的异质结电池作为对比例(即上述对比例1)，以本实用新型的异质结太阳能电池作为实施例(即上述实施例1)，对比两者的性能参数如表1所示。

类型	Eff	Voc	Isc	FF
					对比例	100.00％	100.00％	100.00％	100.00％
实施例	100.55％	100.15％	99.98％	100.42％

表1

由上表的数据对比可以看出，藉由新增微晶隧穿层可有效减少界面电荷累积，提升电池的开路电压(Voc)与填充因子(FF)。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，所述异质结太阳能电池的层结构包括：位于N型晶体硅衬底第一表面的第一本征钝化层、微晶P型掺杂层、第一TCO层，以及位于N型晶体硅衬底第二表面的第二本征钝化层、第一N型掺杂层和第二TCO层；所述第一TCO层和所述第二TCO层的外侧分别设有电极，其特征在于，所述异质结太阳能电池的微晶P型掺杂层与相邻的第一TCO层之间设有能够与所述微晶P型掺杂层形成同质隧穿效应的隧穿层，所述微晶P型掺杂层为P型掺杂微晶硅薄膜。

2.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层为具有纳米晶结构的N型材料。

3.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层为N型掺杂的微晶硅隧穿层。

4.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层的厚度为1-6nm。

5.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层材质的电阻率为0.6-6GΩ/cm，折射率为2.6-3.8。

6.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述P型掺杂微晶硅薄膜的厚度为10-50nm，折射率为2.5-3.7，电阻率为0.6-6GΩ/cm。

7.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一N型掺杂层的材料和所述隧穿层相同，厚度为10-50nm。

8.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一TCO层和所述第二TCO层均为TCO透明导电氧化物，厚度为50-200nm，薄膜的电阻率为15-600GΩ/cm，载流子浓度-10¹⁹-10²¹，载流子迁移率为20-80cm²/v·s。

9.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述N型晶体硅衬底的厚度在10-300μm，电阻率在0-7GΩ/cm。

10.根据权利要求1所述的带有微晶隧穿层的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征钝化层和所述第二本征钝化层均为非晶硅薄膜，厚度为3-20nm，折射率为3.6-4.2。

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