CN217955873U - N-tbc背接触太阳能电池背面结构及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种N‑TBC背接触太阳能电池背面结构及太阳能电池,N型晶体硅基体的背面由内向外设置有隧穿氧化层、n+掺杂层,所述的隧穿氧化层和所述的n+掺杂层上局部开设有第一开槽,所述的第一开槽的内表面以及所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层的一表面均设置有背面钝化层;设置在所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层一表面的背面钝化层上开设有第二开槽,所述的第二开槽内设置有铝发射极,对应所述的n+掺杂层设置有银电极。本实用新型提供的N‑TBC背接触结构晶体硅太阳能电池,结构简单,可兼容PERC产线设备,电池成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种N-TBC背接触太阳能电池背面结构及太阳能电池。
背景技术
太阳能电池或称为光伏电池,可以将太阳能直接转换为电能,其原理在于半导体PN结的光生伏特效应。低成本高效率一直是太阳能电池工业化进程中持续的追求。开路电压、电流密度、填充因子是晶硅电池效率的关键参数。
常规的背接触IBC结构电池,由于正面无任何栅线遮挡,具有较高的短路电流(>41mA/cm2);常规的背接触IBC电池,结构工艺复杂,生产成本高;钝化接触结构电池,良好的钝化效果以及很低的金属复合,具有较高的开路电压(>735mV)。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低的N-TBC背接触太阳能电池背面结构及太阳能电池。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:
一种N-TBC背接触太阳能电池背面结构,N型晶体硅基体的背面由内向外设置有隧穿氧化层、n+掺杂层,所述的隧穿氧化层和所述的n+掺杂层上局部开设有第一开槽,所述的第一开槽的内表面以及所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层的一表面均设置有背面钝化层;设置在所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层一表面的背面钝化层上开设有第二开槽,所述的第二开槽内设置有铝发射极,对应所述的n+掺杂层设置有银电极。
优选地,所述的背面钝化层为Al2O3以及SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层。
优选地,所述的Al2O3层的厚度为2~20nm;所述的SiNx层的厚度为0~150nm;所述的SiOxNy层的厚度为0~150nm;所述的SiOx层的厚度为0~150nm。
优选地,所述的隧穿氧化层的材质为二氧化硅;所述的隧穿氧化层的厚度为1~3nm。
优选地,所述的n+掺杂层的厚度为60~300nm;所述的铝发射极通过在所述的第二开槽内印刷铝浆形成。
优选地,所述的N型晶体硅基体的厚度为50~300um;多个所述的铝发射极的外端部均位于同一平面。
一种N-TBC背接触太阳能电池,其包括所述的N-TBC背接触晶体硅太阳能电池背面结构。
优选地,所述的N型晶体硅基体正面由内向外设置有磷前表面场FSF、正面钝化层。
优选地,所述的N型晶体硅基体正面设置有正面钝化层。
优选地,所述的正面钝化层为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层;所述的SiNx厚度为0~80nm;所述的SiOxNy厚度为0~80nm;所述的SiOx厚度为0~50nm。
由于上述技术方案运用,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:
本实用新型提供的N-TBC背接触太阳能电池背面结构,结构简单,在保证电池效率的同时,极大节约了电池的成本;背面采用钝化接触的结构,可较好降低银的金属穿刺,减小电池的金属复合,提高电池的开路电压,背面采用铝浆印刷并形成Al-P型发射极;正面无任何金属栅线的遮挡,可较好提高电池的电流密度以及开路电压;可兼容PERC产线设备,生产工艺简单,适于批量化生产,量产效率高。
附图说明
附图1为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(1)后的电池结构示意图;
附图2为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(2)后的电池结构示意图;
附图3为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(3)后的电池结构示意图;
附图4为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(4)后的电池结构示意图;
附图5为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(5)后的电池结构示意图;
附图6为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(6)后的电池结构示意图;
附图7为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(7)后的电池结构示意图;
附图8为实施例1中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(8)后的电池结构示意图;
附图9为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(1)后的电池结构示意图;
附图10为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(2)后的电池结构示意图;
附图11为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(3)后的电池结构示意图;
附图12为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(4)后的电池结构示意图;
附图13为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(5)后的电池结构示意图;
附图14为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(6)后的电池结构示意图;
附图15为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(7)后的电池结构示意图;
附图16为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(8)后的电池结构示意图;
附图17为实施例2中N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤(9)后的电池结构示意图。
以上附图中:1-N型晶体硅基体,2-正面钝化层,3-隧穿氧化层,4-n+掺杂层,5-第一开槽,6-背面钝化层,7-第二开槽,8-铝发射极,9-银电极,10-保护性掩膜,11-磷前表面场FSF,12-本征poly Si。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”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,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1
参见图1至图8所示的N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池,其包括N型晶体硅基体1(即硅片),设置在N型晶体硅基体1正面的正面钝化层2以及设置在N型晶体硅基体1背面的隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6、铝发射极8、银电极9。
其中,N型晶体硅基体1电阻为0.5~15Ω·cm,N型晶体硅基体1厚度为50~300um,其电阻以2~5Ω·cm为最优,N型晶体硅基体1厚度以160~170um为最优。
N型晶体硅基体1正面的正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层,具体地,N型晶体硅基体1正面的正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的任一种;或者正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的任两种,由其中两种叠加而成;或者正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的三种,由三种介质叠加而成,无论两种还是三种,介质膜无先后生长顺序。其中,SiOx以SiO2为最优。
进一步地,SiNx层的厚度为0~80nm,SiOxNy层的厚度为0~80nm,SiOx层的厚度为0~50nm。
设置在N型晶体硅基体1背面的隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6、铝发射极8、银电极9的结构如下:
隧穿氧化层3设置在N型晶体硅基体1背面,隧穿氧化层3的材质为SiO2,厚度为1~3nm,SiO2的生长方法为高温热氧法、酸氧化法、臭氧氧化法或者CVD沉积法。
隧穿氧化层3远离N型晶体硅基体1背面的一侧生长重掺杂的n+poly Si,形成n+掺杂层4,n+掺杂层4的厚度为120~170nm。重掺杂的n+poly Si,采用板式或者管式PECVD或者PVD原位掺杂并进行退火处理,或者采用LPCVD生长poly Si后进行磷扩散或者磷注入退火处理。
隧穿氧化层3和n+掺杂层4上局部开设有第一开槽5,第一开槽5的内表面以及n+掺杂层4远离隧穿氧化层3的一表面均设置有背面钝化层6,背面钝化层6为Al2O3以及SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层,即SiNx、SiOxNy、SiO2中选择一种、两种或三种,Al2O3必选。未覆盖背面钝化层6时,第一开槽5的底部为N型晶体硅基体1背面(即无隧穿氧化层3和n+掺杂层4)。
进一步地,Al2O3介质层的厚度为2~20nm,SiNx、SiOxNy、SiOx等介质膜组成的单层或者多层钝化膜的厚度为70~150nm,在这其中,SiNx层的厚度为0~150nm,SiOxNy层的厚度为0~150nm,SiOx层的厚度为0~150nm。
设置在n+掺杂层4远离隧穿氧化层3一表面的背面钝化层6上开设有第二开槽7,第二开槽7内设置有铝发射极8,通过在第二开槽7内印刷铝浆形成铝发射极8,铝发射极8的一端伸出第二开槽7,铝发射极8的高度大于隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6的厚度之和;n+poly Si区域印刷银电极9,完成N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制作。未印刷铝浆时,第二开槽7的底部为N型晶体硅基体1背面(即无隧穿氧化层33、n+掺杂层4、背面钝化层6)。
本例中,N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的结构具体如下:
N型晶体硅基体1的背面由内向外依次覆盖隧穿氧化层3、n+掺杂层4,隧穿氧化层3的厚度为1.5nm,n+掺杂层4的厚度为150nm;隧穿氧化层3和n+掺杂层4上局部开设有第一开槽5,第一开槽5的内表面以及n+掺杂层4远离隧穿氧化层3的一表面均设置有背面钝化层6,背面钝化膜为Al2O3/SiNx叠层膜,氧化铝厚度为9nm,SiNx厚度为95nm;设置在n+掺杂层4远离隧穿氧化层3一表面的背面钝化层6上开设有第二开槽7,第二开槽7内设置有铝发射极8,多个铝发射极8的外端部均位于同一平面(即多个铝发射极8位于同一高度),对应n+掺杂层4设置有银电极9,多个银电极9的外端部均位于同一平面(多个银电极9位于同一高度)。N型晶体硅基体1正面覆盖有正面钝化层2,正面钝化层2为SiNx/SiOxNy/SiO2叠层减反膜,叠层减反膜总厚度为77nm,反射率为1.4~1.6%。
制备本实施例提供的N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤如下:
(1)选择N型晶体硅基体1,优选N型晶体硅基体1的电阻为2~5Ω·cm,其厚度为160~170um,先对N型晶体硅基体1进行碱溶液去除机械损伤层和油污,在对N型硅表面进行热碱抛光处理。完成本步骤后的电池结构如图1所示;
(2)步骤(1)处理后的N型晶体硅基体1的背面,生长隧穿氧化层3。隧穿氧化层3为SiO2,高温热氧生长厚度为1~1.5nm。完成本步骤后的电池结构如图2所示。
(3)步骤(2)处理后的N型晶体硅基体1背面的隧穿氧化层3,生长重掺杂的n+polySi,并在n+poly Si外表面生长一层保护性掩膜10。优选LPCVD设备生长poly Si,poly Si的厚度为120~170nm,生长温度为580~650℃;优选POCl3磷扩散对poly Si进行重掺杂,扩散温度为780~850℃,扩散时间为20~30min,氧化推进温度为850~950℃,推进时间为5~15min。在磷扩散过程中,n+poly Si远离隧穿氧化层3的一侧表面形成保护性掩膜10,保护性掩膜10为PSG或者SiO2或者SiNx或者SiOxNy,保护性掩膜10厚度为30~50nm。完成本步骤后的电池结构如图3所示。
(4)对步骤(3)处理后的N型晶体硅基体1的正面,进行制绒织构化处理。完成本步骤后的电池结构如图4所示。
(5)对步骤(4)处理后的N型晶体硅基体1的背面,利用激光进行开膜处理形成第一开槽5,在隧穿氧化层3和的n+掺杂层4上局部形成第一开槽5,并清洗除去保护性掩膜10,其中,激光波长为532nm。完成本步骤后的电池结构如图5所示。
(6)、在步骤(5)处理后的N型晶体硅基体1的正面和背面均进行钝化处理,在第一开槽5的内表面以及n+掺杂层4远离的隧穿氧化层3的一表面覆盖背面钝化层6,背面钝化层6为Al2O3/SiNx叠层膜,氧化铝厚度为8~10nm,SiNx厚度为90~100nm;正面钝化层2为SiNx/SiOxNy/SiO2叠层减反膜,叠层减反膜总厚为72~78nm,反射率为1.4~1.6%。完成本步骤后的电池结构如图6所示。
(7)对步骤(6)处理后的N型晶体硅基体1的背面,利用激光进行开膜处理形成第二开槽7,其中激光波长为532nm。完成本步骤后的电池结构如图7所示。
(8)在步骤(7)处理后的N型晶体硅基体1的开膜区域,即第二开槽7处印刷铝浆形成;n+poly Si区域印刷银电极9,完成背接触N-TBC太阳能电池的制作。完成本步骤后的电池结构如图8所示。
实施例2
参见图9至图17所示的N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池,其包括N型晶体硅基体1(即硅片)、设置在N型晶体硅基体1正面的磷前表面场FSF11和正面钝化层2以及设置在N型晶体硅基体1背面的隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6、铝发射极8、银电极9。
其中,N型晶体硅基体1电阻为0.5~15Ω·cm,N型晶体硅基体1厚度为50~300um,其电阻以2~5Ω·cm为最优,N型晶体硅基体1厚度以160~170um为最优。
N型晶体硅基体1正面的正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层,具体地,N型晶体硅基体1正面的正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的任一种;或者正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的任两种,由其中两种叠加而成;或者正面钝化层2为SiNx、SiOxNy、SiOx中的三种,由三种介质叠加而成,无论两种还是三种,介质膜无先后生长顺序。其中,SiOx以SiO2为最优。
进一步地,SiNx厚度为0~80nm,SiOxNy厚度为0~80nm,SiOx厚度为0~50nm。
磷前表面场FSF11的掺杂元素和N型晶体硅基体1一样,磷前表面场FSF11可有效提高场钝化效应。
设置在N型晶体硅基体1背面的隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6、铝发射极8、银电极9的结构如下:
隧穿氧化层3设置在N型晶体硅基体1背面,隧穿氧化层3的材质为SiO2,厚度为1~3nm,SiO2的生长方法为高温热氧法、酸氧化法、臭氧氧化法或者CVD沉积法。
隧穿氧化层3远离N型晶体硅基体1背面的一侧生长重掺杂的n+poly Si,形成n+掺杂层4,n+掺杂层4的厚度为60-300nm。重掺杂的n+poly Si,采用板式或者管式PECVD或者PVD原位掺杂并进行退火处理,或者采用LPCVD生长poly Si后进行磷扩散或者磷注入退火处理。
隧穿氧化层3和n+掺杂层4上局部开设有第一开槽5,第一开槽5的内表面以及n+掺杂层4远离隧穿氧化层3的一表面均设置有背面钝化层6,背面钝化层6为Al2O3以及SiNx、SiOxNy、SiOx中的一种或多种构成的介质层,即SiNx、SiOxNy、SiO2中选择一种、两种或三种,Al2O3必选。未覆盖背面钝化层6时,第一开槽5的底部为N型晶体硅基体1背面(即无隧穿氧化层3和n+掺杂层4)。
进一步地,Al2O3介质层的厚度为2-20nm,SiNx、SiOxNy、SiOx等介质膜组成的单层或者多层钝化膜的厚度为70~150nm,在这其中,SiNx厚度为0~150nm,SiOxNy厚度为0~150nm,SiOx厚度为0~150nm。
设置在n+掺杂层4远离隧穿氧化层3一表面的背面钝化层6上开设有第二开槽7,第二开槽7内设置有铝发射极8,通过在第二开槽7内印刷铝浆形成铝发射极8,铝发射极8的一端伸出第二开槽7,铝发射极8的高度大于隧穿氧化层3、n+掺杂层4、背面钝化层6的厚度之和;n+poly Si区域印刷银电极9,完成N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制作。未印刷铝浆时,第二开槽7的底部为N型晶体硅基体1背面(即无隧穿氧化层33、n+掺杂层4、背面钝化层6)。
本例中,N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的结构具体如下:
N型晶体硅基体1正面覆盖有磷前表面场FSF11和正面钝化层2,正面钝化层2为SiNx/SiOxNy/SiO2叠层减反膜,叠层减反膜总厚为73nm,反射率为1.4~1.6%。N型晶体硅基体1的背面由内向外依次覆盖隧穿氧化层3、n+掺杂层4,隧穿氧化层3的厚度为1nm,n+掺杂层4的厚度为120nm;隧穿氧化层3和n+掺杂层4上局部开设有第一开槽5,第一开槽5的内表面以及n+掺杂层4远离隧穿氧化层3的一表面均设置有背面钝化层6,背面钝化膜为Al2O3/SiNx叠层膜,氧化铝厚度为10nm,SiNx厚度为90nm;设置在n+掺杂层4远离隧穿氧化层3一表面的背面钝化层6上开设有第二开槽7,第二开槽7内设置有铝发射极8,多个铝发射极8的外端部均位于同一平面(即多个铝发射极8位于同一高度),对应n+掺杂层4设置有银电极9,多个银电极9的外端部均位于同一平面(多个银电极9位于同一高度)。
制备本实施例提供的N-TBC背接触结构晶体硅太阳能电池的制备步骤如下:
(1)选择N型晶体硅基体1,N型晶体硅基体1电阻优选为2~5Ω·cm,N型晶体硅基体1厚度为160~170um,对N型晶体硅基体1进行碱溶液去除机械损伤层和油污;并对N型晶体硅基体1表面进行热碱抛光处理。完成本步骤后的电池结构如图9所示。
(2)步骤(1)处理后的N型晶体硅基体1的背面,生长隧穿氧化层3以及本征polySi12。隧穿氧化层为SiO2,高温热氧生长厚度为1~1.5nm。优选LPCVD设备生长poly Si,poly Si厚度为120~170nm,生长温度为580~650℃。完成本步骤后的电池结构如图10所示。
(3)步骤(2)处理后的N型晶体硅基体1的背面,进行高温磷扩散。扩散温度为800~850℃,扩散时间为20~50min,小N2流量比例为50~95%;氧化推进温度为900~950℃,推进时间为5~15min。进行掺杂后本征poly Si12形成n+掺杂层4,在n+掺杂层4远离隧穿氧化层3的一侧表面形成保护性掩膜10(如PSG膜),保护性掩膜10的厚度为30~50nm。完成本步骤后的电池结构如图11所示。
(4)对步骤(3)处理后的N型晶体硅基体1的正面,进行制绒织构化处理。完成本步骤后的电池结构如图12所示。
(5)步骤(4)处理后的N型晶体硅基体1的正面,进行低温磷扩散。扩散温度为780~820℃,扩散时间为10~20min,小N2流量比例为20~50%;氧化推进温度为850~900℃,推进时间为5~8min。低温磷扩散后在N型晶体硅基体1的正面形成保护性掩膜10(如PSG膜),保护性掩膜10(如PSG膜)厚度为10~30nm。完成本步骤后的电池结构如图13所示。N型晶体硅基体1的正面掺杂较低浓度的磷,掺杂浓度高于N型晶体硅基体,掺杂后形成磷前表面场FSF11。
(6)对步骤(5)处理后的N型晶体硅基体1的背面,利用激光进行开膜处理形成第一开槽5,并清洗除去PSG膜,激光波长为532nm。完成本步骤后的电池结构如图14所示。
(7)在步骤(6)处理后的N型晶体硅基体1的正面和背面进行钝化处理。正面钝化层2为SiNx/SiOxNy/SiO2叠层减反膜,叠层减反膜总厚为72~78nm,反射率为1.4~1.6%。背面钝化层6为Al2O3/SiNx叠层膜,氧化铝厚度为8~10nm,SiNx厚度为90~100nm。完成本步骤后的电池结构如图15所示。
(8)对步骤(7)处理后的N型晶体硅基体1的背面,利用激光进行开膜处理形成第二开槽7。激光波长为532nm。完成本步骤后的电池结构如图16所示。
(9)在步骤(8)处理后的N型晶体硅基体1的开膜区域,印刷铝浆形成铝发射极8;n+poly Si区域印刷银电极9,完成N-TBC背接触太阳能电池的制作。完成本步骤后的电池结构如图17所示。
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 (7)
1.一种N-TBC背接触太阳能电池背面结构,其特征在于,N型晶体硅基体的背面由内向外设置有隧穿氧化层、n+掺杂层,所述的隧穿氧化层和所述的n+掺杂层上局部开设有第一开槽,所述的第一开槽的内表面以及所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层的一表面均设置有背面钝化层;设置在所述的n+掺杂层远离所述的隧穿氧化层一表面的背面钝化层上开设有第二开槽,所述的第二开槽内设置有铝发射极,对应所述的n+掺杂层设置有银电极。
2.根据权利要求1所述的N-TBC背接触太阳能电池背面结构,其特征在于,所述的隧穿氧化层的材质为二氧化硅;所述的隧穿氧化层的厚度为1~3nm。
3.根据权利要求2所述的N-TBC背接触太阳能电池背面结构,其特征在于,所述的n+掺杂层的厚度为60~300nm;所述的铝发射极通过在所述的第二开槽内印刷铝浆形成。
4.根据权利要求1所述的N-TBC背接触太阳能电池背面结构,其特征在于,所述的N型晶体硅基体的厚度为50~300um;多个所述的铝发射极的外端部均位于同一平面。
5.一种N-TBC背接触太阳能电池,其特征在于,包括如权利要求1-4任一项所述的N-TBC背接触太阳能电池背面结构。
6.根据权利要求5所述的N-TBC背接触太阳能电池,其特征在于,所述的N型晶体硅基体的正面由内向外设置有磷前表面场FSF、正面钝化层。
7.根据权利要求6所述的N-TBC背接触太阳能电池,其特征在于,所述的N型晶体硅基体正面设置有正面钝化层。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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