DE202023101202U1 - Photovoltaikzelle und Photovoltaikmodul - Google Patents

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Abstract

Photovoltaikzelle, umfassend
ein Substrat (100), das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, wobei die vordere Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von metallischen Musterregionen aufweist;
eine Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen (11), die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind;
eine Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen (13), die auf der hinteren Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei eine Höhe jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen größer als eine Höhe jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen ist, und eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen kleiner als eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl der Plattformvorsprungstrukturen ist;
eine erste Tunnelschicht (110) und eine erste dotierte leitfähige Schicht (120), die auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen metallischen Musterregion in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht die gleiche wie eine Dotierelementdotierung des Substrats ist; und
eine zweite Tunnelschicht (130) und eine zweite dotierte leitfähige Schicht (140), die auf der hinteren Oberfläche des Substrats in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der zweiten dotierten leitfähigen Schicht anders als die Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen im Allgemeinen die Photovoltaiktechnologie und genauer gesagt eine Photovoltaikzelle und ein Photovoltaikmodul.
  • HINTERGRUND
  • Photovoltaikzellen weisen gute photoelektrische Umwandlungsfähigkeiten auf. Im Allgemeinen muss zuerst eine Texturbehandlung im Prozess des Vorbereitens einer Photovoltaikzelle erfolgen, so dass eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche eines Substrats eine Texturstruktur aufweisen. Die Texturstruktur hat einen wichtigen Einfluss auf die Absorption von einfallendem Licht des Substrats, auf die Einheitlichkeit der Filmschichten, die anschließend auf dem Substrat abgeschieden werden, und auf die Kontaktleistung mit einer Grenzfläche des Substrats, wodurch die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle weiter beeinträchtigt wird.
  • Herkömmliche Photovoltaikzellen weisen jedoch eine geringe Umwandlungseffizienz auf.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Photovoltaikzelle und ein Photovoltaikmodul bereit, die eine Verbesserung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz der Photovoltaikzelle zumindest begünstigen.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Photovoltaikzelle bereit, umfassend: ein Substrat, das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, wobei die vordere Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von metallischen Musterregionen aufweist; eine Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen, die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind; eine Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei eine Höhe jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen größer als eine Höhe jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen ist, und eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen kleiner als eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl der Plattformvorsprungstrukturen ist; eine erste Tunnelschicht und eine erste dotierte leitfähige Schicht, die auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen metallischen Musterregion in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht die gleiche wie eine Dotierelementdotierung des Substrats ist; und eine zweite Tunnelschicht und eine zweite dotierte leitfähige Schicht, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der zweiten dotierten leitfähigen Schicht anders als die Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in einem Bereich von 0,7 µm bis 3 µm, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen liegt in einem Bereich von 0,5 µm bis 3,2 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen ersten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 30° bis 70°.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen in einem Bereich von 6 µm bis 10 µm, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen liegt in einem Bereich von 0,2 µm bis 0,4 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen Plattformvorsprungstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur in einem Bereich von 10° bis 50°.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,3 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen, die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind, wobei eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen metallischen Musterregion größer als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen metallischen Musterregion ist, und ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 40° bis 70° liegt.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen nicht größer als 1 µm, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen ist nicht größer als 1,2 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist die vordere Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen auf, und die Photovoltaikzelle umfasst ferner eine Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen und eine Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen, die in jeder der Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen angeordnet sind, wobei eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen größer als eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen ist, eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen nicht metallischen Musterregion kleiner als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen metallischen Musterregion ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen dritten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 35° bis 65°, und ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen vierten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur liegt in einem Bereich von 40° bis 65°.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm, und eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur liegt in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,2 µm.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Reflektivität des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion in einem Bereich von 0,8 % bis 2 %, und eine Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats liegt in einem Bereich von 14 % bis 15 %.
  • Bei einigen Ausführungsformen gibt es eine erste Passivierungsschicht, wobei ein erster Abschnitt der ersten Passivierungsschicht auf einer Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht von dem Substrat entfernt angeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt der ersten Passivierungsschicht ist auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion angeordnet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Abschnitt der ersten Passivierungsschicht mit dem zweiten Abschnitt der ersten Passivierungsschicht nicht bündig.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine zweite Passivierungsschicht, die auf einer Oberfläche der zweiten dotierten leitfähigen Schicht von dem Substrat entfernt angeordnet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine erste Elektrode, die in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet ist und mit der ersten dotierten leitfähigen Schicht elektrisch verbunden ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine Diffusionsregion, die im Innern eines Abschnitts des Substrats in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet ist, wobei ein oberer Abschnitt der Diffusionsregion in Kontakt mit der ersten Tunnelschicht steht, und eine Dotierelementkonzentration der Diffusionsregion größer als eine Dotierelementkonzentration des Substrats ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat ein n-dotiertes Siliziumsubstrat.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Photovoltaikmodul bereit, umfassend: mindestens einen Zellenstrang, wobei jeder von dem mindestens einen Zellenstrang durch eine Vielzahl von Photovoltaikzellen gemäß den obigen Ausführungsformen, die elektrisch verbunden sind, gebildet ist; mindestens eine Einkapselungsschicht, wobei jede von der mindestens einen Einkapselungsschicht dazu konfiguriert ist, eine Oberfläche eines jeweiligen Zellenstrangs abzudecken; und mindestens eine Abdeckplatte, wobei jede von der mindestens einen Abdeckplatte dazu konfiguriert ist, eine Oberfläche einer jeweiligen Einkapselungsschicht abzudecken, die von dem jeweiligen Zellenstrang abgewandt ist.
  • Figurenliste
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen werden beispielhaft mit Bezug auf die entsprechenden Figuren in den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, und die Beispiele sind keine Einschränkung für die Ausführungsformen. Die Figuren der beiliegenden Zeichnungen sind keine Proportionseinschränkung, soweit nicht anderweitig angegeben.
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist ein Strukturgraph einer Rasterelektronenmikroskopie (SEM) aus einer Draufsicht eines Abschnitts einer vorderen Oberfläche eines Substrats in einer metallischen Musterregion in einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist ein SEM-Strukturgraph aus einer Seitenansicht eines Abschnitts einer vorderen Oberfläche eines Substrats in einer metallischen Musterregion in einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein Weg-Diagramm von einfallendem Licht, das auf einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung reflektiert wird.
    • 5 ist eine vergrößerte Ansicht von Punkt „1“, der in 1 gezeigt ist.
    • 6 ist ein SEM-Strukturgraph aus einer Draufsicht einer hinteren Oberfläche einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist ein SEM-Strukturgraph aus einer Seitenansicht einer hinteren Oberfläche einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist eine vergrößerte Ansicht von Punkt „2“, der in 1 gezeigt ist.
    • 9 ist eine andere schematische Querschnittsansicht einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 10 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines Photovoltaikmoduls gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Aus dem HINTERGRUND geht hervor, dass herkömmliche Photovoltaikzellen im Allgemeinen eine geringe photoelektrische Umwandlungseffizienz aufweisen.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Gründe für die geringe photoelektrische Umwandlungseffizienz der herkömmlichen Photovoltaikzellen mindestens die folgenden sind. Erstens wird ein Diffusionsprozess gewöhnlich verwendet, um einen Abschnitt eines Substrats in einen Emitter auf einer vorderen Oberfläche des Substrats zu konvertieren, und die Dotierelemente in dem Emitter sind anders als die in dem Substrat, so dass der Emitter einen PN-Übergang mit einem unverarbeiteten Abschnitt des Substrats bildet. Eine derartige Struktur verursacht jedoch eine zu große Trägerrekombination eines Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats in einer metallischen Musterregion, wodurch eine Leerlaufspannung und eine Umwandlungseffizienz der photoelektrischen Zelle beeinträchtigt werden. Zweitens beeinträchtigen bei den herkömmlichen Photovoltaikzellen die Texturstrukturen auf der vorderen Oberfläche des Substrats und auf der hinteren Oberfläche des Substrats das einfallende Licht und die Qualität der Filmschichten, die auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden, stark, und die Nutzung des einfallenden Lichts und die Leistung der Filmschichten spielen eine wichtige Rolle bei der photoelektrischen Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle.
  • Bei der Photovoltaikzelle, die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird, wird eine Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in jeder von einer Vielzahl von metallischen Musterregionen einer vorderen Oberfläche eines Substrats bereitgestellt, eine Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen wird auf einer hinteren Oberfläche des Substrats angeordnet, eine Höhe jeder ersten Pyramidenstruktur ist größer als eine Höhe jeder angehobenen Plattformstruktur, und eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder ersten Pyramidenstruktur ist kleiner als eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder zweiten Pyramidenstruktur. Somit ist die Rauheit der vorderen Oberfläche größer als die Rauheit der hinteren Oberfläche, so dass eine Reflektivität des einfallenden Lichts auf der vorderen Oberfläche kleiner als eine Reflektivität des einfallenden Lichts auf der hinteren Oberfläche ist. Einerseits wird die Absorption des einfallenden Lichts durch die vordere Oberfläche verstärkt. Andererseits werden zum Reduzieren einer parasitären Absorption des einfallenden Lichts durch eine erste dotierte leitfähige Schicht, eine erste Tunnelschicht und die erste dotierte leitfähige Schicht nur in der metallischen Musterregion gebildet. Basierend darauf ist die Rauheit eines Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats in der metallischen Musterregion groß, und ein Kontaktbereich zwischen der ersten Tunnelschicht und der vorderen Oberfläche des Substrats und ein Kontaktbereich zwischen der ersten dotierten leitfähigen Schicht und der vorderen Oberfläche des Substrats nehmen zu, um einen großen Tunnelkanal für Träger in dem Substrat bereitzustellen, wodurch die Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat ohne Reduzierung der Mobilität der Träger verbessert wird. Da die zweite dotierte leitfähige Schicht und das Substrat einen PN-Übergang bilden, ist zudem die Rauheit der hinteren Oberfläche relativ gering, so dass die zweite Tunnelschicht und die zweite dotierte leitfähige Schicht, die auf der hinteren Oberfläche angeordnet sind, zudem eine größere Flachheit aufweisen. Somit weist eine Kontaktgrenzfläche zwischen der zweiten Tunnelschicht und der hinteren Oberfläche des Substrats eine gute Morphologie auf, die Defektzustandsdichte der hinteren Oberfläche des Substrats wird reduziert, und eine Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von photogenerierten Trägern auf der hinteren Oberfläche des Substrats wird reduziert, so dass die Mobilität der photogenerierten Träger zu dem Substrat zunimmt, was eine Verbesserung einer Konzentration der Träger begünstigt, wodurch die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle verbessert wird.
  • Diverse Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Der Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass zahlreiche technische Einzelheiten in diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wurden. Die technischen Lösungen, die in der vorliegenden Offenbarung beansprucht werden, können jedoch auch ohne diese technischen Einzelheiten und diverse Änderungen und Modifikationen basierend auf den folgenden Ausführungsformen ausgebildet werden.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst die Photovoltaikzelle ein Substrat 100, das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche, die einander gegenüberliegen, aufweist, wobei die vordere Oberfläche des Substrats 100 eine Vielzahl von metallischen Musterregionen, eine Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11, die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind, eine Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen 13, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 angeordnet sind, eine erste Tunnelschicht 110 und eine erste dotierte leitfähige Schicht 120, die auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in einer jeweiligen metallischen Musterregion in einer Richtung von dem Substrat 100 entfernt gestapelt sind, und eine zweite Tunnelschicht 130 und eine zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 in einer Richtung von dem Substrat 100 entfernt gestapelt sind, aufweist. Eine Höhe jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 ist größer als eine Höhe jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen 13, und eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 ist kleiner als eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl der Plattformvorsprungstrukturen 13. Eine Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 ist die gleiche wie eine Dotierelementdotierung des Substrats 100, Eine Dotierelementdotierung der zweiten dotierten leitfähigen Schicht 140 ist anders als die Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120,
  • Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die Dimensionen und Formen der Texturstrukturen (d. h. der Pyramidenstrukturen) auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion unterschiedlich, so dass die Rauheit der vorderen Oberfläche des Substrats 100 größer als die Rauheit der hinteren Oberfläche ist. Andererseits ist die Reflektivität des einfallenden Lichts auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 kleiner als die Reflektivität des einfallenden Lichts auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100, so dass die Absorption und Nutzung des einfallenden Lichts durch die vordere Oberfläche des Substrats 100 verstärkt werden.
  • Andererseits werden zum Reduzieren einer parasitären Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 die erste Tunnelschicht 110 und die erste dotierte leitfähige Schicht 120 nur in der metallischen Musterregion gebildet. Basierend darauf ist die Rauheit des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion groß, so dass ein spezifischer Flächeninhalt der Texturstruktur auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in dem metallischen Musterbereich groß ist. Somit nehmen der Kontaktbereich zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 und der Kontaktbereich zwischen der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 zu. Es versteht sich, dass die erste Tunnelschicht 110 und die erste dotierte leitfähige Schicht 120 Passivierungseffekte aufweisen, welche die Defektzustandsdichte an der Grenzfläche der Oberfläche des Substrats 100 reduzieren können, so dass die Träger in dem Substrat 100 in die erste dotierte leitfähige Schicht 120 durch eine Kontaktgrenzfläche zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und dem Substrat 100 hindurch getunnelt werden können, um eine selektive Durchlassung der Träger zu erreichen. Es ist ersichtlich, dass der Tunnelkanal der Träger von dem Substrat 100 zu der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 vergrößert wird, indem der Kontaktbereich zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und dem Substrat 100 vergrößert wird, so dass die Durchlasseffizienz der Träger verbessert wird, die Konzentration der Träger in der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 zunimmt, und der Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung zunehmen, wodurch die Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat 100 verbessert wird und die Mobilität der Träger deutlich reduziert wird.
  • Da die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 den PN-Übergang mit dem Substrat 100 bildet, ist der PN-Übergang zudem dazu konfiguriert, photogenerierte Träger zu generieren, und die generierten photogenerierten Träger werden in das Substrat 100 durchgelassen und dann von dem Substrat 100 in die erste dotierte leitfähige Schicht 120 durchgelassen. Daher ist die Rauheit der hinteren Oberfläche dazu konfiguriert, gering zu sein, so dass die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche bereitgestellt werden, eine größere Flachheit aufweisen, so dass die Kontaktgrenzfläche zwischen der zweiten Tunnelschicht 130 und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 eine gute Morphologie aufweist. Somit wird die Defektzustandsdichte der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reduziert, und die Wahrscheinlichkeit der Rekombination der photogenerierten Träger, die durch den PN-Übergang auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 generiert werden, wird reduziert, so dass die Mobilität der photogenerierten Träger zu dem Substrat 100 verbessert wird, was eine Verbesserung der Konzentration der Träger begünstigt, wodurch die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle verbessert wird.
  • Das Substrat 100 ist dazu konfiguriert, das einfallende Licht zu empfangen und die photogenerierten Träger zu generieren. Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat 100 ein Siliziumsubstrat sein, und ein Material des Siliziumsubstrats kann mindestens eines von monokristallinem Silizium, Polysilizium, amorphem Silizium, mikrokristallinem Silizium umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material des Substrats 100 auch Siliziumkarbid, ein organisches Material oder eine Mehrkomponentenverbindung sein. Die Mehrkomponentenverbindungen umfassen ohne Einschränkung Materialien wie etwa Perowskit, Galliumarsenid, Kadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Selenium und dergleichen.
  • Bei einigen Ausführungsformen weist das Substrat 100 Dotierelemente auf und eine Dotierung der Dotierelemente umfasst eine n-Dotierung oder eine p-Dotierung. Die n-dotierten Elemente können Gruppe-V-Elemente, wie etwa Phosphor (P), Wismut (Bi), Antimon (Sb), Arsen (As) oder dergleichen sein. Die p-dotierten Elemente können Gruppe-III-Elemente, wie etwa Bor (B), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) oder dergleichen sein. Wenn das Substrat 100 beispielsweise ein p-dotiertes Substrat ist, sind die Dotierelemente in dem Substrat 100 p-dotiert. Wenn das Substrat 100 bei einigen Ausführungsformen ein n-dotiertes Substrat ist, sind die Dotierelemente in dem Substrat 100 n-dotiert.
  • Insbesondere ist das Substrat 100 bei einigen Ausführungsformen ein n-dotiertes Siliziumsubstrat. Basierend darauf kann die erste dotierte leitfähige Schicht 120 als eine n-dotierte leitfähige Schicht bereitgestellt werden, und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 kann als eine p-dotierte leitfähige Schicht bereitgestellt werden. Die p-dotierte zweite dotierte leitfähige Schicht 140 bildet einen PN-Übergang mit dem n-dotierten Substrat 100, wodurch ein hinterer Übergang gebildet wird (d. h. der PN-Übergang, der auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet wird).
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat 100 auch ein p-dotiertes Siliziumhalbleitersubstrat sein, die erste dotierte leitfähige Schicht 120 ist eine p-dotierte leitfähige Schicht, und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 ist eine n-dotierte leitfähige Schicht.
  • Sowohl die vordere als auch die hintere Oberfläche des Substrats 100 können dazu konfiguriert sein, einfallendes oder reflektiertes Licht zu empfangen. Die erste Tunnelschicht 110 und die erste dotierte leitfähige Schicht 120 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 sind dazu konfiguriert, eine Passivierungskontaktstruktur auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 zu erstellen, und die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 sind dazu konfiguriert, eine Passivierungskontaktstruktur auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 zu erstellen. Die Passivierungskontaktstrukturen werden jeweils auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 bereitgestellt, so dass die Photovoltaikzelle als eine doppelseitige oxidpassivierte Tunnelkontakt- (TOPCON) Zelle gebildet ist. Somit sind die Passivierungskontaktstrukturen, die auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet sind, in der Lage, eine Trägerrekombination sowohl auf der vorderen Oberfläche als auch auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 zu reduzieren, was den Verlust der Träger der Photovoltaikzelle im Vergleich zu dem Bilden der Passivierungskontaktstruktur auf nur einer Oberfläche des Substrats 100 deutlich reduziert, wodurch eine Leerlaufspannung und ein Kurzschlussstrom der Photovoltaikzelle zunehmen. Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die erste Tunnelschicht 110 und die erste dotierte leitfähige Schicht 120 nur auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion angeordnet, so dass die parasitäre Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 reduziert wird und die Absorption und Nutzung des einfallenden Lichts in der nicht metallischen Musterregion verbessert werden.
  • Durch das Bilden der Passivierungskontaktstrukturen wird die Rekombination der Träger auf der Oberfläche des Substrats 100 reduziert, so dass die Leerlaufspannung der Photovoltaikzelle zunimmt, und die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Photovoltaikzelle somit verbessert wird.
  • Die erste Tunnelschicht 110 und die zweite Tunnelschicht 130 sind dazu konfiguriert, eine Grenzflächenpassivierung der Oberfläche des Substrats 100 zu erreichen, was einen chemischen Passivierungseffekt bewirkt. Insbesondere wird die Zustandsdichte der Grenzflächendefekte der Oberfläche des Substrats 100 durch Sättigen von Hängebindungen der Oberfläche des Substrats 100 reduziert, wodurch die Rekombinationszentren der Oberfläche des Substrats 100 reduziert werden. Das Vorliegen der ersten Tunnelschicht 110 und der zweiten Tunnelschicht 130 ermöglicht es, den Großteil der Träger durch die Oberfläche des Substrats 100 hindurch in das Substrat 100 zu tunneln, wodurch ein selektives Durchlassen der Träger ermöglicht wird. Insbesondere soll der Großteil der Träger durch eine Kontaktgrenzfläche zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und dem Substrat 100 und einer Kontaktgrenzfläche zwischen der zweiten Tunnelschicht 130 und dem Substrat 100 hindurch in das Substrat 100 getunnelt werden.
  • Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die ersten Pyramidenstrukturen 11 in der metallischen Musterregion der vorderen Oberfläche des Substrats 100 bereitgestellt, und die Plattformvorsprungstrukturen 13 sind auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 angeordnet. Somit ist die Rauheit der vorderen Oberfläche größer als die Rauheit der hinteren Oberfläche, so dass die Mobilität der Träger in der ersten Tunnelschicht 110 nicht reduziert wird, während die Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat 100 verbessert wird. Die Rauheit der hinteren Oberfläche ist dazu konfiguriert, gering zu sein, so dass die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche bereitgestellt werden, eine größere Flachheit aufweisen, und die Wahrscheinlichkeit der Rekombination der photogenerierten Träger, die durch den PN-Übergang auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 generiert werden, reduziert wird, wodurch die Mobilität der photogenerierten Träger zu dem Substrat 100 verbessert wird. D. h. die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle wird insgesamt verbessert, indem die Texturstruktur auf der vorderen Oberfläche bereitgestellt wird, um mit der Filmschichtstruktur auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 übereinzustimmen, und indem die Texturstruktur auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 bereitgestellt wird, um mit der Filmschichtstruktur auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 übereinzustimmen.
  • Die Anzahl der ersten Pyramidenstrukturen 11 und die Anzahl der zweiten Pyramidenstrukturen 12 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion sind mehrfach. Es kann geringe Dimensionsunterschiede zwischen verschiedenen ersten Pyramidenstrukturen 11 und zwischen verschiedenen zweiten Pyramidenstrukturen 12 geben, doch eine Gesamtdimension jeder ersten Pyramidenstruktur 11 ist ungefähr ähnlich, und eine Gesamtdimension jeder zweiten Pyramidenstruktur 12 ist ungefähr ähnlich. Es sei zu beachten, dass die Dimensionen der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 und der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen 12 durchschnittliche Dimensionen innerhalb einer Abtastregion sind.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt die Dimension des unteren Abschnitts der ersten Pyramidenstruktur 11 in einem Bereich von 0,7 µm bis 3 µm, wie etwa 0,7 µm-0,9 µm, 0,9 µm-1 µm, 1 µm-1,2 µm, 1,2 µm-1,4 µm, 1,4 µm-1,5 µm, 1,5 µm-1,7 µm, 1,7 µm-1,9 µm, 1,9 µm-2 µm, 2 µm-2,3 µm, 2,3 µm-2,5 µm, 2,5 µm-2,8 µm, 2,8 µm-3 µm oder dergleichen. Die Höhe von oben nach unten der ersten Pyramidenstruktur 11 liegt in einem Bereich von 0,5 µm bis 3,2 µm, wie etwa 0,5 µm-0,7 µm, 0,7 µm-0,8 µm, 0,8 µm-1 µm, 1 µm-1,2 µm, 1,2 µm-1,5 µm, 1,5 µm-1,7 µm, 1,7 µm-1,9 µm, 1,9 µm-2 µm, 2 µm-2,2 µm 2,2 µm-2,4 µm, 2,4 µm-2,6 µm, 2,6 µm-2,9 µm, 2,9 µm-3,2 µm oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs nimmt nicht nur die Rauheit des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion zu, sondern es wird auch die Anzahl der ersten Pyramidenstrukturen 11 reduziert, während die Flächeninhaltsproportion der ersten Pyramidenstrukturen 11 unverändert bleibt, so dass die dimensionale Unausgeglichenheit, die durch geringe Dimensionsunterschiede zwischen den verschiedenen ersten Pyramidenstrukturen 11 verursacht wird, reduziert wird.
  • Mit Bezug auf 5 liegt bei einigen Ausführungsformen ein eingeschlossener Winkel θ1 zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen ersten Pyramidenstruktur 11 und einem unteren Abschnitt der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur 11 in einem Bereich von 30° bis 70°, wie etwa 30°-35°, 35°-40°, 40°-45°, 45°-50°, 50°-55°, 55°-60°, 60°-65°, 65°-70° oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs sind die abgeschrägten Kanten der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur 11 im Verhältnis zu dem unteren Abschnitt der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur 11 weniger geneigt, so dass der Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100, auf dem die ersten Pyramidenstrukturen 11 angeordnet sind, eine große Rauheit aufweist, somit ist die Einheitlichkeit der ersten Tunnelschicht 110 und der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120, die auf der Oberfläche der ersten Pyramidenstruktur 11 abgeschieden wird, hoch, was eine Verbesserung der Flachheit einer Kontaktgrenzfläche zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 begünstigt, wodurch der Grenzflächenzustandsdefekt des Substrats 100 reduziert wird und die Mobilität der Träger verbessert wird.
  • Es versteht sich, dass je größer die Länge jeder abgeschrägten Kante der ersten Pyramidenstruktur 11 ist, desto größer ein Bereich jeder seitlichen Oberfläche der ersten Pyramidenstruktur 11, so dass der Kontaktbereich der ersten Pyramidenstruktur 11 mit der ersten Tunnelschicht 110 größer ist. Basierend darauf liegt bei einigen Ausführungsformen die Länge jeder abgeschrägten Kante der ersten Pyramidenstruktur 11 in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm, wie etwa 1,2 µm-1,5 µm, 1,5 µm-1,7 µm, 1,7 µm-1,9 µm, 1,9 µm-2, 1 µm, 2,1 µm-2,3 µm, 2,3 µm-2,4 µm, 2,4 µm-2,5 µm oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs nimmt der Kontaktbereich zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 zu, wobei sichergestellt wird, dass der Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100, auf dem die ersten Pyramidenstrukturen 11 angeordnet sind, eine große Rauheit aufweist, wodurch der Tunnelkanal der Träger weiter zunimmt und die Mobilität der Träger verbessert wird.
  • Mit Bezug auf 1, 2, 3 und 5 ist bei einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen 12 in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet, eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in einer jeweiligen metallischen Musterregion ist größer als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen 12 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in einer jeweiligen metallischen Musterregion, und ein eingeschlossener Winkel θ2 zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur 12 und einem unteren Abschnitt der jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur 12 liegt in einem Bereich von 40° bis 70°, wie etwa 40°-45°, 45°-50°, 50°-55°, 55°-60°, 60°-65°, 65°-70° oder dergleichen. Die Dimension der zweiten Pyramidenstruktur 12 ist klein, so dass die Rauheit des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion, in der die zweiten Pyramidenstrukturen 12 angeordnet sind, gering ist. Somit ist die Rauheit der Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120, die auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 abgeschieden ist, gering, so dass die Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120, die auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 abgeschieden wird, einen starken Reflexionseffekt auf das einfallende Licht aufweist, was eine Reduzierung der parasitären Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 begünstigt. D. h. sowohl die ersten Pyramidenstrukturen 11 als auch die zweiten Pyramidenstrukturen 12 werden auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion bereitgestellt, was die parasitäre Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 reduziert und dabei die Mobilität der Träger verbessert.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen 12 nicht größer als 1 µm, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen 12 ist nicht größer als 1,2 µm. Innerhalb dieses Bereichs weist der Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100, auf dem die zweiten Pyramidenstrukturen 12 angeordnet sind, eine geringe Rauheit auf, so dass eine obere Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120, die auf die zweiten Pyramidenstrukturen 12 ausgerichtet ist, eine geringe Rauheit aufweist, was eine Reduzierung der parasitären Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 begünstigt.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst bei einigen Ausführungsformen die vordere Oberfläche des Substrats 100 ferner eine Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen, und eine Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 und eine Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen 15 sind in jeder der Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen angeordnet, Eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 ist größer als eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen 15, und eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in einer jeweiligen nicht metallischen Musterregion ist geringer als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der jeweiligen metallischen Musterregion. Die Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 mit den größeren Dimensionen in der nicht metallischen Musterregion ist angeordnet, um relativ klein zu sein, so dass die Anzahl der dritten Pyramidenstrukturen 14 und der vierten Pyramidenstrukturen 15 pro Flächeneinheit größer ist, wodurch der diffuse Reflexionseffekt auf das einfallende Lichts verstärkt und die Reflektivität auf das einfallende Licht reduziert wird. Zudem wird die erste dotierte leitfähige Schicht 120 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion nicht bereitgestellt, was eine parasitäre Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 vermeidet, wodurch die Absorption des einfallenden Lichts in der nicht metallischen Musterregion deutlich zunimmt. Somit nimmt die Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat 100 zu, während die Mobilität der Träger verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt die Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion in einem Bereich von 50% bis 70%, wie etwa 50%-55%, 55 %-60%, 60%-65%, 65%-70% oder dergleichen. Die Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen 11 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der jeweiligen metallischen Musterregion liegt in einem Bereich von 80% bis 90%, wie etwa 80%-82%, 82%-83%, 83%-85%, 85%-87%, 87%-89% oder 89%-90%. Innerhalb dieses Bereichs wird der diffuse Reflexionseffekt auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion verbessert, wobei sichergestellt wird, dass die Kontaktgrenzfläche zwischen dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion und der ersten Tunnelschicht 110 eine gute Morphologie aufweist, wodurch die Nutzung des einfallenden Lichts verbessert wird.
  • Die Anzahl der dritten Pyramidenstrukturen 14 und die Anzahl der vierten Pyramidenstrukturen 15 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion sind mehrfach. Es kann geringe Dimensionsunterschiede zwischen verschiedenen dritten Pyramidenstrukturen 14 und zwischen verschiedenen vierten Pyramidenstrukturen 15 geben, doch eine Gesamtdimension jeder dritten Pyramidenstruktur 14 ist ungefähr ähnlich, und eine Gesamtdimension jeder vierten Pyramidenstruktur 15 ist ungefähr ähnlich. Es sei zu beachten, dass die Dimensionen der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen 14 und der Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen 15 durchschnittliche Dimensionen innerhalb einer Abtastregion sind.
  • Mit Bezug auf 4 dienen bei einigen Ausführungsformen sowohl die vordere Oberfläche des Substrats 100 als auch die hintere Oberfläche des Substrats 100 als Lichtempfangsflächen, wenn das einfallende Licht entweder zu der vorderen Oberfläche des Substrats 100 oder der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird, wird ein Teil des einfallenden Lichts durch die Oberfläche des Substrats 100 reflektiert. Insbesondere wenn das einfallende Licht auf eine Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird, wird der reflektierte Teil des einfallenden Lichts zu der anderen Oberfläche des Substrats 100 durch eine Einkapselungsstruktur, die eine äußere Oberfläche der Photovoltaikzelle oder des umgebenden Umfelds abdeckt, hindurch gestreut, um wieder absorbiert und genutzt zu werden. Beispielsweise auf Grund der geringen Rauheit der hinteren Oberfläche des Substrats 100 ist die Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats 100 groß, so dass das einfallende Licht, das zu der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird, mühelos zu der vorderen Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, so dass das einfallende Licht durch die vordere Oberfläche des Substrats 100 wieder absorbiert und genutzt wird.
  • D. h. das einfallende Licht, das zu der vorderen Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird, fällt auf das Substrat 100 nach mehreren Reflexionen zwischen angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14, zwischen der dritten Pyramidenstruktur 14 und der vierten Pyramidenstruktur 15 und zwischen angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15 ein. Je häufiger die Reflexionen des einfallenden Lichts, desto weniger einfallendes Licht wird zur Außenseite der Photovoltaikzelle emittiert, d. h. desto mehr fällt das einfallende Licht auf das Substrat 100 ein. Die Reflexionshäufigkeit und der Reflexionswinkel des einfallenden Lichts zwischen angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14, zwischen der dritten Pyramidenstruktur 14 und der vierten Pyramidenstruktur 15, und zwischen angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15 hängt mit dem Winkel zwischen der abgeschrägten Kante der dritten Pyramidenstruktur 14 und dem unteren Abschnitt der dritten Pyramidenstruktur 14 und dem Winkel zwischen der abgeschrägten Kante der vierten Pyramidenstrukturen 15 und dem unteren Abschnitt der vierten Pyramidenstruktur 15 zusammen.
  • Mit Bezug auf 5 liegt bei einigen Ausführungsformen ein eingeschlossener Winkel θ3 zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen dritten Pyramidenstruktur 14 und einem unteren Abschnitt der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur 14 in einem Bereich von 35° bis 65°, wie etwa 40°-45°, 45°-50°, 50°-55°, 55°-60°, 60°-65° oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen liegt ein eingeschlossener Winkel θ4 zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen vierten Pyramidenstruktur 15 und einem unteren Abschnitt der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur 15 liegt in einem Bereich von 40° bis 65°, wie etwa 40°-45°, 45°-50°, 50°-55°, 55°-60°, 60°-65° oder dergleichen. Innerhalb dieses eingeschlossenen Winkelbereichs ist die Häufigkeit der Strahlung des einfallenden Lichts auf den Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion und der Streuung des einfallenden Lichts auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 wieder von der hinteren Oberfläche des Substrats 100, die sich zwischen den angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14, zwischen der dritten Pyramidenstruktur 14 und den vierten Pyramidenstruktur 15 oder zwischen den angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15 reflektieren, groß, so dass die Menge des einfallenden Lichts, das zur Außenseite der Photovoltaikzelle emittiert wird, reduziert wird. Da die Flächeninhaltsproportion der dritten Pyramidenstrukturen 14 mit den größeren Dimensionen in der nicht metallischen Musterregion größer ist, ist zudem eine Gesamtanzahl der dritten Pyramidenstrukturen 14 und der vierten Pyramidenstrukturen 15 pro Flächeneinheit größer als die der ersten Pyramidenstrukturen 11 und der zweiten Pyramidenstrukturen 12 pro Flächeneinheit in der metallischen Musterregion, so dass der diffuse Reflexionseffekt der nicht metallischen Musterregion verstärket wird und die Nutzung des einfallenden Lichts verbessert wird.
  • Es versteht sich, dass, wenn die Länge jeder abgeschrägten Kante der dritten Pyramidenstruktur 14 und die Länge jeder abgeschrägten Kante der vierten Pyramidenstruktur 15 größer sind, die Reflexionswege des einfallenden Lichts auf den seitlichen Oberflächen der dritten Pyramidenstruktur 14 und der vierten Pyramidenstruktur 15 länger sind, so dass die Reflexionshäufigkeit zunimmt, und die Wahrscheinlichkeit, dass das einfallende Licht zu der Außenseite der Photovoltaikzelle emittiert wird, reduziert wird. Basierend darauf liegt bei einigen Ausführungsformen eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur 14 in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm, wie etwa 1,2 µm-1,5 µm, 1,5 µm-1,7 µm, 1,7 µm-1,9 µm, 1,9 µm-2, 1 µm, 2,1 µm-2,3 µm, 2,3 µm-2,4 µm, 2,4 µm-2,5 µm oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,2 µm, wie etwa 0,5 µm-0,6 µm, 0,6 µm-0,7 µm, 0,7 µm-0,8 µm, 0,8 µm-0,9 µm, 0,9 µm-1 µm, 1 µm-1, 1 µm, 1,1 µm-1,2 µm oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs nimmt die Reflexionshäufigkeit des einfallenden Lichts zwischen der dritten Pyramidenstruktur 14 und der vierten Pyramidenstruktur 15, zwischen den angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14 und zwischen den angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15 zu, und die Absorption und Nutzung des einfallenden Lichts durch den Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion werden verbessert.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen 13 in einem Bereich von 6 µm bis 10 µm, wie etwa 6 µm-6,5 µm, 6,5 µm-7 µm, 7 µm-8 µm, 8 µm-8,5 µm, 8,5 µm-9 µm, 9 µm-10 µm oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen in einem Bereich von 0,2 µm bis 0,4 µm, wie etwa 0,2 µm-0,25 µm, 0,25 µm-0,3 µm, 0,3 µm-0,34 µm, 0,34 µm-0,38 µm, 0,38 µm-0,4 µm oder dergleichen. Insbesondere mit Bezug auf 6 bis 7 kann die Plattformvorsprungstruktur 13 ein Basisabschnitt einer Pyramidenstruktur sein, d. h. ein verbleibender Abschnitt der Pyramidenstruktur, nachdem eine Spitze der Pyramidenstruktur entfernt wurde. Innerhalb dieses Bereichs ist die Höhe von oben nach unten der Plattformvorsprungstruktur 13 groß, so dass der Abschnitt der hinteren Oberfläche des Substrats100, auf dem die Plattformvorsprungstrukturen 13 angeordnet sind, eine gewisse Rauheit bewahren kann, somit ist die Reflektivität des einfallenden Lichts auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 nicht zu groß, und die Nutzung des einfallenden Lichts durch die hintere Oberfläche des Substrats 100 ist nicht zu gering, wobei sichergestellt wird, dass die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet sind, eine gute Flachheit und Einheitlichkeit aufweisen, was das Zunehmen der Leerlaufspannung und des Kurzschlussstroms der Photovoltaikzelle begünstigt. Zudem ist die Dimension des unteren Abschnitts der Plattformvorsprungstruktur 13 größer als die der ersten Pyramidenstruktur 11 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100, die Höhe der Plattformvorsprungstruktur 13 ist kleiner als die Höhe der ersten Pyramidenstruktur 11, so dass die Rauheit der hinteren Oberfläche des Substrats 100 kleiner als die Rauheit der vorderen Oberfläche des Substrats 100 ist. Des Weiteren ist innerhalb dieses Bereichs die Höhe der Plattformvorsprungstruktur 13 viel kleiner als die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts der Plattformvorsprungstruktur 13, so dass eine Morphologie der hinteren Oberfläche des Substrats 100 im Vergleich zu derjenigen der vorderen Oberfläche des Substrats 100 nahezu flach ist, so dass die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet sind, eine bessere Einheitlichkeit der Dicken aufweisen, und die Kontaktfläche zwischen der zweiten Tunnelschicht 130 und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 eine gute und flache Morphologie aufweist. Somit wird die Defektzustandsdichte der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reduziert, so dass die Mobilität von photogenerierten Trägern, die durch den PN-Übergang generiert werden, der durch die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 und das Substrat 100 gebildet wird, zunimmt, die Konzentration der Träger in dem Substrat 100 zunimmt, und die Leerlaufspannung und der Kurzschlussstrom zunehmen, wodurch die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Photovoltaikzelle verbessert wird.
  • Es versteht sich, dass bei dem Prozess, bei dem das einfallende Licht von der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reflektiert und dann auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, der Weg des einfallenden Lichts eng mit dem Winkel zwischen den Plattformvorsprungstrukturen 13 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 und dem Winkel zwischen den angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100, dem Winkel zwischen den angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15, und dem Winkel zwischen der dritten Pyramidenstruktur 14 und der vierten Pyramidenstruktur 15 zusammenhängt. Daher wird der Winkel zwischen den Plattformvorsprungstrukturen 13 derart angepasst, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das einfallende Licht, das von der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reflektiert wird, auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, groß ist. Basieren darauf liegt mit Bezug auf 8 bei einigen Ausführungsformen ein eingeschlossener Winkel θ5 zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen Plattformvorsprungstruktur 13 und einem unteren Abschnitt der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur 13 in einem Bereich von 10° bis 50°, wie etwa 10°-15°, 15°-20°, 20°-25°, 25°-30°, 30°-35°, 35°-40°, 40°-45°, 45°-50° oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs stimmt der Winkel zwischen den abgeschrägten Kanten der beiden angrenzenden Plattformvorsprungstrukturen 13 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 mit dem Winkel zwischen den abgeschrägten Kanten der beiden angrenzenden dritten Pyramidenstrukturen 14 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100, dem Winkel zwischen den abgeschrägten Kanten der angrenzenden vierten Pyramidenstrukturen 15 oder dem Winkel zwischen der dritten Pyramidenstruktur 13 und der vierten Pyramidenstruktur 14 überein, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass das einfallende Licht, das durch die hintere Oberfläche des Substrats 100 reflektiert wird, auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, hoch ist, und ein Einfallswinkel des gestreuten einfallenden Lichts auf den seitlichen Oberflächen der dritten Pyramidenstruktur 13 oder den seitlichen Oberflächen der vierten Pyramidenstruktur 14 innerhalb eines geeigneten Bereichs liegt, so dass die Reflektivität des einfallenden Lichts, das auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, reduziert wird und die sekundäre Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat 100 verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur 13 in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,3 µm, wie etwa 0,3 µm-0,5 µm, 0,5 µm-0,8 µm, 0,8 µm-1 µm, 1 µm-1,2 µm, 1,2 µm-1,5 µm, 1,5 µm-1,8 µm, 1,8 µm-2µm, 2 µm-2, 1 µm, 2,1 µm-2,3 µm oder dergleichen. Innerhalb dieses Bereichs nimmt ein Flächeninhalt der Plattformvorsprungstruktur 13 zu, während die Höhe der Plattformvorsprungstruktur 13 unverändert bleibt, was die Zunahme des Kontaktbereichs zwischen der zweiten Tunnelschicht 130 und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 und die Zunahme des Tunnelkanals der Träger begünstigt, wodurch die Mobilität der Träger weiter verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Reflektivität des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion in einem Bereich von 0,8 % bis 2 %, wie etwa 0,8 %-0,9 %, 0,9 %-1 %, 1 %-1,2 %, 1,2 %-1,4 %, 1,4 %-1,6 %, 1,6 %-1,8 %, 1,8 %-2 % oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen liegt eine Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats in einem Bereich von 14 % bis 15 %, wie etwa 14 %-14,1 %, 14,1 %-14,2 %, 14,2 %-14,4 %, 14,4 %-14,6 %, 14,6 %-14,8 %, 14,8 %-15 % oder dergleichen. Da die Texturstrukturen auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion die dritten Pyramidenstrukturen 14 und die vierten Pyramidenstrukturen 15 sind, ist die Reflektivität des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion viel geringer als die Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats 100, was eine Verstärkung der Nutzung des einfallenden Lichts durch den Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion begünstigt, wodurch die Anzahl von Trägern zunimmt, der Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung zunehmen, und die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle verbessert wird. Bei einer praktischen Anwendung ist jedoch das einfallende Licht, das auf die hintere Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird, geringer als das einfallende Licht, das auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestrahlt wird. Somit wird der hinteren Oberfläche des Substrats 100 eine hohe Reflektivität verliehen, welche die Flachheit der hinteren Oberfläche des Substrats 100 verbessert, so dass die Einheitlichkeit und die Flachheit der zweiten Tunnelschicht 130 und der zweiten dotierten leitfähigen Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet sind, verbessert werden, wodurch die Mobilität der Träger verbessert wird. Des Weiteren, selbst wenn die Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats 100 hoch ist, ist basierend auf der Anordnung des eingeschlossenen Winkels zwischen der abgeschrägten Kante und dem unteren Abschnitt der Plattformvorsprungstruktur 13, der Anordnung des eingeschlossenen Winkels zwischen der abgeschrägten Kante und dem unteren Abschnitt der dritten Pyramidenstruktur 14 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 und der Anordnung des eingeschlossenen Winkels zwischen der abgeschrägten Kante und dem unteren Abschnitt der vierten Pyramidenstruktur 15 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 die Wahrscheinlichkeit, dass das einfallende Licht, das von der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reflektiert wird, wieder auf die vordere Oberfläche des Substrats 100 gestreut wird, hoch, so dass das einfallende Licht durch die vordere Oberfläche des Substrats 100 mit einer geringen Reflektivität verwendet werden kann, und die Nutzung des einfallenden Lichts zunimmt, während die Mobilität der Träger verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine erste Passivierungsschicht 150, ein erster Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 ist auf einer Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 von dem Substrat 100 entfernt angeordnet, und ein zweiter Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 ist auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion angeordnet. Die erste Passivierungsschicht 150 weist einen guten Passivierungseffekt auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 auf. Beispielsweise kann die erste Passivierungsschicht 150 die Hängebindungen auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 chemisch passivieren, die Defektzustandsdichte der vorderen Oberfläche des Substrats 100 reduzieren und die Trägerrekombination der vorderen Oberfläche des Substrats 100 unterdrücken. Der erste Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 steht direkt in Kontakt mit der vorderen Oberfläche des Substrats 100, so dass es keine erste Tunnelschicht 110 und erste dotierte leitfähige Schicht 120 zwischen dem ersten Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 und dem Substrat 100 gibt, wodurch die parasitäre Absorption des einfallenden Lichts durch die erste dotierte leitfähige Schicht 120 reduziert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 mit dem zweiten Abschnitt der ersten Passivierungsschicht 150 nicht bündig. Insbesondere kann eine obere Oberfläche des ersten Abschnitts der ersten Passivierungsschicht 150 niedriger als eine obere Oberfläche des zweiten Abschnitts der ersten Passivierungsschicht 150 sein, so dass eine Dicke des ersten Abschnitts, der auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 angeordnet ist, nicht zu dick ist, wodurch verhindert wird, dass die vordere Oberfläche des Substrats 100 weitere Trägerrekombinationszentren auf Grund zu vieler Grenzflächenzustandsdefekte auf der vorderen Oberfläche des Substrats 100 generiert, die durch die Belastungsbeschädigung generiert werden, die durch die große Dicke des ersten Abschnitts an der vorderen Oberfläche des Substrats 100 verursacht wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Passivierungsschicht 150 eine einschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Passivierungsschicht 150 auch eine mehrschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material der ersten Passivierungsschicht 150 mindestens eines von Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine zweite Passivierungsschicht 160, um eine Oberfläche der zweiten dotierten leitfähigen Schicht 140 von dem Substrat 100 entfernt abzudecken. Die zweite Passivierungsschicht 160 weist einen guten Passivierungseffekt auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 auf, der die Defektzustandsdichte auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 reduziert und die Trägerrekombination auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 unterdrückt. Auf Grund des geringen konkav-konvexen Grades der Plattformvorsprungstrukturen 13 auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 weist die zweite Passivierungsschicht 160, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 abgeschieden wird, eine hohe Flachheit auf, wodurch die Passivierungsleistung der zweiten Passivierungsschicht 160 verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Passivierungsschicht 160 eine einschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Passivierungsschicht 160 auch eine mehrschichtige Struktur sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material der zweiten Passivierungsschicht 160 mindestens eines von Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine erste Elektrode 170, die in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet ist und mit der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 elektrisch verbunden ist. Der PN-Übergang, der auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 gebildet ist, wird verwendet, um das einfallende Licht zu empfangen und photogenerierte Träger zu generieren, und die generierten photogenerierten Träger werden von dem Substrat 100 auf die erste dotierte leitfähige Schicht 120 und dann auf die erste Elektrode 170 zum Sammeln der photogenerierten Träger durchgelassen. Da die Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 die gleiche wie die Dotierelementdotierung des Substrats 100 ist, wird ein Rekombinationsverlust des Metallkontakts zwischen der ersten Elektrode 170 und der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 reduziert, so dass die Trägerkontaktrekombination zwischen der ersten Elektrode 170 und der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 reduziert wird, und der Kurzschlussstrom und die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle verbessert werden.
  • Mit Bezug auf 9 umfasst bei einigen Ausführungsformen die Photovoltaikzelle ferner eine Diffusionsregion 190, die im Innern eines Abschnitts des Substrats 100 in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet ist, wobei ein oberer Abschnitt der Diffusionsregion 190 in Kontakt mit der ersten Tunnelschicht 110 steht, und eine Dotierelementkonzentration der Diffusionsregion 190 größer als eine Dotierelementkonzentration des Substrats 100 ist. Die Diffusionsregion 190 kann als ein Kanal für das Durchlassen der Träger dienen, und die Diffusionsregion 190 ist nur in dem Abschnitt des Substrats 100 in der metallischen Musterregion gebildet, so dass die Träger in dem Substrat 100 mühelos in die dotierte leitfähige Schicht durch die Diffusionsregion 190 hindurch durchgelassen werden, d. h. die Diffusionsregion 190 dient als ein Kanal für das Durchlassen der Träger. Da die Diffusionsregion 190 nur in dem Abschnitt des Substrats 100 in der metallischen Musterregion bereitgestellt wird, können die Träger in dem Substrat 100 zudem konzentriert zu der Diffusionsregion 190 und dann zu der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 über die Diffusionsregion 190 durchgelassen werden, so dass die Trägerkonzentration der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 deutlich zunimmt. Es sei zu beachten, dass bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Diffusionsregion 190 in dem Abschnitt des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion nicht bereitgestellt wird, so dass die Trägerkonzentration des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion nicht zu groß ist, und eine ernsthafte Trägerrekombination auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion vermieden wird. Des Weiteren wird auch verhindert, dass die Träger in dem Substrat 100 auf den Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion durchgelassen werden, wodurch eine übermäßige Trägerrekombination auf Grund der „toten Schicht“ vermieden wird, die auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion generiert wird, die durch eine Ansammlung der Träger auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der nicht metallischen Musterregion verursacht wird, wodurch die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle insgesamt verbessert wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Photovoltaikzelle ferner eine zweite Elektrode 180, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 angeordnet ist, die zweite Elektrode 180 dringt durch die zweite Passivierungsschicht 160 hindurch und kommt in elektrischen Kontakt mit der zweiten dotierten leitfähigen Schicht 140.
  • Bei der Photovoltaikzelle, die in den obigen Ausführungsformen bereitgestellt wird, werden die ersten Pyramidenstrukturen 11 auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats 100 in der metallischen Musterregion bereitgestellt, und die Plattformvorsprungstrukturen 13 werden auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 bereitgestellt, so dass die Rauheit der vorderen Oberfläche größer als die Rauheit der hinteren Oberfläche ist. Somit wird einerseits die Absorption des einfallenden Lichts durch die vordere Oberfläche verstärkt. Andererseits nehmen ein Kontaktbereich zwischen der ersten Tunnelschicht 110 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 und ein Kontaktbereich zwischen der ersten dotierten leitfähigen Schicht 120 und der vorderen Oberfläche des Substrats 100 zu, um einen großen Tunnelkanal für Träger in dem Substrat bereitzustellen, wodurch die Nutzung des einfallenden Lichts durch das Substrat 100 ohne Reduzierung der Mobilität der Träger verbessert wird. Da die zweite dotierte leitfähige Schicht 140 und das Substrat 100 einen PN-Übergang bilden, ist zudem die Rauheit der hinteren Oberfläche relativ gering, so dass die zweite Tunnelschicht 130 und die zweite dotierte leitfähige Schicht 140, die auf der hinteren Oberfläche angeordnet sind, eine größere Flachheit aufweisen. Somit weist eine Kontaktgrenzfläche zwischen der zweiten Tunnelschicht 130 und der hinteren Oberfläche des Substrats 100 eine gute Morphologie auf, die Defektzustandsdichte der hinteren Oberfläche des Substrats 100 wird reduziert, und eine Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von photogenerierten Trägern auf der hinteren Oberfläche des Substrats 100 wird reduziert, so dass die Mobilität der photogenerierten Träger zu dem Substrat 100 zunimmt, was eine Verbesserung einer Konzentration der Träger begünstigt, wodurch die photoelektrische Umwandlungsleistung der Photovoltaikzelle verbessert wird.
  • Entsprechend stellen einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ferner ein Photovoltaikmodul bereit. Wie in 10 gezeigt, umfasst das Photovoltaikmodul mindestens einen Zellenstrang, der jeweils durch eine Vielzahl von Photovoltaikzellen 101 gebildet wird, die in den obigen Ausführungsformen bereitgestellt werden und elektrisch verbunden sind, mindestens eine Einkapselungsschicht 102, jeweils zum Abdecken einer Oberfläche eines jeweiligen Zellenstrangs, und mindestens eine Abdeckplatte 103, jeweils zum Abdecken einer Oberfläche einer jeweiligen Einkapselungsschicht 102, die von dem jeweiligen Zellenstrang abgewandt ist. Die Photovoltaikzellen 101 sind insgesamt oder teilweise elektrisch verbunden, um eine Vielzahl von Zellensträngen zu bilden, die elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
  • Insbesondere kann bei einigen Ausführungsformen die Vielzahl von Zellensträngen durch leitfähige Bänder 104 miteinander elektrisch verbunden sein. Die Einkapselungsschicht 102 deckt die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche der Photovoltaikzelle 101 ab. Insbesondere kann die Einkapselungsschicht 102 ein organischer Einkapselungsklebefilm, wie etwa ein Ethylenvinylacetat-Copolymer- (EVA) Klebefilm, ein Polyethylen-Octen-Co-Elastomer- (POE) Klebefilm, ein Polyethylenterephthalat- (PET) Klebefilm oder dergleichen sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abdeckplatte 103 eine Glasabdeckplatte, eine Kunststoffabdeckplatte oder dergleichen sein, die eine Lichtdurchlassfunktion aufweist. Insbesondere kann die Oberfläche der Abdeckplatte 103, die der Einkapselungsschicht 102 zugewandt ist, eine konkav-konvexe Oberfläche sein, wodurch die Nutzung des einfallenden Lichts zunimmt.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung in den obigen Ausführungsformen offenbart wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht dazu gedacht, die Ansprüche einzuschränken. Der Fachmann auf dem Gebiet kann mehrere mögliche Änderungen und Modifikationen vornehmen, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Daher unterliegt der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung dem Umfang, der in den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung definiert ist.
  • Der Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind, und bei einer praktischen Anwendung diverse Änderungen daran in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Der Fachmann auf dem Gebiet kann seine eigenen Änderungen und Modifikationen vornehmen, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Daher unterliegt der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung dem Umfang, der durch die Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims (20)

  1. Photovoltaikzelle, umfassend ein Substrat (100), das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweist, die einander gegenüberliegen, wobei die vordere Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von metallischen Musterregionen aufweist; eine Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen (11), die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind; eine Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen (13), die auf der hinteren Oberfläche des Substrats angeordnet sind, wobei eine Höhe jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen größer als eine Höhe jeder der Vielzahl von Plattformvorsprungstrukturen ist, und eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen kleiner als eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl der Plattformvorsprungstrukturen ist; eine erste Tunnelschicht (110) und eine erste dotierte leitfähige Schicht (120), die auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen metallischen Musterregion in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht die gleiche wie eine Dotierelementdotierung des Substrats ist; und eine zweite Tunnelschicht (130) und eine zweite dotierte leitfähige Schicht (140), die auf der hinteren Oberfläche des Substrats in einer Richtung von dem Substrat entfernt gestapelt sind, wobei eine Dotierelementdotierung der zweiten dotierten leitfähigen Schicht anders als die Dotierelementdotierung der ersten dotierten leitfähigen Schicht ist.
  2. Photovoltaikzelle nach Anspruch 1, wobei die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in einem Bereich von 0,7 µm bis 3 µm liegt, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in einem Bereich von 0,5 µm bis 3,2 µm liegt.
  3. Photovoltaikzelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen ersten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 30° bis 70° liegt.
  4. Photovoltaikzelle nach Anspruch 3, wobei eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen ersten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm liegt.
  5. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die eindimensionale Dimension des unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in einem Bereich von 6 µm bis 10 µm liegt, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen in einem Bereich von 0,2 µm bis 0,4 µm liegt.
  6. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen Plattformvorsprungstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur in einem Bereich von 10° bis 50° liegt.
  7. Photovoltaikzelle nach Anspruch 6, wobei eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen Plattformvorsprungstruktur in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,3 µm liegt.
  8. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: eine Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen (12), die in jeder der Vielzahl von metallischen Musterregionen angeordnet sind, wobei eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen metallischen Musterregion größer als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen nicht metallischen Musterregion ist, und ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen zweiten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 40° bis 70° liegt.
  9. Photovoltaikzelle nach Anspruch 8, wobei eine eindimensionale Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen nicht größer als 1 µm ist, und eine Höhe von oben nach unten jeder der Vielzahl von zweiten Pyramidenstrukturen nicht größer als 1,2 µm ist.
  10. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die vordere Oberfläche des Substrats eine Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen aufweist, und die Photovoltaikzelle ferner umfasst: eine Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen (14) und eine Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen (15), die in jeder der Vielzahl von nicht metallischen Musterregionen angeordnet sind, wobei eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen größer als eine Dimension eines unteren Abschnitts jeder der Vielzahl von vierten Pyramidenstrukturen ist, und eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von dritten Pyramidenstrukturen auf einem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in einer jeweiligen nicht metallischen Musterregion kleiner als eine Flächeninhaltsproportion der Vielzahl von ersten Pyramidenstrukturen auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen metallischen Musterregion ist.
  11. Photovoltaikzelle nach Anspruch 10, wobei ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen dritten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 35° bis 65° liegt, und ein eingeschlossener Winkel zwischen einer jeweiligen der abgeschrägten Kanten einer jeweiligen vierten Pyramidenstruktur und einem unteren Abschnitt der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 40° bis 65° liegt.
  12. Photovoltaikzelle nach Anspruch 11, wobei eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen dritten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 1,2 µm bis 2,5 µm liegt, und eine Länge jeder der abgeschrägten Kanten der jeweiligen vierten Pyramidenstruktur in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,2 µm liegt.
  13. Photovoltaikzelle nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei eine Reflektivität des Abschnitts der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion in einem Bereich von 0,8 % bis 2 % liegt, und eine Reflektivität der hinteren Oberfläche des Substrats liegt in einem Bereich von 14 % bis 15 %.
  14. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner umfassend: eine erste Passivierungsschicht (150), wobei ein erster Abschnitt der ersten Passivierungsschicht auf einer Oberfläche der ersten dotierten leitfähigen Schicht von dem Substrat entfernt angeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt der ersten Passivierungsschicht auf dem Abschnitt der vorderen Oberfläche des Substrats in der jeweiligen nicht metallischen Musterregion angeordnet ist.
  15. Photovoltaikzelle nach Anspruch 14, wobei der erste Abschnitt der ersten Passivierungsschicht mit dem zweiten Abschnitt der ersten Passivierungsschicht nicht bündig ist.
  16. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend eine zweite Passivierungsschicht (160), die auf einer Oberfläche der zweiten dotierten leitfähigen Schicht von dem Substrat entfernt angeordnet ist.
  17. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner umfassend eine erste Elektrode (170), die in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet und mit der ersten dotierten leitfähigen Schicht elektrisch verbunden ist.
  18. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend: eine Diffusionsregion (190), die im Innern eines Abschnitts des Substrats in der jeweiligen metallischen Musterregion angeordnet ist, wobei ein oberer Abschnitt der Diffusionsregion in Kontakt mit der ersten Tunnelschicht steht, und eine Dotierelementkonzentration der Diffusionsregion größer als eine Dotierelementkonzentration des Substrats ist.
  19. Photovoltaikzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Substrat ein n-dotiertes Siliziumsubstrat umfasst.
  20. Photovoltaikmodul, umfassend: mindestens einen Zellenstrang, wobei jeder von dem mindestens einen Zellenstrang durch eine Vielzahl von Photovoltaikzellen (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, die elektrisch verbunden sind, gebildet ist; mindestens eine Einkapselungsschicht (102), wobei jede von der mindestens einen Einkapselungsschicht dazu konfiguriert ist, eine Oberfläche eines jeweiligen Zellenstrangs abzudecken; und mindestens eine Abdeckplatte (103), wobei jede von der mindestens einen Abdeckplatte dazu konfiguriert ist, eine Oberfläche einer jeweiligen Einkapselungsschicht abzudecken, die von dem jeweiligen Zellenstrang abgewandt ist.
DE202023101202.7U 2022-09-08 2023-03-13 Photovoltaikzelle und Photovoltaikmodul Active DE202023101202U1 (de)

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