JP2017535975A - 高効率ｎ型両面太陽電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックスと、N型電池マトリックスの表面に形成されたP型ドープ領域と、N型電池マトリックスの裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層と、研磨パッシベーション層における前記N型電池マトリックスに近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層と、P型ドープ領域に形成された第1シリカ酸化物層及びN+パッシベーション層に形成された第2シリカ酸化物層と、第1シリカ酸化物層に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜及び第2シリカ酸化物層に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜と、N型電池マトリックスの表面に形成された第1金属電極及びN型電池マトリックスの裏面に形成された第2金属電極とを含む高効率N型両面太陽電池を提供する。本発明は、研磨パッシベーション層及びN+パッシベーション層によって、より高い開放電圧を得、両面の印刷により、電池が太陽光の照射を受ける場合、両面で太陽光を収集することで、全体の発電量を増加し、電池の光電変換効率を向上させる。【選択図】図1
Description
本発明は太陽電池の製造の技術分野に関し、特に高効率N型両面太陽電池に関する。
現在、市場において、大部分の結晶シリコン太陽電池に使用されているのはP型シリコンウェハであり、即ち、シリコンウェハにホウ素をドープしたシリコンウェハである。ただし、近年、N型シリコンウェハで製造されたN型電池はますます注目されているようになり、N型太陽電池の製造にも用いられる。N型シリコンウェハとは、シリコンウェハにリンをドープしたものであり、N型シリコンウェハは、長い少数キャリア寿命を有するので、製造された電池は、より高い光電変換効率を得ることができる。また、N型電池の金属汚染に対する許容度がより強く、より優れた耐久性能を有し、安定性が高い。N型シリコンウェハにリンがドープされ、ホウ素-酸素対がないので、電池にはホウ素-酸素対による光誘起減衰現象がない。N型結晶シリコンのこれらの利点により、N型シリコンウェハは、高効率太陽電池の製造に非常に適合であるものと思われる。しかし、実際にN型高効率電池の大規模の生産を実現することは簡単なものではない。
高効率N型太陽電池を得るには、そのプロセスがP型太陽電池に比べてはるかに複雑であり、技術に対する要求もより厳しくなる。例えば日本のパナソニック会社（元Sanyo、現在、パナソニックに買収された）と米国のSunPower会社は既にN型材料で高効率太陽電池及びモジュールを生産している。米国SunPower会社はフルバックコンタクト電池（バックコンタクト、IBCとも呼ばれる）を製造しており、日本のパナソニック会社はいわゆるHIT（薄真性層を有するヘテロ接合）電池を製造している。上記2種の電池構造は電池の加工が複雑である以外、品質が非常に高いシリコン材料と表面パッシベーションが更に要求され、且つIBC電池は裏面での金属接点の高位置合わせ精度が要求される。現在、中国の従来の高効率N型単結晶シリコン電池は、構造が簡単で、両面発電能力、光電変換効率が高い等の特徴を有するが、より優れた裏面電界パッシベーション効果を得るために、選択エミッタ技術によりシリコンウェハ表面のパッシベーション性能を向上させる必要があり、その基本的な原理と構造は選択エミッタと同様に、一般的に腐食スラリー技術によって、選択的な裏面電界を製造するか、又はより優れたフィルファクターを得て、より高い変換効率を得るために、表面にホウ素スラリーを印刷することにより選択エミッタを得る。表面であっても裏面であっても、両面電池とするにはいずれも印刷の位置合わせ問題が存在し、生産及び技術者に対する要求は比較的に高い。且つ、腐食スラリーの洗浄過程には、大量の水が消費され、有害な毒性汚染物質が大量に生成されることがある。
中国特許CN203103335Uには、両面受光太陽電池が開示され、P型シリコンウェハを太陽電池のベース領域のシリコン基板として、シリコン基板の前表面に、内側からエミッタ、表面パッシベーション、反射防止層、及び表面電極が順次設けられ、シリコン基板の裏表面に、ホウ素裏面電界、裏面パッシベーション、反射防止層、及び裏面電極が設けられている。該特許はP型ドーピング電池に関し、N型ドーピング電池に比べて、ドーピングタイプが異なるので、前表面エミッタ、表面電極、裏面電界、裏面パッシベーション、裏面電極に採用するプロセス及び成分は完全に異なり、得られる電池変換効率も異なる。
本発明は、上記従来技術に存在する欠陥を克服するために、より優れた電池の開放電圧を得ることを確保できる高効率N型両面太陽電池を提供することを目的とする。
本発明の目的は以下の技術的手段により実現することができ、本発明は、
テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックスと、
前記N型電池マトリックスの表面に形成されたP型ドープ領域と、
前記N型電池マトリックスの裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層と、
前記研磨パッシベーション層における前記N型電池マトリックスに近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層と、
前記P型ドープ領域に形成された第1シリカ酸化物層及び前記N+パッシベーション層に形成された第2シリカ酸化物層と、
前記第1シリカ酸化物層に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜及び前記第2シリカ酸化物層に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜と、
前記N型電池マトリックスの表面に形成された第1金属電極及び前記N型電池マトリックスの裏面に形成された第2金属電極と、を備える高効率N型両面太陽電池を提供する。
テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックスと、
前記N型電池マトリックスの表面に形成されたP型ドープ領域と、
前記N型電池マトリックスの裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層と、
前記研磨パッシベーション層における前記N型電池マトリックスに近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層と、
前記P型ドープ領域に形成された第1シリカ酸化物層及び前記N+パッシベーション層に形成された第2シリカ酸化物層と、
前記第1シリカ酸化物層に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜及び前記第2シリカ酸化物層に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜と、
前記N型電池マトリックスの表面に形成された第1金属電極及び前記N型電池マトリックスの裏面に形成された第2金属電極と、を備える高効率N型両面太陽電池を提供する。
本発明の高効率N型両面太陽電池は、金属電極を印刷した後、リン裏面電界の作用で、太陽電池の裏面に入射された光によるキャリアを収集し、両面光起電力効果を実現し、それにより発電量を大幅に増加するとともに、単一面電池の単一面の受光による電池光電変換効率に対する制限を克服する。また、太陽電池の裏面にリンを強ドープしたので、電池に反りが発生することなく、より薄いシリコン基板に加工することができる。また、研磨パッシベーション層とN+パッシベーション層が電池の開放電圧を向上させるように機能することによって、電池の変換効率を更に向上させる。従来のP型両面電池に比べて、本発明はより優れた低光応答と高温特性を有し、朝と夕方にもより多くの電力を発電する。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記N型電池マトリックスがリンをドープしたN型シリコンウェハであることにある。N型電池マトリックスはN型シリコンウェハを採用し、従来技術のP型太陽電池に比べて、より長い少数キャリア寿命を有する。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記P型ドープ領域のスクエア抵抗が30Ω/□~130Ω/□であることにある。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記研磨パッシベーション層の反射率が15%よりも大きいことにある。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記N+パッシベーション層のスクエア抵抗が20Ω/□~90Ω/□であり、厚さが0.3μm~0.8μmであることにある。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記第1窒化ケイ素反射防止膜の厚さが50nm~100nmであり、屈折率が2.0~2.3であることにある。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記第2窒化ケイ素反射防止膜の厚さが50nm~110nmであり、屈折率が1.9~2.2であることにある。
本発明の高効率N型両面太陽電池の更なる改良は、前記第1金属電極と前記第2金属電極はいずれもメインゲート電極とサブゲート電極からなり、前記メインゲート電極の本数が0~5本であり、前記サブゲート電極の本数が70~110本であることにある。
本発明の目的、技術的手段及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。ここで記載された具体的な実施例は単に本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するためのものではないことを理解すべきである。
図1に示すように、図1は本発明の高効率N型両面太陽電池の構造模式図である。図1に示すように、本発明の高効率N型両面太陽電池は、
テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックス5と、
N型電池マトリックス5の表面に形成されたP型ドープ領域4と、
N型電池マトリックス5の裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層7と、
研磨パッシベーション層7におけるN型電池マトリックス5に近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層6と、
P型ドープ領域4に形成された第1シリカ酸化物層3及びN+パッシベーション層6に形成された第2シリカ酸化物層8と、
第1シリカ酸化物層3に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜2及び第2シリカ酸化物層8に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜9と、
N型電池マトリックス5の表面に形成された第1金属電極1及びN型電池マトリックス5の裏面に形成された第2金属電極10と、を備える。
テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックス5と、
N型電池マトリックス5の表面に形成されたP型ドープ領域4と、
N型電池マトリックス5の裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層7と、
研磨パッシベーション層7におけるN型電池マトリックス5に近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層6と、
P型ドープ領域4に形成された第1シリカ酸化物層3及びN+パッシベーション層6に形成された第2シリカ酸化物層8と、
第1シリカ酸化物層3に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜2及び第2シリカ酸化物層8に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜9と、
N型電池マトリックス5の表面に形成された第1金属電極1及びN型電池マトリックス5の裏面に形成された第2金属電極10と、を備える。
具体的には、N型電池マトリックス5は、選択的腐食により、テクスチャ化表面を有する。N型電池マトリックス5は、リンをドープしたN型シリコンウェハを採用することが好ましく、従来技術のP型太陽電池に比べて、より長い少数キャリア寿命を有する。
P型ドープ領域4は、熱拡散又はイオン注入によりN型電池マトリックス5の表面に形成され、スクエア抵抗が30Ω/□~130Ω/□である。
研磨パッシベーション層7は、ウェットエッチングによりN型電池マトリックス5の裏面に形成され、研磨パッシベーション層7におけるN型電池マトリックス5に近い最上部にイオン注入プロセス（例えば、リンドーピングプロセス）によりN+パッシベーション層6が形成され、研磨パッシベーション層7とN+パッシベーション層6によりN型強ドーピング領域を構成する。好ましくは、研磨パッシベーション層7の反射率が15%よりも大きく、N+パッシベーション層6のスクエア抵抗が20Ω/□~90Ω/□であり、N+パッシベーション層6の厚さが0.3μm~0.8μmである。
第1シリカ酸化物層3と第2シリカ酸化物層8は、熱酸化により、P型ドープ領域4とN型強ドーピング領域のN+パッシベーション層6にそれぞれ形成され、第1シリカ酸化物層3と第2シリカ酸化物層8の主成分はいずれもシリカである。第1シリカ酸化物層3と第2シリカ酸化物層8に、第1窒化ケイ素反射防止膜2と第2窒化ケイ素反射防止膜9がそれぞれ更に堆積されている。好ましくは、第1窒化ケイ素反射防止膜2の厚さが50nm~100nmであり、屈折率が2.0~2.3であり、第2窒化ケイ素反射防止膜9の厚さが50nm~110nmであり、屈折率が1.9~2.2である。
N型電池マトリックス5の表面及び裏面に第1金属電極1と第2金属電極10がそれぞれ印刷され、第1金属電極1と第2金属電極10はいずれもメインゲート電極とサブゲート電極からなり、前記メインゲート電極の本数が0~5本であり、前記サブゲート電極の本数が70~110本である。図面に示す実施例において、第1金属電極1のメインゲート電極の数を2本とし、第2金属電極10のメインゲート電極の数も2本とする。
本発明の高効率N型両面太陽電池は、金属電極を印刷した後、リン裏面電界の作用で、太陽電池の裏面に入射された光によるキャリアを収集し、両面光起電力効果を実現し、それにより発電量を大幅に増加するとともに、単一面電池の単一面の受光による電池光電変換効率に対する制限を克服する。また、太陽電池の裏面にリンを強ドープしたので、電池に反りが発生することなく、より薄いシリコン基板に加工することができる。また、研磨パッシベーション層とN+パッシベーション層が、電池の開放電圧を向上させるように機能することによって、電池の変換効率を更に向上させる。従来のP型両面電池に比べて、本発明はより優れた低光応答と高温特性を有し、朝と夕方にもより多くの電力を発電する。
以上に記載されているのは単に本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明に対して何らの限定もしていない。本発明は既に好ましい実施例により以上のように開示されたが、それらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の技術的手段を逸脱しない範囲内に、上記に開示された技術内容によって、本発明を少し変更し、或いは同等な変化としての等価実施例に修飾することができるが、本発明の技術的手段の内容から逸脱しない限り、本発明の技術的本質に基づいて以上の実施例に対して行った任意の簡単な修正、同等な変化、及び修飾は、いずれも依然として本発明の技術的手段の範囲に属する。
1 : 第1金属電極
2 : 第1窒化ケイ素反射防止膜
3 : 第1シリカ酸化物層
4 : P型ドープ領域
5 : N型電池マトリックス
6 : N+パッシベーション層
7 : 研磨パッシベーション層
8 : 第2シリカ酸化物層
9 : 第2窒化ケイ素反射防止膜
10 : 第2金属電極
2 : 第1窒化ケイ素反射防止膜
3 : 第1シリカ酸化物層
4 : P型ドープ領域
5 : N型電池マトリックス
6 : N+パッシベーション層
7 : 研磨パッシベーション層
8 : 第2シリカ酸化物層
9 : 第2窒化ケイ素反射防止膜
10 : 第2金属電極
Claims (8)
- 高効率テクスチャ化表面を有するN型電池マトリックスと、
前記N型電池マトリックスの表面に形成されたP型ドープ領域と、
前記N型電池マトリックスの裏面にエッチングで形成された研磨パッシベーション層と、
前記研磨パッシベーション層における前記N型電池マトリックスに近い最上部にリンドーピングプロセスで形成されたN+パッシベーション層と、
前記P型ドープ領域に形成された第1シリカ酸化物層及び前記N+パッシベーション層に形成された第2シリカ酸化物層と、
前記第1シリカ酸化物層に形成された第1窒化ケイ素反射防止膜及び前記第2シリカ酸化物層に形成された第2窒化ケイ素反射防止膜と、
前記N型電池マトリックスの表面に形成された第1金属電極及び前記N型電池マトリックスの裏面に形成された第2金属電極と、を備えることを特徴とする高効率N型両面太陽電池。 - 前記N型電池マトリックスがリンをドープしたN型シリコンウェハであることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記P型ドープ領域のスクエア抵抗が30Ω/□~130Ω/□であることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記研磨パッシベーション層の反射率が15%よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記N+パッシベーション層のスクエア抵抗が20Ω/□~90Ω/□であり、厚さが0.3μm~0.8μmであることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記第1窒化ケイ素反射防止膜の厚さが50nm~100nmであり、屈折率が2.0~2.3であることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記第2窒化ケイ素反射防止膜の厚さが50nm~110nmであり、屈折率が1.9~2.2であることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
- 前記第1金属電極と前記第2金属電極はいずれもメインゲート電極とサブゲート電極からなり、前記メインゲート電極の本数が0~5本であり、前記サブゲート電極の本数が70~110本であることを特徴とする請求項1に記載の高効率N型両面太陽電池。
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