JP2023180196A - 太陽光電池及び太陽光発電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、太陽光電池及び太陽光発電モジュールを提供する。【解決手段】太陽光電池は、前面と前面に背向する背向面とを有する基板と、第１領域に形成される第１導電層と、第２領域に形成され、第１導電層の導電タイプとは逆である第２導電層と、を備え、仕切領域と、隣接する第１導電層及び／又は第２導電層との間には、境界領域があり、境界領域に対応する背向面の境界領域には、線状凹凸テクスチャー構造が形成されている。従来技術よりも、本発明では、ＩＢＣ電池の局所構造設計を最適化することにより、基板背向面の入射光反射を増加させ、太陽光電池の光線に対する吸収数を増加させ、太陽光電池の変換効率を向上させる。【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光発電電池の技術分野に関し、特に太陽光電池及び太陽光発電モジュールに関する。
ＩＢＣ(Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｂａｃｋ Ｃｏｎｔａｃｔ)太陽光電池とは、受光面に電極がなく、正負電極がフィンガ状で交差して電池の背向面に配列されたものを指す。受光面が遮蔽される太陽光電池に比べて、ＩＢＣ電池は、より高い短絡電流及び光電変換効率を有する。
従来のＩＢＣ電池分離ドープ領域の作製には、主に３種類が含まれている。１、フォトリソグラフィ技術であり、複数回のマスク及びフォトリソグラフィにより、分離されたボロン、リンドープ領域をそれぞれ形成する。２、イオン注入技術であり、マスク及びレーザーグルービングを行ってから、所定の領域にイオン注入を実施し、分離されたボロン、リンドープ領域を形成する。３、ドープスラリー印刷であり、マスクレーザーグルービングによって拡散領域を形成してから、ボロン／リンスラリーを印刷してドープ領域を形成する。その中、フォトリソグラフィ技術の価格が高騰であり、イオン注入技術のドーピングが不安定であり、ドープスラリー印刷の洗浄工数が多かった。
上記問題に鑑みて、本発明は、従来技術における技術課題を解決し、ＩＢＣ電池のボロンドープ領域とリンドープ領域とを隔てることが可能であり、両極接触複合を回避し、且つＩＢＣ電池の効率を向上させることが可能である太陽光電池及び太陽光発電モジュールを提供する。
第１態様において、本発明は、太陽光電池を提供する。当該太陽光電池は、
前面と前記前面に背向する背向面とを有する基板であって、前記背向面に、第１方向に沿って千鳥状に間隔を空けて配列された第１領域及び第２領域があり、隣接する前記第１領域と前記第２領域との間に、前記基板の内部へ窪んだ仕切領域がある基板と、
前記第１領域に形成される第１導電層と、
前記第２領域に形成され、前記第１導電層の導電タイプとは逆である第２導電層と、
前記第１導電層に電気的に接触する第１電極と、
前記第２導電層に電気的に接触する第２電極と、を備え、
前記仕切領域と、隣接する前記第１導電層及び／又は前記第２導電層との間には、境界領域があり、前記境界領域に対応する前記背向面の前記境界領域には、線状凹凸テクスチャー構造が形成されている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記仕切領域に対応する前記背向面には、幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域が形成されている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記第１導電層及び／又は第２導電層に対応する前記背向面には、幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域が形成されている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記第１導電層及び／又は第２導電層に対応する前記背向面には、幾つかの四角錐台テクスチャー構造領域が形成されている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、裏面パッシベーション層を更に備え、前記裏面パッシベーション層は、前記第１導電層、前記第２導電層及び前記仕切領域の表面に位置し、前記第１電極は、前記裏面パッシベーション層を通り抜けて前記第１導電層に電気的に接触し、前記第２電極は、前記裏面パッシベーション層を通り抜けて前記第２導電層に電気的に接触する。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記基板の前面には、正面パッシベーション層が形成されている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記基板は、Ｎ型基板であり、前記第１導電層は、Ｐ型ドープ層を含み、前記第２導電層は、Ｎ型ドープ層を含む。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記第１導電層及び前記第２導電層のうちの少なくとも１つと前記基板の背向面との間には、誘電体層が設けられている。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記誘電体層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンを含む。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記誘電体層の厚さは、０.５ｎｍ～３ｎｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記誘電体層は、前記仕切領域に対応する前記基板の背向面を覆わない。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記第１ピラミッド状テクスチャー構造領域の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、２μｍ～４μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記第２ピラミッド状テクスチャー構造領域の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～３μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記境界領域の前記第１方向に沿う距離範囲は、３μｍ～５μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記線状凹凸テクスチャー構造の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～４μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記仕切領域の前記第１方向に沿う距離範囲は、５０～２００μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記仕切領域の前記基板の背向面の法線方向に沿う距離範囲は、１～６μｍである。
上述した太陽光電池において、好ましくは、前記仕切領域の面積と前記基板の背向面の面積との比は、１０％～３５％である。
本発明は、太陽光電池の作製方法を更に提供する。当該作製方法は、以下のステップ、即ち、
基板を提供するステップであって、前記基板が前面と前記前面に背向する背向面とを有し、前記背向面に第１方向に沿って千鳥状に間隔を空けて配列された第１領域及び第２領域があり、隣接する前記第１領域と前記第２領域との間に前記基板の内部へ窪んだ仕切領域があるステップと、
前記基板の背向面に第１導電層を形成するステップと、
基板の背向面に対してレーザ光による膜切りを行い、前記第２領域及び前記仕切領域に位置する第１導電層を除去するステップと、
前記仕切領域及び第２領域に第２導電層を形成するステップと、
前記第２導電層の表面の前記第２領域に対応する箇所に第１保護層を形成するステップと、
前記第１保護層で覆われていない第２導電層を除去するステップと、
前記第１保護層を除去するステップと、
テクスチャリングするステップであって、前記仕切領域に対応する前記背向面に幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域を形成し、前記第２導電層に幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域を形成し、隣接する前記第１ピラミッド状テクスチャー構造領域と隣接する前記第２ピラミッド状テクスチャー構造領域との間に境界領域があり、前記背向面の前記境界領域に線状凹凸テクスチャー構造を形成するステップと、
前記第１導電層に第１電極を形成し、前記第２導電層に第２電極を形成するステップと、を含む。
上述した太陽光電池の作製方法において、好ましくは、前記第１保護層は、インク（ＩＮＫ）保護層である。
本発明は、太陽光発電モジュールを更に提供する。当該太陽光発電モジュールは、
上記太陽光電池を接続して形成された電池ストリングと、
前記電池ストリングの表面を覆うためのパッケージ層と、
前記パッケージ層の前記電池ストリングから離間する表面を覆うための蓋板と、を備える。
従来技術よりも、本発明では、ＩＢＣ電池の局所構造設計を最適化することにより、仕切領域が第１導電層と第２導電層とを有効的に隔て、界面複合が減少し、且つ隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域との間に境界領域があり、背向面の境界領域に線状凹凸テクスチャー構造が形成されるため、基板背向面の入射光反射が増加し、太陽光電池の光線に対する吸収数が増加し、太陽光電池の変換効率が向上する。
本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の構造模式図である。 本発明に関わる第２種構造の太陽光電池の構造模式図である。 本発明に関わる第３種構造の太陽光電池の構造模式図である。 本発明に関わる太陽光電池の仕切領域及び第２導電層のＳＥＭ図である。 図２の局所拡大模式図である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図一である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図二である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図三である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図四である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図五である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図六である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図七である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図八である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図九である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図十である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図十一である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図十二である。 本発明に関わる第１種構造の太陽光電池の作製過程における構造模式図十三である。 本発明に関わる太陽光発電モジュールの構造模式図である。
以下に図面を参照して説明した実施例は、例示的なものであり、本発明を説明するために用いられるだけであり、本発明を限定するものと解釈することができない。
交差指型バックコンタクトは、ＩＢＣ電池とも呼ばれる。ＩＢＣ電池ボロンドープ領域とリンドープ領域とを有効的に隔てるとともにＩＢＣ電池の効率を向上させることは、解決すべき技術課題となっている。
上記技術課題を解決すべく、本発明の実施例は、太陽光電池を提供する。太陽光電池は、ＩＢＣ電池であり、図１―１、図１―２又は図１―３に示すように、少なくとも基板１、第１導電層６、第２導電層７、第１電極８及び第２電極９を備える。
基板１は、前面２と前面２に背向する背向面３とを有し、前面２は、太陽光の照射方向へ向かう受光面であり、背向面３は、前面２に背向する面である。
基板１は、例えば、第１導電タイプドーパントを含む結晶性半導体（例えば、結晶シリコン）であってもよい。結晶性半導体は、単結晶シリコンであってもよく、また、第１導電タイプドーパントは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などのＶ族元素を含むＮ型ドーパント、又はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素を含むＰ型ドーパントであってもよい。
背向面３には、第１方向Ｄ１に沿って千鳥状に間隔を空けて配列された第１領域１０１及び第２領域１０２があり、隣接する第１領域１０１と第２領域１０２との間には、基板１の内部に窪んだ仕切領域４があり、第１導電層６は、第１領域１０１に形成され、第２導電層７は、第２領域１０２に形成され、第２導電層７は、第１導電層６と導電タイプが逆であり、仕切領域４は、第１導電層６及び第２導電層７を物理的に隔離するために用いられ、それにより、第１導電層６は、第２導電層７と絶縁され、又は第１電極８は、第２電極９と絶縁され、電池の正負電極が短絡し、又は電池の漏電現象の発生を回避し、電池の信頼性を向上させる。
第１電極８は、第１導電層６に電気的に接触し、第２電極９は、第２導電層７に電気的に接触し、幾つかの実施例において、第１電極８及び第２電極９の材料は、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなどの少なくとも１種の導電金属材料を含む。
図２及び図３に示すように、仕切領域４に対応する背向面３には、幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０が形成され、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０は、テクスチャリング（又はエッチング）プロセスによって形成され得る。テクスチャリングプロセスの態様は、化学エッチング、レーザエッチング、機械的エッチング、プラズマエッチングなどであってもよく、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０は、良好な光閉じ込め及び反射低減効果を有し、それにより、背向面３に入射された光線も利用されることが可能であり、光の有効接触面積を増加させ、光エネルギーの更なる利用を実現し、電池の発電効率を向上させる。
幾つかの実施例において、第１領域１０１及び第２領域１０２のそれぞれに対応する背向面３には、幾つかの非第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０、例えば、階段状の平坦テクスチャー構造が形成されている。
第１導電層６には、第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１が形成され、第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１は、テクスチャリングプロセスによって形成され得る。テクスチャリングプロセスの方式は、化学エッチング、レーザエッチング、機械法、プラズマエッチング等であってもよい。第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１は、良好な光閉じ込め及び反射低減効果を有し、それにより、背向面３に入射された光線も利用されることが可能であり、光の有効接触面積を増加させ、光エネルギーの更なる利用を実現し、電池の発電効率を向上させる。
１つの実行可能な実施形態において、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０及び第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１と異なり、第１導電層６及び／又は第２導電層７に対応する前記背向面２には、幾つかの四角錐台テクスチャー構造領域（図示せず）が形成され、四角錐台テクスチャー構造領域は、同様に良好な光閉じ込め及び反射低減効果を有することができる。
引き続き図２及び図３を参照すると、隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１との間には、境界領域５があり、背向面３の境界領域５には、線状凹凸テクスチャー構造１２が形成され、当該線状凹凸テクスチャー構造１２と第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０及び／又は第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１の表面との間には、異なる光閉じ込め構造が形成されている。これにより、界面複合が減少し、基板１の背向面３の入射光反射が増加し、太陽光電池の光線に対する吸収数が増加し、光線が電池によって再利用されるチャンスが増え、ＩＢＣ電池の光電変換効率が向上する。
図３に示すように、線状凹凸テクスチャー構造１２は、間隔を空けて配布された帯状又は線状テクスチャー構造であり、幾つかの帯状又は線状テクスチャー構造は、互いに平行であり、帯状又は線状テクスチャー構造の互いに対向する両端は、それぞれ第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０及び第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１に接触する。入射光の電池裏面での反射率が２％～６％向上可能であり、より多くの入射光が電池裏面に到達した後で反射されて再度基板１に進入して吸収され、光電変換効率は、更に０.０７％～０.１５％向上する。
図１―１又は図１―２に示すように、太陽光電池は、Ｎ型電池の構造であり、即ち、基板１は、Ｎ型結晶シリコン基板であり、第１導電層６は、Ｐ型ドープ層（即ちエミッタ）を含み、第２導電層７は、Ｎ型ドープ層（即ちベース）を含む。
幾つかの実施例において、図１―１に示すように、第１導電層６は、基板１の内部又は背向面４に形成されている。例えば、堆積、拡散又は印刷などの方法でＰ型ドーパントを用いて基板１の背向面４の所定の領域をドーピングすることにより、第１導電層６を形成する。この場合、Ｐ型ドーパントは、基板１とは逆の導電タイプの任意の不純物を有する。即ち、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ａｌ）又はインジウム（Ｉｎ）などのIII族元素を用いることができる。第１導電層６の結晶構造は、基板１の結晶構造と同じであり、例えば、単結晶シリコンである。第２導電層７と基板１との間に誘電体層１５が設けられ、本願の選択可能な技術的手段として、誘電体層１５は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの１つ又は複数を含む。第２導電層７は、Ｎ型ドーパントを用いてアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどをドーピングすることにより形成される。Ｎ型ドーパントは、基板１と同じ導電タイプを有する任意のドーパントであってもよい。即ち、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）又はアンチモン（Ｓｂ）などのＶ族元素を用いることができる。好ましくは、第２導電層７は、リンがドープされた多結晶シリコン層である。第２導電層７の結晶構造は、基板１の結晶構造と同じではない。
幾つかの実施例において、図１―２に示すように、第２導電層７は、図１―１に示す第２導電層７と同じであり、ここで繰り返し述べない。異なることは、第１導電層６とシリコン基板１との間に同様に誘電体層１５が設けられることである。本願の選択可能な技術的手段として、誘電体層１５は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの１つ又は複数を含み、第１導電層６は、Ｐ型ドーパントを用いてアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどをドーピングすることにより形成される。即ち、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのIII族元素のＰ型ドーパントを用いることができる。好ましくは、第１導電層６は、ホウ素がドープされた多結晶シリコン層である。第１導電層６の結晶構造は、基板１の結晶構造と異なる。
幾つかの実施例において、図１―３に示すように、太陽光電池は、Ｐ型電池の構造であり、基板１は、Ｐ型結晶シリコン基板であり、第１導電層６は、Ｐ型ドープ層（即ち、ベース）を含み、第２導電層７は、Ｎ型ドープ層（即ち、エミッタ）を含む。
Ｐ型ドープ層は、レーザ、又はドライエッチング、又はウェットエッチング、又は機械的なスクライブなどのプロセスにより基板１の上方に開口を形成し、Ｐ型結晶シリコン基板を露出させ、さらにＰ型結晶シリコン基板の背向面４に第１電極８を直接的に形成し、第１電極８を背向面４に接触させることにより、第１電極８内の金属原子が背向面３内に拡散し、ベース層を形成する。Ｐ型ドープ層は、金属電極と基板１で形成された合金層（例えば、Ａｌ―Ｓｉ合金層）を含む。
第２導電層７と基板１との間に誘電体層１５が設けられ、本発明の選択可能な技術的手段として、誘電体層１５は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの１つ又は複数を含む。第２導電層７は、Ｎ型ドーパントを用いてアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどをドーピングすることにより形成される。Ｎ型ドーパントは、基板１と同じ導電タイプを有する任意のドーパントであってもよい。即ち、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）又はアンチモン（Ｓｂ）のＶ族元素を用いてもよい。
本発明の実施例では、基板１がＮ型結晶シリコン基板を例として本発明のＩＢＣ電池構造を説明する。
図１―１、図１５及び図１６に示すように、裏面パッシベーション層１３をさらに備え、裏面パッシベーション層１３は、電池の裏面をパッシベーションすることができ、第１導電層６、第２導電層７及び仕切領域４の領域におけるダングリングボンドに対して、背向面３のキャリア複合速度を低下させ、光電変換効率を向上させる。裏面パッシベーション層１３は、第１導電層６、第２導電層７及び仕切領域４の表面に位置し、第１電極８は、裏面パッシベーション層１３を通り抜けて第１導電層６に電気的に接触し、第２電極９は、裏面パッシベーション層１３を通り抜けて第２導電層７に電気的に接触する。本発明の選択可能な技術的手段として、裏面パッシベーション層１３には、開口が設けられてもよく、それにより、第１電極８と第２電極９が通った後に、それぞれ第１導電層６と第２導電層７に電気的に接触することで、金属電極と第１導電層６及び第２導電層７との接触面積を減少させ、さらに接触抵抗を低減し、開路電圧を向上させる。
好ましくは、裏面パッシベーション層１３は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１種又は複数種の積層構造を含む。
幾つかの実施例において、裏面パッシベーション層１３の厚さ範囲は、１０ｎｍ～１２０ｎｍであり、具体的に１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ又は１２０ｎｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
好ましくは、基板１の前面２には、正面パッシベーション層１４が形成され、正面パッシベーション層１４は、基板１の前面２をパッシベーションする作用を果たすことができ、界面でのキャリアの複合を低減し、キャリアの伝送効率を向上させ、さらにＩＢＣ電池の光電変換効率を向上させる。
好ましくは、正面パッシベーション層１４は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも１種の又は複数種の積層構造を含む。
好ましくは、正面パッシベーション層１４の表面には、さらに反射低減層２２が設けられ、反射低減層２２は、入射光線の反射を低減し、光線に対する屈折を向上させ、それにより、光線の利用率を向上させ、光電変換効率を向上させる。幾つかの実施例において、反射低減層２２と類似し、正面パッシベーション層１４は、入射光線に対して反射低減作用を果たすことができる。
好ましくは、第１導電層６と第２導電層７の少なくとも１つと基板１の背向面３との間に極薄型の誘電体層１５が設けられ、誘電体層１５は、基板１の背向面３を界面パッシベーションし、界面でのキャリアの複合を低減し、キャリアの伝送効率を保証し、本実施例に関わる技術的手段では、図９乃至図１６に示すように、誘電体層１５は、第２導電層７と基板１の背向面３との間に設けられている。
本願の選択可能な技術的手段として、誘電体層１５は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのうちの１つ又は複数を含む。
幾つかの実施例において、誘電体層１５の厚さは、０．５ｎｍ～３ｎｍである。誘電体層１５の厚さが大きすぎると、多くのキャリアのトンネル効果が影響を受け、キャリアは、伝送して誘電体層１５を通過しにくく、さらに誘電体層１５のトンネリング及びパッシベーション効果に影響を与え、電池の光電変換効率は、徐々に低下する。誘電体層１５の厚さが小さすぎると、電極スラリーとの接触に不利である。好ましくは、誘電体層１５の厚さは、０．５ｎｍ～３ｎｍである。具体的には、誘電体層１５の厚さは、０．５ｎｍ、０．９ｎｍ、１．０ｎｍ、１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、１．８ｎｍ、２．０ｎｍ、２．２ｎｍ、２．４ｎｍ、２．６ｎｍ、２．８ｎｍ、３ｎｍなどであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
幾つかの実施例において、誘電体層１５は、仕切領域４に対応する基板１の背向面３を覆わない。第１導電層６がＰ型ドープ層であり、第２導電層７がＮ型ドープ層である場合、誘電体層１５は、トンネル酸化層として選択され、トンネル酸化層は、多数キャリアがトンネリングして第１導電層６及び第２導電層７に進入することを許可すると同時に、少数キャリアの通過を阻止し、さらに多数キャリアは、第１導電層６及び第２導電層７内に横方向に輸送されて第１電極８又は第２電極９により収集され、トンネル酸化層と第１導電層６及び第２導電層７は、トンネル酸化層のパッシベーション接触構造を構成し、優れた界面パッシベーション及びキャリアの選択的な収集を実現し、キャリアの複合を低減し、ＩＢＣ電池の光電変換効率を向上させる。なお、トンネル酸化層の実際の効果に完璧なトンネルバリアを備えなくてもよく、それは、例えばピンホールなどの欠陥を含んでもよく、それは、他の電荷キャリア伝送メカニズム（例えばドリフト、拡散）がトンネル効果に対して主導を占めることをもたらすことができるためである。
幾つかの実施例において、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、２μｍ～４μｍである。具体的に、距離は、２.０μｍ、２.５μｍ、３.０μｍ、３.５μｍ、４.０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０の頂部表面と底部表面との間の距離が上記範囲に規定されたときに、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０は、良好な光閉じ込め効果及び反射低減効果を有し、光電変換効率を更に向上させる。
幾つかの実施例において、第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～３μｍである。具体的に、距離は、１μｍ、１.５μｍ、２.０μｍ、２.５μｍ、３.０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１の頂部表面と底部表面との間の距離が上記範囲に規定されたときに、第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１は、良好な光閉じ込め効果及び反射低減効果を有し、光電変換効率を更に向上させる。
幾つかの実施例において、境界領域５の第１方向Ｄ１に沿う距離範囲は、３μｍ～５μｍである。具体的に、距離は、３.０μｍ、３.５μｍ、４.０μｍ、４.５μｍ、５.０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。境界領域５が広すぎると、背向面３の有効面積が無駄にされる可能性があり、有効キャリアも収集されにくく、電池性能を低下させる。境界領域５が狭すぎると、良好な正負極の絶縁作用を果たすことができない。
幾つかの実施例において、図２及び図３に示すように、線状凹凸テクスチャー構造１２の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～４μｍである。具体的に、距離は、１μｍ、１.５μｍ、２.０μｍ、２.５μｍ、３.０μｍ等であってもよく、無論上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。線状凹凸テクスチャー構造１２の頂部表面と底部表面との間の距離が上記範囲に規定されたときに、線状凹凸テクスチャー構造１２によって入射光の反射を増加可能であり、光電変換効率を更に向上させる。
幾つかの実施例において、仕切領域４の第１方向Ｄ１に沿う距離範囲は、５０～２００μｍであり、具体的に、距離は、５０μｍ、７０μｍ、９０μｍ、１１０μｍ、１３０μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ、１９０μｍ、２００μｍなどであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。仕切領域４が広すぎると、背向面３の有効面積が無駄にされる可能性があり、有効キャリアも収集されにくく、電池性能を低下させる。仕切領域４が狭すぎると、良好な正負極の絶縁作用を果たすことができない。
幾つかの実施例において、仕切領域４の基板の背向面３の法線方向に沿う距離範囲は、１～６μｍであり、具体的に、距離は、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍなどであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。
幾つかの実施例において、仕切領域４の面積と基板１の背向面３の面積との比は、１０％～３５％であり、具体的に、比は、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％などであってもよく、無論、上記範囲内の他の値であってもよく、ここで限定されない。仕切領域４の面積の占める割合が大きすぎると、背向面３の有効面積が無駄にされる可能性があり、有効キャリアも収集されにくく、電池性能を低下させ、仕切領域４の面積の占める割合が小さすぎると、良好な正負極の絶縁作用を果たすことができない。
上記実施例によると、本発明は、Ｎ型太陽光電池の作製方法を更に提供し、以下のステップ、即ち、
基板１を提供するステップであって、基板１が前面２と前面２に背向する背向面３とを有し、背向面３に、第１方向Ｄ１に沿って千鳥状に間隔を空けて配列された第１領域１０１及び第２領域１０２があり、隣接する第１領域１０１と第２領域１０２との間に仕切領域４があるステップと、
基板１の背向面３に第１導電層６を形成するステップと、
基板１の背向面３に対してレーザ光による膜切りを行い、第２領域１０２及び仕切領域４に位置する第１導電層６を除去するステップと、
基板１の背向面３に第２導電層７を形成するステップと、
第２導電層７の表面の第２領域１０２に対応する箇所に第１保護層１８を形成するステップと、
第１保護層１８で覆われていない第２導電層７を除去するステップと、
第１保護層１８を除去するステップと、
テクスチャリングするステップであって、仕切領域４に対応する背向面３に幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０を形成し、第２導電層７に幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１を形成し、隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１との間に境界領域があり、背向面３の境界領域５に有線状凹凸テクスチャー構造１２を形成するステップと、
第１導電層６に第１電極８を形成し、第２導電層７に第２電極９を形成するステップと、を含む。
上記作製方法を利用して製造された太陽光電池では、ＩＢＣ電池の局所構造設計が最適化されたため、仕切領域４が第１導電層６と第２導電層７とを有効的に隔て、界面複合が減少し、且つ隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１との間に境界領域５があり、背向面３の境界領域５に線状凹凸テクスチャー構造１２が形成されるので、基板１の背向面３の入射光反射が増加し、太陽光電池の光線に対する吸収数が増加し、太陽光電池の変換効率が向上する。
以下、本技術的手段を具体的に説明する。
Ｓ１０ステップでは、図４に示すように、基板１は、Ｎ型結晶シリコン基板であることが好ましく、前面２は、太陽光の照射方向に面する受光面であり、背向面３は、前面２に対向する表面であり、第１導電層６は、第１領域１０１に形成され、第２導電層７は、第２領域１０２に形成され、第２導電層７は、第１導電層６と、導電タイプが逆であり、仕切領域４は、第１導電層６及び第２導電層７を隔離するために用いられ、それにより、正負極の絶縁性能を向上させ、電池の漏電現象の発生を回避し、電池の信頼性を向上させる。
Ｓ２０ステップでは、図５及び図６に示すように、基板１にテクスチャリングを行い、基板１の背向面３に第１導電層６を形成し、本発明の実施例では、第１導電層６は、Ｐ型ドープ層（即ちエミッタ）を含み、温度８００～１２００℃で２ｈ～５ｈ拡散し、ホウ素を基板１にドーピングし、Ｎ型シリコンウェハ基板１の背向面３に第１導電層６を形成し、シート抵抗は、７０～１２０ｏｈｍ／ｓｑであり、ドープ層にさらに拡散して形成されたホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を有し、ＢＳＧ層１６は、隔離作用を果たし、第１導電層６をより良く保護し、ＢＳＧ層１６の厚さは、１００～２００ｎｍである。理解できるように、ホウ素拡散プロセスの場合、基板１の前面２にもＰ型ドープ層及び部分的なＢＳＧ層１６が形成され、この部分のホウケイ酸ガラスを除去する必要があり、好ましくは、濃度２％～１５％の鎖状ＨＦ酸を用いて前面２に位置するＢＳＧ層１６を除去する。
Ｓ３０ステップでは、図７及び図８に示すように、基板１の背向面３にレーザによる膜切りを行い、第２領域１０２及び仕切領域４に位置する第１導電層６を除去する。具体的には、まず、背向面３にレーザによる膜切りを行い、レーザによる膜切りパターンは、フォーク状を呈し、第２領域１０２及び仕切領域４の総和に対応し、対応する領域のＢＳＧ層１６を除去した後、研磨してレーザによる損傷を除去し、具体的には、レーザ光パワーが８Ｗ～１５Ｗであり、膜の開口幅が３００μｍ～６００μｍであり、研磨温度が５０℃～６５℃であり、研磨時間が４００ｓ～８００sであり、研磨液が、体積分率１％～５％のＮａＯＨ又は体積分率１％～３％のＫＯＨ、及び体積分率０．５％～２．５％の添加剤を含み、研磨深さが２～５μｍである。
Ｓ４０ステップでは、図９に示すように、基板１の背向面３に第２導電層７を形成し、第２導電層７は、Ｎ型ドープ層（即ち、ベース）を含み、具体的には、まず熱酸化で誘電体層１５（トンネル酸化層）を成長し、誘電体層１５の厚さは、０．１～１ｎｍであり、誘電体層１５に低圧化学気相堆積法により真性多結晶シリコンを堆積し、多結晶シリコンの厚さは、１００～２００ｎｍの範囲であり、温度７００～１０００℃で１ｈ～３ｈ拡散し、リンを真性多結晶シリコンにドーピングし、Ｎ型シリコンウェハ基板１の裏面にパッシベーション接触構造を形成し、パッシベーション接触構造は、誘電体層１５と第２導電層７との積層であり、第２導電層７のシート抵抗は、２５～４５ｏｈｍ／ｓｑであり、Ｎ型多結晶シリコンに、さらに拡散して形成されたリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）を有し、ＰＳＧ層１７は、１層のバリア層とすることができ、ＰＳＧ層１７の厚さは、２０～１００ｎｍの範囲である。
Ｓ５０ステップでは、図１０に示すように、第２導電層７の表面の第２領域１０２に対応する箇所に第１保護層１８が形成され、幾つかの実行可能な実施形態では、第１保護層１８は、インク（ＩＮＫ）保護層であり、第２導電層７のＰＳＧ層１７にスクリーン印刷又はインクジェット塗布の方式を採用し、１層のフォーク状のインク（ＩＮＫ）保護層を塗布し、当該インク（ＩＮＫ）保護層のパターンは、製造されるＩＢＣ電池のグリッド線パターンである。
Ｓ６０ステップでは、第１保護層１８で覆われていない第２導電層７を除去してから、第１保護層１８を除去してテクスチャリングし、仕切領域４に対応する背向面３には、幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０が形成され、第１導電層６には、幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１が形成され、隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１との間には、境界領域５があり、背向面３の境界領域５には、線状凹凸テクスチャー構造１２が形成されている。具体的に、
Ｓ６０１では、図１１に示すように、体積分率１％～２０％のＨＦ酸を用いて、第１保護層１８で覆われていないＰＳＧ層１７を腐食し、腐食時間が５ｓ～６０ｓである。
Ｓ６０２では、図１２に示すように、第１保護層１８で覆われていないＰＳＧ層１７を除去した後、アルカリ溶液を用いて第１保護層１８を溶出し、アルカリ溶液がＮａＯＨ濃度１％～１０％の溶液であり、時間が１８０ｓ～３００ｓである。
Ｓ６０３では、図１３に示すように、アルカリ溶液においてテクスチャリング又はアルカリ研磨を行い、アルカリ溶液がＮａＯＨ濃度０.５％～５％の溶液であり、温度が６０～８０℃であり、反応時間が２４０ｓ～５００ｓであり、ＰＳＧ層１７による保護のない第２導電層７を除去して仕切領域４を形成する。
Ｓ６０３では、図１４に示すように、テクスチャリング処理後の基板１に対してＲＣＡ洗浄を行ってから、１％～１０％のＨＦ溶液において洗浄を行い、基板１の表面をきれいに洗浄して基板１の表面の誘電体層１５、ＢＳＧ層１６及びＰＳＧ層１７を除去することにより、背向面３の異なる領域に異なる形態の構造を形成する。仕切領域４には、第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０が形成されている。第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０の頂部と底部との距離（又は高さ）範囲は、２～４μｍである。第２導電層７には、幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１が形成されている。第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１の頂部と底部との距離（又は高さ）範囲は、１～３μｍである。隣接する第１ピラミッド状テクスチャー構造領域１０と隣接する第２ピラミッド状テクスチャー構造領域１１との間には、境界領域５がある。境界領域５の幅は、３～５μｍであり、背向面３の境界領域５には、線状凹凸テクスチャー構造１２が形成されている。
Ｓ７０ステップでは、図１５及び図１６に示すように、基板１の前面２と背向面３にそれぞれ正面パッシベーション層１４と裏面パッシベーション層１３を堆積し、正面パッシベーション層１４は、酸化アルミニウム及び酸化シリコン、窒化シリコンの積層であり、裏面パッシベーション層１３は、酸化アルミニウム及び窒化シリコンであり、基板１の背向面３に銀アルミニウムペースト及び銀ペーストを印刷し、銀アルミニウムペーストの印刷は、第１導電層６に合わせて第１電極８を形成し、銀ペーストは、第２導電層７に位置合わせて第２電極９を形成し、焼結して金属化を完了する。
上記実施例に基づき、図１７に示すように、本願は、太陽光発電モジュールを更に提供し、当該太陽光発電モジュールは、電池ストリング１９とパッケージ層２０と蓋板２１とを含む。電池ストリング１９は、上述した太陽光電池を接続して形成されたものであり、隣接する電池ストリング１９の間に例えばタブ線などの導電ストリップを介して接続される。パッケージ層２０は、電池ストリング１９の表面を覆うために用いられる。蓋板２１は、パッケージ層２０の電池ストリング１９から離間する面を覆うために用いられる。
幾つかの実施例において、電池ストリング１９の数は、少なくとも２つであり、電池ストリング１７は、並列接続及び／又は直列接続の方式により電気的に接続される。
幾つかの実施例において、パッケージ層２０は、電池ストリング１９の正面及び裏面に設けられたパッケージ層を含み、パッケージ層２０の材料は、ＥＶＡ、ＰＯＥ又はＰＥＴなどのゴム膜を含むが、それらに限定されない。
幾つかの実施例において、蓋板２１は、電池ストリング１９の正面及び裏面に設けられた蓋板２１を含み、蓋板２１は、良好な光透過能力を有する材料が選択され、ガラス、プラスチックなどを含むが、それらに限定されない。
最後に説明すべきことは、以上各実施例が単に本発明の技術案を説明するためのものであり、制限用のものではない。上記各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として上記各実施例に記載された技術案について、変更又は一部若しくは全部の技術特徴に対して均等物による置換を行うことが可能であることは、理解されるべきである。しかし、これらの変更又は置換は、対応する技術案の本質を本発明の各実施例の技術案の範囲から逸脱させることなく、何れも本発明の請求項及び明細書の範囲に含まれるべきである。特に、構造的な衝突が存在しない限り、各実施例に言及された各技術特徴は、何れも任意の方式で組み合わせることができる。本発明は、本文における特定の実施例に限定されず、請求項の範囲内に収まる全ての技術案を含むべきである。
１ 基板、１０１ 第１領域、１０２ 第２領域、２ 前面、３ 背向面、４ 仕切領域、５ 境界領域、６ 第１導電層、７ 第２導電層、８ 第１電極、９ 第２電極、１０ 第１ピラミッド状テクスチャー構造領域、１１ 第２ピラミッド状テクスチャー構造領域、１２ 線状凹凸テクスチャー構造、１３ 裏面パッシベーション層、１４ 正面パッシベーション層、１５ 誘電体層、１６ ＢＳＧ層、１７ ＰＳＧ層、１８ 第１保護層、１９ 電池ストリング、２０ パッケージ層、２１ 蓋板、２２ 反射低減層、Ｄ１ 第１方向。

Claims (19)

  1. 太陽光電池であって、
    前面と前記前面に背向する背向面とを有する基板であって、前記背向面に、第１方向に沿って千鳥状に間隔を空けて配列された第１領域及び第２領域があり、隣接する前記第１領域と前記第２領域との間に、前記基板の内部へ窪んだ仕切領域がある基板と、
    前記第１領域に形成される第１導電層と、
    前記第２領域に形成され、前記第１導電層の導電タイプとは逆である第２導電層と、
    前記第１導電層に電気的に接触する第１電極と、
    前記第２導電層に電気的に接触する第２電極と、を備え、
    前記仕切領域と、隣接する前記第１導電層及び／又は前記第２導電層との間には、境界領域があり、前記境界領域に対応する前記背向面の前記境界領域には、線状凹凸テクスチャー構造が形成されていることを特徴とする太陽光電池。
  2. 前記仕切領域に対応する前記背向面には、幾つかの第１ピラミッド状テクスチャー構造領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  3. 前記第１導電層及び／又は第２導電層に対応する前記背向面には、幾つかの第２ピラミッド状テクスチャー構造領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  4. 前記第１導電層及び／又は第２導電層に対応する前記背向面には、幾つかの四角錐台テクスチャー構造領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  5. 裏面パッシベーション層を更に備え、
    前記裏面パッシベーション層は、前記第１導電層、前記第２導電層及び前記仕切領域の表面に位置し、前記第１電極は、前記裏面パッシベーション層を通り抜けて前記第１導電層に電気的に接触し、前記第２電極は、前記裏面パッシベーション層を通り抜けて前記第２導電層に電気的に接触することを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  6. 前記基板の前面には、正面パッシベーション層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  7. 前記基板は、Ｎ型基板であり、前記第１導電層は、Ｐ型ドープ層を含み、前記第２導電層は、Ｎ型ドープ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  8. 前記第１導電層及び前記第２導電層のうちの少なくとも１つと前記基板の背向面との間には、誘電体層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  9. 前記誘電体層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化シリコン又は酸窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽光電池。
  10. 前記誘電体層の厚さは、０.５ｎｍ～３ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の太陽光電池。
  11. 前記誘電体層は、前記仕切領域に対応する前記基板の背向面を覆わないことを特徴とする請求項８に記載の太陽光電池。
  12. 前記第１ピラミッド状テクスチャー構造領域の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、２μｍ～４μｍであることを特徴とする請求項２に記載の太陽光電池。
  13. 前記第２ピラミッド状テクスチャー構造領域の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～３μｍであることを特徴とする請求項３に記載の太陽光電池。
  14. 前記境界領域の前記第１方向に沿う距離範囲は、３μｍ～５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  15. 前記線状凹凸テクスチャー構造の頂部表面と底部表面との間の距離範囲は、１μｍ～４μｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  16. 前記仕切領域の前記第１方向に沿う距離範囲は、５０～２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  17. 前記仕切領域の前記基板の背向面の法線方向に沿う距離範囲は、１～６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  18. 前記仕切領域の面積と前記基板の背向面の面積との比は、１０％～３５％であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光電池。
  19. 太陽光発電モジュールであって、
    請求項１～１８の何れか一項に記載の太陽光電池を接続して形成された電池ストリングと、
    前記電池ストリングの表面を覆うためのパッケージ層と、
    前記パッケージ層の前記電池ストリングから離間する表面を覆うための蓋板と、を備える、ことを特徴とする太陽光発電モジュール。
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