JP2024049279A - 太陽電池および光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池の開放電圧を向上させ、太陽電池の光電変換効率を高める。
【解決手段】太陽電池は、ドーピング層のドーピング濃度は基板のドーピング濃度よりも大きく、ドーピング層は、第１方向に沿って間隔をあけて設置された複数の第１ドーピング領域と、隣接する第１ドーピング領域の間に位置する複数の第２ドーピング領域及び第３ドーピング領域と、を含み、第１ドーピング領域のドーピング濃度は第２ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さくかつ第３ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さく、トンネル誘電体層は第１ドーピング領域の表面及び第２ドーピング領域の表面に位置し、ドーピング導電層は、第１ドーピング領域に正対し、各第１電極はドーピング導電層の基板から離れる側に設けられ、ドーピング導電層と電気的に接続され、導電性輸送層は第２ドーピング領域に正対し、導電性輸送層はトンネル誘電体層の表面に位置する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施例は、光起電力の分野に関し、特に、太陽電池及び光起電力モジュール（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｍｏｄｕｌｅ）に関するものである。
太陽電池の性能（例えば、光電変換効率）に影響を与える要素には、光損失及び電気損失を含む。光損失には、電池前表面の反射損失、接触グリッド線のシャドウ損失、及び長波非吸収損失などを含み、電気損失には、半導体表面と本体の光生成キャリア再結合、半導体と金属グリッド線との接触抵抗、および金属と半導体との接触抵抗などの損失を含む。
太陽電池の電力損失および光損失を低減するため、一般的に太陽電池の裏面を研磨する必要がある。裏面研磨プロセスは主に湿式化学法を用いて裏面ホウ素ドープピラミッド状のテクスチャー構造を研磨し、光の内部反射を増やし、キャリア表面の再結合速度を下げ、電池の光電変換効率を高めている。裏面研磨プロセスにおいて、結晶シリコン太陽電池の裏面研磨面形態は長波長帯域光の裏面反射とその後に裏面に形成される膜の均一性に有利であり、太陽電池の効率向上に重要な役割を果たしている。裏面研磨プロセスは太陽電池の性能を最適化することができるが、このような太陽電池の性能に影響する要素は依然として多いため、高効率的なパッシベーションコンタクト太陽電池を開発することは重要な意義がある。
本願実施例には、少なくとも太陽電池の光電変換効率を向上させることに有利である太陽電池および光起電力モジュールが提供される。
本願の幾つかの実施例によれば、本願の一態様は太陽電池を提供し、基板と、ドーピング層と、トンネル誘電体層と、第１方向に沿って間隔をあけて配置された複数のドーピング導電層と、第１方向に沿って間隔をあけて配置された複数の第１電極と、複数の導電性輸送層と、を含み、前記ドーピング層は前記基板の第１表面に近接する基板内に位置し、前記ドーピング層内のドーパント元素の種類は前記基板のドーパント元素の種類と同じであり、前記ドーピング層のドーピング濃度は前記基板のドーピング濃度よりも大きく、前記ドーピング層は、第１方向に沿って間隔をあけて設置された複数の第１ドーピング領域と、隣接する前記第１ドーピング領域の間に位置する複数の第２ドーピング領域と、隣接する前記第１ドーピング領域の間に位置する複数の第３ドーピング領域と、を含み、前記第１ドーピング領域のドーピング濃度は前記第２ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さくかつ前記第３ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さく、前記トンネル誘電体層は前記第１ドーピング領域の表面及び前記第２ドーピング領域の表面に位置し、前記ドーピング導電層は、前記第１ドーピング領域に正対し、前記ドーピング導電層は前記トンネル誘電体層の表面に位置し、前記第１電極は、第２方向に沿って延びており、各前記第１電極は前記ドーピング導電層の前記基板から離れる側に設けられ、前記ドーピング導電層と電気的に接続され、前記導電性輸送層は前記第２ドーピング領域に正対し、前記導電性輸送層は前記トンネル誘電体層の表面に位置し、各前記導電性輸送層は隣接する前記ドーピング導電層の間に位置し、前記ドーピング導電層の側面と接触する。
幾つかの実施例では、前記第２ドーピング領域のドーピング濃度が前記第３ドーピング領域のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、前記第１表面に垂直な方向に沿って、第１ドーピング領域のドーピング深さが第２ドーピング領域のドーピング深さよりも小さい。
幾つかの実施例では、前記第１表面に垂直な方向に沿って、前記第２ドーピング領域のドーピング深さが前記第３ドーピング領域のドーピング深さ以下である。
幾つかの実施例では、前記第１ドーピング領域のドーピング深さは３０ｎｍ～３００ｎｍであり、前記第２ドーピング領域のドーピング深さは５０ｎｍ～５００ｎｍであり、前記第３ドーピング領域のドーピング深さは２００ｎｍ～１５００ｎｍである。
幾つかの実施例では、前記第１ドーピング領域のドーピング濃度は５Ｅ１９～１Ｅ２１ｃｍ－３であり、前記第２ドーピング領域のドーピング濃度は１Ｅ２０～３Ｅ２１ｃｍ－３であり、前記第３ドーピング領域のドーピング濃度は５Ｅ１７～１Ｅ２０ｃｍ－３である。
幾つかの実施例では、前記第１ドーピング領域のドーピング総量は、前記第２ドーピング領域のドーピング総量よりも小さく、かつ前記第３ドーピング領域のドーピング総量よりも小さい。
幾つかの実施例では、前記ドーピング導電層におけるドーパント元素の種類は前記ドーピング層におけるドーパント元素の種類と同じであり、前記ドーピング層のドーピング濃度は前記ドーピング導電層のドーピング濃度よりも小さい。
幾つかの実施例では、前記導電性輸送層におけるドーパント元素の種類は前記ドーピング層におけるドーパント元素の種類と同じである。
幾つかの実施例では、前記導電性輸送層のドーピング濃度は前記ドーピング層のドーピング濃度よりも大きい。
幾つかの実施例では、前記第１方向に沿って、前記導電性輸送層は、間隔をあけて設置された本体部と、隣接する前記本体部の間に位置する接続部と、を含み、前記本体部は前記ドーピング導電層の側面と接触し、前記本体部のドーピング濃度は前記接続部のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、前記第２ドーピング領域は、第１サブドーピング部と、第２サブドーピング部と、を含み、前記第１サブドーピング部は前記本体部と位置合わせており、前記第２サブドーピング部は前記接続部と位置合わせており、前記第１サブドーピング部のドーピング濃度は前記第２サブドーピング部のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、前記第１表面に垂直な方向に沿って、前記第１サブドーピング部のドーピング深さが前記第２サブドーピング部のドーピング深さ以下である。
幾つかの実施例では、前記複数の導電性輸送層における前記接続部の総面積と前記導電性輸送層の総面積との比は１：１１～２：３である。
幾つかの実施例では、前記ドーピング層の材料は、単結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つである。
幾つかの実施例では、前記ドーピング層の材料は、前記基板の材料、前記ドーピング導電層の材料または前記導電性輸送層の材料のうちの少なくとも１つと同じである。
幾つかの実施例では、パッシベーシヨン層をさらに含み、前記パッシベーシヨン層は前記ドーピング導電層、前記導電性輸送層及び前記第３ドーピング領域の表面に位置する。
幾つかの実施例では、前記第２方向に沿って間隔をあけて設置される複数の第２電極をさらに備え、前記第２電極は、前記第１方向に沿って延び、かつ前記第１方向に沿って間隔をあけて配置される複数の前記第１電極と電気的に接続される。
幾つかの実施例では、隣接する前記第２電極の間に少なくとも１つの前記導電性輸送層を備え、前記太陽電池は、導電性接続層をさらに備え、前記導電性接続層は前記導電性輸送層と前記第２電極の間に位置し、前記導電性接続層の対向する側面はそれぞれ前記導電性輸送層の側面と前記第２電極の側面と接触する。
幾つかの実施例では、前記ドーピング層は、第４ドーピング領域をさらに備え、前記第４ドーピング領域は前記導電性接続層に正対し、前記第４ドーピング領域のドーピング濃度は前記第１ドーピング領域のドーピング濃度以上であり、かつ前記第３ドーピング領域のドーピング濃度以下である。
本願の幾つかの実施例によれば、本願の別の態様は光起電力モジュールが提供され、上記の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、前記セルストリングの表面を覆うための封止層と、前記封止層の前記セルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を備える。
本願実施例によって提供される技術案は、少なくとも以下の利点を有する。
本願実施例によって提供される技術案は、基板の表面にドーピング層を設け、ドーピング層が第１ドーピング領域と、第２ドーピング領域と、第３ドーピング領域とを備え、かつ第１ドーピング領域にドーピング導電層と第１電極を有し、第２ドーピング領域に導電性輸送層を有し、第３ドーピング領域に第１電極とドーピング導電層がない太陽電池を提供する。ドーピング導電層と第１電極との接触を向上させるために、一般的にドーピング導電層は、高濃度ドーピングに設定されるが、本願実施例では、第１ドーピング領域のドーピング濃度が第２ドーピング領域のドーピング濃度よりも低く、かつ第３ドーピング領域のドーピング濃度よりも低いことで、第１電極の下方に位置するドーパント元素の濃度が高すぎる時、基板のバンドギャップが収縮し、太陽電池の開放電圧が低下し、電界が衰えしてしまう現象を避けることができる一方、ドーピング導電層のドーピング濃度が大きすぎたり、ドーピング層のドーピング濃度が大きすぎたりする時、高濃度ドーピング効果（例えばトンネル効果による再結合電流）を避けることができる。ただし、ドーピング濃度が高い第２ドーピング領域と第３ドーピング領域を設置することで、第１電極の正対する領域以外のキャリアの輸送効率を向上させ、太陽電池の開放電圧を向上させ、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
また、ドーピング層のドーピング濃度は基板のドーピング濃度よりも大きく、ドーピング層と基板の間に高低接合が形成されることで、ドーピング層と基板の間にビルトイン電界が形成され、ドーピング濃度の高いドーピング層の表面に正の空間電荷が形成され、これによって、ドーピング濃度の低い基板の表面に負の空間電荷が形成され、基板内の多数キャリアがドーピング濃度の高いドーピング層にドリフトしやすくなり、電池の出力電流の向上に有利である。同時に、ビルトイン電界の存在により、基板とドーピング層の間にポテンシャル障壁が存在し、ドーピング濃度の高い多数キャリアがドーピング濃度の低い基板へドリフトすることを阻止する。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、特に断りのない限り、添付の図面における図は縮尺に制限されない。本発明の実施例または従来技術における技術案をよりも明確に説明するために、以下、実施例の説明に必要な図面を簡単に説明し、明らかに、以下説明された図面は、本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、進歩的な労働をしなくても、これらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。
図１は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の構成を示す図である。 図２は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるドーピング層の構成を示す図である。 図３は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の部分断面構造を示す図である。 図４は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の他の部分断面構造を示す図である。 図５は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の他の部分断面構造を示す図である。 図６は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図である。 図７は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図である。 図８は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図である。 図９は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるドーピング層のＥＣＶドーピング濃度曲線のグラフである。 図１０は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池の部分断面構造を示す図である。 図１１は、本願の一実施例により提供される他の太陽電池の構成を示す図である。 図１２は、本願の一実施例により提供される他の太陽電池におけるドーピング層の構成を示す図である。 図１３は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池の部分断面構造を示す図である。 図１４は、本願の実施例によって提供される光起電力モジュールの構成を示す図である。
背景技術から分かるように、従来の太陽電池の光電変換効率はよくない。
分析からわかるように、従来の太陽電池の光電変換効率が良くない原因の一つは、太陽電池の光電変換効率を高めるために、通常、基板のドーピング濃度を増やして多数キャリアの輸送速度を上げているが、電極の正対する領域にドーピング濃度の大きいドーピング導電層を設けることが多く、両者のドーピング濃度が同じく大きい時、電極の正対する領域の基板のバンドギャップ（禁制帯幅）が収縮し、太陽電池の開放電圧が低下し、電界が衰えてしまう恐れがあり、さらに、ドーピング濃度が大きくなると、高濃度ドーピング効果が現れ、暗電流が発生したり、多数キャリアがトンネル効果によって再結合電流が現れたりして、短絡電流を低減する恐れもあることにある。
本願実施例は、基板の表面にドーピング層を設け、ドーピング層が第１ドーピング領域と、第２ドーピング領域と、第３ドーピング領域とを備え、かつ第１ドーピング領域にドーピング導電層と第１電極を有し、第２ドーピング領域に導電性輸送層を有し、第３ドーピング領域に第１電極とドーピング導電層がない太陽電池を提供する。ドーピング導電層と第１電極との接触を向上させるために、一般的にドーピング導電層は、高濃度ドーピングに設定されるが、本願実施例では、第１ドーピング領域のドーピング濃度が第２ドーピング領域のドーピング濃度よりも低く、かつ第３ドーピング領域のドーピング濃度よりも低いことで、第１電極の下方に位置するドーパント元素の濃度が高すぎる時、基板のバンドギャップが収縮し、太陽電池の開放電圧が低下し、電界が衰えしてしまう現象を避けることができる一方、ドーピング導電層のドーピング濃度が大きすぎたり、ドーピング層のドーピング濃度が大きすぎたりする時、高濃度ドーピング効果（例えばトンネル効果による再結合電流）を避けることができる。ただし、ドーピング濃度が高い第２ドーピング領域と第３ドーピング領域を設置することで、第１電極の正対する領域以外のキャリアの輸送効率を向上させ、太陽電池の開放電圧を向上させ、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
また、ドーピング層のドーピング濃度は基板のドーピング濃度よりも大きく、ドーピング層と基板の間に高低接合が形成されることで、ドーピング層と基板の間にビルトイン電界が形成され、ドーピング濃度の高いドーピング層の表面に正の空間電荷が形成され、ドーピング濃度の低い基板の表面に負の空間電荷が形成され、これによって、基板内の多数キャリアがドーピング濃度の高いドーピング層にドリフトしやすくなり、電池の出力電流の向上に有利である。同時に、ビルトイン電界の存在により、基板とドーピング層の間にポテンシャル障壁が存在し、ドーピング濃度の高い多数キャリアがドーピング濃度の低い基板へドリフトすることを阻止する。
以下、本願の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をよりもよく理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部及び以下の各実施例に基づく種々の変更や修正がなくても、本願が保護を要求している技術案を実現することができる。
図１は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の構成を示す図であり、図２は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるドーピング層の構成を示す図であり、図３は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の部分断面構造を示す図であり、図４は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の他の部分断面構造を示す図であり、図５は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の他の部分断面構造を示す図であり、図６は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図であり、図７は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図であり、図８は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池におけるキャリアの輸送を示す図であり、図９は、本願の一実施例によって提供される太陽電池におけるドーピング層のＥＣＶドーピング濃度曲線のグラフである。ここで、図３及び図６は、図１のＡ１－Ａ２線に沿った断面構造を示す図であり、図４及び図７は、図１のＢ１－Ｂ２線に沿った断面構造を示す図であり、図５及び図８は、図１のＣ１－Ｃ２線に沿った断面構造を示す図である。
図１～８に示すように、太陽電池は、基板１００と、ドーピング層１１０と、トンネル誘電体層１０１と、第１方向Ｙに沿って間隔をあけて配置された複数のドーピング導電層１０２と、第１方向Ｙに沿って間隔をあけて配置された複数の第１電極１０３と、複数の導電性輸送層１０４と、を含む。ドーピング層１１０は基板１００の第１表面に近接する基板１００内に位置し、ドーピング層１１０内のドーパント元素の種類は基板１００のドーパント元素の種類と同じであり、ドーピング層１１０のドーピング濃度は基板１００のドーピング濃度よりも大きく、ドーピング層１１０は、第１方向Ｙに沿って間隔をあけて設置された複数の第１ドーピング領域１１１と、隣接する第１ドーピング領域１１１の間に位置する複数の第２ドーピング領域１１２と、隣接する第１ドーピング領域１１１の間に位置する第３ドーピング領域１１３と、を含み、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度は第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも小さくかつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度よりも小さい。前記トンネル誘電体層１０１は第１ドーピング領域１１１の表面及び第２ドーピング領域１１２の表面に位置する。ドーピング導電層１０２は、第１ドーピング領域１１１に正対し、ドーピング導電層１０２はトンネル誘電体層１０１の表面に位置する。第１電極１０３は、第２方向Ｘに沿って延びており、各第１電極１０３はドーピング導電層１０２の基板１００から離れる側に設けられ、ドーピング導電層１０２と電気的に接続される。導電性輸送層１０４は第２ドーピング領域１１２に正対し、導電性輸送層１０４はトンネル誘電体層１０１の表面に位置し、各導電性輸送層１０４は隣接するドーピング導電層１０２の間に位置し、ドーピング導電層１０２の側面と接触する。
基板１００は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いられ、いくつかの実施例では、基板１００の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンの少なくとも１種を含んでもよい。いくつかの実施例では、基板１００の材料は炭化珪素、有機材料または多成分化合物であってもよい。多成分化合物は、ペロブスカイト、ガリウム砒素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムなどを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施例では、基板１００内にドーパント元素を備え、ドーパント元素の種類はＮ型またはＰ型であり、Ｎ型元素はリン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素であってもよく、Ｐ型元素はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素であってもよい。例えば、基板１００がＰ型の基板である場合、その内部のドーパント元素の種類は、Ｐ型である。あるいは、基板１００がＮ型の基板である場合、その内部のドーパント元素の種類は、Ｎ型である。具体的には、いくつかの実施例では、基板１００はＮ型基板であってもよく、基板１００にはＮ型ドーパントイオン、例えば、リンイオン、ビスマスイオン、アンチモンイオンまたはヒ素イオンのいずれかをドーピングしてもよい。
いくつかの実施例では、太陽電池はＴＯＰＣＯＮ（ＴｕｎｎｅｌＯｘｉｄｅＰａｓｓｉｖａｔｅｄＣｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化層不動態化接触）電池であり、基板１００はさらに第１表面に対向して設けられる第２表面を含み、基板１００の第１表面と第２表面はいずれも入射光を受光したり光を反射させたりするために用いられる。いくつかの実施例では、第１表面は基板１００の裏面であり、第２表面は基板１００の前面であってもよい。いくつかの実施例では、第１表面が基板１００の前面であり、第２表面は基板１００の裏面であってもよい。
いくつかの実施例では、基板１００の第１表面は、非ピラミッド状テクスチャー、例えば積層された段差形態として設けられてもよく、これにより、基板１００の第１表面に位置するトンネル誘電体層１０１に高い致密性と均一性を持たせ、トンネル誘電体層１０１が基板１００の第１表面に対して良好なパッシベーション効果を有するようになる。基板１００の第２表面はピラミッド状テクスチャーとして設けられてもよく、これにより、基板１００の第２表面の入射光に対する反射率を小さくし、光に対する吸収利用率を高める。
いくつかの実施例では、ドーピング層１１０の材料は、単結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つである。
ドーピング層１１０の材料は、基板１００の材料、ドーピング導電層１０２の材料または導電性輸送層１０４の材料のうちの少なくとも１つと同じである。いくつかの実施例では、ドーピング層１１０の材料が基板１００の材料と同じである場合、ドーピング層１１０と基板１００は同一層のオリジナル基板と見なすことができ、ドーピング層１１０はオリジナル基板の第１表面に近い領域内に位置し、ドーピング層１１０での第１ドーピング領域１１１、第２ドーピング領域１１２及び第３ドーピング領域１１３の上面は面一である。ドーピング層１１０の材料は基板１００の材料と同じであることにより、異なる材料の導電率による光生成キャリアを消耗し、ドーピング層１１０と基板１００の間に界面準位欠陥がないことに起因して一部のキャリアの再結合を招き、電池効率を下げることを回避することができる。いくつかの実施例では、第１ドーピング領域１１１、第２ドーピング領域１１２及び第３ドーピング領域１１３の下面は面一である。
いくつかの実施例では、ドーピング層も拡散層であり、単独の拡散プロセス（ドーピング層の表面に直接ドーピングする）によって形成してもよいし、ドーピング導電層と導電輸送層を形成する時の拡散プロセスのドーパント元素が基板まで突き通して、一部が基板ドーピング濃度よりも高いドーピング層を形成してもよいし、両者を結合して形成してもよい。
また、開放電圧は材料のバンドギャップＥｇに関係しており、材料のフェルミ準位が伝導帯頂と充満帯頂に近づくほど、ＰＮ接合のビルトイン障壁電圧が高くなり、開放電圧が大きくなり、キャリアが遷移しやすくなる。ドーピング層１１０と基板１００の材料が異なる場合、キャリアは基板１００とドーピング層１１０の界面障壁領域とドーピング層１１０とトンネル誘電体層１０１の界面障壁領域に遷移する必要があり、キャリアの消費が大きくなり、かつ各材料のバンドギャップが異なり、すなわち開放電圧も異なり、キャリアの材料における移動度も異なるため、電池効率に影響を及ぼす可能性がある。
理解できるように、第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度は第１ドーピング領域１１１および第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも大きいため、レーザードーピングを採用する場合、第３ドーピング領域１１３に対するレーザー処理時間は第２ドーピング領域１１２および第１ドーピング領域１１１のレーザー処理時間よりも長くなり、第３ドーピング領域１１３の基板１００から離れる上面は第２ドーピング領域１１２および第１ドーピング領域１１１の上面よりも低い。
図６～図８に示すように、いくつかの実施例では、ドーピング層１１０のドーピング濃度は基板１００のドーピング濃度よりも大きく、ドーピング層１１０と基板１００の間に高低接合が形成されることで、ドーピング層１１０と基板１００の間にビルトイン電界が形成され、ドーピング濃度の高いドーピング層１１０の表面に正の空間電荷が形成され、これによって、ドーピング濃度の低い基板１００の表面に負の空間電荷が形成され、基板１００内の多数キャリアがドーピング濃度の高いドーピング層１１０にドリフトしやすくなり、電池の出力電流の向上に有利である。同時に、ビルトイン電界の存在により、基板１００とドーピング層１１０の間にポテンシャル障壁が存在し、ドーピング濃度の高い多数キャリアがドーピング濃度の低い基板１００へドリフトすることを阻止する。
いくつかの実施例では、第１方向Ｙに沿って、第２ドーピング領域１１２は隣接する第１ドーピング領域１１１の間に位置し、第３ドーピング領域１１３は隣接する第１ドーピング領域１１１の間に位置し、第２ドーピング領域１１２と第３ドーピング領域１１３は第２方向Ｘに沿って間隔をあけて設置されている。
第１ドーピング領域のドーピング総量は、第２ドーピング領域のドーピング総量よりも小さく、かつ第３ドーピング領域のドーピング総量よりも小さい。第１ドーピング領域１１１のドーピング総量は第１ドーピング領域１１１におけるドーパント元素の総量であると理解でき、ドーピング総量はドーピング濃度とドーピング深さにかかわっている。同様に、第２ドーピング領域１１２のドーピング総量は第２ドーピング領域１１２におけるドーパント元素の総量であると理解でき、第３ドーピング領域１１３のドーピング総量は第３ドーピング領域１１３におけるドーパント元素の総量であると理解できる。第１ドーピング領域１１１のドーピング総量は第２ドーピング領域１１２のドーピング総量よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング総量よりも小さいというのは、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度が第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度よりも小さいこと、または、第１ドーピング領域１１１のドーピング深さが第２ドーピング領域１１２のドーピング深さよりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング深さよりも小さいことを意味し、あるいは、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度は第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度よりも小さく、かつ、第１ドーピング領域１１１のドーピング深さは第２ドーピング領域１１２のドーピング深さよりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング深さよりも小さいことを意味する。従来技術では、ドーピング導電層１０２と第１電極１０３との接触を向上させるために、一般的に、ドーピング導電層１０２を高ドーピング濃度に設定する。本願実施例では、第１ドーピング領域１１１のドーピング総量が第２ドーピング領域１１２のドーピング総量よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング総量よりも小さいように設定することによって、第１電極１０３の下方にあるドーパント元素の濃度が高すぎる時、基板１００のバンドギャップが収縮し、太陽電池の開放電圧が低下し、電界が衰えてしまう現象を避けることができる。同時に、ドーピング導電層１０２のドーピング濃度が大きすぎたり、ドーピング層１１０のドーピング濃度が大きすぎたりする時に発生した高濃度ドーピング効果（例えば、トンネル効果による再結合電流）を避けることができる。ただし、ドーピング濃度の高い第２ドーピング領域１１２及び第３ドーピング領域１１３を設けることにより、第１電極１０３の正対する領域以外のキャリアの輸送効率を向上させ、太陽電池の開放電圧を向上させ、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、図９に示すように、第１ドーピング領域１１１のドーピング深さは３０ｎｍ～３００ｎｍであり、好ましくは、第１ドーピング領域１１１のドーピング深さは５０ｎｍ～２８０ｎｍであり、具体的に、５９ｎｍ、１０３ｎｍ、１５９ｎｍ、２１３ｎｍ、または２８０ｎｍであってもよい。第１ドーピング領域のドーピング濃度は５Ｅ１９～１Ｅ２１ｃｍ－３であり、選択できるが、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度は８Ｅ１９～９Ｅ２０ｃｍ－３であり、具体的に、９Ｅ１９ｃｍ－３、１．２Ｅ２０ｃｍ－３、４．５Ｅ２０ｃｍ－３、７．８Ｅ２０ｃｍ－３、または９Ｅ２０ｃｍ－３であってもよい。
いくつかの実施例では、第２ドーピング領域１１２のドーピング深さは５０ｎｍ～５００ｎｍであり、好ましくは、第２ドーピング領域１１２のドーピング深さは７０ｎｍ～４５０ｎｍであり、具体的に、７３ｎｍ、１８０ｎｍ、２６１ｎｍ、３７９ｎｍまたは４５０ｎｍであってもよい。第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度は１Ｅ２０～３Ｅ２１ｃｍ－３であり、選択できるが、第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度は２Ｅ２０～２．５Ｅ２１ｃｍ－３であり、具体的に、２Ｅ２０ｃｍ－３、５Ｅ２０ｃｍ－３、８Ｅ２０ｃｍ－３、１．６Ｅ２１ｃｍ－３または２．５Ｅ２１ｃｍ－３であってもよい。
いくつかの実施例では、第３ドーピング領域１１３のドーピング深さは２００ｎｍ～１５００ｎｍであり、好ましくは、第３ドーピング領域１１３のドーピング深さは２５０ｎｍ～１３００ｎｍであり、具体的には、２６０ｎｍ、５８０ｎｍ、９３１ｎｍ、１０６０ｎｍまたは１２９０ｎｍであってもよい。第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度は５Ｅ１７～１Ｅ２０ｃｍ－３であり、選択できるが、第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度は６Ｅ１７～１Ｅ２０ｃｍ－３であり、具体的には、６Ｅ１７ｃｍ－３、４Ｅ１８ｃｍ－３、１Ｅ１９ｃｍ－３、８．３Ｅ１９ｃｍ－３または１Ｅ２０ｃｍ－３であってもよい。
いくつかの実施例では、第２ドーピング領域１１２のドーピング総量が第３ドーピング領域１１３のドーピング総量以下であることは、第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度が第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度以下であり、または、第２ドーピング領域１１２のドーピング深さが第３ドーピング領域１１３のドーピング深さ以下であること、あるいは、第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度が第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度以下であり、かつ、第２ドーピング領域１１２のドーピング深さが第３ドーピング領域１１３のドーピング深さ以下であることを含む。導電性輸送層１０４は隣接するドーピング導電層１０２の間に位置し、導電性輸送層１０４は電池の輸送能力を高めるために使われ、かつドーピング導電層１０２の側面に直接接触し、ドーピング導電層１０２に対向する第２ドーピング領域１１２の低濃度ドーピングによって高濃度ドーピング効果（例えば、トンネル効果による再結合電流）を避けることができる。
いくつかの実施例では、トンネル誘電体層１０１とドーピング導電層１０２は基板１００表面のパッシベーションコンタクト構造を構成するために用いられることができ、トンネル誘電体層１０１とドーピング導電層１０２を形成することでキャリアの基板１００表面での再結合を低減し、太陽電池の開放電圧を増大させ、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。具体的には、トンネル誘電体層１０１は、基板１００の第１表面の欠陥準位濃度を低減できるため、基板１００の第１表面の再結合中心を減らし、キャリアの再結合速度を下げることができる。
ドーピング導電層１０２はフィールドパッシベーション層を形成するために用いられ、少数キャリアを界面から脱出させ、少数キャリアの濃度を下げ、基板１００の界面におけるキャリア再結合の速度を遅くし、それによって、太陽電池の開放電圧、短絡電流及びバッキングファクターを大きくし、太陽電池の光電変換性能を改善する。いくつかの実施例では、ドーピング導電層１０２は基板１００と同じ導電型のドーパント元素を有する。
複数のドーピング導電層１０２は第２方向Ｘに沿って延び、かつ、複数のドーピング導電層１０２は第１方向Ｙに沿って間隔をあけて配置され、第１方向Ｙは第２方向Ｘに対して垂直である。いくつかの実施例では、第１電極１０３とドーピング導電層１０２は１対１で対応しており、即ち、１本の第１電極１０３は１つのドーピング導電層１０２に電気的に接続されている。つまり、第１電極１０３の対応する領域にのみドーピング導電層１０２を設けられ、これによって、第１電極１０３が設けられていない領域の寄生吸収作用を低減し、基板１００の光に対する利用率を高めることができる。いくつかの実施例では、第１電極１０３の材料は銀、アルミニウム、銅、錫、金、鉛またはニッケルのうちの少なくとも１つであってもよい。
トンネル誘電体層１０１とドーピング導電層１０２とは積層設置されており、具体的には、いくつかの実施例では、トンネル誘電体層１０１は基板１００の第１表面全体にわたって覆われ、複数のドーピング導電層１０２はトンネル誘電体層１０１の上面に間隔をあけて設置されてもよい。いくつかの実施例では、トンネル誘電体層１０１はドーピング導電層１０２と対応して配置され、即ち、トンネル誘電体層１０１はドーピング導電層１０２と基板１００の間に設置され、かつトンネル誘電体層１０１は導電性輸送層１０４と基板１００の間にも位置し、これにより、この部分のトンネル誘電体層１０１は基板１００の第１表面のキャリア再結合を低減する役割を果たし、導電性輸送層１０４に輸送されるキャリア濃度を高めることができる。
いくつかの実施例では、トンネル誘電体層１０１の材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化シリコン、酸窒化ケイ素、真性アモルファスシリコン、真性多結晶シリコンなどのトンネル作用を有する誘電体材料を含むことができるが、これらに限定されない。具体的には、トンネル誘電体層１０１は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含むシリコン酸化物層で形成されてもよく、シリコン酸化物は優れたパッシベーション特性を持ち、キャリアは簡単にシリコン酸化物層をトンネルすることができる。
いくつかの実施例では、導電性輸送層１０４の材料はドーピング導電層１０２の材料と同じである。導電性輸送層１０４とドーピング導電層１０２との材料を同じように設定することによって、生産過程にわたる材料種類を減らすことができ、管理に便利である。一方、導電性輸送層１０４とドーピング導電層１０２との材料を同じように設定することによって、導電性輸送層１０４とドーピング導電層１０２との接触がよくなり、キャリアはドーピング導電層１０２と導電性輸送層１０４の接触界面で良好な輸送効果を有し、輸送損失を減らすことができる。また、キャリアの導電性輸送層１０４およびドーピング導電層１０２における輸送レートを近似または同一にすることができ、キャリアの導電性輸送層１０４からドーピング導電層１０２への輸送効率を高めることができる。なお、ここでの材料が同じであるということは、導電性輸送層１０４にはドーピング導電層１０２と同じドーパントイオンの種類を有することを指す。
具体的には、いくつかの実施例では、ドーピング導電層１０２の材料は、ドープされたアモルファスシリコン、ドープされた多結晶シリコンまたはドープされた微結晶シリコン材料の少なくとも１つである。これに応じて、導電性輸送層１０４の材料は、ドープされたアモルファスシリコン、ドープされた多結晶シリコンまたはドープされた微結晶シリコン材料のうちの少なくとも１つであってもよい。
理解できるように、いくつかの実施例では、導電性輸送層１０４の材料はドーピング導電層１０２の材料と異なってもよく、例えば導電性輸送層１０４の材料はドープされたアモルファスシリコン、ドープされた多結晶シリコンまたはドープされた微結晶シリコンのいずれかであってもよく、ドーピング導電層１０２の材料はドープされたアモルファスシリコン、ドープされた多結晶シリコンまたはドープされた微結晶シリコンの他方であってもよい。
いくつかの実施例では、導電性輸送層１０４の材料はドーピング導電層１０２の材料と異なる場合、導電性輸送層１０４の材料の入射光に対する吸収係数をドーピング導電層１０２の材料に対する入射光の吸収係数よりも小さく設定することができ、これによって、キャリアの横方向輸送能力を向上させると同時に、導電性輸送層１０４の入射光に対する吸収能力を低減し、太陽電池の入射光に対する利用率を高めることができる。
いくつかの実施例では、導電性輸送層１０４は複数あり、複数の導電性輸送層１０４は第２方向Ｘに沿って間隔をあけて配置される。隣接する２つのドーピング導電層１０２の間に複数の導電性輸送層１０４を設けることによって、基板１００中の多数キャリアは複数の導電性輸送層１０４を通じてドーピング導電層１０２に輸送され、基板１００中の多数キャリアの横方向輸送能力を強めることができる。また、複数の導電性輸送層１０４を間隔をあけて配置するように設置し、即ち、導電性輸送層１０４は、隣接する２つのドーピング導電層１０２間の領域全体を覆うことなく、隣接する２つのドーピング導電層１０２間の局所領域に設けられる。これによって、導電性輸送層１０４の材料をドーピング導電層１０２の材料と同じように設定する場合、導電性輸送層１０４の全体面積が大きすぎなく、導電性輸送層１０４の入射光に対する吸収能力が強すぎることに起因して基板１００の入射光に対する利用率が低いという問題の発生を防ぐことができる。
いくつかの実施例では、複数の導電性輸送層１０４がアレイとして配置されることは、第１方向Ｙに沿って間隔をあけて配置された複数行の導電性輸送層１０４を含み、ここで、各行の導電性輸送層１０４のうちの複数の導電性輸送層１０４は第２方向Ｘに沿って間隔をあけて配置され、かつ第１方向Ｙに沿って隣接する２行の導電性輸送層１０４の間に少なくとも１本の第１電極１０３を有することを含む。つまり、いくつかの実施例では、隣接する導電性輸送層１０４間に第１電極１０３が１本しかない場合、各２つの隣接する第１電極１０３の間にいずれも導電性輸送層１０４がある。いくつかの実施例では、隣接する２行の導電性輸送層１０４の間に複数本の第１電極１０３があってもよく、これにより、一部の隣接する２本の第１電極１０３の間に導電性輸送層１０４があり、一部の隣接する第１電極１０３の間に導電性輸送層１０４がない。たとえば、第２方向Ｘにおいて、第１本の第１電極１０３と第２本の第１電極１０３との間には導電性輸送層１０４があり、第２本の第１電極１０３と第３本の第１電極１０３との間には導電性輸送層１０４がない。理解できるように、導電性輸送層１０４の材料とドーピング導電層１０２の材料が同じである場合、導電性輸送層１０４の数が多いほど、キャリアの横方向能力を強めると同時に、入射光に対する吸収能力が強くなる。したがって、第１電極１０３の総数と第１電極１０３の電流収集能力に対するニーズに基づいて、導電性輸送層１０４とドーピング導電層１０２との接続関係を柔軟に設定することができ、キャリア輸送能力を高めると同時に、導電性輸送層１０４は入射光に強い吸収作用を生じさせない。
図１に示すように、いくつかの実施例では、すべての隣接する第１電極１０３の間にはいずれも導電性輸送層１０４がある。各２本の第１電極１０３の間にいずれも導電性輸送層１０４を設けることによって、隣接する第１電極１０３間の横方向輸送能力を向上させ、各第１電極１０３の電流に対する収集能力を高めることができる。
いくつかの実施例では、１行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４は、隣接する１行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４と１対１で対応しており、かつ対応する２つの導電性輸送層１０４は、第１方向Ｙに沿って間隔をあけて配置されている。例えば、第１行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４と第２行の導電性輸送層１０４における対応する導電性輸送層１０４は、第１方向Ｙにおいて位置合わせて分布し、各行の導電性輸送層１０４は規則的に配置される。これにより、導電性輸送層１０４の数が多くなり、基板１００中のキャリアを横方向に輸送するための横方向輸送経路を多く形成する。また、各行の導電性輸送層１０４は規則的に配置されることで、実際に導電性輸送層１０４を製造する工程において、導電性輸送層１０４を形成する工程を簡略化することができる。
いくつかの実施例では、１行の導電性輸送層１０４と隣接する１行の導電性輸送層１０４とは第２方向Ｘに沿ってずらして配置され、例えば、第１行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４と第２行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４とは、第１方向Ｙにおいて正対しておらず、即ち、第１行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４と第２行の導電性輸送層１０４における各導電性輸送層１０４とは、第２方向Ｘにおいてずらしている。複数の導電性輸送層１０４をずらして設置することによって、導電性輸送層１０４の数が多すぎないようにし、導電性輸送層１０４の入射光に対する吸収は多くなることを避けることができる。一方、導電性輸送層１０４の設置数を少なくしながら、導電性輸送層１０４を基板１００の第１表面に均一に分布させ、基板１００中の異なる位置におけるキャリアの横方向輸送能力を高めることができる。
いくつかの実施例では、第２方向Ｘに沿って、基板１００のエッジに近い導電性輸送層１０４の密度は、基板１００のエッジから離れる導電性輸送層１０４の密度よりも大きい。例えば、基板１００のエッジに近い導電性輸送層１０４の第２方向Ｘにおけるピッチは、基板１００のエッジから離れる導電性輸送層１０４の第２方向Ｘにおけるピッチよりも小さい。これにより、基板１００のエッジに近い導電性輸送層１０４の密度は、基板１００のエッジから遠い方よりも大きく、即ち、基板１００のエッジに近い導電性輸送層１０４に対応する基板１００中のキャリアの横方向輸送能力はよりも強くなり、基板１００のエッジに近い第１電極１０３中のキャリア濃度は大きくなり、これにより、最も外側の第２電極１０６のキャリア収集数量を補足し、最も外側の第２電極１０６の電流収集能力を高めることができる。
いくつかの実施例では、導電性輸送層１０４の上面はドーピング導電層１０２の上面よりも低いか、または面一である。導電性輸送層１０４の上面をドーピング導電層１０２の上面よりも高くないように設定することによって、導電性輸送層１０４の上面がドーピング導電層１０２の上面より突出して、導電性輸送層１０４の側面の入射光に対する吸収の問題を防ぎ、導電性輸送層１０４の入射光に対する寄生吸収能力を下げることができる。基板１００の表面に垂直な方向において、導電性輸送層１０４の高さはドーピング導電層１０２の高さの０．５～１．２倍であってもよい。
いくつかの実施例では、図６と図７に示すように、ドーピング導電層１０２におけるドーパント元素の種類はドーピング層１１０におけるドーパント元素の種類と同じであり、ドーピング層１１０のドーピング濃度はドーピング導電層１０２のドーピング濃度よりも小さい。ドーピング層１１０と基板１００の間に高低接合が形成され、ドーピング層１１０と基板１００の間に第１ビルトイン電界が構成され、ドーピング層１１０とドーピング導電層１０２の間に高低接合が形成され、ドーピング層１１０とドーピング導電層１０２の間に第２ビルトイン電界が構成され、かつ第１ビルトイン電界と第２ビルトイン電界の電圧の向きが同じであることにより、二重電圧差が形成され、基板１００内の多数キャリアは高濃度のドーピング層１１０までドリフトしやすい傾向があるが、再びドーピング導電層１０２までドリフトし、最後に第１電極１０３に収集され、電池の出力電流の向上に有利である。同時にビルトイン電界の存在により、基板１００とドーピング層１１０の間にポテンシャル障壁が存在し、ドーピング層１１０とドーピング導電層１０２の間にポテンシャル障壁が存在し、高濃度ドーピングの多数キャリアが低濃度ドーピングの基板１００へドリフトすることを阻止する。
同様に、図８に示すように、導電性輸送層１０４におけるドーパント元素の種類はドーピング層１１０におけるドーパント元素の種類と同じであり、導電性輸送層１０４のドーピング濃度はドーピング層１１０のドーピング濃度よりも大きい。ドーピング層１１０と導電性輸送層１０４の間に高低接合が形成され、ドーピング層１１０と導電性輸送層１０４の間に第３ビルトイン電界が構成され、かつ第１ビルトイン電界と第３ビルトイン電界の電圧の向きが同じであることにより、二重電圧差が形成され、基板１００内の多数キャリアは高濃度ドーピングのドーピング層１１０までドリフトしやすい傾向があるが、再び導電性輸送層１０４までドリフトし、さらにドーピング導電層１０２までドリフトし、最後に第１電極１０３に収集され、電池の出力電流の向上に有利である。同時に、ビルトイン電界の存在によって、高濃度ドーピングの多数キャリアが低濃度ドーピングの基板１００へドリフトするのを阻止できる。
図１０は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池の部分断面構造を示す図である。
いくつかの実施例では、図１０に示すように、第１方向Ｙに沿って、導電性輸送層１０４は、間隔をあけて設置された本体部１２１と、隣接する本体部１２１の間に位置する接続部１２２と、を含み、本体部１２１はドーピング導電層１０２の側面と接触し、本体部１２１のドーピング濃度は接続部１２２のドーピング濃度以下である。導電性輸送層１０４はキャリアの横方向の輸送経路であるため、ドーピング導電層１０２に近接する導電性輸送層１０４の部分（すなわち、本体部１２１）におけるキャリア濃度が高くなり、本体部１２１に近接するドーピング導電層１０２内にも同様に高いキャリア濃度を持つ。したがって、第１電極１０３の電流の集約能力を高めることができると同時に、接続部１２２でのドーピング濃度が小さくなり、光に対する吸収が少なくなり、すなわち、導電性輸送層１０４の入射光に対する吸収が多くなるという問題を避け、さらに太陽電池全体の光電変換性能を高めることができる。
いくつかの実施例では、複数の導電性輸送層における接続部１２２の総面積と複数の導電性輸送層１０４の総面積との比は１：１１～２：３であり、選択できるが、接続部１２２の総面積と導電性輸送層１０４の総面積の比は１／３～２／３であり、具体的に、０．４、０．４８、０．５６または０．６２であってもよい。本体部１２１の面積の占める割合を多くすることで、第１電極１０３の電流収集能力を高めることができるとともに、光に対する吸収を減らし、電池効率を高めることができる。接続部１２２の面積の占める割合が大きい場合、キャリアの横方向の輸送能力を高めることができる。
いくつかの実施例では、接続部１２２の上面は光トラッピング構造を備える。光トラッピング構造は、導電性輸送層１０４の上面の入射光に対する反射能力を強め、導電性輸送層１０４の上面に照射する入射光を反射させることができ、導電性輸送層１０４に吸収することを防ぐことができる。この反射された一部の入射光は引き続き反射され、例えば、ドーピング導電層１０２及び導電性輸送層１０４で覆われていない領域に反射されることができ、基板１００に吸収かつ利用され、これにより、基板１００の入射光に対する吸収利用率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第１表面に垂直な方向に沿って、接続部１２２の断面形状は三角形、矩形、台形または楕円形を含み、接続部１２２の上面は本体部１２１の上面よりも低く、これによって、ドーピング導電層１０２は導電性輸送層１０４の上面に照射する入射光に対しある程度の遮断作用を発揮する。一方、入射光は接続部１２２の側壁で多重反射されることができ、導電性ドーピング層１１０の上面の入射光に対する寄生吸収を下げることができる。理解できるように、いくつかの実施例では、接続部１２２の断面形状は他の形状であってもよく、接続部を有する上面が基板１００に向かって凹むという特徴を満たせばよい。
いくつかの実施例では、第２ドーピング領域１１２は、間隔をあけて設置された第１サブドーピング部１３１と、隣接する第１サブドーピング部１３１の間に位置する第２サブドーピング部１３２と、を含み、第１サブドーピング部１３１はそれぞれ本体部１２１と位置合わせており、第２サブドーピング部１３２は接続部１２２と位置合わせており、第１サブドーピング部１３１のドーピング濃度は第２サブドーピング部１３２のドーピング濃度以下である。第１サブドーピング部１３１のドーピング総量は第２サブドーピング部１３２のドーピング総量以下である。第１サブドーピング部１３１のドーピング総量が第２サブドーピング部１３２のドーピング総量以下であることは、第１サブドーピング部１３１のドーピング濃度が第２サブドーピング部１３２のドーピング濃度以下であり、または、第１表面に垂直な方向に沿って、第１サブドーピング部１３１のドーピング深さが第２サブドーピング部１３２のドーピング深さ以下であること、あるいは、第１サブドーピング部１３１のドーピング濃度が第２サブドーピング部１３２のドーピング濃度以下であり、かつ、第１サブドーピング部１３１のドーピング深さが第２サブドーピング部１３２のドーピング深さ以下であることを含む。接続部１２２は隣接する本体部１２１の間に位置し、本体部１２１は直接にドーピング導電層１０２の側面と接触し、導電性輸送層１０４は電池の輸送能力を高めるために使われ、本体部１２１に正対する第１サブドーピング部１３１の低濃度ドーピングによって高濃度ドーピング効果（例えば、トンネル効果による再結合電流）を避けることができ、接続部１２２に正対する第２サブドーピング部１３２の高濃度ドーピングによってキャリアの輸送速度を高めることができる。
いくつかの実施例では、パッシベーシヨン層１０７をさらに含み、パッシベーシヨン層１０７はドーピング導電層１０２、導電性輸送層１０４及び第３ドーピング領域１１３の表面に位置し、パッシベーシヨン層１０７はポストパッシベーション層と見なすことができる。パッシベーシヨン層１０７は、単層構造または積層構造であってもよく、パッシベーシヨン層１０７の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化ケイ素、酸窒化シリコン炭素、酸化チタン、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウムなどの材料のうちの一つ又は複数であってもよい。
第１電極１０３は太陽電池のグリッド線であり、太陽電池の電流を収集してまとめるために使われる。第１電極１０３はバーンスルー型スラリーを焼結したものであってもよい。第１電極１０３の材料は、アルミニウム、銀、金、ニッケル、モリブデンまたは銅のうちの１つまたは複数であってもよい。いくつかの実施例において、第１電極１０３は、メイングリッド線またはバスバーと区別するために、微細グリッド線またはフィンガー状グリッド線を指す。
いくつかの実施例では、太陽電池は、基板１００のドーピング層１１０から離れる第２表面に位置し、基板１００と異なる種類のドーパント元素を有するエミッタと、エミッタの基板１００から離れる表面に位置し、フロントパッシベーション層と見なされる第１パッシベーション層と、間隔をあけて設置され、第１パッシベーション層を貫通してエミッタと接触している複数の電極と、をさらに含む。
いくつかの実施形態において、第１パッシベーション層は、単層構造または積層構造であってもよく、第１パッシベーション層の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸窒化シリコン炭素、酸化チタン、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウムなどの材料のうちの一つ又は複数であってもよい。
電極はバーンスルー型スラリーで焼結されたものである。電極とエミッタの接触は局所接触でも全体接触でもよい。電極の材料は、アルミニウム、銀、ニッケル、金、モリブデンまたは銅のうちの１つまたは複数であってもよい。いくつかの実施例では、電極は上部電極または正面電極である。いくつかの実施例において、電極は、メイングリッド線またはバスバーと区別するために、微細グリッド線またはフィンガー状グリッド線を指す。
いくつかの実施例では、エミッタの基板１００から離れた表面には、反射防止層があり、反射防止層は入射光の反射を防止する役割を果たすことができる。いくつかの実施例では、反射防止層は窒化ケイ素層であってもよく、窒化ケイ素層は窒化ケイ素材料を含んでもよい。いくつかの実施例では、反射防止層は多層構造に設置されでもよく、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素の１種または複数種の材料からなる積層構造であってもよい。
いくつかの実施例では、基板１００の第２表面は、基板１００の第１表面と類似した構造を備えてもよく、例えば、基板１００の第２表面は、基板１００から離れた第２表面に沿って順次積層設置された第２トンネル誘電体層と第２ドーピング導電層を備えてもよく、その中で、第２ドーピング導電層におけるドーピングイオンの種類はドーピング導電層１０２におけるドーピングイオンの種類と異なる。
図１１は、本願の一実施例により提供される他の太陽電池の構成を示す図であり、図１２は、本願の一実施例により提供される他の太陽電池におけるドーピング層の構成を示す図であり、図１３は、本願の一実施例によって提供される他の太陽電池の部分断面構造を示す図である。
いくつかの実施例では、太陽電池は、第２方向Ｘに沿って間隔をあけて配置される複数の第２電極１０６をさらに備え、第２電極１０６は、第１方向Ｙに沿って延び、かつ第１方向Ｙに沿って間隔をあけて設置される複数の第１電極１０３と電気的に接続され、第２電極１０６は、第１電極１０３の電流を収集してまとめ、電流を太陽電池から取り出すために用いられる。理解できるように、第２電極１０６は第１電極１０３だけでなく、一部のドーピング導電層１０２にも電気的と接触し、これによって、ドーピング導電層１０２でのキャリアは第１電極１０３を介さずに直接に第２電極１０６に輸送されることができ、第２電極１０６の電流に対する収集能力を高めることができる。
いくつかの実施例では、隣接する第２電極１０６の間に少なくとも１つの導電性輸送層１０４を備え、つまり第２電極１０６と導電性輸送層１０４は間隔をあけて設置されており、これによって、導電性輸送層１０４によって第２電極１０６を位置規制することができ、第２電極１０６を製造する工程において、余分な位置決め処理を行わずに第２電極１０６の位置を決めることができ、第２電極１０６に対する印刷が容易になり、工程プロセスが簡略化される。太陽電池は、導電性接続層１０５をさらに備え、導電性接続層１０５は導電性輸送層１０４と第２電極１０６の間に位置し、導電性接続層１０５の対向する側面はそれぞれ導電性輸送層１０４の側面と第２電極１０６の側面と接触し、これによって、第２電極１０６は第１電極１０３を介さずにドーピング導電層１０２によって基板１００の電流を収集できる。いくつかの実施例では、図１１に示すように、導電性接続層１０５は隣接する導電性輸送層１０４の間にも位置し、導電性接続層１０５の対向する側面は、それぞれ隣接する導電性輸送層１０４の２つの側面と接触している。
いくつかの実施例では、ドーピング層１１０は、第４ドーピング領域１１４をさらに備え、第４ドーピング領域１１４は導電性接続層１０５に正対し、第４ドーピング領域１１４のドーピング濃度は第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度以上であり、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度以下である。第４ドーピング領域１１４のドーピング濃度が第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度以上であり、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度以下であることによる技術的効果は、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度が第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度よりも小さいことによる技術的効果と類似しているため、ここで繰り返して説明する必要がない。
第４ドーピング領域１１４のドーピング深さは第１ドーピング領域１１１のドーピング深さ以上であり、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング深さ以下である。第４ドーピング領域１１４のドーピング深さが第１ドーピング領域１１１のドーピング深さ以上であり、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング深さ以下であることによる技術的効果は、第１ドーピング領域１１１のドーピング深さが第２ドーピング領域１１２のドーピング深さよりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング深さよりも小さいことによる技術的効果と類似しているため、ここで繰り返して説明する必要がない。
本願実施例は、上述の実施例のいずれかの太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、セルストリングの表面を覆うための封止層と、封止層のセルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を備える光起電力モジュールを提供する。
上記の実施例が提供する技術案において、基板１００の表面にドーピング層１１０が設けられ、かつドーピング層１１０は第１ドーピング領域１１１と、第２ドーピング領域１１２と、第３ドーピング領域１１３と、を含み、第１ドーピング領域１１１にはドーピング導電層１０２及び第１電極１０３があり、第２ドーピング領域１１２には導電性輸送層１０４があり、第３ドーピング領域１１３には第１電極１０３及びドーピング導電層１０２がない。ドーピング導電層１０２と第１電極１０３との接触を向上させるために、通常、ドーピング導電層１０２は高濃度ドーピングとして設定され、本願実施例では、第１ドーピング領域１１１のドーピング濃度が第２ドーピング領域１１２のドーピング濃度よりも小さく、かつ第３ドーピング領域１１３のドーピング濃度よりも小さく設定することで、第１電極１０３の下方に位置するドーパント元素の濃度が大きすぎる時、基板１００のバンドギャップが収縮し、太陽電池の開放電圧が低下し、電界が衰えてしまう現象を避けることができるとともに、ドーピング導電層１０２のドーピング濃度が大きすぎたり、ドーピング層１１０のドーピング濃度が大きすぎたりすることに起因する高濃度ドーピング効果（例えば、トンネル効果による再結合電流）を避けることができる。ただし、ドーピング濃度の高い第２ドーピング領域１１２及び第３ドーピング領域１１３を設けることにより、第１電極１０３の正対する領域以外のキャリアの輸送効率を向上させ、太陽電池の開放電圧を向上させ、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
図１４は、本願の他の実施例によって提供される光起電力モジュールの構成を示す図である。
図１４に示すように、本願実施例では、上記実施例で提供された太陽電池２０を複数接続してなるセルストリングと、セルストリングの表面を覆うための封止層２１と、封止層２１のセルストリングから離れた表面を覆うためのカバープレート２２と、を含む光起電力モジュールを提供する。太陽電池２０は、全体または複数のスライスの形で電気的に接続されて複数の電池ストリングを形成し、複数の電池ストリングは、直列および／または並列に電気的に接続されている。
具体的には、いくつかの実施例において、複数のセルストリングの間は、伝導バンドによって電気的に接続されていてもよい。封止層２１は、太陽電池２０の正面または裏面のうちの一方を覆う第１封止層２１１と、太陽電池２０の正面または裏面のうちの他方を覆う第２封止層２１２と、を含み、具体的には、第１封止層２１１または第２封止層２１２の少なくとも一方は、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）接着フィルム、ポリエチレンオクテン－エラストマー（ＰＯＥ）接着フィルム、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着フィルム等の有機封止フィルムであってもよい。いくつかの実施例において、カバープレート２２は、ガラスカバープレートやプラスチックカバープレートなどの光透過機能を有するカバープレートであってもよい。具体的には、カバープレート２２の封止層２１に向かう面を凹凸面にしても良く、これによって、入射光線の利用率を高めることができる。カバープレート２２は、第１カバープレート２２１と第２カバープレート２２２と、を含み、第１カバープレート２２１は第１封止層２１１に対向し、第２カバープレート２２２は第２封止層２１２に対向する。
本願は、実施例で上記のように開示されているが、特許請求の範囲を限定するものではなく、当業者であれば、本願の着想から逸脱することなく、若干の可能な変動および修正を加えることができるため、本願の保護範囲は、本願の請求項によって規定される範囲に従うべきである。また、本願明細書の実施例及び図面は例示にすぎず、本願請求項によって保護されるすべての範囲ではない。
当業者であれば、前記の各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。

Claims (21)

  1. 基板と、ドーピング層と、トンネル誘電体層と、第１方向に沿って間隔をあけて配置された複数のドーピング導電層と、第１方向に沿って間隔をあけて配置された複数の第１電極と、複数の導電性輸送層と、を含み、
    前記ドーピング層は前記基板の第１表面に近接する基板内に位置し、前記ドーピング層内のドーパント元素の種類は前記基板のドーパント元素の種類と同じであり、前記ドーピング層のドーピング濃度は前記基板のドーピング濃度よりも大きく、前記ドーピング層は、第１方向に沿って間隔をあけて設置された複数の第１ドーピング領域と、隣接する前記第１ドーピング領域の間に位置する複数の第２ドーピング領域と、隣接する前記第１ドーピング領域の間に位置する複数の第３ドーピング領域と、を含み、前記第１ドーピング領域のドーピング濃度は前記第２ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さくかつ前記第３ドーピング領域のドーピング濃度よりも小さく、
    前記トンネル誘電体層は前記第１ドーピング領域の表面及び前記第２ドーピング領域の表面に位置し、
    前記ドーピング導電層は、前記第１ドーピング領域に正対し、前記ドーピング導電層は前記トンネル誘電体層の表面に位置し、
    前記第１電極は、第２方向に沿って延びており、各前記第１電極は前記ドーピング導電層の前記基板から離れる側に設けられ、前記ドーピング導電層と電気的に接続され、
    前記導電性輸送層は前記第２ドーピング領域に正対し、前記導電性輸送層は前記トンネル誘電体層の表面に位置し、各前記導電性輸送層は隣接する前記ドーピング導電層の間に位置し、前記ドーピング導電層の側面と接触する、
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第２ドーピング領域のドーピング濃度が前記第３ドーピング領域のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１表面に垂直な方向に沿って、第１ドーピング領域のドーピング深さが第２ドーピング領域のドーピング深さよりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第１表面に垂直な方向に沿って、前記第２ドーピング領域のドーピング深さが前記第３ドーピング領域のドーピング深さ以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記第１ドーピング領域のドーピング深さは３０ｎｍ～３００ｎｍであり、前記第２ドーピング領域のドーピング深さは５０ｎｍ～５００ｎｍであり、前記第３ドーピング領域のドーピング深さは２００ｎｍ～１５００ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第１ドーピング領域のドーピング濃度は５Ｅ１９～１Ｅ２１ｃｍ－３であり、前記第２ドーピング領域のドーピング濃度は１Ｅ２０～３Ｅ２１ｃｍ－３であり、前記第３ドーピング領域のドーピング濃度は５Ｅ１７～１Ｅ２０ｃｍ－３である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記第１ドーピング領域のドーピング総量は、前記第２ドーピング領域のドーピング総量よりも小さく、かつ前記第３ドーピング領域のドーピング総量よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記ドーピング導電層におけるドーパント元素の種類は前記ドーピング層におけるドーパント元素の種類と同じであり、前記ドーピング層のドーピング濃度は前記ドーピング導電層のドーピング濃度よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  9. 前記導電性輸送層におけるドーパント元素の種類は前記ドーピング層におけるドーパント元素の種類と同じである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記導電性輸送層のドーピング濃度は前記ドーピング層のドーピング濃度よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記第１方向に沿って、前記導電性輸送層は、間隔をあけて設置された本体部と、隣接する前記本体部の間に位置する接続部と、を含み、前記本体部は前記ドーピング導電層の側面と接触し、前記本体部のドーピング濃度は前記接続部のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  12. 前記第２ドーピング領域は、第１サブドーピング部と、第２サブドーピング部と、を含み、前記第１サブドーピング部は前記本体部と位置合わせており、前記第２サブドーピング部は前記接続部と位置合わせており、前記第１サブドーピング部のドーピング濃度は前記第２サブドーピング部のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
  13. 前記第１表面に垂直な方向に沿って、前記第１サブドーピング部のドーピング深さが前記第２サブドーピング部のドーピング深さ以下である、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記複数の導電性輸送層における前記接続部の総面積と前記導電性輸送層の総面積との比は１：１１～２：３である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
  15. 前記ドーピング層の材料は、単結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  16. 前記ドーピング層の材料は、前記基板の材料、前記ドーピング導電層の材料または前記導電性輸送層の材料のうちの少なくとも１つと同じである、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
  17. パッシベーシヨン層をさらに含み、前記パッシベーシヨン層は前記ドーピング導電層、前記導電性輸送層及び前記第３ドーピング領域の表面に位置する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  18. 前記第２方向に沿って間隔をあけて設置される複数の第２電極をさらに備え、前記第２電極は、前記第１方向に沿って延び、かつ前記第１方向に沿って間隔をあけて配置される複数の前記第１電極と電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  19. 隣接する前記第２電極の間に少なくとも１つの前記導電性輸送層を備え、前記太陽電池は、導電性接続層をさらに備え、前記導電性接続層は前記導電性輸送層と前記第２電極の間に位置し、前記導電性接続層の対向する側面はそれぞれ前記導電性輸送層の側面と前記第２電極の側面と接触する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池。
  20. 前記ドーピング層は、第４ドーピング領域をさらに備え、前記第４ドーピング領域は前記導電性接続層に正対し、前記第４ドーピング領域のドーピング濃度は前記第１ドーピング領域のドーピング濃度以上であり、かつ前記第３ドーピング領域のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池。
  21. 請求項１～２０のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、
    前記セルストリングの表面を覆うための封止層と、
    前記封止層の前記セルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を備える、
    ことを特徴とする光起電力モジュール。

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