JP7245380B1 - 太陽電池、光起電力モジュールおよび太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池、光起電力モジュールおよび太陽電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本願は、光起電力の分野に関し、太陽電池、光起電力モジュールおよび太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池は、対向する表面及び裏面を有し、裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含み、テクスチャエリアにおけるベース内にドーピング表面フィールドを有し、ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、ドーピング元素がＮ型またはＰ型であるベースと、ベースの裏面の平坦エリアに位置するトンネル誘電体層と、トンネル誘電体層のベースの裏面から離れた面に位置し、ドーピング元素を有し、ドープ導電層内のドーピング元素の種類がドーピング表面フィールド内のドーピング元素の種類と同一であるドープ導電層と、底面の一部がドープ導電層内に位置し、かつ底面の一部がドーピング表面フィールドに接触する裏面電極と、を備え、少なくとも太陽電池の接触抵抗を低減することができる。【選択図】図１

Description

本願は、光起電力の分野に関し、特に太陽電池、光起電力モジュールおよび太陽電池の製造方法に関する。
太陽電池の性能（例えば、光電変換効率）に影響を与える原因としては、光学的損失と電気的損失があり、光学的損失には、電池前面での反射損失、コンタクトグリッド線のシャドウロス、長波長帯域の非吸収損失などが含まれ、電気的損失には、半導体表面および内部での光生成キャリアの再結合、半導体と金属グリッド線との接触抵抗、金属と半導体との接触抵抗などの損失が含まれる。
太陽電池の電気的損失及び光学的損失を低減するためには、一般的に、太陽電池の裏面に対して研磨プロセスを行う必要がある。裏面研磨プロセスは、主に、裏面のボロンドープピラミッドテクスチャ構造をウェットケミカル法により研磨処理し、光の内部反射を増加させ、キャリアの表面再結合レートを低下させ、電池の光電変換効率を向上させるものである。裏面研磨プロセスにおいて、結晶シリコンセルの裏面研磨面の形態は、長波長帯域の光の後方反射と後に裏面に形成される膜層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できるが、このタイプの太陽電池の性能に影響する要因はまだ多く、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味がある。
本願は、少なくとも太陽電池の接触抵抗を低減することができる太陽電池を提供する。
本願のいくつかの実施例によれば、本願の一態様は太陽電池が提供され、対向する表面及び裏面を有し、裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含み、テクスチャエリアにおけるベース内にドーピング表面フィールドを有し、ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、ドーピング元素がＮ型またはＰ型であるベースと、ベースの裏面の平坦エリアに位置するトンネル誘電体層と、トンネル誘電体層のベースの裏面から離れた面に位置し、ドーピング元素を有し、ドープ導電層内のドーピング元素の種類がドーピング表面フィールド内のドーピング元素の種類と同一であるドープ導電層と、底面の一部がドープ導電層内に位置し、かつ底面の一部がドーピング表面フィールドに接触する裏面電極と、を備える。
また、同一の裏面電極において、ドーピング表面フィールドと裏面電極との接触面面積と、ドープ導電層と裏面電極との接触面面積との比は、１：２～２：１の範囲である。
また、同一の裏面電極において、裏面電極の配列方向に沿って、ドーピング表面フィールドと裏面電極との接触面の断面幅と、裏面電極の幅との比は、１：４～１：２の範囲である。
また、ドーピング表面フィールドと裏面電極との接触面の断面幅は、５μｍ～２０μｍの範囲である。
また、裏面電極の配列方向において、テクスチャエリアにおけるベースの幅と平坦エリアにおけるベースの幅との比は、１：３～１：１の範囲である。
また、テクスチャエリアにおけるベースの幅は、１０μｍ～３０μｍである。
また、裏面電極の配列方向において、テクスチャエリアにおけるベースの幅は、裏面電極の幅よりも小さい。
また、裏面は、裏面電極の延伸方向に沿って配列された複数のテクスチャエリアを含み、隣り合うテクスチャエリア間のピッチは、１０ｍｍ～２０ｍｍの範囲である。
また、同一の裏面電極において、裏面は、裏面電極の配列方向に沿って配列された複数のテクスチャエリアを含み、隣り合うテクスチャエリア間のピッチは、５μｍ～２０μｍの範囲である。
また、裏面から表面に向かう方向において、ドーピング表面フィールドは、ドーピング濃度が第２ドーピングエリアよりも大きい第１ドーピングエリアと、第２ドーピングエリアとを含み、裏面電極は、第１ドーピングエリアの表面に接触している。
また、第１ドーピングエリアのドーピング濃度は、２Ｅ２０ｃｍ－３～２Ｅ２１ｃｍ－３を含む。
また、第１ドーピングエリアの深さは、ドーピング表面フィールドの高さの１．５％～４％である。
また、ドーピング表面フィールドは、少なくとも１つの突起構造を含み、突起構造の頂部のベースの裏面からの高さ差は、２μｍ～１０μｍである。
また、突起構造の数は、少なくとも２つであり、隣り合う突起構造の間のピッチは、２μｍ～４μｍの範囲である。
また、突起構造には、ピラミッド状構造が含まれる。
本願のいく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、上記のいずれかにおける太陽電池を複数接続してなる少なくとも１つのセルストリングと、セルストリングの表面を覆うシーラントフィルムと、シーラントフィルムのセルストリングから離反した面を覆うカバープレートと、を備える。
本願のいくつかの実施例によれば、本願のさらに別の態様は、太陽電池の製造方法が提供され、対向する表面及び裏面を有し、裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含む、ベースを提供することと、テクスチャエリアにおけるベースに位置し、Ｎ型またはＰ型であるドーピング元素を有する、ドーピング表面フィールドが形成されることと、ベースの裏面の平坦エリアに位置するトンネル誘電体層が形成されることと、トンネル誘電体層のベースの裏面から離れた面に位置し、ドーピング元素を有し、ドープ導電層内のドーピング元素の種類がドーピング表面フィールド内のドーピング元素の種類と同一である、ドープ導電層が形成されることと、底面の一部がドープ導電層内に位置し、かつ底面の一部がドーピング表面フィールドに接触している裏面電極が形成されることと、を含む。
また、ドーピング表面フィールドを形成する工程は、対向する表面及び裏面を有し、裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含む、初期ベースを提供することと、テクスチャエリアの初期ベースの裏面にテクスチャ処理を行って、初期テクスチャ構造を形成することと、初期ベースの裏面の平坦エリア及び初期テクスチャ構造の表面に、トンネル誘電体膜及び導電膜を形成することと、初期テクスチャ構造の表面に位置するトンネル誘電体膜および導電膜を除去することと、初期テクスチャ構造及び導電膜にドーピング処理を行ってドーピング表面フィールドを形成し、残りのトンネル誘電体膜をトンネル誘電体層とし、残りの導電膜をドープ導電層とすることと、を含む。
また、テクスチャ処理は、レーザープロセスであり、レーザープロセスのパラメーターは、レーザー波長が３５５ｎｍ～４６０ｎｍ、レーザーパルス幅が２０ｐｓ～８０ｐｓ、レーザーパワーが３０Ｗ～１００Ｗであることを含む。
本願の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。
ベースの裏面は、テクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含み、テクスチャエリアにおけるベースの表面にドーピング表面フィールドを有し、かつドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、裏面電極の底面の一部がドーピング表面フィールドに接触し、すなわち裏面電極がドーピング表面フィールドに直接接触するので、ドープ導電層と裏面電極が良好なオーミックコンタクトを形成し、太陽電池の裏面の接触抵抗率を低減し、電池効率を全体的に向上させるのに有利である。ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、ドーピング元素をキャリアとすることができ、キャリアの移動度を高め、太陽電池の裏面の接触抵抗率をさらに低下させることができる。平坦エリアにおけるベースは非テクスチャ構造であり、ベースの平坦エリアに通常のトンネル誘電体層とドープ導電層が形成され、裏面電極とドープ導電層とが直接接触しているので、パッシベーション効果が良いとともに、裏面のキャリア再結合レートの低減と光の利用効率の向上を図り、太陽電池の光電変換効率を向上させる。
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。本願の実施例や従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下に実施例で用いるべき図面を簡単に紹介するが、自明なように、以下の説明における図面は、本願の一部の実施例のみであり、当業者であれば、創造的な労働を伴わずに、これらの図面から他の図面を得ることも可能である。
図１は、本願の一実施例に係る太陽電池の構成を示す図である。 図２は、本願の一実施例に係る光起電力モジュールの構成を示す図である。 図３は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるベースの提供を示す概略構成図である。 図４は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるエミッタの形成を示す概略構成図である。 図５は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の構成を示す図である。 図６は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の他の構成を示す図である。 図７は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の別の構成を示す図である。 図８は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面のさらに別の構成を示す図である。 図９は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における初期テクスチャ構造の形成を示す概略構成図である。 図１０は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における導電膜の形成を示す概略構成図である。 図１１は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における導電膜のエッチングを示す概略構成図である。 図１２は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるドーピング表面フィールドの形成を示す概略構成図である。 図１３は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるパッシベーション層の形成を示す概略構成図である。 図１４は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における裏面電極の形成を示す概略構成図である。
背景技術から分かるように、従来の太陽電池は接触抵抗が大きいという問題がある。
分析したところ、太陽電池の接触抵抗が大きい原因の一つとして、従来のプロセスは、太陽電池にテクスチャ処理を行った後に、一般的に太陽電池の裏面のテクスチャ構造を研磨処理し、電池による長波長帯域の光に対する後方反射及び後続の電池の背面フィルムの均一性を向上させ、裏面のキャリア再結合の低減及び光の利用率の向上に有利であることを見出した。しかしながら、裏面研磨後には、後に形成されるドープ導電層と裏面金属電極とのマッチングが難しく、良好なオーミックコンタクトを形成することができず、裏面電極とドープ導電層との間の接触抵抗率が大きく、太陽電池の効率向上に影響してしまう。
本願実施例は、一種の太陽電池を提供する。太陽電池は、ベースの裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含み、テクスチャエリアにおけるベースの表面にドーピング表面フィールドを有し、かつドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、裏面電極の底面の一部がドーピング表面フィールドに接触し、すなわち裏面電極がドーピング表面フィールドに直接接触するので、ドーピング表面フィールドと裏面電極が良好なオーミックコンタクトを形成し、太陽電池の裏面の接触抵抗率を低減し、電池効率を全体的に向上させるのに有利である。ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、ドーピング元素をキャリアとすることができ、キャリアの移動度を高め、太陽電池の裏面の接触抵抗率をさらに低下させることができる。平坦エリアにおけるベースは非テクスチャ構造であり、ベースの平坦エリアに通常のトンネル誘電体層とドープ導電層が形成され、裏面電極とドープ導電層とが直接接触しているので、パッシベーション効果が良いとともに、裏面のキャリア再結合レートの低減と光の利用効率の向上を図り、太陽電池の光電変換効率を向上させる。
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がなくても、以下の各実施例に基づく種々の変更や修正によっても、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、本願の一実施例に係る太陽電池の構成を示す図である。
図１を参照して、本願実施例の一態様は、太陽電池が提供され、対向する表面１０１及び裏面１０２を有し、裏面１０２がテクスチャエリアＡとテクスチャエリアＡに隣接する平坦エリアＢ（または近似平坦エリア）とを含み、テクスチャエリアＡにおけるベース１００内にドーピング表面フィールド１２０を有し、且つドーピング表面フィールド１２０内にドーピング元素を有し、ドーピング元素がＮ型またはＰ型であるベース１００と、ベース１００の裏面１０２の平坦エリアＢに位置するトンネル誘電体層１３１と、トンネル誘電体層１３１のベース１００の裏面１０２から離れた面に位置し、ドーピング元素を有し、ドープ導電層１３２内のドーピング元素の種類がドーピング表面フィールド１２０内のドーピング元素の種類と同一であるドープ導電層１３２と、底面の一部がドープ導電層１３２内に位置し、かつ底面の一部がドーピング表面フィールド１２０に接触する裏面電極１４１と、を備える。
いくつかの実施例において、太陽電池は、トンネル酸化層パッシベーシヨンコンタクトセル（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、ＴＯＰＣｏｎ）であり、両面トンネル酸化層パッシベーシヨンコンタクトセルまたは片面トンネル酸化層パッシベーシヨンコンタクトセルを含んでいてもよい。例示的に、太陽電池は、片面トンネル酸化層パッシベーションコンタクトセルであり、その裏面にトンネル酸化層パッシベーション層を有する。
ベース１００は、入射光子を吸収して光生成キャリアを生成する領域である。いくつかの実施例において、ベース１００は、シリコンベース１００であり、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、または微結晶シリコンのうちの一種または複数種を含み得る。他のいくつかの実施例において、ベース１００の材料は、炭化ケイ素、有機材料、または多価化合物であってもよい。多価化合物は、ペロブスカイト、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウム等を含むことができるが、これらに限定されない。例示的に、本願におけるベース１００は、シリコン単結晶ベースである。
いくつかの実施例において、ベース１００の表面１０１は、入射光を吸収する受光面であり、ベース１００の裏面１０２は、バックライト面である。ベース１００内にドーピング元素を有し、ドーピング元素の種類はＮ型またはＰ型であり、Ｎ型元素はリン（Ｐ）元素、ビスマス（Ｂｉ）元素、アンチモン（Ｓｂ）元素、または砒素（Ａｓ）元素などのＶ族元素であり、Ｐ型元素はホウ素（Ｂ）元素、アルミニウム（Ａｌ）元素、ガリウム（Ｇａ）元素、またはインジウム（Ｉｎ）元素などのＩＩＩ族元素であってもよい。例えば、ベース１００がＰ型のベースである場合、その内部のドーピング元素の種類はＰ型である。また、例えば、ベース１００がＮ型のベースである場合、その内部のドーピング元素の種類はＮ型である。
いくつかの実施例において、ドーピング表面フィールド１２０内のドーピング元素の種類は、ベース１００内のドーピング元素の種類と同じである。例えば、ベース１００がＰ型のベースである場合、ドーピング表面フィールド１２０内のドーピング元素の種類は、Ｐ型である。また、例えば、ベース１００がＮ型のベースである場合、ドーピング表面フィールド１２０内のドーピング元素の種類は、Ｎ型である。
テクスチャエリアＡは、ベース１００の裏面１０２がテクスチャ構造を有する領域であり、平坦エリアＢは、ベース１００の裏面１０２が裏面研磨プロセスによって処理された領域であってもよい。いくつかの実施例において、裏面電極１４１の配列方向Ｘにおいて、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅と平坦エリアＢにおけるベース１００の幅との比は、１：３～１：１の範囲である。具体的には、１：２．８、１：２．３、１：１９、１：１．３または１：１であってもよい。好ましくは、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅と平坦エリアＢにおけるベース１００の幅との比の範囲は、１：２である。このように、平坦エリアＢの領域が広く、平坦エリアＢのベースに位置するトンネル誘電体層１３１およびドープ導電層１３２の膜の完全性が良く、太陽電池のパッシベーション効果および抗ＰＤＩ効果が良いことを確保するとともに、裏面のキャリア再結合レートの低減および光の利用率の向上を図り、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。さらに、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅は、１０μｍ～３０μｍであ、具体的には、１０．３μｍ、１３μｍ、１５μｍ、２３μｍ、又は２９μｍであってもよい。
いくつかの実施例において、裏面電極１４１の配列方向Ｘにおいて、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅は、裏面電極１４１の幅よりも小さい。テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅が大きすぎると、平坦エリアＢの膜の完全性および均一性に影響を及ぼし、光の内部反射を低減する可能性があり、キャリアの表面再結合レートおよび太陽電池の光電変換効率の向上に不利である。同時に、トンネル誘電体層１３１およびドープ導電層１３２によって構築されたパッシベーションコンタクト構造の界面パッシベーション効果に影響し、Ｊｏ負荷電流が高すぎることやキャリアの表面再結合レートの低下を招く。
いくつかの実施例において、テクスチャエリアＡの延伸方向は、裏面電極の延伸方向と同じであり、かつ、テクスチャエリアＡの延伸長さは、裏面電極１４１の延伸長さに対応しており、このように、テクスチャエリアＡに位置するドーピング表面フィールド１２０は、電池の横方向伝送を増やし、電池の横方向伝送損失を低減し、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。他の幾つかの実施例において、裏面１０２は、裏面電極１４１の延伸方向に沿って配列された複数のテクスチャエリアＡを含み、隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、１０ｍｍ～２０ｍｍの範囲であり、キャリア再結合レートが低減され、キャリアを収集する面積がより大きくなり、形成されたパッシベーションコンタクト構造のパッシベーション効果がより高く、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上に有利である。隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、具体的には、１０．３ｍｍ、１３ｍｍ、１５．１ｍｍ、１７ｍｍまたは１９ｍｍとすることができる。同一の裏面電極１４１において、裏面１０２は、裏面電極１４１の配列方向Ｘに沿って配列された複数のテクスチャエリアＡを含み、隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、５μｍ～２０μｍの範囲である。隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、具体的には、５．３μｍ、７μｍ、１３μｍ、１５μｍ、または１８．３μｍとすることができる。
いくつかの実施例において、同一の裏面電極１４１において、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面面積と、ドープ導電層１３２と裏面電極１４１との接触面面積との比は、１：２～２：１の範囲であり、具体的には、１．３：２、１．６：２、１：１．２、２：１．８、または２：１．３であってもよい。ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面面積と、ドープ導電層１３２と裏面電極１４１との接触面面積との比は、１：１．２～１．２：１の範囲であることが好ましく、具体的には、１：１．１５、１：１．１、１：１、または１．１３：１であってもよい。ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面面積と、ドープ導電層１３２と裏面電極１４１との接触面面積との比の値範囲は、裏面電極１４１がドーピング表面フィールド１２０と接触することを確保でき、あるいは裏面電極１４１がベース１００と直接接触するとみなすことができ、両者は良好なオーミックコンタクトを形成し、裏面電極１４１の接触抵抗を低減させる。同時に、平坦エリアＢのベースに位置するトンネル誘電体層１３１およびドープ導電層１３２の膜の完全性がよく、裏面電極１４１とドープ導電層１３２が直接接触してパッシベーション効果がよいとともに、裏面のキャリア再結合レートの低下および光の利用率の向上を図り、太陽電池の光電変換効率を向上する。
いくつかの実施例において、同一の裏面電極１４１において、裏面電極１４１の配列方向Ｘに沿って、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面の断面幅と、裏面電極１４１の幅との比は、１：４～１：２の範囲である。具体的には、１：３．８、１：３．３、１：２．９、１：２．３、または１：２であってもよい。好ましくは、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面の断面幅と、裏面電極１４１の幅との比の値は、１：２．５～１：３．２の範囲であり、具体的には、１：２．６、１：２．９、１：３、または１：３．２であってもよい。裏面電極１４１の幅が４０μｍであることを基準として、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面の断面幅の範囲は、５μｍ～２０μｍとすることができる。具体的には、６μｍ、８μｍ、１２μｍ、１５μｍまたは１９μｍであってもよい。
いくつかの実施例において、裏面１０２から表面１０１に向かう方向において、ドーピング表面フィールド１２０は、ドーピング濃度が第２ドーピングエリア１２２よりも大きい第１ドーピングエリア１２１と、第２ドーピングエリア１２２とを含む。裏面電極１４１は第１ドーピングエリア１２１の表面に接触し、第１ドーピングエリア１２１のドーピング濃度は比較的大きいため、キャリアの輸送効率を高めるのに有利であり、開放電圧および電流の輸送効率を高めるのに有利であり、これにより太陽電池の光電変換効率を向上するのに有利である。第１ドーピングエリア１２１のドーピング濃度は、２Ｅ２０ｃｍ－３～２Ｅ２１ｃｍ－３を含む。
いくつかの実施例において、第１ドーピングエリア１２１のドーピング濃度は、ドープ導電層１３２のドーピング濃度以上である。このように、トンネル誘電体層１３１とドーピング表面フィールド１２０との間、ドーピング表面フィールド１２０とドープ導電層１３２との間の再結合損失を低減でき、キャリアの輸送効率を高めるのに有利であり、開放電圧および電流の輸送効率を高めるのに有利であり、これにより、太陽電池の光電変換効率を向上するのに有利である。また、ドーピング表面フィールド１２０のドーピング濃度は、ドープ導電層１３２のドーピング濃度よりも高いので、裏面電極１４１の接触抵抗をより一層低減して光電変換効率を向上することができる。
いくつかの実施例において、第１ドーピングエリア１２１の深さは、ドーピング表面フィールド１２０の高さの１．５％～４％であり、好ましくは、第１ドーピングエリア１２１の深さは９０ｎｍ～２００ｎｍであり、具体的には、９０ｎｍ、１３０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７８ｎｍ、または１９３ｎｍであってもよい。第１ドーピングエリア１２１のドーピング深さは、第１ドーピングエリア１２１の高ドーピングによって引き起こされるトンネル効果を避けることができ、すなわち、第１ドーピングエリア１２１のドーピング元素がベース１００のエミッタ１１０との接触面またはエミッタ１１０内に拡散しないので、太陽電池の開放電圧を向上させることができ、太陽電池の光電変換効率の向上に有利である。
いくつかの実施例において、ドーピング表面フィールド１２０は、少なくとも１つの突起構造を含み、突起構造の頂部のベース１００の裏面１０２からの高さ差は、２μｍ～１０μｍであり、突起構造の光トラップ効果と、突起構造の頂部のベース１００の裏面１０２からの高さ差とにより、光は突起構造の表面の斜面に入射し、さらに他の突起構造の斜面に反射され、複数回の吸収を形成する。入射光は複数回の反射を経て、入射光の太陽電池における進行方向を変え、光路を長くしながら長波長帯域の光子の吸収を増やす。
他の幾つかの実施例において、突起構造の数は少なくとも２つであり、隣り合う突起構造の間のピッチは、２μｍ～４μｍの範囲であり、隣り合う突起構造の間のピッチは、入射光が隣り合う突起構造間で多重反射することを確保し、入射光の光路を長くすることができ、これにより長波長帯域の光子の吸収に有利である。
いくつかの実施例において、突起構造はピラミッド構造を含み、ピラミッド構造によって形成されるテクスチャの反射防止効果が良く、すなわち光の反射率を低減し、短絡電流Ｉｓｃを上げて、電池の光電変換効率を向上させる。また、他のいくつかの実施例において、突起構造は、ピラミッドのような構造または斜面を有するその他の椎体構造を含む。
いくつかの実施例において、トンネル誘電体層１３１の材料は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、真性アモルファスシリコン、および真性多結晶シリコンなどのトンネル機能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。トンネル誘電体層１３１の厚さは、０．５ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、任意選択で、トンネル誘電体層１３１の厚さは、０．、５ｎｍ～２ｎｍであり、さらに、トンネル誘電体層１３１の厚さは、０．５ｎｍ～１．２ｎｍである。ドープ導電層１３２の材料は、多結晶半導体、アモルファス半導体または微結晶半導体の少なくとも一種であってもよく、好ましくは、ドープ導電層１３２の材料は、ポリシリコン、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一種を含む。ドープ導電層１３２の厚さは、４０ｎｍ～１５０ｎｍの範囲であり、任意選択で、ドープ導電層１３２の厚さは、６０ｎｍ～９０ｎｍの範囲である。ドープ導電層１３２の厚さの範囲は、ドープ導電層１３２の光学的損失が小さく、トンネル誘電体層１３１の界面パッシベーション効果が良いことを確保でき、これにより電池効率が向上する。例示的に、本願におけるドープ導電層１３２の材料は、ポリシリコンであり、ドープ導電層１３２の厚さは、８０ｎｍである。
いくつかの実施例において、パッシベーション層１３３は、ドープ導電層１３２の表面に位置し、パッシベーション層１３３は、バックパッシベーション層とみなされてもよい。パッシベーション層１３３は、単層構造または積層構造であってもよく、パッシベーション層１３３の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸窒化炭化シリコン、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種または複数種であってもよい。
裏面電極１４１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のものである。裏面電極１４１は、ファイヤースルー型スラリーが焼結されてなるものであってもよい。裏面電極１４１の材料は、アルミニウム、銀、金、ニッケル、モリブデン、または銅の一種または複数種であってもよい。場合によっては、裏面電極１４１は、メイングリッド線またはバスバーと区別するために、細いグリッド線またはフィンガーグリッド線を指す。
いくつかの実施例において、太陽電池は、エミッタ１１０のベース１００から離れた面に位置し、フロントパッシベーション層とみなされる第１パッシベーション層１１３と、間隔をおいて設けられ、第１パッシベーション層１１３を貫通しエミッタ１１０に接触する複数の電極１４２と、をさらに備える。
いくつかの実施例において、第１パッシベーション層１１３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１１３の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸窒化炭化シリコン、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種または複数種であってもよい。
電極１４２は、ファイヤースルー型スラリーが焼結されてなるものであってもよい。電極１４２とエミッタ１１０との接触は、局所接触または完全接触であってもよい。電極１４２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一種または複数種であってもよい。幾つかの実施例において、電極１４２は、上部電極または表面電極である。場合によっては、電極１４２は、メイングリッド線またはバスバーと区別するために、細いグリッド線またはフィンガーグリッド線を指す。
本願実施例によって提供される太陽電池は、ベースの裏面がテクスチャエリアとテクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含み、テクスチャエリアにおけるベースの表面にドーピング表面フィールドを有し、かつドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、裏面電極の底面の一部がドーピング表面フィールドに接触し、すなわち裏面電極がドーピング表面フィールドに直接接触するので、ドープ導電層と裏面電極が良好なオーミックコンタクトを形成し、太陽電池の裏面の接触抵抗率を低減し、電池効率を全体的に向上させるのに有利である。ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、ドーピング元素をキャリアとすることができ、キャリアの移動度を高め、太陽電池の裏面の接触抵抗率をさらに低減させることができる。平坦エリアにおけるベースは非テクスチャ構造であり、ベースの平坦エリアに通常のトンネル誘電体層とドープ導電層が形成され、裏面電極とドープ導電層とが直接接触しているので、パッシベーション効果が良いとともに、裏面のキャリア再結合レートの低減と光の利用効率の向上を図り、太陽電池の光電変換効率を向上させる。
図２は、本願の一実施例に係る光起電力モジュールの構成を示す図である。
これに応じて、図２を参照して、本願実施例の他の態様では、受光した光エネルギーを電気エネルギーに変換して外部負荷に伝送するための光起電力モジュールを提供する。光起電力モジュールは、上記（例えば、図１に記載）のいずれかの太陽電池１０を複数接続してなる少なくとも１つのセルストリングと、セルストリングの表面を覆うシーラントフィルム２１と、シーラントフィルム２１のセルストリングから離反した面を覆うカバープレート２２と、を備える。
シーラントフィルム２１は、ＥＶＡまたはＰＯＥなどの有機シーラントフィルムであってもよく、シーラントフィルム２１は、セルストリングの表面を覆ってセルストリングを封止して保護する。いくつかの実施例において、前記シーラントフィルム２１は、前記セルストリングの表面の両側をそれぞれ覆う上層シーラントフィルム及び下層シーラントフィルムを含む。カバープレート２２は、ガラスカバープレートまたはプラスチックカバープレートなど、セルストリングを保護するためのカバープレートであってもよく、カバープレート２２は、シーラントフィルム２１のセルストリングから離反した表面を覆っている。幾つかの実施例では、カバープレート２２には、入射光の利用率を高めるための光トラップ構造が設けられている。光起電力モジュールは、高い電流収集能力と低いキャリア再結合率を有するため、高い光電変換効率を実現できる。幾つかの実施例において、前記カバープレート２２は、セルストリングの両側に位置する上部カバープレートと下部カバープレートとを含む。
これに応じて、本願実施例の他の態様では、上述の実施例（図１）に係る太陽電池を製造するための太陽電池の製造方法をさらに提供する。上記実施例の説明と同一または類似の内容や素子の詳細な説明は繰り返さず、上記説明と異なる説明だけを詳細に説明する。図３は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるベースの提供を示す概略構成図であり、図４は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるエミッタの形成を示す概略構成図であり、図５は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の構成を示す図であり、図６は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の他の構成を示す図であり、図７は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面の別の構成を示す図であり、図８は、本願の一実施例に係る太陽電池のベースの裏面のさらに別の構成を示す図であり、図９は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における初期テクスチャ構造の形成を示す概略構成図であり、図１０は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における導電膜の形成を示す概略構成図であり、図１１は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における導電膜のエッチングを示す概略構成図であり、図１２は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるドーピング表面フィールドの形成を示す概略構成図であり、図１３は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法におけるパッシベーション層の形成を示す概略構成図であり、図１４は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法における裏面電極の形成を示す概略構成図である。
図３を参照して、ベース１００が提供され、ベース１００は、対向する表面１０１及び裏面１０２を有し、ベースの表面１０１及び裏面１０２がテクスチャ構造を有する。いくつかの実施例において、溶液テクスチャ法によってテクスチャ構造を作製することができ、テクスチャ構造は、太陽電池セルの表面での光の屈折回数を増やすことができ、太陽電池セルによる光の吸収に寄与し、太陽電池セルの太陽エネルギー価値に対する最大利用率を達成する。具体的には、ベース１００は単結晶シリコンであり、ベース１００の表面をアルカリ溶液とアルコール溶液との混合溶液でテクスチャリングすることができ、ベース１００は多結晶シリコンであり、ベース１００の表面を酸溶液でテクスチャリングすることができる。初期ベースはベース１００とみなすことができ、初期ベースは対向する表面及び裏面を有することが理解され得る。
いくつかの実施例において、ベース１００内にドーピング元素を有し、ドーピング元素の種類は、Ｎ型またはＰ型である。
図４を参照して、ベース１００の表面１０１にエミッタ１１０を形成するとともに、ベース１００の裏面に研磨処理を行って、テクスチャエリアＡと、テクスチャエリアＡに隣接する平坦エリアＢとを形成する。いくつかの実施例において、アルカリ溶液または酸性溶液で研磨処理を行うことができ、ベース１００の裏面１０２が研磨面であることにより、光の内部反射を増加させ、キャリアの表面再結合レートを低下させ、電池の光電変換効率を向上させることができる。初期ベースの裏面は、テクスチャエリアと、テクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含む。
いくつかの実施例において、裏面電極の配列方向Ｘにおいて、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅と平坦エリアＢにおけるベース１００の幅との比の値は、１：３～１：１の範囲である。具体的には、１：２．８、１：２．３、１：１．９、１：１．３、または１：１であってもよい。好ましくは、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅と平坦エリアＢにおけるベース１００の幅との比の値は、１：２の範囲である。さらに、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅は、１０μｍ～３０μｍである。
図５を参照して、テクスチャエリアＡの延伸方向は、後に形成される裏面電極の延伸方向Ｙと同じであり、かつ、テクスチャエリアＡの延伸長さは、裏面電極の延伸長さに対応しており、このように、後に形成される、テクスチャエリアＡに位置するドーピング表面フィールドは、電池の横方向伝送を増やし、電池の横方向伝送損失を低減し、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。他の幾つかの実施例において、図６を参照して、裏面１０２は、裏面電極１４１の延伸方向に沿って配列された複数のテクスチャエリアＡを含み、隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、１０ｍｍ～２０ｍｍの範囲であり、キャリア再結合レートが低減され、キャリアを収集する面積がより大きくなり、形成されたパッシベーションコンタクト構造のパッシベーション効果がより高く、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上に有利である。さらに他の幾つかの実施例において、後に裏面電極が形成される同一の領域において、裏面１０２は、裏面電極の配列方向Ｘに沿って配列された複数のテクスチャエリアＡを含み、隣り合うテクスチャエリアＡ間のピッチは、５μｍ～２０μｍの範囲である。さらに別の実施例において、後に裏面電極が形成される同一の領域において、裏面１０２は、裏面電極の配列方向Ｘに沿って配列された複数のテクスチャエリアＡを含み、複数のテクスチャエリアＡが裏面電極の延伸方向Ｙに沿って配列されている。
図９～図１２を参照して、テクスチャエリアＡのベース１００に位置し、Ｎ型またはＰ型であるドーピング元素を有するドーピング表面フィールド１２０が形成され、ベース１００の裏面１０２の平坦エリアＢに位置するトンネル誘電体層１３１が形成され、トンネル誘電体層１３１のベースの裏面１０２から離れた面に位置し、ドーピング元素を有し、ドープ導電層１３２内のドーピング元素の種類がドーピング表面フィールド１３０内のドーピング元素の種類と同一である、ドープ導電層１３２が形成される。
いくつかの実施例では、裏面１０２から表面１０１に向かう方向において、ドーピング表面フィールド１２０は、ドーピング濃度が第２ドーピングエリア１２２よりも大きい第１ドーピングエリア１２１と、第２ドーピングエリア１２２とを含む。第１ドーピングエリア１２１のドーピング濃度は、ドープ導電層１３２のドーピング濃度以上である。具体的には、第１ドーピングエリア１２１のドーピング濃度は、２Ｅ２０ｃｍ－３～２Ｅ２１ｃｍ－３を含む。
いくつかの実施例において、第１ドーピングエリア１２１の深さは、ドーピング表面フィールド１２０の高さの１．５％～４％であり、好ましくは、第１ドーピングエリア１２１の深さは、９０ｎｍ～２００ｎｍであり、具体的には、９０ｎｍ、１３０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７８ｎｍ、または１９３ｎｍであってもよい。
具体的には、図９を参照して、テクスチャエリアＡの初期ベースの裏面に対してテクスチャ処理を行い、初期テクスチャ構造１０３を形成する。いくつかの実施例において、テクスチャ処理は、レーザープロセスであり、レーザープロセスのパラメーターは、レーザー波長が３５５ｎｍ～４６０ｎｍ、レーザーパルス幅が２０ｐｓ～８０ｐｓ、レーザーパワーが３０Ｗ～１００Ｗ、レーザースポットサイズが１５μｍ～５０μｍ、レーザー周波数が２００ｋＨｚ～２ＭＨｚ、レーザーライン速度が２０ｍ／ｓ～４０ｍ／ｓであることを含む。好ましくは、レーザープロセスのパラメーターは、レーザー波長が３５５ｎｍ～４００ｎｍ、レーザーパルス幅が２０ｐｓ～５０ｐｓ、レーザーパワーが５０Ｗ～８０Ｗ、レーザースポットサイズが必要なレーザー領域のサイズの１０％～３０％で設定可能であり、レーザー周波数が３００ｋＨｚ～８００ｋＨｚ、レーザーライン速度が２０ｍ／ｓ～３０ｍ／ｓであることを含む。
いくつかの実施例において、初期テクスチャ構造１０３は、少なくとも１つの突起構造を含み、突起構造の頂部のベース１００の裏面１０２からの高さの差は、２μｍ～１０μｍであり、突起構造は、ピラミッド構造を含む。他の幾つかの実施例において、突起構造の数は、少なくとも２つであり、隣り合う突起構造の間のピッチは、２μｍ～４μｍであり、突起構造は、ピラミッドのような構造または斜面を有するその他の突起構造を含む。
図１０を参照して、初期ベースの裏面の平坦エリアＢおよび初期テクスチャ構造１０３の表面に、トンネル誘電体膜１０４および導電膜１０５が形成されている。
図１１を参照して、初期テクスチャ構造１３０の表面に位置するトンネル誘電体膜１０４および導電膜１０５は、導電膜１０５のベース１００から離れた上面が初期テクスチャ構造１０３の最上端よりも僅かに低くなるように除去される。好ましくは、導電膜１０５のベース１００から離れた上面と初期テクスチャ構造１３０の最上端との高さ差が１ｎｍ～４ｎｍとなるようにして、初期テクスチャ構造１０３の頂部を露出させ、後のドーピング処理後に形成された第１ドーピングエリアの領域が小さいことを回避する。
図１２を参照して、初期テクスチャ構造１０３（図１１を参照）および導電膜１０５（図１１を参照）をドーピング処理してドーピング表面フィールド１２０を形成し、残りのトンネル誘電体膜１０４（図１１を参照）をトンネル誘電体層１３１とし、残りの導電膜１０５（図１１を参照）をドープ導電層１３２とする。幾つかの実施例において、最初に、初期テクスチャ構造１０３（図１１を参照）及び導電膜１０５（図１１を参照）にホウ珪酸ガラスＢＳＧ層を形成し、その後、レーザープロセスによりドーピング処理を行い、最後に残りのＢＳＧ層を除去する。他の幾つかの実施例において、ドーピング処理は、イオン注入プロセスにより行われる。
図１３を参照して、パッシベーシヨン層１３３と第１パッシベーシヨン層１１３が形成され、パッシベーシヨン層１３３は、ドープ導電層１３２の表面に位置し、バックパッシベーシヨン層とみなすことができ、第１パッシベーシヨン層１１３は、エミッタ１１０のベース１００から離れた面に位置し、フロントパッシベーシヨン層とみなされる。
図１４を参照して、裏面電極１４１が形成され、裏面電極１４１の底面の一部がドープ導電層１３１内に位置し、且つ裏面電極１４１の底面の一部がドーピング表面フィールド１２０に接触する。裏面電極は、ドーピング表面フィールド１２０の第１ドーピングエリア１２１の表面に接触している。幾つかの実施例において、裏面電極１４１の配列方向Ｘにおいて、テクスチャエリアＡにおけるベース１００の幅は、裏面電極１４１の幅よりも小さい。
幾つかの実施例において、同一の裏面電極１４１において、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面面積と、ドープ導電層１３２と裏面電極１４１との接触面面積との比の値は、１：２～２：１の範囲であり、具体的には、１．３：２、１．６：２、１：１．２、２：１．８、または２：１．３の範囲であってもよい。好ましくは、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面面積と、ドープ導電層１３２と裏面電極１４１との接触面面積との比の値は、１：１．２～１．２：１の範囲であり、具体的には、１：１．１５、１：１．１、１：１、または１．１３：１であってもよい。同一の裏面電極１４１において、裏面電極１４１の配列方向Ｘに沿って、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面の断面幅と、裏面電極１４１の幅との比の値は、１：４～１：２の範囲であり、具体的には、１：３．８、１：３．３、１：２．９、１：２．３、または１：２であってもよい。好ましくは、ドーピング表面フィールド１２０と裏面電極１４１との接触面の断面幅と、裏面電極１４１の幅との比の値は、１：２．５～１：３．２の範囲であり、具体的には、１：２．６、１：２．９、１：３、または１：３．２であってもよい。
図１４を引き続き参照すると、電極１４２が形成され、電極１４２は、第１パッシベーション層１１３を貫通し、エミッタ１１０に接触している。
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 (12)

  1. 対向する表面及び裏面を有し、前記裏面が、テクスチャエリアと、前記テクスチャエリアに隣接する平坦エリアとを含むベースと、
    前記ベースの表面に形成されたエミッタと、
    前記エミッタの前記ベースから離れた面に位置するフロントパッシベーション層と、
    前記ベースの裏面の平坦エリアに位置するトンネル誘電体層と、
    前記トンネル誘電体層の前記ベースの裏面から離れた面に位置するドープ導電層であって、前記ドープ導電層はドーピング元素を有し、前記ドープ導電層内のドーピング元素の種類が前記ベース内のドーピング元素の種類と同一であるドープ導電層と、
    前記ドープ導電層の表面に位置するバックパッシベーション層と、
    前記エミッタと接触する表面電極と、
    裏面電極であって、前記裏面電極の底面の一部が前記ドープ導電層内に位置し、かつ前記テクスチャエリアにおけるベースが前記トンネル誘電体層を貫通して前記裏面電極の底面の一部と接触している裏面電極と、
    を備える、
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記テクスチャエリアにおけるベース内に、ドーピング表面フィールドを有し、かつ前記ドーピング表面フィールド内にドーピング元素を有し、前記ドーピング元素は、Ｎ型またはＰ型である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記ドーピング表面フィールドは、少なくとも１つの突起構造を含み、前記突起構造の頂部の前記ベースの裏面からの高さの差は、２μｍ～１０μｍである、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記突起構造の数は、少なくとも２つであり、隣り合う前記突起構造の間のピッチは、２μｍ～４μｍである、
    ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記突起構造は、ピラミッド状構造を含む、
    ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
  6. 同一の前記裏面電極において、前記ドーピング表面フィールドと前記裏面電極との接触面面積と、前記ドープ導電層と前記裏面電極との接触面面積との比は、１：２～２：１の範囲である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  7. 同一の前記裏面電極において、前記裏面電極の配列方向に沿って、前記ドーピング表面フィールドと前記裏面電極との接触面の断面幅と、前記裏面電極の幅との比は、１：４～１：２の範囲である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  8. 前記ドーピング表面フィールドと前記裏面電極との接触面の断面幅は、５μｍ～２０μｍの範囲である、
    ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
  9. 前記裏面電極の配列方向において、前記テクスチャエリアにおけるベースの幅と前記平坦エリアにおけるベースの幅との比は、１：３～１：１の範囲である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記テクスチャエリアにおけるベースの幅は、１０μｍ～３０μｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  11. 同一の前記裏面電極において、前記裏面は、前記裏面電極の配列方向に沿って配列された複数のテクスチャエリアを含み、
    隣り合う前記テクスチャエリア間のピッチは、５μｍ～２０μｍの範囲である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなる少なくとも１つのセルストリングと、
    前記セルストリングの表面を覆うシーラントフィルムと、
    前記シーラントフィルムの前記セルストリングから離反した面を覆うカバープレートと、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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