CN108615775A - 一种叉指背接触异质结单晶硅电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叉指背接触异质结单晶硅电池，包括：一N型单晶硅基体，N型单晶硅基体具有相对的一正面和一背面；设于N型单晶硅基体正面的掺杂N⁺层和正面N型非晶硅层；间隔设于N型单晶硅基体背面的P型非晶硅层和背面N型非晶硅层。本发明的叉指背接触异质结单晶硅电池，减薄常规背接触异质结N型单晶硅电池正面N型非晶硅层的厚度，并在非晶硅氧合金层下设置轻掺杂的N⁺层，既可减少N型非晶硅层的光吸收、光损失，又可利用N⁺层实现部分场钝化功能，提高了电池的光电转换效率；同时N⁺层还可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的短路电流、填充因子和转换效率。

Description

一种叉指背接触异质结单晶硅电池

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种叉指背接触异质结单晶硅电池。

背景技术

晶体硅太阳电池具有转换效率高、工作稳定性好、工作寿命长和制造技术成熟等特点，是目前太阳能光伏市场的主力军。相对掺硼的P型单晶硅材料，掺磷的N型单晶硅材料中硼含量极低，由硼氧对导致的光致衰减可以忽略，N型硅材料中的一些金属杂质对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力，在相同掺杂浓度下N型硅比P型硅具有更高的少数载流子寿命。这些特性使得N型硅电池具有潜在的长寿命和高效率的优势，N型硅电池太阳电池已成为未来高效率晶体硅太阳电池的发展方向。

基于N型单晶硅衬底的叉指背接触(Interdigitated Back Contact，简称IBC)电池，正面没有任何电极分布，发射极和基极交叉排列于电池背面，分别收集晶体硅光伏效应产生的光生载流子，由于电池正面没有金属电极栅线遮挡产生的光学损失，可有效增加电池片的短路电流，提高转换效率。非晶硅(a-Si:H)/N型单晶硅(c-Si)异质结(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer，简称HIT)电池借助本征非晶硅(i-a-Si:H)良好的表面钝化作用，通过在P型非晶硅或N型非晶硅与单晶硅基底之间插入一层极薄的本征非晶硅，可钝化单晶硅表面的缺陷，大幅降低界面态和单晶硅的表面复合，从而提高少数载流子寿命，获得较高的开路电压。

N型硅背接触异质结太阳电池(以下简称：HIBC电池)是异质结电池和叉指背接触电池的耦合电池，利用非晶硅优越的表面钝化性能，并结合IBC结构正面没有金属遮挡的结构优势，兼容了两种电池的优良特性，具有良好的光学和电学性能，制程温度低、稳定性好；电池正面无栅线遮光，确保了电池具有高的短路电流(Isc)；电池正反两面均有高质量的氢化非晶硅钝化层，保证了电池有高的开路电压(Voc)。

通常，叉指背接触异质结N型单晶硅电池的正面由内向外采用N型单晶硅基体、本征非晶硅、N型非晶硅、减反射层依次叠加的结构，这种结构的优点是本征非晶硅提供了优异的化学钝化性能，N型非晶硅实现了场钝化；缺点是正面光生载流子产生率高，而非晶硅层吸收光产生的光生载流子寿命非常短，难以形成有效的光生电流，从而降低了短路电流密度，造成短波效应下降和光学损失增多；再者，为了减少因非晶硅层的光吸收而引起的电池短路电流密度下降，设计、制造背接触异质结N型单晶硅电池时必须优化、控制电池正面N型非晶硅和本征非晶硅层的厚度，而又给实现优异钝化性能以及进一步提升电池的转换效率带来困难。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种叉指背接触异质结单晶硅电池，以降低现有技术中电池正面的光损失，提高电池的光电转换效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种叉指背接触异质结单晶硅电池，包括：

一N型单晶硅基体，所述N型单晶硅基体具有相对的一正面和一背面；

设于所述N型单晶硅基体正面的掺杂N⁺层和正面N型非晶硅层；

间隔设于所述N型单晶硅基体背面的P型非晶硅层和背面N型非晶硅层。

优选地，所述掺杂N⁺层为轻掺杂N⁺层，所述掺杂N⁺层的表面掺杂浓度小于1×10¹⁸cm^-3，扩散深度为0.2～1μm。

优选地，所述正面N型非晶硅层的厚度为1～10nm。

优选地，所述单晶硅电池还包括设于所述掺杂N⁺层和正面N型非晶硅层之间的非晶硅氧合金前钝化层。

优选地，所述非晶硅氧合金前钝化层的厚度为1～10nm，其光学能隙大于2eV。

优选地，所述单晶硅电池还包括设于所述正面N型非晶硅层表面的减反层。

优选地，所述减反层为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层厚度为50～200nm。

优选地，所述单晶硅电池还包括设于所述P型非晶硅层和背面N型非晶硅层上的接触层及设于所述P型非晶硅层和背面N型非晶硅层之间的绝缘隔离层(10)。

优选地，所述接触层由透明导电薄膜与金属电极叠层组成，所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In₂O₃和铝掺杂的ZnO，所述金属电极为银、铜或铝。

优选地，所述单晶硅电池还包括设于所述N型单晶硅基体背面的非晶硅氧合金背钝化层。

与现有技术相比，本发明的叉指背接触异质结单晶硅电池，减薄常规背接触异质结N型单晶硅电池正面N型非晶硅层的厚度，并在非晶硅氧合金层下设置轻掺杂的N⁺层，既可减少N型非晶硅层的光吸收、光损失，又可利用N⁺层实现部分场钝化功能，提高了电池的光电转换效率；同时N⁺层还可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的短路电流、填充因子和转换效率。

另外，电池的正面采用光学能隙更宽的非晶硅氧合金代替本征非晶硅层作为钝化层，一方面可减小钝化层在蓝光区的吸收，降低光损失，提高电池的短路电流密度，另一方面非晶硅氧合金表面缺陷密度比本征非晶硅更低，可实现更加优异的界面钝化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的叉指背接触异质结单晶硅电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

参见图1，为本发明实施例的一种叉指背接触异质结单晶硅电池，所述单晶硅电池包括N型单晶硅基体1，其中所述N型单晶硅基体1具有相对的一正面和一背面；在N型单晶硅基体1的正面依次制备单面轻掺杂N⁺层2、非晶硅氧合金(a-SiOx:H)前钝化层3、正面N型非晶硅层4和减反层5；在N型单晶硅基体1的背面制备非晶硅氧合金(a-SiOx:H)非晶硅氧合金背钝化层6；在非晶硅氧合金背钝化层6的表面交替沉积P型非晶硅层7和背面N型非晶硅层8；分别在P型非晶硅层7和背面N型非晶硅层8表面依次沉积透明导电薄膜、金属膜，形成接触层9；在P型非晶硅层7和背面N型非晶硅层8之间的区域沉积绝缘隔离层10。

通过减薄背接触异质结N型单晶硅电池正面N型非晶硅层4的厚度，并在非晶硅氧合金层下设置了轻掺杂的N⁺层，既可减少N型非晶硅层4的光吸收、光损失，又可利用轻掺杂的N⁺层实现部分场钝化功能，同时轻掺杂的N⁺层还可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的填充因子和转换效率，提高了电池的光电转换效率。

除上述外，由于背接触异质结N型单晶硅电池的单元面积往往较大，硅衬底的电阻率较高，产生于电池正面的光生载流子需要传输较长距离才能到达电池背面被收集，光生载流子传输引起了较大的串联电阻损耗，从而导致填充因子降低。而轻掺杂的N⁺层2很好的解决了该问题，轻掺杂的N⁺层2可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的短路电流、填充因子和转换效率。

优选地，所述正面N型非晶硅层4的厚度为1～10nm，所述掺杂N⁺层2为轻掺杂N⁺层，所述掺杂N⁺层2的表面掺杂浓度小于1×10¹⁸cm^-3，扩散深度为0.2～1μm。该厚度范围的正面N型非晶硅层4及该掺杂度与扩散深度的掺杂N⁺层2，实现了既减少N型非晶硅层的光吸收、光损失，又具有好的钝化效果的目的。

优选的，所述非晶硅氧合金前钝化层3的厚度为1～10nm，其光学能隙大于2eV。本实施例的电池的正面采用光学能隙更宽的非晶硅氧合金代替本征非晶硅层作为钝化层，一方面可减小钝化层在蓝光区的吸收，降低光损失，提高电池的短路电流密度，另一方面非晶硅氧合金表面缺陷密度比本征非晶硅更低，可实现更加优异的界面钝化效果。

同样的，所述N型单晶硅基体1背面的非晶硅氧合金背钝化层6采用光学能隙更宽的非晶硅氧合金代替本征非晶硅层作为钝化层，该设置保证叉指背接触异质结单晶硅电池背面的界面钝化效果，优选的，非晶硅氧合金背钝化层6的厚度为1～10nm，光学能隙大于2eV。

优选地，本实施例的所述N型单晶硅基体1电阻率为0.5～10Ω·cm，厚度为100～300μm；

所述减反层5为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层5厚度为50～200nm。该厚度的减反层4最大限度地减少反射损失，且增加光的透过率，从而提高电池的效率。

参照图1，P型非晶硅层7的厚度为10～100nm，宽度为100～1000μm。其中背面N型非晶硅层8的厚度与P型非晶硅层7的厚度相同，但其宽度小于P型非晶硅层7的宽度。

其中，接触层9可由透明导电薄膜与金属电极叠层组成。所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In₂O₃和铝掺杂的ZnO(AZO)等，所述金属电极为银、铜或铝等材料。接触层9的宽度为10～300μm。

优选地，绝缘隔离层10采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝的一种或多种的组合。

本发明的叉指背接触异质结单晶硅电池，减薄常规背接触异质结N型单晶硅电池正面N型非晶硅层的厚度，并在非晶硅氧合金层下设置轻掺杂的N⁺层，既可减少N型非晶硅层的光吸收、光损失，又可利用N⁺层实现部分场钝化功能，提高了电池的光电转换效率；同时N⁺层还可提供光生载流子的横向低阻导电通道，从而降低串联电阻损耗，提高电池的短路电流、填充因子和转换效率。

另外，电池的正面采用光学能隙更宽的非晶硅氧合金代替本征非晶硅层作为钝化层，一方面可减小钝化层在蓝光区的吸收，降低光损失，提高电池的短路电流密度，另一方面非晶硅氧合金表面缺陷密度比本征非晶硅更低，可实现更加优异的界面钝化效果。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种叉指背接触异质结单晶硅电池，其特征在于，包括：

一N型单晶硅基体(1)，所述N型单晶硅基体(1)具有相对的一正面和一背面；

设于所述N型单晶硅基体(1)正面的掺杂N⁺层(2)和正面N型非晶硅层(4)；

间隔设于所述N型单晶硅基体(1)背面的P型非晶硅层(7)和背面N型非晶硅层(8)。

2.根据权利要求1所述的单晶硅电池，其特征在于，所述掺杂N⁺层(2)为轻掺杂N⁺层，所述掺杂N⁺层(2)的表面掺杂浓度小于1×10¹⁸cm^-3，扩散深度为0.2～1μm。

3.根据权利要求2所述的单晶硅电池，其特征在于，所述正面N型非晶硅层(4)的厚度为1～10nm。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的单晶硅电池，其特征在于，所述单晶硅电池还包括设于所述掺杂N⁺层(2)和正面N型非晶硅层(4)之间的非晶硅氧合金前钝化层(3)。

5.根据权利要求4所述的单晶硅电池，其特征在于，所述非晶硅氧合金前钝化层(3)的厚度为1～10nm，其光学能隙大于2eV。

6.根据权利要求5所述的单晶硅电池，其特征在于，所述单晶硅电池还包括设于所述正面N型非晶硅层(4)表面的减反层(5)。

7.根据权利要求6所述的单晶硅电池，其特征在于，所述减反层(5)为氧化物、氮化物的一种或两种的组合，所述减反层(5)厚度为50～200nm。

8.根据权利要求5所述的单晶硅电池，其特征在于，所述单晶硅电池还包括设于所述P型非晶硅层(7)和背面N型非晶硅层(8)上的接触层(9)及设于所述P型非晶硅层(7)和背面N型非晶硅层(8)之间的绝缘隔离层(10)。

9.根据权利要求8所述的单晶硅电池，其特征在于，所述接触层(9)由透明导电薄膜与金属电极叠层组成，所述透明导电薄膜包括锡掺杂的In₂O₃和铝掺杂的ZnO，所述金属电极为银、铜或铝。

10.根据权利要求9所述的单晶硅电池，其特征在于，所述单晶硅电池还包括设于所述N型单晶硅基体(1)背面的非晶硅氧合金背钝化层(6)。