CN110071184A - 一种单晶太阳能电池及其制作方法、一种光伏组件 - Google Patents

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李跃
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Abstract

本申请公开了一种单晶太阳能电池，通过从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极、P型基体硅、遂穿层、磷掺杂层及背表面电极；所述磷掺杂层为经过磷掺杂的N型半导体层；所述磷掺杂层与背表面电极形成欧姆接触，且所述背表面电极与所述遂穿层无直接接触；位于所述遂穿层两侧的所述P型基体硅与所述磷掺杂层中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅与所述磷掺杂层实现电连接。本申请需进行磷掺杂生成N型半导体层，而磷掺杂工艺简单，提升所述单晶太阳能电池的生产效率；所述背表面电极与所述磷掺杂层薄膜接触，增大了所述单晶太阳能电池的载流子收集效率。本发明同时提供了一种具有上述有益效果的单晶太阳能电池的制备方法及光伏组件。

Description

一种单晶太阳能电池及其制作方法、一种光伏组件
技术领域
本申请涉及光伏能源领域，特别是涉及一种单晶太阳能电池及其制作方法、一种光伏组件。
背景技术
近年来，由于能源危机以及日益严重的环境污染日趋严重，各国对可再生能源的生产和投入逐渐加大力度，整个光伏行业都取得了突破性的迅猛发展，度电成本也越来越低，加上近年来政策支持，使低成本、高效率成为了降低度电成本的两大法宝，受到光伏企业的进一步重视。
德国Fraunhofer研究所研制出来的TOPcon(Tunnel Oxide Passivated contact)技术可以进一步使N型单晶电池效率实现突破，大幅提升N型单晶电池的工作效率，但现有的通过N型单晶材料稀缺，制作工艺复杂，成本高昂，拜其所赐目前的TOPcon电池产量始终卡在瓶颈，难以提升。综上所述，找到一种工艺简单，可大规模量产的高性能单晶TOPcon太阳能电池，是本领域技术人员亟待解决的问题。
申请内容
本申请的目的是提供一种单晶太阳能电池及其制作方法、一种光伏组件，以解决现有技术中硼掺杂难度较高，TOPcon单晶太阳能电池产能有限的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种单晶太阳能电池，包括：
从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极、P型基体硅、遂穿层、磷掺杂层及背表面电极；
所述磷掺杂层为经过磷掺杂的N型半导体层；
所述磷掺杂层上与所述背表面电极形成欧姆接触，且所述背表面电极与所述遂穿层无直接接触；
位于所述遂穿层两侧的所述P型基体硅与所述磷掺杂层中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅与所述磷掺杂层实现电连接。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述遂穿层的厚度的范围为0.1纳米至2.0纳米，包括端点值。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述遂穿层为氧化铝层或二氧化硅层。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述单晶太阳能电池还包括钝化层；
所述钝化层包括前表面钝化层与背表面钝化层；
所述前表面钝化层设置于所述P型基体硅靠近所述迎光面的表面，所述前表面电极穿过所述前表面钝化层与所述P型基体硅接触设置；
所述背表面钝化层设置于所述磷掺杂层靠近所述背光面的表面，所述背表面电极穿过所述背表面钝化层与所述磷掺杂层接触设置。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述钝化层的厚度范围为50纳米至200纳米，包括端点值。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述P型基体硅靠近所述迎光面的表面为经过制绒处理的表面。
可选地，在所述单晶太阳能电池中，所述磷掺杂层的厚度的范围为50纳米至500纳米，包括端点值。
本申请还提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括上述任一种所述的单晶太阳能电池。
本申请还提供了一种单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在P型基体硅的一侧设置遂穿层；
在遂穿层表面设置磷掺杂层；
按预设图案在所述磷掺杂层表面开孔；
通过金属烧结在所述P型基体硅与设置所述遂穿层相对的表面设置前表面电极，在所述磷掺杂层表面的孔洞中设置背表面电极，得到所述单晶太阳能电池。
可选地，在所述单晶太阳能电池的制备方法中，所述在遂穿层表面设置磷掺杂层具体为：
在所述遂穿层表面设置本征非晶硅层或多晶硅层；
对所述本征非晶硅层或所述多晶硅层进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层。
本申请所提供的单晶太阳能电池，通过从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极、P型基体硅、遂穿层、磷掺杂层及背表面电极；所述磷掺杂层为经过磷掺杂的N型半导体层；所述磷掺杂层与所述背表面电极形成欧姆接触，且所述背表面电极与所述遂穿层无直接接触；位于所述遂穿层两侧的所述P型基体硅与所述磷掺杂层中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅与所述磷掺杂层实现电连接。本申请将现有N型单晶TOPcon电池的N型基体硅替换为了P型基体硅，P型单晶材料来源广，制造成本低，同时，由于现有的TOPcon电池均为PNN+电池，若单纯将N型基体硅更改为所述P型基体硅，变为NPP+电池，则需要对处在所述单晶太阳能电池的背光面的多晶硅进行硼掺杂，得到高掺杂浓度的P+型层，但实际生产中，对多晶硅进行硼掺杂工艺更复杂，成本更高，这也是现有技术中未采用P型单晶做基体的原因，而本申请做出进一步改进，将所述多晶硅直接进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层，即PN型电池，避免了对多晶硅进行硼掺杂，在保证电池效率的同时大大降低了生产成本，提高了产能；此外，所述背表面电极与所述磷掺杂层薄膜接触，而不与所述P型基体硅或所述遂穿层直接接触，大大降低了电极接触处的载流子复合速率，实现了钝化接触方式，增大了所述单晶太阳能电池的载流子收集效率，进一步提升了所述单晶太阳能电池的电池效率。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的单晶太阳能电池的制备方法及光伏组件。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的单晶太阳能电池的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本申请提供的单晶太阳能电池的另一种具体实施方式的结构示意图；
图3为本申请提供的单晶太阳能电池的制备方法的一种具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的核心是提供一种单晶太阳能电池，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括：
从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极110、P型基体硅130、遂穿层140、磷掺杂层150及背表面电极120；
所述磷掺杂层150为经过磷掺杂的N型半导体层；
所述磷掺杂层150与所述背表面电极120形成欧姆接触，且所述背表面电极120与所述遂穿层140无直接接触；
位于所述遂穿层140两侧的所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150实现电连接。
特别的，所述遂穿层140的厚度的范围为0.1纳米至2.0纳米，包括端点值，如0.10纳米、1.50纳米或2.00纳米中的任一个，经过理论计算与实际检验，所述遂穿层140在上述厚度范围内能在阻挡少子的前提下，尽可能多地放行所述单晶太阳能电池中的自由载流子，当然，也可以根据实际情况作调整。
此外，所述遂穿层140为氧化铝层或二氧化硅层。
需要注意的是，所述P型基体硅130靠近所述迎光面的表面为经过制绒处理的表面；经过制绒处理后，所述P型基体朝向光线射入的一侧的表面便会布满不规则的蜂窝状孔洞，光线射入后，会在孔洞中进行反复反射，削减大量能量。本技术特征可大大增强所述单晶太阳能电池的光吸收，提升所述单晶太阳能电池的光电转换效率。
需要特别注意的是，所述磷掺杂层150为对本征非晶硅或多晶硅进行磷掺杂得到的层，其中，所述磷掺杂层150的厚度的范围为50纳米至500纳米，包括端点值，如50.0纳米、200.5纳米或500.0纳米中的任一个，经过理论计算与实际检验，所述磷掺杂层150在上述厚度范围内，所述单晶太阳能电池的输出电流最大，当然，也可以根据实际情况作调整。
本申请所提供的单晶太阳能电池，通过从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极110、P型基体硅130、遂穿层140、磷掺杂层150及背表面电极120；所述磷掺杂层150为经过磷掺杂的N型半导体层；所述磷掺杂层150与所述背表面电极120形成欧姆接触，且所述背表面电极120与所述遂穿层140无直接接触；位于所述遂穿层140两侧的所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150实现电连接。本申请将现有N型单晶TOPcon电池的N型基体硅替换为了P型基体硅130，P型单晶材料来源广，制造成本低，同时，由于现有的TOPcon电池均为PNN+电池，若单纯将N型基体硅更改为所述P型基体硅130，变为NPP+电池，则需要对处在所述单晶太阳能电池的背光面的多晶硅进行硼掺杂，得到高掺杂浓度的P+型层，但实际生产中，对多晶硅进行硼掺杂工艺更复杂，成本更高，这也是现有技术中未采用P型单晶做基体的原因，而本申请做出进一步改进，将所述多晶硅直接进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层150，即PN型电池，避免了对多晶硅进行硼掺杂，在保证电池效率的同时大大降低了生产成本，提高了产能；此外，所述背表面电极120与所述磷掺杂层150薄膜接触，而不与所述P型基体硅130或所述遂穿层140直接接触，大大降低了电极接触处的载流子复合速率，实现了钝化接触方式，增大了所述单晶太阳能电池的载流子收集效率，进一步提升了所述单晶太阳能电池的电池效率。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述单晶太阳能电池的迎光面和背光面做改进，得到具体实施方式二，其结构示意图如图2所示，包括：
从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极110、P型基体硅130、遂穿层140、磷掺杂层150及背表面电极120；
所述磷掺杂层150为经过磷掺杂的N型半导体层；
所述磷掺杂层150与所述背表面电极120形成欧姆接触，且所述背表面电极120与所述遂穿层140无直接接触；
位于所述遂穿层140两侧的所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150实现电连接；
所述单晶太阳能电池还包括钝化层；
所述钝化层包括前表面钝化层160与背表面钝化层170；
所述前表面钝化层160设置于所述P型基体硅130靠近所述迎光面的表面，所述前表面电极110穿过所述前表面钝化层160与所述P型基体硅130接触设置；
所述背表面钝化层170设置于所述磷掺杂层150靠近所述背光面的表面，所述背表面电极120穿过所述背表面钝化层170与所述磷掺杂层150接触设置。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式为所述单晶太阳能电池增设了钝化层，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
需要说明的是，所述背表面钝化层170与所述前表面钝化层160可以单独设置，并非一定要两者同时存在，实际生产中某一电池可以只有所述背表面钝化层170而没有所述前表面钝化层160，反之亦然；更进一步地，所述背表面钝化层170与所述前表面钝化层160表面具有通孔，所述前表面电极110与所述背表面电极120可穿过所属通孔与钝化层下方结构接触。
特别的，所述钝化层的厚度范围为50纳米至200纳米，包括端点值，如50.0纳米、128.6纳米或200.0纳米中的任一个。更进一步的，所述钝化层为氮化硅层、二氧化硅层或氧化铝层中至少一种。
本具体实施方式中的钝化层，可经由PECVD(等离子增强化学气相沉积法)获得，本申请对所述钝化层的制备方法无限定，只要达到所需密度、折射率和厚度即可。
本具体实施方式所提供的单晶太阳能电池，以背表面钝化层170为例，比如所述背表面钝化层170为氮化硅层，退火处理后的氮化硅层含有极高的固定正电荷H，一方面H对N型半导体层的磷掺杂层150进行表面和体内钝化，另外一方面通过场钝化作用，使少数载流子不在表面界面处被复合，而是汇集到电极处导出，减少了背表面的复合的发生，所述前表面钝化层160也具有类似的作用，防止少数载流子在前表面被复合，在前表面形成钝化作用，提高了电池的开路电压与短路电流，提高了转化效率；同时，由于氧化硅、氧化铝、氧化硅致密度较高，可阻挡一些外部的金属离子进入电池内部，使本电池具有优秀的抗电势诱导衰减能力。
本申请还同时提供了一种单晶太阳能电池的制备方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图3所示，称其为具体实施方式三，包括：
步骤S101：在P型基体硅130的一侧设置遂穿层140。
在设置所述遂穿层140前，还可现对所述P型基体的靠近迎光面的一侧进行制绒、清洗；更进一步地，还可以在制绒、清洗之后在远离所述迎光面的一侧进行单面表面处理(通过酸或者碱形成平整结构)，再在进行过单面表面处理的表面上设置所述遂穿层140。
所述遂穿层140可通过LPCVD(低压化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)、高温HNO3处理、UV、O3等方法进行设置，只要满足设置好的效果即可，对设置方法无限定。
步骤S102：在遂穿层140表面设置磷掺杂层150。
需要特别提醒的是，所述在遂穿层140表面设置磷掺杂层150具体为：
在所述遂穿层140表面设置本征非晶硅层或多晶硅层；对所述本征非晶硅层或所述多晶硅层进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层150。依上述步骤设置所述磷掺杂层150，方法简单高效，可大大提升所述单晶太阳能电池的生产效率。
所述磷掺杂可通过离子注入法或管式扩散法进行掺杂，也可以通过其他方法掺杂，只要达到预定的掺杂浓度即可。
步骤S103：通过金属烧结在所述P型基体硅130与设置所述遂穿层140相对的表面设置前表面电极110，在所述磷掺杂层150表面设置背表面电极120，得到所述单晶太阳能电池。
本申请所提供的单晶太阳能电池的制备方法，通过在P型基体硅130的一侧设置遂穿层140；在遂穿层140表面设置磷掺杂层150；通过金属烧结在所述P型基体硅130与设置所述遂穿层140相对的表面设置前表面电极110，在所述磷掺杂层150表面设置背表面电极120，得到所述单晶太阳能电池。本申请将现有N型单晶TOPcon电池的N型基体硅替换为了P型基体硅130，P型单晶材料来源广，制造成本低，同时，由于现有的TOPcon电池均为PNN+电池，若单纯将N型基体硅更改为所述P型基体硅130，变为NPP+电池，则需要对处在所述单晶太阳能电池的背光面的多晶硅进行硼掺杂，得到高掺杂浓度的P+型层，但实际生产中，对多晶硅进行硼掺杂工艺更复杂，成本更高，这也是现有技术中未采用P型单晶做基体的原因，而本申请做出进一步改进，将所述多晶硅直接进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层150，即PN型电池，避免了对多晶硅进行硼掺杂，在保证电池效率的同时大大降低了生产成本，提高了产能；此外，所述背表面电极120与所述磷掺杂层150薄膜接触，而不与所述P型基体硅130或所述遂穿层140直接接触，大大降低了电极接触处的载流子复合速率，实现了钝化接触方式，增大了所述单晶太阳能电池的载流子收集效率，进一步提升了所述单晶太阳能电池的电池效率。
本申请还提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括上述任一种的单晶太阳能电池。本申请所提供的单晶太阳能电池，通过从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极110、P型基体硅130、遂穿层140、磷掺杂层150及背表面电极120；所述磷掺杂层150为经过磷掺杂的N型半导体层；所述磷掺杂层150表面的钝化层上进行开孔，所述背表面电极120通过所述空洞和磷掺杂层150形成欧姆接触，且所述背表面电极120与所述遂穿层140无直接接触；位于所述遂穿层140两侧的所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅130与所述磷掺杂层150实现电连接。本申请将现有N型单晶TOPcon电池的N型基体硅替换为了P型基体硅130，P型单晶材料来源广，制造成本低，同时，由于现有的TOPcon电池均为PNN+电池，若单纯将N型基体硅更改为所述P型基体硅130，变为NPP+电池，则需要对处在所述单晶太阳能电池的背光面的多晶硅进行硼掺杂，得到高掺杂浓度的P+型层，但实际生产中，对多晶硅进行硼掺杂工艺更复杂，成本更高，这也是现有技术中未采用P型单晶做基体的原因，而本申请做出进一步改进，将所述多晶硅直接进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层150，即PN型电池，避免了对多晶硅进行硼掺杂，在保证电池效率的同时大大降低了生产成本，提高了产能；此外，所述背表面电极120与所述磷掺杂层150薄膜接触，而不与所述P型基体硅130或所述遂穿层140直接接触，大大降低了电极接触处的载流子复合速率，实现了钝化接触方式，增大了所述单晶太阳能电池的载流子收集效率，进一步提升了所述单晶太阳能电池的电池效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的单晶太阳能电池及其制作方法、一种光伏组件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单晶太阳能电池，其特征在于，包括：
从迎光面到背光面依次接触设置的前表面电极、P型基体硅、遂穿层、磷掺杂层及背表面电极；
所述磷掺杂层为经过磷掺杂的N型半导体层；
所述磷掺杂层与所述背表面电极形成欧姆接触，且所述背表面电极与所述遂穿层无直接接触；
位于所述遂穿层两侧的所述P型基体硅与所述磷掺杂层中的自由载流子可发生遂穿效应，使所述P型基体硅与所述磷掺杂层实现电连接。
2.如权利要求1所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述遂穿层的厚度的范围为0.1纳米至2.0纳米，包括端点值。
3.如权利要求2所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述遂穿层为氧化铝层或二氧化硅层。
4.如权利要求3所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述单晶太阳能电池还包括钝化层；
所述钝化层包括前表面钝化层与背表面钝化层；
所述前表面钝化层设置于所述P型基体硅靠近所述迎光面的表面，所述前表面电极穿过所述前表面钝化层与所述P型基体硅接触设置；
所述背表面钝化层设置于所述磷掺杂层靠近所述背光面的表面，所述背表面电极穿过所述背表面钝化层与所述磷掺杂层接触设置。
5.如权利要求4所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述钝化层的厚度范围为50纳米至200纳米，包括端点值。
6.如权利要求1所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述P型基体硅靠近所述迎光面的表面为经过制绒处理的表面。
7.如权利要求1至7任一项所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述磷掺杂层的厚度的范围为50纳米至500纳米，包括端点值。
8.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括如权利要求1至7任一项所述的单晶太阳能电池。
9.一种单晶太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
在P型基体硅的一侧设置遂穿层；
在遂穿层表面设置磷掺杂层；
通过金属烧结在所述P型基体硅与设置所述遂穿层相对的表面设置前表面电极，在所述磷掺杂层表面设置背表面电极，得到所述单晶太阳能电池。
10.如权利要求9所述的单晶太阳能电池，其特征在于，所述在遂穿层表面设置磷掺杂层具体为：
在所述遂穿层表面设置本征非晶硅层或多晶硅层；
对所述本征非晶硅层或所述多晶硅层进行磷掺杂，得到所述磷掺杂层。
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