CN112786729B - 太阳电池及电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了太阳电池及电池组件，涉及光伏技术领域。太阳电池包括PN结；PN结由基体层以及反型层形成；室温Tm下，基体层和反型层中位于背光一侧者至少部分区域形成弱简并或简并半导体，部分区域从基体层和反型层中位于背光一侧者的向光面向层内延伸；基体层和反型层中位于向光一侧者为非简并半导体；弱简并或简并半导体设置为，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm。在施加反向电压的情况下PN结会作为隧道结反向偏置，PN结中形成隧道电流，反向导通，由该太阳电池形成的电池串无需并联旁路二极管，封装损失小，接线盒尺寸小；在出现异常时，损失电流少，发热少，具备更高可靠性和长期稳定性。

Description

太阳电池及电池组件
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及电池组件。
背景技术
PN结太阳电池具有正向导通反向截止的特性，由PN结太阳电池形成的电池组件在某一个PN结太阳电池出现异常情况下，与该PN结太阳电池串联的整个PN结太阳电池串的输出电流受到很大影响，且容易造成电池组件损坏。
目前，通过为PN结太阳电池串设置并联的旁路二极管，以解决上述问题。然而，旁路二极管导通时组件功率下降多、二极管发热较为严重，容易引起严重的安全隐患。
发明内容
本发明提供一种太阳电池及电池组件，旨在解决PN结太阳电池串设置并联的旁路二极管导通时，组件功率下降多、二极管发热严重的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种太阳电池，包括PN结；所述PN结由基体层以及反型层形成；所述基体层与所述反型层的掺杂类型不同；
室温Tm下，所述基体层和所述反型层中位于背光一侧者至少部分区域形成弱简并或简并半导体，所述部分区域从所述基体层和所述反型层中位于背光一侧者的向光面向层内延伸；
所述基体层和所述反型层中位于向光一侧者为非简并半导体；
所述弱简并或简并半导体设置为，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm。本发明实施方式中的PN结，在施加正向电压的情况下，作为一般的PN结存在，用于分离载流子。在施加反向电压的情况下，PN结会作为隧道结存在，会反向偏置，PN结中形成隧道电流，并反向导通，在施加正向电压的情况下，又恢复为一般的PN结存在。而在出现异常的情况下，就会在PN结上施加反向电压，即，PN结在出现异常的情况，会作为隧道结存在，不会被击穿，不会影响与该PN结太阳电池串联的整个太阳电池串的输出，一方面由该太阳电池形成的电池串无需并联旁路二极管，封装损失小，可以减小接线盒的尺寸；另一方面，在出现异常时，电池串中其余太阳电池均允许正常电流通过，仅是出现异常的太阳电池的输出电流受影响，损失的电流少，发热少，具备更高的可靠性和长期稳定性，组件功率下降也少。可选的，由上述太阳电池形成的电池组件可采用侧面接线盒，背板无需开孔，工艺简单，成本低。而且，基体层和反型层中位于向光一侧者为非简并半导体，吸光性能较好，复合也较低。
可选的，所述反型层的材料选自：III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种；
所述基体层的材料选自：晶体硅、III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种。
可选的，所述反型层的位于背光侧，其中，以下材料作为反型层时，
III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3；
氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3；
反型层采用非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，所述反型层的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。
可选的，所述基体层位于背光侧，其中，以下材料作为基体层时，
晶体硅的掺杂浓度为1016cm-3-1020cm-3；
III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3；
氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3；
基体层选自非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，所述基体层的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。
可选的，在所述反型层位于所述基体层的整个背光面；所述基体层为晶体硅，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1016cm-3；或，
所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域，所述基体层为晶体硅，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1020cm-3。
可选的，所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域，所述基体层为晶体硅，在所述局部区域所述晶体硅靠近所述反型层一侧的掺杂浓度大于相对的一侧。
可选的，所述反型层的材料选自III-V化合物半导体，所述基体层以及所述反型层之间还设置有缓冲层；所述缓冲层的厚度为0.1-50nm，所述缓冲层的材料选自：锗晶体、硅锗化合物、III-V化合物中的一种。
可选的，所述反型层的材料为氧化物半导体，所述基体层以及所述反型层之间还设置有氧化硅层；所述氧化硅层的厚度为0.1-10nm。
可选的，所述反型层的材料选自：非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种，所述基体层以及所述反型层之间还设置有钝化层；所述钝化层的厚度为0.1-10nm，所述钝化层的材料选自：本征非晶硅、纳米晶硅或氧化硅。
可选的，所述III-V化合物半导体选自：GaAs、InAs、InP、GaP、AlP、AlAs中的至少一种；
所述氧化物半导体选自：第一材料或所述第一材料与第二材料的掺杂化合物；所述第一材料选自：氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化钒中的至少一种；所述第二材料选自：卤族元素、过渡金属元素、碱金属元素、稀土元素、III族元素、IV族元素、V族元素中的至少一种。
可选的，在所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域的情况下，所述反型层在所述基体层的背光面的投影的面积，占所述基体层的背光面的总面积的50％至95％。
根据本发明的第二方面，还提供一种电池组件，包括：任一前述的太阳电池。
上述电池组件，具有与前述太阳电池相同或相似的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对本发明实施方式的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方式，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示出了本发明实施方式中的第一种太阳电池的结构示意图；
图2示出了本发明实施方式中的第二种太阳电池的结构示意图；
图3示出了本发明实施方式中的第三种太阳电池的结构示意图；
图4示出了本发明实施方式中的第四种太阳电池的结构示意图；
图5示出了本发明实施方式中的第五种太阳电池的结构示意图；
图6示出了本发明实施方式中的一种电池组件的结构示意图；
图7示出了本发明实施方式中的一种电池组件的电路示意图。
附图编号说明：
1-基体层，2-反型层，3-第二电极，4-第一电极，5-缓冲层、第一钝化层、第二钝化层中的一种，6-前表面场，7-背表面场，8-背面钝化层，9-正面减反射薄膜层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
发明人发现，现有技术中在某一个PN结太阳电池出现异常情况下，电池串的输出电流受到很大影响，且容易造成电池组件损坏的原因在于：当某一片PN结太阳电池破损、被遮挡等异常情况下，电池串中该片太阳电池输出电流及电压下降，其余太阳电池均正常输出，此时异常太阳电池处于反向偏置状态，但由于其反向截止的特性不允许电池串中其余太阳电池的电流通过，异常太阳电池需要消纳整串电池串的富余输出功率。为了解决这个问题，现有技术中，为电池串并联旁路二极管，在正常运行时，旁路二极管处于反向截止状态，在出现异常时，旁路二极管会正向偏置导通，短路掉异常的太阳电池所在的电池串，以保护受损的太阳电池。但是当旁路二极管正向偏置导通的情况下，异常的太阳电池所在的电池串的输出功率受到限制，异常的太阳电池所在的电池串的输出功率均不会作为电池组件的输出功率，导通的旁路二极管发热严重，容易引发严重的电气安全隐患，甚至发生火灾。
在本发明实施方式中，参照图1所示，图1示出了本发明实施方式中的第一种太阳电池的结构示意图。该太阳电池包括：PN结。PN结由基体层1以及反型层2组成，基体层1和反型层2的掺杂类型不同，即基体层1以及反型层2两者中一个的掺杂类型为P型，另一个的掺杂类型为N型，至于两者中哪个的掺杂类型是P型不作具体限定。例如，若图1中基体层1的掺杂类型为N型，则，反型层2的掺杂类型即为P型。反型层2设置在基体层1的背光面或向光面。如图1所示，反型层2设置在基体层1的背光面。参照图2所示，图2示出了本发明实施方式中的第二种太阳电池的结构示意图。图2中，反型层2设置在基体层1的向光面。
Tm表征室温，室温Tm下，基体层1和反型层2中位于背光一侧者至少部分区域形成弱简并或简并半导体。就是说，室温Tm情况下，基体层1和反型层2两者中位于背光一侧的一个的至少部分区域掺杂浓度较高，形成弱简并或简并半导体。至少部分区域的大小不作具体限定。具体是在基体层1和反型层2两者中位于背光一侧的一个中靠近PN结的区域形成弱简并或简并半导体，基体层1和反型层2两者即可形成隧道结。基体层1和反型层2中位于背光一侧者的向光面为基体层1和反型层2中位于背光一侧者中，与另一个接触的界面。部分区域从基体层1和反型层2中位于背光一侧者的向光面向层内延伸，延伸的深度不作具体限定。
基体层1和反型层2中位于向光一侧者掺杂浓度较低，为非简并半导体。基体层1和反型层2中位于向光一侧者掺杂浓度较低，吸光性能较好，复合也较低。
基体层1和反型层2中位于背光一侧者中形成弱简并或简并半导体设置为，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm，该公式中kB为玻尔兹曼常数(Boltzmann constant)，kB取值为1.380649×10-23J/K。由上述基体层1和反型层2形成的PN结，在施加正向电压的情况下，作为一般的PN结存在，用于分离载流子。在施加反向电压的情况下，PN结会作为隧道结存在，会反向偏置，PN结中形成隧道电流，并反向导通，并没有被反向击穿，在施加正向电压的情况下，又恢复为一般的PN结存在。而在出现异常的情况下，就会在PN结上施加反向电压，即，PN结在出现异常的情况，会作为隧道结存在，不会被击穿，不会影响与该PN结太阳电池串联的整个太阳电池串的输出，一方面由该太阳电池形成的电池串无需并联旁路二极管，封装损失小，可以减小接线盒的尺寸；另一方面，在出现异常时，电池串中其余太阳电池均允许正常电流通过，仅是出现异常的太阳电池的输出电流受影响，损失的电流少，发热少，具备更高的可靠性和长期稳定性，组件功率下降也少。
例如，若电池组件包括由60个太阳电池形成的3个电池串，每个电池串中由20个太阳电池串联。若1个电池串中的某一个太阳电池出现异常，现有技术中，异常太阳电池处于反向偏置状态，不允许该异常太阳电池所在电池串中其余太阳电池的电流通过，输出功率损失大致为1/3。而本申请中，当该太阳电池出现异常时，该太阳电池中的PN结会作为隧道结存在，会反向偏置进而反向导通，PN结中形成隧道电流，与该太阳电池串联的其他太阳电池的电流可以通过该太阳电池，该太阳电池仅作为电阻存在于电池串中，输出功率损失大致为1/60。
如，参照图1所示，反型层2设置在基体层1的背光面。反型层2中至少部分区域掺杂浓度较高，形成弱简并或简并半导体。反型层2中形成弱简并或简并半导体的区域从反型层2的向光面向层内延伸。基体层1和反型层2两者中位于向光一侧的就是基体层1。基体层1掺杂浓度较低，为非简并半导体。反型层2中形成弱简并或简并半导体的区域，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm。
再例如，参照图2所示，反型层2设置在基体层1的向光面。基体层1中至少部分区域掺杂浓度较高，形成弱简并或简并半导体。基体层1中形成弱简并或简并半导体的区域从基体层1的向光面向层内延伸。反型层2掺杂浓度较低，为非简并半导体。反基体层1中形成弱简并或简并半导体的区域，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm。
可选的，反型层2的材料选自：III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种。基体层1的材料选自：晶体硅、III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种。上述的III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅均为遂穿效率高的直接带隙半导体，进而上述材料形成的PN结在作为隧道结存在时，可以实现更高的光电转换效率和较大的反向隧道电流。
可选的，在反型层2位于基体层1的背光面的情况下，在反型层2的材料选自III-V化合物半导体的情况下，III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3，即接近简并态。在反型层2的材料选自氧化物半导体的情况下，氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3。在反型层2的材料选自非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，反型层2的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。上述材料的反型层2，在PN结施加反向电压的情况下，易于反向导通，而且遂穿效率高。
可选的，基体层1位于背光侧，即在反型层2位于基体层1的向光面的情况下，在基体层1的材料选自晶体硅的情况下，晶体硅的掺杂浓度为1016cm-3-1020cm-3，接近简并态。在基体层1的材料选自III-V化合物半导体的情况下，III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3。在基体层1的材料选自氧化物半导体的情况下，氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3。在基体层1的材料选自非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，基体层1的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3，上述材料的基体层1和反型层2，在PN结施加反向电压的情况下，易于反向导通，而且遂穿效率高。
本发明实施例中的PN结，当该太阳电池出现异常时，通过测试，该太阳电池中的PN结会作为隧道结存在，会反向偏置进而反向导通，PN结中形成隧道电流，其自身光生电流下降，与该太阳电池串联的其他太阳电池的电流可以通过该太阳电池，该太阳电池仅作为电阻存在于电池串中，其发热功率与现有技术相比十分微弱，进而无需并联旁路二极管，封装损失小，可以减小接线盒的尺寸；同时，在出现异常时，电池串中其余太阳电池均允许正常电流通过，仅是出现异常的太阳电池的输出电流受影响，损失的电流少，发热少，具备更高的可靠性和长期稳定性，组件功率下降也少。当反向电压继续增大时，隧道电流可以持续增加，该PN结并没有被击穿，表现为解除反向偏置状态时，即太阳电池恢复正常运行状态，PN结可以恢复正常工作状态，即又恢复为一般的PN结存在。而且，上述PN结降低了体区复合与寄生性吸收，延伸的空间电荷区扩展了界面区域的禁带宽度，抑制了正常情况下自发的界面隧穿复合。同时，上述的III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅均为遂穿效率高的直接带隙半导体，进而上述材料形成的PN结在作为隧道结存在时，可以实现更高的光电转换效率和较大的反向隧道电流。
可选的，III-V化合物半导体选自：GaAs(砷化镓)、InAs(砷化锢)、InP(磷化铟)、GaP(磷化镓)、AlP(磷化铝)、AlAs(砷化铝)中的至少一种。
可选的，氧化物半导体具体指过渡金属氧化物半导体，具体选自：第一材料或该第一材料与第二材料的掺杂化合物。该第一材料选自：氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化钒中的至少一种。该第二材料选自：卤族元素、过渡金属元素、碱金属元素、稀土元素、III族元素、IV族元素、V族元素中的至少一种。
可选的，反型层2通过外延、沉积、掺杂三种方式中的一种方式，设置在基体层1的背光面或向光面。外延生长得到的反型层2在界面处具备陡峭的掺杂元素扩散界面，以缩减空间电荷区一侧的宽度，提高反向状态下隧穿复合几率，且外延界面缺陷较少，保证了在外延侧陡峭的空间电荷区以及能带变化响应，确保较低的反向导通电阻，因此，外延生长可以为优选工艺。除外延外，还可采用精确的掺杂工艺如离子注入或快速热扩散等工艺，还可以采用沉积后晶化的工艺。
可选的，参照图1所示，反型层2设置在基体层1的整个背光面，进而利于少数载流子的传输和收集。在反型层2设置在基体层1的整个背光面且基体层1的材料选自晶体硅的情况下，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1016cm-3，可以降低体区复合和寄生性吸收。第一电极4设置在反型层2的背光面，第二电极3设置在基体层1的向光面。
可选的，参照图2所示，在反型层2设置在基体层1的整个向光面的情况下，第一电极4设置在基体层1的背光面，第二电极3设置在反型层2的向光面。
可选的，参照图3所示，图3示出了本发明实施方式中的第三种太阳电池的结构示意图。反型层2位于基体层1的背光面的局部区域，也就是说反型层2并没有覆盖基体层1的全部背光面，基体层1的材料选自晶体硅的情况下，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1020cm-3。太阳电池还包括：第一电极4和第二电极3，第一电极4设置在反型层2的背光面上，第二电极3设置在基体层1的背光面中反型层2之外的区域，进而，电极完全不遮挡向光面，利于提升太阳电池的输出功率。
可选的，参照图3所示，反型层2位于基体层1的背光面的局部区域，基体层1为晶体硅，在基体层1局部区域的晶体硅靠近反型层2一侧的掺杂浓度大于相对的一侧。即，反型层2位于基体层1的背光面的局部区域，基体层1为晶体硅，在基体层1局部区域的晶体硅靠近反型层2一侧的掺杂浓度大于远离反型层2的一侧，利于保证光的入射量。
需要说明的是，PN结形成后，需控制后续工艺温度，过高的后续工艺温度会导致PN结界面发生元素扩散或界面层裂解，破坏PN结界面，导致效率下降。
可选的，参照图3所示，在反型层2设置在基体层1的背光面的局部区域的情况下，反型层2在基体层1的背光面的投影的面积，占基体层1的背光面的总面积的50％至95％，对少数载流子和多数载流子的运输和收集效果均较好。
可选的，反型层2可以设置在基体层1的向光面的局部区域，也就是说反型层2并没有覆盖基体层1的全部向光面。
图4示出了本发明实施方式中的第四种太阳电池的结构示意图。可选的，参照图2或图4所示，在反型层2的材料选自：III-V化合物半导体，反型层2和基体层1之间还设置有缓冲层5。即，无论是反型层2设置在基体层1的向光面，还是反型层2设置在基体层1的背光面，反型层2和基体层1之间均可以设置有缓冲层5。缓冲层5可以起到缓冲晶格失配、钝化界面缺陷等功能。缓冲层5的厚度d1为0.1-50nm，上述厚度范围的缓冲层5晶格适配效果好，且钝化性能好。
可选的，缓冲层5的材料选自：锗晶体、硅锗化合物、III-V化合物中的一种。缓冲层5中的III-V化合物可以为：InPSb(铟磷锑)、GaInP(镓铟磷)等。上述材料的缓冲层5的晶格适配效果好，且钝化性能好。
可选的，在反型层2的材料为：氧化物半导体，基体层1以及反型层2之间还设置有氧化硅层，即，无论是反型层2设置在基体层1的向光面，还是反型层2设置在基体层1的背光面，反型层2和基体层1之间均可以设置有氧化硅层，氧化硅层起到阻挡两者的掺杂元素相互扩散，和钝化界面缺陷的功能，而且制备工艺使用已有的太阳电池的制备工艺即可，制备效率高。氧化硅层的厚度为0.1-10nm。
可选的，在反型层2的材料选自：非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种，基体层以及反型层之间还设置有钝化层，即，无论是反型层2设置在基体层1的向光面，还是反型层2设置在基体层1的背光面，反型层2和基体层1之间均可以设置有钝化层，钝化层起到阻挡两者的掺杂元素相互扩散，和钝化界面缺陷的功能。钝化层的厚度为0.1-10nm。
可选的，钝化层的材料选自：本征非晶硅、纳米晶硅或氧化硅，阻挡扩散和钝化的效果好，而且制备工艺使用已有的太阳电池的制备工艺即可，制备效率高。
图5示出了本发明实施方式中的第五种太阳电池的结构示意图。可选的，参照图4、图5所示，在反型层2位于基体层1的背光面的情况下，太阳电池还包括位于基体层1的向光面的前表面场6，前表面场6的掺杂类型与基体层1的掺杂类型相同，前表面场6的掺杂浓度大于基体层1的掺杂浓度。前表面场6与基体层1形成浓度梯度差，利于提升光电转换效率。
可选的，参照图2所示，在反型层2位于基体层1的向光面的情况下，太阳电池还包括位于基体层1的背光面的背表面场7，背表面场7的掺杂类型与基体层1的掺杂类型相同，背表面场7的掺杂浓度大于基体层1的掺杂浓度。背表面场7与基体层1形成浓度梯度差，利于提升光电转换效率。
可选的，参照图3所示，在反型层2位于基体层1的背光面的局部区域的情况下，太阳电池还包括位于基体层1的背光面中反型层2之外的背表面场7，背表面场7的掺杂类型与基体层1的掺杂类型相同，背表面场7的掺杂浓度大于基体层1的掺杂浓度。背表面场7与基体层1形成浓度梯度差，利于提升光电转换效率。
可选的，基体层1的背光面为平面结构或陷光结构，和/或，基体层1的向光面为平面结构或陷光结构，与其接触的反型层2适应基体层1表面结构。
可选的，PN结的向光面设置有正面钝化层、正面减反射薄膜层、散射结构层、聚光结构层中的至少一种；和/或，在PN结的背光面设置有背面钝化层、背面减反射薄膜层、散射结构层、聚光结构层中的至少一种。例如，图2、图3-图5中，9可以为正面减反射薄膜层，8可以为背面钝化层。
本发明实施方式还提供了一种电池组件，包括：任一前述太阳电池。图6示出了本发明实施方式中的一种电池组件的结构示意图。图6可以为从电池组件的向光面向背光面看的俯视图。图7示出了本发明实施方式中的一种电池组件的电路示意图。参照图7所示，每个电池串中无需并联旁路二极管。该组件中的太阳电池具体可以参照前述有关记载，并能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
下面以具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
参照图4所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的向光面为绒面结构，背光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1013cm-3-1016cm-3。基体层1向光面具备前表面场6，前表面场6为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。反型层2中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，基体层1为非简并半导体。
基体层1的向光面具备向正面减反射薄膜层9。反型层2位于基体层1的整个背光面侧，采用外延生长的方式获得。反型层2为GaAs，为p型掺杂(掺Al)，掺杂浓度为1018cm-3-1020cm-3。反型层2处于接近简并态或简并态。反型层2与基体层1之间存在缓冲层5，缓冲层5为SiGe缓冲层，厚度2-50nm，采用外延生长的方式获得。反型层2背光面侧具备背面钝化层8。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过700℃，以保护隧道结界面，减少界面扩散。
实施例2
参照图4所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的向光面为绒面结构，背光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1015cm-3-1016cm-3。基体层1向光面具备前表面场6，前表面场6为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。反型层2中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，基体层1为非简并半导体。
基体层1的向光面具备向正面减反射薄膜层9。反型层2位于基体层1的整个背光面侧，采用气相沉积的方法获得。反型层2为掺铝氧化锌，为p型掺杂。反型层2与基体层1之间存在氧化硅层5，氧化硅层5为氧化硅层，厚度1nm，采用沉积氧化后退火的方式获得。反型层2背光面侧具备背面钝化层8。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过700℃，以保护隧道结界面，防止氧化层裂解产生界面缺陷。
实施例3
参照图4所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的向光面为绒面结构，背光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1015cm-3-1016cm-3。基体层1向光面具备前表面场6，前表面场6为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。反型层2中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，基体层1为非简并半导体。
基体层1的向光面具备向正面减反射薄膜层9。反型层2位于基体层1的整个背光面侧，采用气相沉积的方法获得。反型层2为非晶硅，为p型掺杂，掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。反型层2与基体层1之间存在钝化层5，钝化层5为本征非晶硅层，厚度2nm，采用气相沉积的方式获得。反型层2背光面侧具备背面钝化层8。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过250℃，以保护隧道结界面，以防止非晶硅晶化导致钝化及隧道结性能下降。
实施例4
参照图2所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的背光面为绒面结构，向光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1016cm-3-1019cm-3。基体层1中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，反型层2为非简并半导体。基体层1背光面具备背表面场7，背表面场7为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。背表面场7可以为完整的一层，或在位于基体层1背光面的局部区域，例如，仅位于基体层1背光面中电极位置附近。基体层1背光面侧具备背面钝化层8。
反型层2位于基体层1的整个向光面侧，采用外延的方法获得。反型层2为GaAs，为p型掺杂(掺Al)，掺杂浓度为1015cm-3-1017cm-3。反型层2与基体层1之间存在缓冲层5，缓冲层5为GaAs缓冲层，厚度2-50nm，采用外延的方式获得。反型层2的向光面具备向正面减反射薄膜层9。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过700℃，以保护隧道结界面，减少界面扩散。
实施例5
参照图2所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的背光面为绒面结构，向光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1016cm-3-1019cm-3。基体层1中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，反型层2为非简并半导体。基体层1背光面具备背表面场7，背表面场7为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。背表面场7可以为完整的一层，或在位于基体层1背光面的局部区域，例如，仅位于基体层1背光面中电极位置附近。基体层1背光面侧具备背面钝化层8。
反型层2位于基体层1的整个向光面侧，采用化学气相沉积的方法获得。反型层2为氧化钼，为p型掺杂。反型层2与基体层1之间存在氧化硅层5，氧化硅层5为氧化硅层，厚度1nm，采用沉积氧化钼后退火的方式获得。反型层2的向光面具备向正面减反射薄膜层9。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过700℃，以保护隧道结界面，减少界面扩散。
实施例6
参照图2所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的背光面为绒面结构，向光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1016cm-3-1019cm-3。基体层1中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，反型层2为非简并半导体。基体层1背光面具备背表面场7，背表面场7为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。背表面场7可以为完整的一层，或在位于基体层1背光面的局部区域，例如，仅位于基体层1背光面中电极位置附近。基体层1背光面侧具备背面钝化层8。
反型层2位于基体层1的整个向光面侧，采用化学气相沉积的方法获得。反型层2为含氢非晶硅，为p型掺杂，掺杂浓度1013cm-3-1018cm-3。反型层2与基体层1之间存在钝化层5，钝化层5为本征含氢非晶硅层，厚度2nm，采用化学气相沉积的方式获得。反型层2的向光面具备向正面减反射薄膜层9。
在器件的向光表面印刷第二电极3并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过250℃，防止非晶硅晶化造成界面钝化失效。
实施例7
参照图3所示，基体层1为n型单晶硅，基体层1的向光面为绒面结构，背光面为抛光结构，基体层1的掺杂浓度1013cm-3-1020cm-3，为常规掺杂。反型层2中至少部分区域形成弱简并或简并半导体，基体层1为非简并半导体。更优的，掺杂浓度为1013cm-3-1016cm-3。基体层1向光面具备前表面场6，前表面场6为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。
基体层1的向光面具备向正面减反射薄膜层9。反型层2位于基体层1的背光面的局部区域，反型层2在基体层1的背光面的投影，占基体层1的背光面的50-95％，反型层2采用气相沉积的方法获得。反型层2为非晶硅，为p型掺杂，掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。基体层1背光面具备背表面场7，背表面场7为重掺层，掺杂类型与基体层1相同，掺杂浓度比基体层1高。反型层2背光面侧具备背面钝化层8。
在器件的背光表面与反型层2相对的区域印刷第二电极3，在器件的背光面的其余区域印刷第一电极4，并烘干、烧结，在器件背光面印刷第一电极4并烘干、烧结，烧结温度不超过250℃，以保护隧道结界面，以防止非晶硅晶化导致钝化及隧道结性能下降。
上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (12)

1.一种太阳电池，其特征在于，包括PN结；所述PN结由基体层以及反型层形成；所述基体层与所述反型层的掺杂类型不同；
室温Tm下，所述基体层和所述反型层中位于背光一侧者至少部分区域形成弱简并或简并半导体，所述部分区域从所述基体层和所述反型层中位于背光一侧者的向光面向层内延伸；
所述基体层和所述反型层中位于向光一侧者为非简并半导体；
所述弱简并或简并半导体设置为，费米能级与n型半导体的导带底或p型半导体的价带顶的能级差小于2kB×Tm。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述反型层的材料选自：III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种；
所述基体层的材料选自：晶体硅、III-V化合物半导体、氧化物半导体、非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述反型层的位于背光侧，其中，以下材料作为反型层时，
III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3；
氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3；
反型层采用非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，所述反型层的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。
4.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述基体层位于背光侧，其中，以下材料作为基体层时，
晶体硅的掺杂浓度为1016cm-3-1020cm-3；
III-V化合物半导体的掺杂浓度为1017cm-3-1021cm-3；
氧化物半导体的施主缺陷或受主缺陷浓度为1016cm-3-1021cm-3；
基体层选自非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种的情况下，所述基体层的掺杂浓度为1015cm-3-1018cm-3。
5.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，其特征在于，在所述反型层位于所述基体层的整个背光面；所述基体层为晶体硅，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1016cm-3；或，
所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域，所述基体层为晶体硅，晶体硅的掺杂浓度为1013cm-3-1020cm-3。
6.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域，所述基体层为晶体硅，在所述局部区域所述晶体硅靠近所述反型层一侧的掺杂浓度大于相对的一侧。
7.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述反型层的材料选自III-V化合物半导体，所述基体层以及所述反型层之间还设置有缓冲层；所述缓冲层的厚度为0.1-50nm，所述缓冲层的材料选自：锗晶体、硅锗化合物、III-V化合物中的一种。
8.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，所述反型层的材料为氧化物半导体，所述基体层以及所述反型层之间还设置有氧化硅层；所述氧化硅层的厚度为0.1-10nm。
9.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，所述反型层的材料选自：非晶硅、非晶碳化硅、纳米晶硅、纳米晶碳化硅中的至少一种，所述基体层以及所述反型层之间还设置有钝化层；所述钝化层的厚度为0.1-10nm，所述钝化层的材料选自：本征非晶硅、纳米晶硅或氧化硅。
10.根据权利要求2-4中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述III-V化合物半导体选自：GaAs、InAs、InP、GaP、AlP、AlAs中的至少一种；
所述氧化物半导体选自：第一材料或所述第一材料与第二材料的掺杂化合物；所述第一材料选自：氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化镍、氧化铜、氧化钨、氧化钼、氧化钒中的至少一种；所述第二材料选自：卤族元素、过渡金属元素、碱金属元素、稀土元素、III族元素、IV族元素、V族元素中的至少一种。
11.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，其特征在于，在所述反型层位于所述基体层的背光面的局部区域的情况下，所述反型层在所述基体层的背光面的投影的面积，占所述基体层的背光面的总面积的50％至95％。
12.一种电池组件，其特征在于，包括：权利要求1至权利要求11中任一所述的太阳电池。
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