本發(fā)明涉及光伏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著光伏領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對于太陽能電池的效率提出了越來越高的要求。眾所周知，提升太陽能電池的表面鈍化能力是提高太陽能電池效率的最重要手段之一，通過鈍化可以顯著提高太陽能電池的電流收集能力，降低少數(shù)載流子被復(fù)合的幾率，從而提高太陽能電池的發(fā)電能力。

目前，主流的高效太陽能電池技術(shù)均是在鈍化方式上進(jìn)行改進(jìn)和提升，然而，現(xiàn)有的太陽能電池的結(jié)構(gòu)在鈍化時，都存在一定的缺憾和不足，無法對太陽能電池的全部表面進(jìn)行完全鈍化，尤其是太陽能電池的邊緣和太陽能電池的背表面的鈍化，從而導(dǎo)致太陽能電池效率的提升受到了限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)全部表面的鈍化，極大地提升太陽能電池效率。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括電池層和在所述電池層的側(cè)部形成的肖特基接觸金屬層，所述電池層包括N型硅基體，所述N型硅基體的正面設(shè)置有正面結(jié)構(gòu)層，所述N型硅基體的背面設(shè)置有背面結(jié)構(gòu)層，其中，所述正面結(jié)構(gòu)層包括設(shè)置于所述N型硅基體的正面的P型硅擴(kuò)散層，所述P型硅擴(kuò)散層的正面設(shè)置有鈍化減反膜，所述鈍化減反膜的正面設(shè)置有正面電極；所述背面結(jié)構(gòu)層包括設(shè)置于所述N型硅基體的背面的SiO₂隧穿結(jié)，所述SiO₂隧穿結(jié)的背面設(shè)置有N⁺硅層，所述N⁺硅層的背面設(shè)置有背面電極；所述正面結(jié)構(gòu)的靠近邊緣處的四周開設(shè)有邊緣隔離槽。

其中，所述正面電極采用絲網(wǎng)印刷、電鍍或噴墨打印制得。

其中，所述鈍化減反膜為Al₂O₃薄膜、SiO₂薄膜、Al₂O₃和SiN_x疊層膜中的一種制得；或

所述鈍化減反膜為SiO₂隧穿結(jié)鈍化結(jié)構(gòu)或氫化非晶硅鈍化結(jié)構(gòu)。

其中，所述P型硅擴(kuò)散層采用氣相熱擴(kuò)散、旋涂硼源熱擴(kuò)散、激光摻雜或離子注入方式制得，或

所述P型硅擴(kuò)散層采用晶硅非晶硅等異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；

所述P型硅擴(kuò)散層的厚度為(0，10]μm。

其中，所述N型硅基體采用直拉法、區(qū)融法或鑄造法制得，其電阻率為(0，10]Ω·cm，厚度為(0，500]μm。

其中，所述SiO₂隧穿結(jié)采用濕氧化、干氧化、化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積制得，所述SiO₂隧穿結(jié)的厚度為(0，5]nm。

其中，所述N⁺硅層為多晶硅、單晶硅、微晶硅或者非晶硅，所述N⁺硅層采用化學(xué)氣相沉積或液相外延制得。

其中，所述背面電極為全電極或柵線結(jié)構(gòu)。

其中，所述背面電極采用透明金屬導(dǎo)電膜，所述透明金屬導(dǎo)電膜為ITO膜或TCO膜。

其中，所述肖特基接觸金屬層為Au、Ag、Pt、Al中的一種，或所述肖特基接觸金屬層為合金。

所述肖特基接觸金屬層的厚度為(0，100]nm；所述肖特基接觸金屬層采用熱蒸鍍或噴墨打印方式在所述電池層的邊緣生成納米金屬層，再通過燒結(jié)制得。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，通過鈍化減反膜、SiO₂隧穿結(jié)、N⁺硅層以及肖特基接觸金屬層形成正面、背面、側(cè)面的鈍化，從而實現(xiàn)全部表面的鈍化，極大地提升太陽能電池效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式示意圖。

圖中：1-正面電極；2-鈍化減反膜；3-P型硅擴(kuò)散層；4-N型硅基體；5-SiO₂隧穿結(jié)；6-N⁺硅層；7-背面電極；8-肖特基接觸金屬層；9-邊緣隔離槽。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，本發(fā)明的一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括電池層和在電池層的側(cè)部形成的肖特基接觸金屬層8，電池層包括N型硅基體4，N型硅基體4的正面設(shè)置有正面結(jié)構(gòu)層，N型硅基體4的背面設(shè)置有背面結(jié)構(gòu)層，其中，正面結(jié)構(gòu)層包括設(shè)置于N型硅基體4的正面的P型硅擴(kuò)散層3，P型硅擴(kuò)散層3的正面設(shè)置有鈍化減反膜2，鈍化減反膜2的正面設(shè)置有正面電極1；背面結(jié)構(gòu)層包括設(shè)置于N型硅基體4的背面的SiO₂隧穿結(jié)5，SiO₂隧穿結(jié)5的背面設(shè)置有N+硅層6，N+硅層6的背面設(shè)置有背面電極7；正面結(jié)構(gòu)的靠近邊緣處的四周開設(shè)有邊緣隔離槽9。

在本發(fā)明中，對于有限高度的勢壘，當(dāng)勢壘厚度與微觀粒子的德布羅意波長接近時，則對于微觀粒子來說，該勢壘就是量子勢壘；因為這時的微觀粒子可以利用其波動性而直接穿過勢壘，這種現(xiàn)象就是隧穿。利用隧穿效應(yīng)實現(xiàn)電子空穴對分離的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為隧穿結(jié)。將SiO₂置于兩個半導(dǎo)體之間，當(dāng)氧化硅的厚度與多數(shù)載流子的德布羅意波長接近時，多數(shù)載流子可通過氧化硅。這種結(jié)構(gòu)為氧化硅隧穿結(jié)。

本發(fā)明的通過使用SiO₂隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)對硅片背面進(jìn)行全鈍化，側(cè)面邊緣處沉積金屬生成肖特基接觸金屬層，形成肖特基勢壘對電池層邊緣完成鈍化，從而形成一種具有電池全表面鈍化結(jié)構(gòu)的高效太陽電池，有效提高太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率。

進(jìn)一步地，正面電極1采用絲網(wǎng)印刷、電鍍或噴墨打印制得。

進(jìn)一步地，鈍化減反膜2為Al₂O₃薄膜、SiO₂薄膜、Al₂O₃和SiN_x疊層膜中的一種制得；或

鈍化減反膜2為SiO₂隧穿結(jié)鈍化結(jié)構(gòu)或氫化非晶硅鈍化結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明中，氫化非晶硅鈍化結(jié)構(gòu)是指在硅表面沉積的含有大量氫鍵的非晶硅結(jié)構(gòu)，具有良好的氫鈍化效果。

進(jìn)一步地，P型硅擴(kuò)散層3采用氣相熱擴(kuò)散、旋涂硼源熱擴(kuò)散、激光摻雜或離子注入方式制得，或者，P型硅擴(kuò)散層3也可以采用晶硅非晶硅等異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；其中，晶硅非晶硅等異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是指PN結(jié)的N型和P型分別由晶硅和非晶硅構(gòu)成。

優(yōu)選的，P型硅擴(kuò)散層3的厚度為(0，10]μm，具體地，P型硅擴(kuò)散層的厚度可以為0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、6.0μm、7.0μm、8.0μm、9.0μm、10.0μm。

在本發(fā)明中，氣相熱擴(kuò)散是指氣體為擴(kuò)散源，在高溫下完成擴(kuò)散。

旋涂硼源熱擴(kuò)散是指旋涂在硅片表面的固態(tài)硼漿為擴(kuò)散源，在高溫下完成擴(kuò)散。

激光摻雜是利用激光的高能量密度是擴(kuò)散原子進(jìn)入硅基體。

離子注入是指在真空中、低溫下，把雜質(zhì)離子加速(對Si，電壓≥105V)，獲得很大動能的雜質(zhì)離子即可以直接進(jìn)入半導(dǎo)體中。

進(jìn)一步地，N型硅基體4采用直拉法、區(qū)融法或鑄造法制得，其電阻率為(0，10]Ω·cm，厚度為(0，500]μm。

具體地，電阻率可以為0.1Ω·cm、0.2Ω·cm、0.3Ω·cm、0.4Ω·cm、0.5Ω·cm、0.6Ω·cm、0.7Ω·cm、0.8Ω·cm、0.9Ω·cm、1.0Ω·cm、2.0Ω·cm、3.0Ω·cm、4.0Ω·cm、5.0Ω·cm、6.0Ω·cm、7.0Ω·cm、8.0Ω·cm、9.0Ω·cm、10.0Ω·cm。

厚度可以為0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、5.0μm、10.0μm、35.0μm、50.0μm、80.0μm、100.0μm、160.0μm、200.0μm、230.0μm、300.0μm、450.0μm、500.0μm。

在本發(fā)明中，直拉法是又稱為切克勞斯基法，它是1918年由切克勞斯基(Czochralski)建立起來的一種晶體生長方法，簡稱CZ法。CZ法的特點是在一個直筒型的熱系統(tǒng)匯總，用石墨電阻加熱，將裝在高純度石英坩堝中的多晶硅熔化，然后將籽晶插入熔體表面進(jìn)行熔接，同時轉(zhuǎn)動籽晶，再反轉(zhuǎn)坩堝，籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾等過程，一支硅單晶就生長出來了。

直拉法具有如下優(yōu)點：

1、在生產(chǎn)過程中可以方便的觀察晶體的生長狀態(tài)。

2、晶體在熔體表面處生長，而不與坩堝相接觸，這樣能顯著地減小晶體的應(yīng)力，并防止鍋壁的寄生成核。

3、可以方便的使用定向籽晶和“縮頸”工藝。縮頸后面的籽晶，其位錯可大大減少，這樣可使放大后生長出來的晶體，其位錯密度降低。

總之，直拉法生長的晶體，其完整性很高，而生長率和晶體尺寸也是令人滿意的。

區(qū)融法是利用熱能在半導(dǎo)體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，再熔接單晶籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動，通過整根棒料，生長成一根單晶，晶向與籽晶的相同。區(qū)熔法分為兩種：水平區(qū)熔法和立式懸浮區(qū)熔法。前者主要用于鍺、GaAs等材料的提純和單晶生長。后者主要用于硅，這是由于硅熔體的溫度高，化學(xué)性能活潑，容易受到異物的玷污，難以找到適合的舟皿，不能采用水平區(qū)熔法。

進(jìn)一步地，SiO₂隧穿結(jié)采用濕氧化、干氧化、化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積制得，SiO₂隧穿結(jié)的厚度為(0，5]nm。

具體地，所述SiO₂隧穿結(jié)的厚度可以為0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.5nm、2.0nm、3.0nm、3.5nm、4.0nm、4.5nm、5.0nm。

進(jìn)一步地，N+硅層6為多晶硅、單晶硅、微晶硅或者非晶硅，N+硅層6采用化學(xué)氣相沉積或液相外延制得。

在本發(fā)明中，液相外延液相外延技術(shù)(Liquid Phase Epitaxy，簡稱LPE)1963年由Nelson等人提出，其原理是：以低熔點的金屬(如Ga、In等)為溶劑，以待生長材料(如Ga、As、Al等)和摻雜劑(如Zn、Te、Sn等)為溶質(zhì)，使溶質(zhì)在溶劑中呈飽和或過飽和狀態(tài)。通過降溫冷卻使石墨舟中的溶質(zhì)從溶劑中析出，在單晶襯底上定向生長一層晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)與單晶襯底足夠相似的晶體材料，使晶體結(jié)構(gòu)得以延續(xù),實現(xiàn)晶體的外延生長。

進(jìn)一步地，背面電極7為全電極或柵線結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，背面電極7采用透明金屬導(dǎo)電膜，透明金屬導(dǎo)電膜為ITO膜或TCO膜。

在本發(fā)明中，ITO是一種N型氧化物半導(dǎo)體-氧化銦錫，ITO薄膜即銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜，通常有兩個性能指標(biāo)：電阻率和透光率。

TCO是指透明導(dǎo)電氧化物，transparentconductiveoxide的簡稱。薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，具有禁帶寬、可見光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等共同光電特性，廣泛地應(yīng)用于太陽能電池、平面顯示、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領(lǐng)域。透明導(dǎo)電薄膜以摻錫氧化銦(tindopedindiumoxide，簡稱ITO)為代表，研究與應(yīng)用較為廣泛、成熟，在美日等國已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

進(jìn)一步地，肖特基接觸金屬層8為Au、Ag、Pt、Al中的一種，或肖特基接觸金屬層8為合金；

肖特基接觸金屬層8的厚度為(0，100]nm；具體地，所述肖特基接觸金屬層的厚度可以為0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm、2.0nm、3.5nm、4.5nm、5.0nm、10nm、20nm、35nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm。

肖特基接觸金屬層8采用熱蒸鍍或噴墨打印方式在電池層的邊緣生成納米金屬層，再通過燒結(jié)制得。

下面通過具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)。

實施例一

如圖2所示，本實例提供的一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括：

正面電極1，采用常規(guī)的五主柵電極結(jié)構(gòu)，使用噴墨打印技術(shù)實現(xiàn)高寬比優(yōu)良的前正面電極；

鈍化減反膜2，采用ALD設(shè)備沉積20nm厚度的Al₂O₃薄膜，再沉積60nm厚度的氮化硅，實現(xiàn)減反射及鈍化；

P型硅擴(kuò)散層3，采用旋涂硼源熱擴(kuò)散，也即旋涂硼源后熱擴(kuò)散的方式實現(xiàn)，控制結(jié)深0.25μm；

N型硅基體4，選用電阻率為0.5Ω·cm，厚度為180μm；

SiO₂隧穿結(jié)5，使用濕化學(xué)氧化的方法，厚度為1.5nm；

N+硅層6，采用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低壓力化學(xué)氣相沉積法)生長同時摻雜，控制厚度為200nm；

背面電極7，采用熱蒸鍍方式制得；

肖特基接觸金屬層8，即邊緣鈍化結(jié)構(gòu)，采用噴墨打印噴納米銀，燒結(jié)后形成，并在正面結(jié)構(gòu)的邊緣使用激光開邊緣隔離槽9以隔離PN結(jié)。

通過本實施例的方式獲得的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，其電池轉(zhuǎn)換效率為23.8％，相比不完全鈍化的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率極大地提高。

實施例二

如圖2所示，本實例提供的一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括：

正面電極1，采用常規(guī)的五主柵電極結(jié)構(gòu)，使用電鍍技術(shù)實現(xiàn)高寬比優(yōu)良的前正面電極；

鈍化減反膜2，采用ALD設(shè)備沉積10nm厚度的SiO₂薄膜，PECVD沉積80nm氮化硅薄膜，實現(xiàn)減反射及鈍化；

P型硅擴(kuò)散層3，采用激光摻雜的方式實現(xiàn)，控制結(jié)深6μm；

N型硅基體4，選用電阻率為3Ω·cm，厚度為420μm；

SiO₂隧穿結(jié)5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低壓力化學(xué)氣相沉積法)生長方式，厚度為1nm；

N+硅層6，采用液相外延方式，控制厚度為200nm；

背面電極7，采用熱蒸鍍方式制得；

肖特基接觸金屬層8，即邊緣鈍化結(jié)構(gòu)，采用熱蒸鍍Pt，燒結(jié)后形成，并在正面結(jié)構(gòu)的邊緣使用激光開邊緣隔離槽9以隔離PN結(jié)。

通過本實施例的方式獲得的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，其電池轉(zhuǎn)換效率為24.0％，相比不完全鈍化的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率極大地提高。

實施例三

如圖2所示，本實例提供的一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括：

正面電極1，采用常規(guī)的五主柵電極結(jié)構(gòu)，使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)實現(xiàn)高寬比優(yōu)良的前正面電極；

鈍化減反膜2，采用ALD設(shè)備沉積80nm厚度的Al₂O₃和SiN_x疊層膜，實現(xiàn)減反射及鈍化；

P型硅擴(kuò)散層3，采用氣相熱擴(kuò)散的方式實現(xiàn)，控制結(jié)深2.8μm；

N型硅基體4，選用電阻率為6.5Ω·cm，厚度為170μm；

SiO₂隧穿結(jié)5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低壓力化學(xué)氣相沉積法)生長方式，厚度為1.1nm；

N+硅層6，采用液相外延方式，控制厚度為200nm；

背面電極7，采用熱蒸鍍方式制得；

肖特基接觸金屬層8，即邊緣鈍化結(jié)構(gòu)，采用熱蒸鍍Au，燒結(jié)后形成，并在正面結(jié)構(gòu)的邊緣使用激光開邊緣隔離槽9以隔離PN結(jié)。

通過本實施例的方式獲得的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，其電池轉(zhuǎn)換效率為24.8％，相比不完全鈍化的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率極大地提高。

實施例四

如圖2所示，本實例提供的一種全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括：

正面電極1，采用常規(guī)的五主柵電極結(jié)構(gòu)，使用噴墨打印技術(shù)實現(xiàn)高寬比優(yōu)良的前正面電極；

鈍化減反膜2，使用80nm厚的ITO薄膜，折射率為2.0。

P型硅擴(kuò)散層3，采用非晶硅結(jié)構(gòu)，使用PECVD沉積一層本征氫化非晶硅，厚度為1nm，再在本征氫化非晶硅上沉積一層P型非晶硅，厚度為5nm；

N型硅基體4，選用電阻率為1.6Ω·cm，厚度為200μm；

SiO₂隧穿結(jié)5，使用LPCVD(LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition，即低壓力化學(xué)氣相沉積法)生長方式，厚度為1nm；

N+硅層6，采用PECVD方式生成(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，即等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)，控制厚度為200nm；

背面電極7，采用熱蒸鍍方式制得；

肖特基接觸金屬層8，即邊緣鈍化結(jié)構(gòu)，采用熱蒸鍍Al，燒結(jié)后形成，并在正面結(jié)構(gòu)的邊緣使用激光開邊緣隔離槽9以隔離PN結(jié)。

通過本實施例的方式獲得的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，其電池轉(zhuǎn)換效率為25.1％，相比不完全鈍化的太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率極大地提高。

上述四種實施例中的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的部分鈍化的電池，本發(fā)明采用全新電池結(jié)構(gòu)，對電池正表面、背表面以及電池側(cè)表面均進(jìn)行鈍化處理，實現(xiàn)了一種無短板的全鈍化太陽能電池結(jié)構(gòu)，其各個部分實現(xiàn)的手段多樣化，因而電池結(jié)構(gòu)實現(xiàn)難度小，工藝穩(wěn)定性強(qiáng)，且可獲得極高的電池效率。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。