硅异质结太阳能电池的制作方法

1.本技术涉及太阳能电池结构的技术领域，尤其涉及一种硅异质结太阳能电池。


背景技术：

2.硅异质结太阳能电池是一种典型的高效太阳能电池，具有效率高、温度系数低、无光致衰减效应、无电势诱发衰减效应、以及可双面发电等优点，传统的异质结太阳能电池通常包括非晶硅薄膜、透明导电层(tco)、栅线电极等结构。由于入光面导电层对入射太阳光的吸收以及栅线的遮挡作用，限制了进一步提高该类型太阳能电池短路电流的潜力。如何提高硅异质结太阳能电池的短路电流，增强光电转换效率，是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种硅异质结太阳能电池，至少部分解决现有技术中存在的太阳能电池开路电压和短路电流较低，从而降低电池片使用效率的问题。
4.本实用新型提供一种硅异质结太阳能电池，包括晶体硅以及以所述晶体硅为衬底由内向外设置的本征非晶硅层和透明导电层，在所述本征非晶硅层和所述透明导电层之间设置有叉指状结构层，且在所述透明导电层远离所述本征非晶硅层的一侧还对应所述叉指状结构层设置有背极导电层，其中：
5.至少在所述透明导电层和/或所述背极导电层内填充有独立的场效应基区层，所述场效应基区层用以提高电池载流子的浓度。
6.优选的或可选的是，所述叉指状结构层包括依次交错且同层设置的方式在所述本征非晶硅层上的掺杂非晶硅发射极层和掺杂非晶硅背极层。
7.优选的或可选的是，所述背极导电层包括依次交错且同层设置的发射极金属层和背极金属层，其中：
8.所述发射极金属层与所述掺杂非晶硅发射极层在正投影方向上对应，所述背极金属层与所述掺杂非晶硅背极层在正投影方向上对应。
9.优选的或可选的是，所述场效应基区层包括基区氧化物层和基区金属层，所述基区金属层设置于所述基区氧化物层上，或，所述基区金属设置在所述基区氧化物层远离所述晶体硅的表面上。
10.优选的或可选的是，所述掺杂非晶硅发射极层和所述掺杂非晶硅背极层在空间上间隔设置，所述基区氧化物层填充于所述掺杂非晶硅发射极层和所述掺杂非晶硅背极层之间的厚度范围内，所述基区金属层填充于所述透明导电层、所述发射极金属层和所述背极金属层之间的厚度范围内。
11.优选的或可选的是，所述掺杂非晶硅发射极层和所述掺杂非晶硅背极层在空间上相接设置，所述透明导电层在空间上间隔设置，所述基区氧化物层填充于所述透明导电层之间的厚度范围内，所述基区金属层填充于所述发射极金属层或所述背极金属层之间的厚度范围内。
12.优选的或可选的是，所述基区氧化物层内的充填物包括高介电常数薄膜材料，所述高介电常数薄膜材料包括铁电薄膜材料。
13.优选的或可选的是，所述本征非晶硅层、所述叉指状结构层、所述透明导电层和所述背极导电层设置且仅设置在所述晶体硅的一侧。
14.优选的或可选的是，所述晶体硅为单面绒面的结构设置，所述绒面设置在远离所述本征非晶硅层或所述透明导电层一侧。
15.优选的或可选的是，所述绒面设置有减反射膜层，所述减反射膜层由氟化镁、二氧化硅、氮化硅中的至少一种物质所形成。
16.有益效果
17.设置独立的场效应基区，以此来提高该区域的载流子浓度，增强pn结内建电场强度，进而提高太阳能电池的开路电压和短路电流，以改变pn结的内建电场，达到增加太阳能电池开路电压和提高短路电流的目的。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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它的附图。
19.图1为本实用新型中第一实施方式的结构示意图；
20.图2为本实用新型中第二实施方式的结构示意图；
21.其中：
22.1、晶体硅；2、本征非晶硅层；3、掺杂非晶硅发射极层；4、掺杂非晶硅背极层；5、透明导电层；6、发射极金属层；7、基区氧化物层；8、基区金属层；9、背极金属层；10、减反射膜层。
具体实施方式
23.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
24.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，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例，都属于本技术保护的范围。
25.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践
此方法。
26.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
28.如图1或图2所示的硅异质结太阳能电池，其包括晶体硅1及以该晶体硅1为衬底由内向外或是由上向下(由上向下是以图的放置方向作为参考)设置的本征非晶硅层2、叉指状结构层和透明导电层5，在透明导电层5远离本征非晶硅层2的一侧还对应叉指状结构层设置有背极导电层，其中：至少在透明导电层和背极导电层内填充有独立的场效应基区层，场效应基区层用以提高电池载流子浓度，即为，在叉指状结构层内填充有独立的场效应基区层，通过场效应基区层提高电池背电极的载流子浓度。
29.本技术的硅异质结太阳能电池，场效应基区层为结构的核心，构思在于：全背电极接触晶硅太阳电池(interdigitated back contact，简称ibc)，是将正负极透明导电层5和栅线都转移到背面的技术，由于入光面没有了透明导电层5的吸收和栅线的遮挡，增加该类型太阳能电池的短路电流。
30.背极金属层，例如，包括依次交错设置发射极金属层6和背极金属层9，也可以现有技术中其他结构的方式来设置。通过设置独立的场效应基区，以此来提高电池背电极的载流子浓度，增强pn结内建电场强度，进而提高太阳能电池的开路电压和短路电流。
31.在该硅异质结太阳能电池中，在入光面仅设置简单的绒面，避免光损失导致的短路电流下降，而在背光面设置叉指状结构层、透明导电层和背极导电层的结构，在工艺加工时，除了沉积基区氧化物外，不会增加额外的生产成本。
32.作为本技术所提供的部分实施例，叉指状结构层包括依次交错且同层设置于本征非晶硅层2上的掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4，背极导电层包括依次交错且同层设置发射极金属层6和背极金属层9，其中：
33.发射极金属层与掺杂非晶硅发射极层在正投影方向上对应(以图1或图2放置的方向作为参考)，背极金属层与掺杂非晶硅背极层在正投影方向上对应。也就是说，发射极金属层6和背极金属层9分别与掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4对应，以在其所形成的层结构中设置间隙，间隙内填充或设置场效应基区层，达到增加开路电压和提高短路电流的目的。
34.场效应基区层的具体结构和设置方式，场效应基区层包括基区氧化物层7，基区氧化物层7采用高介电常数薄膜材料，例如，包括铁电薄膜材料，对于铁电薄膜材料，由于设计了独立的电路，可以很方便地对铁电薄膜进行初始极化处理，在撤销极化电压后铁电薄膜仍然具有极化性质。然而，铁电薄膜材料一般都是绝缘体，通常情况下，大面积覆盖铁电薄膜将增加太阳能电池的串阻，甚至导致断路。而在本实施例中，该硅异质结太阳能电池仅在掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4之间的场效应基区层设置为铁电薄膜材料，因此能避免发生串阻增加导致的断路，可将外电压施加于该基区，提供额外的附加电压。
35.另外，铁电薄膜具有自发极化的特点，但刚制备的铁电薄膜内不同的铁电畴具有
不同的极化方向，从宏观上看整个薄膜是非极性的，呈中性。现有技术中解决该现象通常采用的方式是：在薄膜两侧人为施加极化电压来改变铁电薄膜的极化方向，使得在撤销极化电压后仍能保持一定的极化强度。而在本实施例中，该硅异质结太阳能电池仅将铁电薄膜制备在pn结区附近，自发极化将改变pn结的内建电场强度，通过改变极化方向，可以使该类型太阳能电池朝着提高开路电压的方向进行优化，提高pn结的内建电场强度，进而增强光电转换效率。
36.当然，也可以是其他高介电常数薄膜材料，独立电路可以将附加电场施加到基区附近，起到与铁电薄膜相同的作用。无论是极化后的铁电薄膜还是施加的附加电场，均能够达到增加开路电压和提高短路电流的作用。
37.另外，场效应基区层还包括基区金属层8，基区金属层8设置于基区氧化物层7上。
38.掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4在空间上间隔设置(当然，位于其上的结构也都间隔设置)，基区氧化物层7填充于掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4之间的厚度范围内，基区金属层8填充于透明导电层5、发射极金属层6和背极金属层9之间的厚度范围内。如图1所示，该硅异质结太阳能电池中多个基区氧化物层7间隔填充在叉指状结构层，如，基区氧化物层7填充于掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层4之间，即为，设置在本征非晶硅层2表面。
39.掺杂非晶硅发射极层3和掺杂非晶硅背极层5在空间上相接设置，透明导电层5在空间上间隔设置，基区氧化物层7填充于透明导电层5之间的厚度范围内，基区金属层8填充于发射极金属层3或背极金属层9之间的厚度范围内。如图2所示，透明导电层5间隔设置有间隙，多个基区氧化物层7间隔填充在透明导电层5的间隙中，该两种方式的设置均可以达到增加开路电压和提高短路电流的目的。
40.进一步的，上述所提供的两种方式中，该场效应基区层还包括基区金属层8，基区金属层8的设置方式，由基区氧化物层7表面延伸至背极导电层表面。
41.作为本技术所提供的部分实施例，入光面不设置透明导电层5，晶体硅为单面绒面的结构设置，绒面设置在远离本征非晶硅层2或透明导电层5一侧。由于入光面没有了透明导电层5的吸收和栅线的遮挡，大大增加了该类型太阳能电池的短路电流。
42.进一步的，绒面设置有减反射膜层10，减小光线的反射。减反射膜层由氟化镁、二氧化硅、氮化硅中的至少一种物质所形成。
43.该硅异质结太阳能电池，通过光刻掩膜的方法，借鉴ibc技术可以将p型和n型非晶硅制备到背面不同区域，然后利用电绝缘的两部分透明导电层和栅线将光生载流子引出到外电路，而入光面只进行了制绒清洗和减反膜的制备，以此来增强陷光作用。
44.根据测试数据，该类型硅异质结太阳能电池具有较高的开路电压以及较大的短路电流，因此光电转换效率得到明显提高。
45.综上，该硅异质结太阳能电池通过设置独立的场效应基区层，在pn结附近形成了场效应基区，利用场效应从而能够增强pn结内建电场强度，提高太阳能电池光电转化效率，以提高太阳能电池的开路电压和短路电流。并且，在电池工作时，场效应基区设计了独立的电极结构，可通过优化作用于场效应基区的外加电压来获得最大增益。
46.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。