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CN106663715A - 太阳能电池 - Google Patents

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CN106663715A
CN106663715A CN201580035451.1A CN201580035451A CN106663715A CN 106663715 A CN106663715 A CN 106663715A CN 201580035451 A CN201580035451 A CN 201580035451A CN 106663715 A CN106663715 A CN 106663715A
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CN
China
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solar cell
conductive material
front side
layer
electrical contacts
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CN201580035451.1A
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B·斯特拉姆
B·莱格拉蒂奇
J·梅克斯恩贝格
D·拉什纳尔
P·帕佩
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Meyer Berg (germany) AG
Original Assignee
Meyer Berg (germany) AG
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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池，其具有用于光入射的正面和与该正面相反的背面，所述太阳能电池包括：第一导电类型或与该第一导电类型相反的第二导电类型的晶体半导体基板；正面钝化区域，其由至少一个钝化层和第一导电类型的至少一个导电层形成；背面钝化区域，其由至少一个钝化层和第二导电类型的至少一个导电层形成；正面接触件，其由仅一种正面导电材料和由在该正面导电材料顶部上形成的正面电接触件形成；至少一个正面光耦合层，其在太阳能电池的正面上；背面接触件，其与正面接触件相反并且由背面导电材料和该背面导电材料上形成的至少一个背面电接触件形成。本发明的目的是提供一种上述类型的太阳能电池，在其正面具有较低的光吸收和较好的防反射特性。该目的由上述类型的太阳能电池实现，其中，正面导电材料在正面电接触件之间和/或旁边的区域中比在正面电接触件下方的区域中薄。

Description

太阳能电池
本发明涉及一种太阳能电池，该太阳能电池具有用于光入射的正面或向阳面和与正面相反的背面，所述太阳能电池包括：第一导电类型或与第一导电类型相反的第二导电类型的晶体半导体基板；正面钝化区域，该正面钝化区域由至少一个钝化层和第一导电类型的至少一个导电层形成；背面钝化区域，该背面钝化区域由至少一个钝化层和第二导电类型的至少一个导电层形成；正面接触件，该正面接触件由仅一种正面导电材料和由在正面导电材料顶部上形成的正面电接触件形成；在太阳能电池的正面上的至少一个正面光耦合层；背面接触件，该背面接触件与正面接触件相反并且由背面导电材料和在该背面导电材料上形成的至少一个背面电接触件形成。
上述类型的太阳能电池例如从EP 2 662 900 A1已知。这种太阳能电池通常称为硅异质结太阳能电池。在文献EP 2 662 900 A1中描述的太阳能电池在其正面处、在n型单晶硅基板上包括i型非晶硅的本征薄膜的层堆；导电p型硅的非晶薄膜；铟锡氧化物(ITO)制成的一个薄透明导电氧化物层(TCO)；例如氮化硅制成的绝缘层；以及集电极结构，该集电极结构借助于穿过绝缘层创建的电路径电连接到TCO层。经由已知太阳能电池的透明导电氧化物层，在硅基板与非晶导电硅薄膜之间的空间电荷区域中生成的电荷载流子被收集并传递到太阳能电池的集电极结构。透明氧化物层的导电性因此是必要的。然而，在已知太阳能电池的正面处的TCO层的主要缺点是其吸收了射入光的一部分，并且不如在TCO层顶部上设置的绝缘层那样，充当太阳能电池的优异的防反射涂层。
文献EP2 669 952 A1公开了一种晶体异质结太阳能电池，其具有正面发射极和在发射极上形成的至少两个透明导电层(TCO层)的堆，以与仅具有一个正面TCO层的太阳能电池相比，提高了太阳能电池的效率。TCO层的堆由高度透明和高度导电材料的组合组成，以在一方面凭借一种TCO材料提高了电流密度，并且在另一方面凭借另一种TCO材料减小了与正面金属化的接触电阻。
因此，本发明的目的是提供一种在其正面或向阳面具有低光吸收和更好的防反射特性的上述类型的太阳能电池。
该目的由上述类型的太阳能电池实现，其中，正面导电材料在正面电接触件之间和/或旁边的区域中比在正面电接触件下方的区域中薄。与EP 2 669 952 A1的太阳能电池相比，本发明的太阳能电池的正面导电材料仅由一层形成，并且仅由一种材料组成。
本发明提出了在正面电接触件之间和/或旁边的区域中，即，在正面导电材料不充当太阳能电池的正面钝化区域的导电层与正面电接触件之间的直接电“桥”的那些区域中，省略或至少部分去除正面导电材料。该结构具有的优点在于虽然在正面钝化区域与正面电接触件之间借助于其间形成的导电材料而有良好的电连接，但由于省略了导电材料，在正面电接触件之间和/或旁边的区域中的光吸收也较低。而且，在正面电接触件之间和/或旁边的区域中的导电材料的厚度越小，在这些区域中越主要地由至少一个光耦合层的材料特性来决定太阳能电池的防反射特性。例如，所述至少一个光耦合层可以是得到非常低的光反射的诸如氮化硅层的电绝缘层。在光入射侧，光耦合层还可以称为防反射层。
利用本发明的太阳能电池对光子的寄生吸收以及反射的减少，使得光子生成的电流显著增加，因此，太阳能电池以及基于本发明的太阳能电池制造的太阳能电池模块的最终输出功率显著增加。而且，本发明允许用诸如氮化硅(SiNx)这样的的低成本电介质来代替诸如基于铟的透明导电氧化物这样的昂贵的透明导电材料。因此，凭借本发明，可以降低电池制造成本。
在减小了正面导电材料厚度的本发明的太阳能电池的新电池结构中，光生载流子的侧向输送可以在没有电收集损耗的情况下被推到晶体半导体基板的基体材料中，而不是正面导电材料中，这是因为用当代标准制造的晶体半导体基板的表面复合速率非常低。因此，本发明的太阳能电池尤其很好地适合于以下电池，其中，当使用n型半导体基板时，诸如硼掺杂非晶硅层这样的发射极设置在硅异质结电池的背面处。
在本发明的有利的实施方式中，正面导电材料不存在于正面电接触件之间和/或旁边的区域中，而仅位于正面电接触件下方的区域中。在该实施方式中，正面电接触件之间和/或旁边的区域中的太阳能电池的防反射特性仅由至少一个光耦合层的材料特性决定，这是因为导电材料在这些区域中被完全省略。导电材料仅直接存在于正面钝化区域的导电层与正面电接触件之间，此区域覆盖比正面电接触件之间和/或旁边的区域小得多的区域。这得到太阳能电池可以提供有几乎完美的防反射特性的效果。另外，在所述实施方式中，还可以使得光吸收在正面电接触件之间和/或旁边的区域中最小化。
在本发明的优选实施方式中，太阳能电池的发射极在其背面处，也就是说，在太阳能电池的背阴侧处。
在本发明的有利实施方式中，背面导电材料是仅一种材料，并且区域中具有局部增大的厚度，其中，至少一个背面光耦合层仅设置在厚度增大的这些区域之间。即，在至少一个背面电接触件包括背面电接触件的图案的本发明的实施方式中，背面导电材料在背面电接触件之间和/或旁边的区域中比与在背面电接触件下方的区域中薄。在本发明的该实施方式中，背面导电材料对太阳能电池的防反射特性的坏影响通过用至少一个背面光耦合层来代替背面导电材料的至少一部分而降低。在该实施方式中，上面参照太阳能电池的正面来描述的效果也适用于其背面。
如果在本发明的上述实施方式的具体变型例中在该至少一个背面光耦合层下不设置背面导电材料，则可以进一步提高本发明的太阳能电池的防反射特性。即，在至少一个背面电接触件包括背面电接触件的图案并且至少一个背面光耦合层形成在太阳能电池的背面的本发明的实施方式中，背面导电材料不存在于背面电接触件之间，而仅位于背面电接触件下方的区域中。
如果在本发明的另一个实施方式中，至少一个导电层在正面电接触件之间和/或旁边的区域中比与在正面电接触件下方的区域中薄；和/或至少一个导电层在背面电接触件之间和/或旁边的区域中比在背面电接触件之下的区域中薄；和/或至少一个导电层在面导电材料的具有局部增大的厚度的区域之间和/或旁边的区域中比在具有局部增大的厚度的所述区域下方的区域中薄，则可以实现本发明的太阳能电池的电流增益的进一步提高。
有利地，但不是无条件地，至少一个正面光耦合层的材料和/或至少一个背面光耦合层的材料从包括SiNx、SiOx、SiOxNy、AlOx、AlNx、TiOx、MgFx、导电氧化物、含有纳米颗粒的层、或所述材料中的至少两种的组合在内的材料组的至少一种材料选择。
进一步有利地，但不是无条件地，正面电接触件的材料和/或背面电接触件的材料包括至少一种导电氧化物、至少一种金属、至少一种金属合金、至少一种导电化合物或所述导电材料中的至少两种的组合。
除上述优点之外，本发明提供选择用于在钝化区域的导电层与正面或背面接触件之间形成导电材料的更合适的材料的可能性，即，太阳能电池的金属化。例如，正面导电材料和/或背面导电材料可以是金属、金属合金或透明导电氧化物。正面导电材料和/或背面导电材料可以由物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨技术或丝网印刷技术或由其他合适的方法来涂敷。
在本发明的可选实施方式中，在正面电接触件和/或背面电接触件之间和/或旁边的区域中的正面导电材料和/或背面导电材料具有0到150nm之间的厚度。
在本发明的具体实施方式中，在正面电接触件和/或背面电接触件之间和/或旁边的区域中的正面导电材料和/或背面导电材料具有0到70nm之间的厚度。
在本发明的特殊实施方式中，在正面电接触件和/或背面电接触件之间和/或旁边的区域中的正面导电材料和/或背面导电材料具有0到30nm之间的厚度。
附图中示出了本发明的优选实施方式、它们的结构和优点，在附图中
图1示意性地示出了本发明的太阳能电池的实施方式，太阳能电池的正面导电材料具有局部减小的厚度；
图2示意性地示出了本发明的太阳能电池的又一个实施方式，其中，正面导电材料仅位于正面电接触件下方，并且其中，背面导电材料具有局部减小的厚度，并且其中，背面电接触件图案仅设置在厚度不减小的背面导电材料的区域上；
图3示意性地示出了本发明的太阳能电池的下一个实施方式，其类似于图2的太阳能电池，但具有在太阳能电池的整个背面上延伸的背面电接触件层；
图4示意性地示出了本发明的太阳能电池的又一个实施方式，其中，正面导电材料仅位于正面电接触件下方并且背面导电材料仅位于背面电接触件下方；以及
图5示意性地示出了本发明的太阳能电池的另一个实施方式，其中，与分别在正面电接触件和背面电接触件下方的区域相比，正面钝化区域的导电层的厚度以及背面钝化区域的导电层的厚度分别在正面电接触件和背面电接触件之间和旁边的区域中减小。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的太阳能电池1。太阳能电池1具有用于光入射的正面11和与正面11相反的背面12。
太阳能电池1包括第一导电类型的半导体基板10。在所示的实施方式中，半导体基板10具有晶体n型硅。在本发明的其他未示出的实施方式中，半导体基板10也可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型。
在半导体基板10的指向正面11的一侧，形成有正面钝化区域20。在所示的实施方式中，正面钝化区域20包括钝化层2和第一导电类型的导电层3。在本发明的其他未示出的实施方式中，正面钝化区域20可以由超过两层组成，诸如超过一个钝化层2和/或超过一个导电层3。在所示的实施方式中，钝化层2是本征硅层，并且导电层3是n型非晶硅层。
在导电层3的正面表面，形成有太阳能电池1的正面接触件。在所示的实施方式中，正面接触件包括仅由一层形成的正面导电材料4、和形成在该正面导电材料4顶部上的正面电接触件6的图案。正面电接触件6被设计为将光生电流提取到未示出的太阳能电池互连件。在所示的实施方式中，正面电接触件6由银形成。在本发明的其他实施方式中，正面电接触件6还可以具有导电性非常好的其他材料，诸如电沉积铜。
在图1的太阳能电池1中，正面导电材料4是透明导电氧化物(TCO)层，诸如铟锡氧化物(ITO)层。在本发明的其他未示出的实施方式中，正面导电材料4还可以具有其他导电材料，其具有比ITO层的透明度低得多的透明度，诸如金属或低成本TCO。正面导电材料4可以用不同方法来涂敷，例如，通过物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨方法或丝网印刷技术。本发明中这是可能的，因为与正面电接触件6正下方的区域4a相比，减小了正面电接触件6之间和/或旁边的区域4b中的正面导电材料4的厚度。即，在位于正面电接触件6下方的区域4a中，正面导电材料4比在该区域4a旁边的区域4b中厚。在该背景下，如果太阳能电池1的结构被认为如图1中示意性示出的那样，则措辞“旁边”意味着相同正面导电材料4的区域位于太阳能电池1的水平延伸中的对应其他区域的左侧和/或右侧。
虽然区域4a、4b具有不同厚度，但正面导电材料4的材料是一种并且在区域4a、4b中相同。区域4a、4b的材料在一个层形成步骤中形成，其中，层4可以以结构化方式形成或可以在层形成之后来结构化。具体地，正面导电材料4的不同厚度可以是以下的结果：正面导电材料4的同质沉积，随后在正面电接触件6上方使用诸如蜡或热熔胶这样的掩模材料进行诸如湿化学蚀刻处理这样的蚀刻处理之后。如果正面导电材料4的区域4a、4b用喷墨方法形成，则可以免去层形成之后的蚀刻步骤。另选地，还可以借助掩模来沉积正面导电材料4。
正面导电材料4的表面在正面电接触件之间和旁边的区域中由正面光耦合层5覆盖。在本发明的其他未示出的实施方式中，还可以使用超过一个正面光耦合层5。在所示的示例中，正面光耦合层5由氮化硅制成。在本发明的其他实施方式中，正面光耦合层5也可以由SiOx、SiOxNy、AlOx、AlNx、TiOx、MgFx、导电氧化物、含有纳米颗粒的层、或上述材料(包括SiNx)中的至少两种的组合制成。
在半导体基板10指向太阳能电池1的背面12的一侧，形成有背面钝化区域30。在所示的实施方式中，背面钝化区域30包括钝化层7和第二导电类型的导电层8。因此，图1所示的太阳能电池1的发射极(也就是p-n结)位于太阳能电池1的背面12。在本发明的其他未示出的实施方式中，正面钝化区域30可以由超过两层组成，诸如超过一个钝化层7和/或超过一个导电层8。在所示的实施方式中，钝化层7是本征硅层，并且导电层8是p型非晶硅层。
在导电层8的背面表面，形成有太阳能电池1的背面接触件。在所示的实施方式中，背面接触件包括背面导电材料9和背面电接触件14，背面电接触件14在所示的实施方式中形成为背面导电材料9顶部上的连续层。背面导电材料9可以是诸如ITO层这样的透明导电材料，还可以由具有比ITO层的透明度低的透明度的其他导电材料制成，诸如金属或低成本TCO。背面导电材料9可以用不同方法来涂敷，例如，通过物理气相沉积、喷墨方法或丝网印刷技术。
图2示意性地示出了根据本发明的另一个实施方式的太阳能电池1a。在图2以及在以下附图中，相同的附图标记用于表示本发明的相同或类似细节。上面已经参照图1所示的实施方式描述的这些细节的描述还可以应用于以下附图中所示的本发明的其他实施方式中的本发明的对应细节。
与图1的太阳能电池1相比，在图2的太阳能电池1a中，正面导电材料4不存在于正面电接触件6之间和旁边的区域4b中，而仅位于正面导电接触件6下方的区域4a中。
而且，太阳能电池1a包括在其背面12的背面电接触件14a的图案，而不是太阳能电池1的连续背面电接触层14。
太阳能电池1a的背面导电材料9在背面电接触件14a之间和旁边的区域9b中比背面电接触件14a下方的区域9a中薄。
太阳能电池1a的背面导电材料9的背面表面在背面电接触件14a之间由背面光耦合层13覆盖。在本发明的其他未示出的实施方式中，还可以使用超过一个背面光耦合层13。在所示的示例中，背面光耦合层13由氮化硅制成。在本发明的其他实施方式中，背面光耦合层13也可以由SiOx、SiOxNy、AlOx、AlNx、TiOx、MgFx、导电氧化物、含有纳米颗粒的层、或上述材料(包括SiNx)中的至少两种的组合制成。
本发明的另一个变型例在图3中展示，示出了类似于图2的太阳能电池1a的太阳能电池1b。与太阳能电池1a相比，图3的太阳能电池1b包括至少部分在太阳能电池1b的背面上延伸的背面接触层14b。即，背面电接触件14b还涂敷在背面导电材料9的局部较厚区域9a之间，并且还在背面光耦合层13上延伸。这在本发明的该变型例中提高了在太阳能电池1b的背面12处的反射率，将因此提高太阳能电池1b的效率。
图4示意性地示出了根据本发明的又一个实施方式的太阳能电池1c。
在太阳能电池1c中，正面导电材料4不存在于正面电接触件6之间和旁边的区域4b中，而仅位于正面电接触件6下方的区域4a中。同样地，背面导电材料9不存在于背面电接触件14a之间和旁边的区域中，而仅位于背面电接触件14a下方的区域9a中。
图5示意性地示出了根据本发明的又一个实施方式的太阳能电池1d。
如同图4的太阳能电池1c，在太阳能电池1d中，正面导电材料4不存在于正面电接触件6之间和旁边的区域4b中，而仅位于正面电接触件6下方的区域4a中。同样地，背面导电材料9不存在于背面电接触件14a之间和旁边的区域9b中，而仅位于背面电接触件14a下方的区域9a中。
而且，太阳能电池1d的正面11上的导电层3在正面电接触件6之间和旁边的区域3b中比在正面电接触件6下方的区域3a中薄。另外，太阳能电池1d的背面12上的至少一个导电层8在背面电接触件14a之间和旁边的区域8b中比在背面电接触件14a下方的区域8a中薄。

Claims (14)

1.一种太阳能电池(1、1a、1b、1c)，该太阳能电池具有用于光入射的正面(11)和与所述正面(11)相反的背面(12)，所述太阳能电池(1、1a、1b、1c)包括：
-第一导电类型或与该第一导电类型相反的第二导电类型的晶体半导体基板(10)；
-正面钝化区域(20)，该正面钝化区域(20)由至少一个钝化层(2)和所述第一导电类型的至少一个导电层(3)形成；
-背面钝化区域(30)，该背面钝化区域(30)由至少一个钝化层(7)和所述第二导电类型的至少一个导电层(8)形成；
-正面接触件，该正面接触件由仅一种正面导电材料(4)和由在所述正面导电材料顶部上形成的正面电接触件(6)的图案形成；
-在所述太阳能电池(1、1a、1b、1c)的所述正面(11)上的至少一个正面光耦合层(5)；
-背面接触件，该背面接触件与所述正面接触件相反并且由背面导电材料(9)和在该背面导电材料(9)上形成的至少一个背面电接触件(14、14a、14b)形成，
所述太阳能电池的特征在于，
所述正面导电材料(4)在所述正面电接触件(6)之间和/或旁边的区域(4b)中比在所述正面电接触件(6)下方的区域(4a)中薄。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述正面导电材料(4)不存在于所述正面电接触件(6)之间和/或旁边的区域(4b)中，仅位于所述正面导电接触件(6)下方的所述区域(4a)中。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述太阳能电池(1、1a、1b、1c)的所述发射极在所述太阳能电池(1、1a、1b、1c)的所述背面(12)。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述背面导电材料(9)是仅一种材料，并且在区域(9a)中具有局部增大的厚度，其中，至少一个背面光耦合层(13)仅设置在厚度增大的这些区域(9a)之间。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述背面导电材料(9)不设置在所述至少一个背面光耦合层(13)下面。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述至少一个背面电接触件包括背面电接触件(14a)的图案，所述背面电接触件(14a)仅设置在所述背面导电材料(9)的具有局部增大的厚度的区域(9a)上。
7.根据权利要求4或5所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述至少一个背面电接触件包括至少部分在所述至少一个背面光耦合层(13)上延伸的背面电接触件层(14b)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述至少一个导电层(3)在所述正面电接触件(6)之间和/或旁边的区域(3b)中比在所述正面电接触件(6)下方的区域(3b)中薄；和/或所述至少一个导电层(8)在所述背面电接触件(14a)之间和/或旁边的区域(8b)中比在所述背面电接触件(14a)之下的区域(8a)中薄；和/或所述至少一个导电层(8)在所述背面导电材料(9)的具有局部增大的厚度的所述区域(9a)之间和/或旁边的区域(8b)中比在具有局部增大的厚度的所述区域(9a)下方的区域(8a)中薄。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述正面电接触件(6)的所述材料和/或所述背面电接触件(14、14a)的所述材料包括至少一种导电氧化物、至少一种金属、至少一种金属合金、至少一种导电化合物或所述导电材料中的至少两种的组合。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述至少一个正面光耦合层(5)的所述材料和/或所述至少一个背面光耦合层(13)的所述材料从包括SiNx、SiOx、SiOxNy、AlOx、AlNx、TiOx、MgFx、导电氧化物、含有纳米颗粒的层、或所述材料中的至少两种在内的组合的材料组中的至少一种材料选择。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，所述正面导电材料(4)和/或所述背面导电材料(9)从包括透明导电氧化物、金属、金属合金或导电氧化物的材料组中的材料选择。
12.根据前述权利要求中的至少一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，在所述正面电接触件(6)和/或所述背面电接触件(14a)之间和/或旁边的区域中的所述正面导电材料(4、4b)和/或所述背面导电材料(9、9b)具有0到150nm之间的厚度。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，在所述正面电接触件(6)和/或所述背面电接触件(14a)之间和/或旁边的区域中的所述正面导电材料(4、4b)和/或所述背面导电材料(9、9b)具有0到70nm之间的厚度。
14.根据权利要求12或13所述的太阳能电池，所述太阳能电池的特征在于，在所述正面电接触件(6)和/或所述背面电接触件(14a)之间和/或旁边的区域中的所述正面导电材料(4、4b)和/或所述背面导电材料(9、9b)具有0到30nm之间的厚度。
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