高光电转换效率的太阳能电池、其制造方法、太阳能电池组件和光伏发电系统技术方案

技术编号:21739667 阅读:105 留言:0更新日期:2019-07-31 20:57
[问题]为了提供一种低成本、高产率、可以容易地制造的背面接触型的高光电转换效率的太阳能电池。[解决方案]在该高光电转换效率的太阳能电池中,在第一导电型半导体基板的作为非受光面的背面上设置:扩散有第一导电型杂质的第一导电型扩散层,扩散有第二导电型杂质的第二导电型扩散层,和在第一导电型扩散层和第二导电型扩散层之间形成的高电阻层或本征半导体层。

Solar cells with high photoelectric conversion efficiency, their manufacturing methods, solar cell modules and photovoltaic power generation systems

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高光电转换效率的太阳能电池、其制造方法、太阳能电池组件和光伏发电系统
本专利技术涉及背面接触型的高光电转换效率的太阳能电池、其制造方法、太阳能电池组件和光伏发电系统。
技术介绍
太阳能电池单元典型地由尺寸为100~150mm2、厚度为0.1~0.3mm的板状的多晶硅或单晶硅等制成,太阳能电池单元的主要材料为掺杂有硼等p型杂质的p型半导体基板。在这种太阳能电池单元中,n型扩散层(发射极层)和防反射膜形成于接受太阳光的受光面上,并形成贯通防反射膜以与发射极层接触的电极。在太阳能电池单元中,电极对于取出光伏转换而得的电流是必不可少的。然而,由于电极的遮蔽,太阳光不能射入受光面上的电极区域下方的部位,电极的面积越大,转换效率下降得越多,电流越小。由受光面上形成的电极所造成的这样的电流损失称为阴影损失(shadowloss)。相对的,背面接触型太阳能电池单元不具有阴影损失,没有形成于受光面上的电极,因而除了防反射膜无法防止反射的少量反射光以外能够吸收其中几乎100%的入射太阳光。因此原则上可以实现高转换效率。典型地,背面接触型太阳能电池单元100具有如图1所示的截面结构。背面接触型太阳能电池单元100包括半导体基板101、发射极层104、BSF(BackSurfaceField,背面场)层106、防反射膜兼钝化膜107及108、和电极109及110。半导体基板101为背面接触型太阳能电池单元100的主要材料,且由单晶硅或多晶硅等制成。虽然可使用p型基板或n型基板,但经常使用掺杂有磷等n型杂质的n型硅基板。下文中,将以使用n型硅基板的情况为例进行说明。对于半导体基板101,优选尺寸为100~150mm2且厚度为0.1~0.3mm的板状的基板,一个主表面用作受光面,另一主表面用作非受光面(背面)。用于光学限制的凹凸结构形成于受光面上。通过将半导体基板101浸渍于酸性或碱性溶液一定时间来获得凹凸结构。典型地,该凹凸结构称为纹理(texture)。背面以发射极层104为掺杂有硼等p型杂质的p型扩散层、BSF层106为掺杂有磷等n型杂质的n型扩散层来形成。由SiN(氮化硅)等制成的防反射膜兼钝化膜107、108进一步分别在形成有纹理的受光面以及形成有发射极层104和BSF层106的背面上形成。然后,形成电极109以与发射极层104接触,形成电极110以与BSF层106接触。这些电极可在通过使用蚀刻糊剂等打开触点(contacts)之后通过溅射等来形成,或者可通过使用丝网印刷法来形成。当要使用丝网印刷法时,将含有玻璃料等的导电性银糊剂印刷在防反射膜兼钝化膜108上并干燥,从而在烧结后分别与发射极层104和BSF层106接触。通过烧结导电性银糊剂,分别形成与发射极层104接触的电极109和与BSF层106接触的电极110,贯通防反射膜兼钝化膜107、108。电极109、110各自由用于外部取出在背面接触型太阳能电池单元100中产生的光生电流的母线(busbar)电极、和与母线电极接触的集电用栅线电极(fingerelectrode)构成(图示省略)。在具有图1所示结构的背面接触型太阳能电池单元中,如果作为p型扩散层的发射极层和作为n型扩散层的BSF层之间的邻接区域在背面中的总长过长,在操作状态下,即当施加正向偏压时,漏电流容易由于隧道效应或通过杂质状态而流动,因而使得难以提高转换效率。进一步地,在发射极层和BSF层邻接的情况下,当电极在一层上形成时,形成位置可以移位使得电极同样与另一层连接,因此减少并联电阻。当电极与发射极层宽度相比典型地以窄的宽度在BSF层上形成时,该问题尤为显著。可以通过使发射极层和BSF层贯穿背面以它们之间有一定间隔地形成来避免这些问题。此时,发射极层和BSF层之间的间隔优选适度地狭窄。然而,如果将间隔控制在几μm至几十μm的量级,制造成本会很高且生产性会下降,由此这种控制是不现实的。同时,当间隔扩展至几百μm的量级时,除了使发射极层面积相对小外别无选择,致使少数载流子收集效率降低,电流因此减少。即转换效率降低。因此,提出了一种使用激光等在发射极层和BSF层之间挖掘沟槽以在空间上分隔两层的方法(参照专利文献1,非专利文献1)。然而,这类加工有破坏半导体基板本体从而导致转换效率降低的风险,进一步地,附加的加工步骤增加制造成本。当两层的分隔不完全且留下一些未分隔区域时,在对太阳能电池单元施加反向偏压的情况下,漏电流会集中在非分隔区域。例如,当由太阳能电池单元构成的组件的一部分被遮蔽时,位于遮蔽地方的太阳能电池单元被施加反向偏压,漏电流集中在其上。如上所述的漏电流集中的地方会局部变热并且因此有着火的风险。为了消除这类风险,太阳能电池单元和组件的制造商将旁路二极管引入组件中,同时还测量反向偏压下电池单元的漏电流。当该测量电流超过标准值时,不将此类组件作为产品出货。然而,在背面接触型太阳能电池单元中,由于作为p型扩散层的发射极层和作为n型扩散层的BSF层之间的边界与常规太阳能电池单元中的相比非常长,因此很难达到标准值。这导致了如下问题:当通过重视性能和安全性来严格执行标准值时产量下降,反之,当优先考虑产量时,性能和安全性下降。现有技术文献专利文献专利文献1:JP2013-521645T非专利文献非专利文献1:NgweZin等人,"LASER-ASSISTEDSHUNTREMOVALONHIGH-EFFICIENCYSILICONSOLARCELLS,"27thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConferenceandExhibition
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术是为了解决上述问题而做出的,并且本专利技术的目的为提供背面接触型的高光电转换效率的太阳能电池、其制造方法、太阳能电池组件、和光伏发电系统。用于解决问题的方案(1)本专利技术的高光电转换效率的太阳能电池在第一导电型半导体基板的作为非受光面的背面上包括:扩散有第一导电型杂质的第一导电型扩散层;扩散有第二导电型杂质的第二导电型扩散层;以及在第一导电型扩散层和第二导电型扩散层之间形成的高电阻层或本征半导体层。(2)同时,与第一导电型扩散层相连接的第一电极和与第二导电型扩散层连接的第二电极中的任一者还与高电阻层或本征半导体层连接。如上所述,由于本专利技术的太阳能电池具有简单的结构,其中对应于BSF层和发射极层的第一导电型扩散层和第二导电型扩散层通过高电阻层或本征半导体层彼此隔开,由此可以低成本、良好产率、简单地制造太阳能电池。利用彼此被高电阻层或本征半导体层隔开的发射极层和BSF层,在操作状态下,即施加正向偏压时,切断漏电流从而防止并联电阻的下降,因此可以获得具有良好转换效率的背面接触型太阳能电池。当施加反向偏压时,电流在整个电池单元的面内均匀泄漏,防止电池单元局部变热和由着火等造成的致命损坏,从而提高可靠性。此外,在发射极层或BSF层上形成电极时,即使形成位置发生位移,电极也仅与高电阻层或本征半导体层连接,因此能防止并联电阻的下降。(3)在半导体基板的背面设置高度差。当从上方观察背面时,第一导电型扩散层和第二导电型扩散层的任一者可以设置在上段且另一个设置在下段,高电阻层或本征半导体层可以设置在上段。因此,形成电极时,特别是通过烧本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高光电转换效率的太阳能电池,其在第一导电型半导体基板的作为非受光面的背面上包括:扩散有第一导电型杂质的第一导电型扩散层;扩散有第二导电型杂质的第二导电型扩散层;和在所述第一导电型扩散层和所述第二导电型扩散层之间形成的高电阻层或本征半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高光电转换效率的太阳能电池,其在第一导电型半导体基板的作为非受光面的背面上包括:扩散有第一导电型杂质的第一导电型扩散层;扩散有第二导电型杂质的第二导电型扩散层;和在所述第一导电型扩散层和所述第二导电型扩散层之间形成的高电阻层或本征半导体层。2.根据权利要求1所述的高光电转换效率的太阳能电池,其包括:与所述第一导电型扩散层连接的第一电极;和与所述第二导电型扩散层连接的第二电极;其中所述第一电极和所述第二电极中的任一者还与所述高电阻层或所述本征半导体层连接。3.根据权利要求1或2所述的高光电转换效率的太阳能电池,其中在所述背面设置高度差,当从上方观察所述背面时,所述第一导电型扩散层和所述第二导电型扩散层中的任一者设置在上段且另一个设置在下段,和所述高电阻层或所述本征半导体层设置在所述上段。4.根据权利要求1至3任一项所述的高光电转换效率的太阳能电池,其中,当从上方观察所述背面时,形成所述高电阻层或所述本征半导体层,其宽度使所述第一导电型扩散层和所述第二导电型扩散层之间的间隔为1μm以上且100μm以下。5.根据权利要求1至4任一项所述的高光电转换效率的太阳能电池,其中所述第一导电型杂质和所述第二导电型杂质两者都在所述高电阻层中扩散。6.一种高光电转换效率的太阳能电池的制造方法,其中在设置有第一区域、第二区域和第三区域的第一导电型半导体基板的作为非受光面的背面上,在所述第一区域形成扩散有第二导电型杂质的第二导电型扩散层,在所述第二区域形成扩散有第一导电型杂质的第一导电型扩散层,在所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域形成扩散有所述第一导电型杂质和所述第二导电型杂质的高电阻层,所述方法包括:第二杂质扩散步骤,其在所述半导体基板的整个背面扩散所述第二导电型杂质,从而形成所述第二导电型扩散层;保护膜形成步骤,其在所述第二导电型扩散层上形成保护膜;第一保护膜去除步骤,其将所述保护膜的覆盖所述第二区域的部分去除,同时从与覆盖所述第一区域的部分的边界起朝向与覆盖所述第二区域的部分的边界,所述保护膜的覆盖所述第三区域的部分的厚度从成膜厚度连续变薄至几乎为0;第二导电型扩散层去除步骤,...

【专利技术属性】
技术研发人员:三田怜渡部武纪大塚宽之
申请(专利权)人:信越化学工业株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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