光伏器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种叉指背接触(IBC)光伏器件，包括位于本征层(5)上的第一图案化硅层(2)，并且具有与所述衬底(3)的掺杂类型相同的掺杂类型。第一电荷收集部分(21)被沉积在本征层(5)的预定区域上，并且包括位于所述预定区域和所述至少部分纳米晶层部分(2b)之间的每个非晶层部分(2a)。非晶层部分(2a)的宽度大于纳米晶层部分(2b)的宽度。在第一图案化硅层(2)的顶部沉积第二纳米晶硅层(4)，第二纳米晶硅层具有第二类型掺杂，该第二类型掺杂是相对于所述第一图案化硅层(2)的掺杂类型而言为p型掺杂或n型掺杂中的另一种。型掺杂或n型掺杂中的另一种。型掺杂或n型掺杂中的另一种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光伏器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及光伏器件领域。更具体地，本专利技术涉及一种具有背接触的光伏器件，其背接触为叉指背接触(Interdigitated Back Contact，IBC)类型，其中收集材料被图案化，使得器件包括器件背面的隧道结。本专利技术还涉及一种用于制造这种光伏器件的方法。
[0002]本专利技术的一个特别有利的应用是生产用于产生电能的高效光伏电池，但更普遍地，本专利技术还应用于其中将入射辐射转换为电信号的任何类似的器件，例如光电探测器和电离辐射探测器。

技术介绍

[0003]叉指背接触硅异质结太阳能电池(IBC
‑
SHJ)虽然具有很高的效率，但由于其高度复杂的工艺而存在困难。实际上，IBC
‑
SHJ器件的实现需要以非常高的精度将背部的a
‑
Si:H层和TCO/金属堆叠图案化成交错的梳状。从现有技术中已知的大多数技术依赖于使用复杂且昂贵的工艺。例如，以下文献描述了一些示例：
[0004]‑
Efficient interdigitated back
‑
contacted silicon heterojunction solar cells(高效的叉指背接触硅异质结太阳能电池)，N.Mingirulli等人，Phys.status solidi
‑
Rapid Res.Lett.，第5卷第4期，第159
‑
161页，2011年4月；
[0005]‑/>The role of back contact patterning on stability and performance of Si IBC heterojunction solar cells(背接触图案化对Si IBC异质结太阳能电池的稳定性和性能的影响)，U.K.Das等人，Proceedings of the 40the IEEE Photovoltaic Specialist Conference，2014年，第1卷；
[0006]文献WO2006/077343描述了一个需要两个图案化步骤的器件的典型示例，然而它需要位于n
‑
和p
‑
指状物之间的绝缘层，这使得工艺复杂。
[0007]不管所选择的图案化工艺如何，现有技术的所有方法都需要对电子和空穴收集结构进行图案化。这使得所有现有IBC
‑
SHJ器件的实现变得冗长、精细，因此成本效益极低。
[0008]为了解决这个问题，已经提出只对是n掺杂层或p掺杂层的第一硅层，即电子或空穴收集结构，进行图案化。在这些器件中，第二类型的第二硅层沉积在图案化的电荷收集结构的顶部。由此得到的器件被称为“隧道结IBC
‑
HJT器件”。
[0009]在该器件的示例性实现中，第一类型的电荷收集结构是图案化的n型a
‑
Si:H层，该层的图案化提供了电荷收集结构
[0010]在这种实现中，p型a
‑
Si:H层覆盖本征a
‑
Si:H缓冲层以及所述电荷收集结构。与其中必须对两种类型的电荷收集器进行图案化的工艺相比，由于第二硅层(相对于所述第一硅层的掺杂类型为相反的掺杂类型)形成自对准的收集结构，这样的工艺流程使得工艺更简单且因此具有成本效益。尽管这种器件的制造工艺比其中两种电荷载流子收集指型都被结构化的器件的制造工艺简单，然而正如在EP1519422中描述的器件的情况，其效率较低。
[0011]在EP3371833A1中描述且在图1中示出的器件的设计提出了一种方案，解决了隧道层在位于本征缓冲层和图案化的空穴收集指状物上时是均匀且具有相同性质的问题。
EP3371833A1描述了一种叉指背接触硅异质结太阳能电池，其中第一类型的第一硅层被结构化并形成电荷收集岛(N)，也称为电荷收集“指”，该电荷收集岛基本为微晶结构，但包括与缓冲层接触的非晶部分。
[0012]在EP3371833A1的器件中，在所述电荷收集岛之间的所述间隙(I)中提供一个单层。该层(图1中的P)包括在所述间隙(I)中与非晶本征层5接触的非晶部分(PA)，因此当存在于微晶结构上或位于这些结构之间的非晶本征层上时具有不同的性质。在隧道层P的顶部实现类似接触压焊点(pads)或接触指状物的电极(E1
‑
E3)。
[0013]为了达到最高性能，隧道式IBC太阳能电池需要对电子和空穴接触都表现出非常低的接触电阻。在文献EP3371833A1中提出的隧道结概念，依赖于空穴收集器(图1中的3
‑5‑
P
‑
E2)和电子收集器(图1中的3
‑5‑
N
‑
P
‑
E1，3
‑5‑
N
‑
P
‑
E3)之间的硅(p)层的生长分化。
[0014]通常，硅(p)层最初在空穴收集器上生长为更多的非晶态，而在电子收集器上立即生长为纳米晶态。这是由于在空穴收集区的区域中硅层的初始生长是在非晶硅层5上实现的，而在电子收集结构的区域中，生长是在已经是纳米晶硅层(图1中的N)上发生的。
[0015]图1所示的器件示出了文献EP3371833A1中描述的器件的非晶p层(PA)的相对重要的厚度。p层的不对称性使得电子收集器堆叠(图1中的3/5/N/P/E1或3/5/N/P/E3)达到非常低的接触电阻，通常为20
‑
50mOhm.cm2，而发射极或空穴收集器堆叠(图1中的3/5/PA/P/E2)由于其部分非晶性质而具有较高的接触电阻，通常为50
‑
300mOhm.cm2。非晶层和纳米晶层之间电导率的巨大差异使空穴和电子触点(contacts)之间的电子横向传导失效或大大降低，从而防止两种类型触点之间的短路。n型掺杂非晶层的典型电导率在0.001S/cm至0.01S/cm的范围内。n型掺杂纳米晶层的典型电导率在1S/cm至100S/cm的范围内。
[0016]在文献EP3371833A1中描述的这种结构的缺点是限制空穴接触电阻达到非常低的值，因为它需要保留部分非晶态以防止横向分流。为了达到较低的接触电阻，尤其是在p层与空穴接触的接触压焊点之间的界面处，应该采用更积极的等离子体条件来减少或完全避免硅(p)层的非晶相。该层的较高的纳米结晶度，为接触压焊点提供了较低的接触电阻，同时也显示出较高的横向电导率。较高的横向电导率增加了本应在一种类型触点处收集的电荷移动到另一种类型的接触区域的机会，在该区域收集的电荷可以与相反类型的电荷重新结合而损失。因此，太阳能电池器件即使具有有利的较低的接触电阻，也显示出较低的分流电阻和电池效率。
[0017]因此，有必要找到一种方案来防止两种触点之间的低分流电阻，同时充分利用两种类型触点的低接触电阻的潜力。
[0018]隧道结是一个势垒，例如两个导电材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光伏器件(1)，所述光伏器件为叉指背接触(IBC)光伏器件，包括：
‑
p型或n型掺杂的以及具有第一面(3a)的硅基衬底(3)，所述第一面定义出X
‑
Y平面；
‑
位于所述第一面(3a)上的本征非晶硅层a
‑
Si:H(i)(5)；
‑
位于所述本征层(5)上的第一图案化硅层(2)，所述第一硅层(2)为p型或n型掺杂，所述第一图案化硅层(2)包括电荷收集部分(2
’
)之间的间隙(2”)，所述电荷收集部分(2
’
)在远离所述硅基衬底(3)的一侧包括至少部分纳米晶硅层的每个第二部分(2b)；
‑
位于所述电荷收集部分(2
’
)和所述间隙(2”)上的第二纳米晶硅层(4)，所述第二纳米晶硅层具有与所述图案化硅层(2)的掺杂类型不同的另一类型的掺杂，其中
‑
所述电荷收集部分(2
’
)包括位于所述本征层(5)和所述第二部分(2b)之间的每个非晶层部分(2a)，所述非晶层部分(2a)在其平行于所述X
‑
Y平面的至少一个横截面上，以及在任意径向方向上，具有大于所述第二部分(2b)的任意宽度(L2b)的最大宽度(L2a)，所述非晶层部分(2a)和所述第二部分(2b)基本上彼此居中。2.根据权利要求1所述的光伏器件(1)，其中，所述非晶层部分(L2a)的最大宽度比所述第二部分(2b)的所述任意宽度(L2b)宽至少10％。3.根据权利要求1至2中任一项所述的光伏器件(1)，其中，所述非晶层(2a)的高度(Ha)在1nm至25nm之间，其中，所述第一电荷收集部分(2
’
)的高度(H)在25nm至100nm之间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏器件(1)，其中，所述第一图案化硅层(2)和/或所述第二纳米晶硅层(4)包括氧和/或碳。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光伏器件(1)，其中，所述非晶层(2a)和/或所述第二部分(2b)包括氧(O)和/或碳(C)。6.根据权利要求1至5中的一项所述的光伏器件(1)，其中，所述第二纳米晶硅层(4)具有50％以上的晶相。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光伏器件(1)的制造方法，包括以下步骤(a
‑
d)：a)提供硅基衬底(3)，其具有n型或p型掺杂以及包括位于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：迈尔博尔格德国有限公司，
类型：发明
国别省市：