石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及制备方法技术

一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及制备方法，该集成结构包括n型硅基区、p

【技术实现步骤摘要】
石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及制备方法


[0001]本专利技术属于可再生能源
，涉及一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及制备方法。

技术介绍

[0002]常规的反向保护二极管是电力电子器件，其耐压高、整流特性好、正向电流大，一般以小的半导体管芯配合金属封装而成，外形成柱状或块状。由于成本高、且外形上无法与太阳能电池片集成，目前每个电池组件的电池(约60片)分3组，穿过背板配上3个反向二极管，以保护组件内电池。然而，太阳能电池的低开路电压需要以串联的形式连接成组件，因此，组件对阴影及不均匀光极为敏感。
[0003]为了减小阴影影响，人们采用了最大功率点跟踪的方法(MPPT)，即直流变压+算法+芯片控制技术。这一技术从开始的电站级、组串级、发展到目前的组件级。组件级的MPPT也叫优化器，每个组件配有3个，通过将电池切半、分3串混合串并联，以维持组件输出电压不变。但是优化器的售价在0.5元/瓦左右，成本较高。
[0004]一方面，现有的二极管多是管壳式的，无法实现集成在光伏组件中；常规的功率二极管设置在每个太阳能电池旁边会影响光伏组件封装，无法很好的实现在光伏组件内部集成。
[0005]另一方面，考虑到输出电压，单片电池输出的电压低，而有用的功率则是高电压和低电流，例如民用电路中电压为220V、而电流＜10A，所以光伏组件必须以电池串联的方式来提高组件的输出电压。
[0006]然而，电池串联的方式要求每个电池输出电流一致，也就是在太阳能电池质量相同的前提下光照均匀，如果有一片电池的光照受到遮挡，整个组件就会以这个电池的低电流输出，因此，现有的二极管无法集成于光伏组件中，阴影及光不均匀对光伏组件的输出功率影响很大，如何能够在集成保护二极管的基础上还能保证光伏组件的输出功率成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及其制备方法和拓扑结构，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0008]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构，包括：
[0009]n型硅基区，用于制作晶硅太阳电池及石墨烯旁路二极管结构；
[0010]p
+
型晶体硅发射区，设置在n型硅基区的迎光面，用于与n型硅基区形成pn结，作为晶硅太阳电池进行光电转换的功能区；
[0011]n
+
硅掺杂区，设置在n型硅基区的背光面，作为晶硅太阳电池的背场，与晶硅太阳
电池背光面电极形成欧姆接触；
[0012]隔离槽，设置在n
+
硅掺杂区上，将n
+
硅掺杂区隔离成两部分，用于防止晶硅太阳电池与石墨烯二极管交接处的漏电；
[0013]钝化层，设置在n
+
硅掺杂区背光面，钝化层上设有背光面电极窗口和目标窗口，用于钝化n
+
硅掺杂区表面；
[0014]背光面电极，设置在背光面电极窗口上，用于导出晶硅太阳电池体内的电子；
[0015]石墨烯膜层，设置在目标窗口上，用于与n
+
硅掺杂区形成肖特基结；
[0016]石墨烯表面电极，设置在石墨烯膜层背光面上，用于导出石墨烯二极管中载流子；以及
[0017]迎光面电极，设置在p
+
型晶体硅发射区上，用于导出晶硅太阳电池体内的空穴。
[0018]作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构的制备方法，包括：
[0019]在n型硅基区上制备p
+
型晶体硅发射区；
[0020]在n型硅基区上背光面制备n
+
硅掺杂区；
[0021]在n
+
硅掺杂区上制备隔离槽；
[0022]在n
+
硅掺杂区上制备钝化层，在钝化层上开设背光面电极窗口和目标窗口；
[0023]在目标窗口上转移石墨烯膜层，烘烤后与n
+
硅掺杂区形成肖特基结；
[0024]在石墨烯膜层背光面制备石墨烯表面电极；
[0025]在背光面电极窗口上制备背光面电极；
[0026]在p
+
型晶体硅发射区上制备迎光面电极，完成该集成结构的制备。
[0027]作为本专利技术的又一个方面，还提供了一种拓扑结构，内含有至少两个如上所述的集成结构或如上所述制备方法得到的集成结构。
[0028]基于上述技术方案可知，本专利技术的石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构及其制备方法和拓扑结构相对于现有技术至少具有以下优势之一：
[0029](1)对每个太阳能电池片并联一个旁路二极管作为反向保护二极管，可以减小局部阴影引起的受阴影电池的温度升高，同时解决了当有一个太阳能电池片出现阴影时同处一个反向二极管保护下的一串电池片均无法对外输出功率的问题，减少了光伏组件的功率损失；
[0030](2)采用石墨烯二极管作为反向保护二极管，在形体上使反向保护二极管与太阳能电池片在厚度上兼容，石墨烯薄膜贴于在太阳能电池片的背光面，不遮挡太阳光，不占用太阳能电池片的光吸收面积，不影响太阳能电池片的发电工作；另外还可以通过调控石墨烯二极管的面积的大小来控制其所能承受的电流，而不会影响组件的封装和发电；
[0031](3)通过激光划刻将石墨烯二极管与太阳电池隔离开，可以有效降低旁路二极管与太阳电池交界处的漏电与发热现象；
[0032](4)本专利技术的石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构，由采用该技术的太阳电池组成的光伏组件可以大幅降低电流失配对组件的输出功率及安全性的影响。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例中石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构的剖面结构
示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中太阳电池的制备步骤结构示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构的电路连接示意图；
[0036]图4为图3的电路连接等效图。
[0037]附图标记说明：
[0038]01-n型硅基区；
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02-p
+
型晶体硅发射区；
[0039]03-n
+
硅重掺杂区；
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04-隔离槽；
[0040]05-石墨烯膜层；
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06-钝化层；
[0041]07-背光面电极；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
08-石墨烯表面电极；
[0042]09-迎光面电极；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
10-隔离区域；
[0043]11-背光面电极窗口； 12-目标窗口；
[0044]13-主栅；
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14-副删线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯旁路二极管与晶硅太阳电池的集成结构，包括：n型硅基区，用于制作晶硅太阳电池及石墨烯旁路二极管结构；p
+
型晶体硅发射区，设置在n型硅基区的迎光面，用于与n型硅基区形成pn结，作为晶硅太阳电池进行光电转换的功能区；n
+
硅掺杂区，设置在n型硅基区的背光面，作为晶硅太阳电池的背场，与晶硅太阳电池背光面电极形成欧姆接触；隔离槽，设置在n
+
硅掺杂区上，将n
+
硅掺杂区隔离成两部分，用于防止晶硅太阳电池与石墨烯二极管交接处的漏电；钝化层，设置在n
+
硅掺杂区背光面，钝化层上设有背光面电极窗口和目标窗口，用于钝化n
+
硅掺杂区表面；背光面电极，设置在背光面电极窗口上，用于导出晶硅太阳电池体内的电子；石墨烯膜层，设置在目标窗口上，用于与n
+
硅掺杂区形成肖特基结；石墨烯表面电极，设置在石墨烯膜层背光面上，用于导出石墨烯二极管中载流子；以及迎光面电极，设置在p
+
型晶体硅发射区上，用于导出晶硅太阳电池体内的空穴。2.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述背光面电极、n
+
硅重掺杂区、石墨烯膜层和石墨烯表面电极形成肖特基二极管。3.根据权利要求2所述的集成结构，其特征在于，所述肖特基二极管的正向电流大小为4～9A，暗电流为(0.5～2)
×
10-6
A。4.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于，所述n
+
硅重掺杂区的掺杂浓度为1
×
10
19
/cm3～1
×
10
20
/cm3。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：任慧雪，韩培德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：