本发明涉及太阳能电池,尤其涉及一种背接触电池、光伏组件和背接触电池的制作方法。
背景技术:
1、背接触电池指发射极和金属接触都处于电池的背面,正面没有金属电极遮挡的太阳能电池。与正面有遮挡的太阳能电池相比,背接触电池具有更高的短路电流和光电转换效率,是目前实现高效晶体硅电池的技术方向之一。
2、由背接触电池端来看,背接触电池包括的导电类型相反的两个掺杂半导体层需要间隔开不存在物理接触,以抑制正向漏电,使得背接触电池在正向电压区域具有较高的光电转换效率。为了将背接触电池包括的导电类型相反的两个掺杂半导体层间隔开不存在物理接触,现有技术通常在两个掺杂半导体层之间开设凹槽,凹槽的底部为半导体基底。
3、但是,在实际使用过程中,当利用背接触电池制作形成的光伏组件表面覆盖上树叶、灰尘、积雪等遮挡物时,会使光伏组件产生热斑效应,影响光伏组件的性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种背接触电池、光伏组件和背接触电池的制作方法,用于减小或避免光伏组件产生热斑效应,以确保光伏组件的性能。
2、为了实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种背接触电池。上述背接触电池包括:半导体基底、第一掺杂半导体层、第二掺杂半导体层和导电通道。半导体基底包括相对的第一面和第二面,第一面包括第一区域、第二区域以及位于第一区域和第二区域之间的间隔区域。第一掺杂半导体层至少设置于第一区域,第二掺杂半导体层至少设置于第二区域,第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的导电类型相反。导电通道设置于间隔区域,导电通道电连接位于第一区域的第一掺杂半导体层和位于第二区域的第二掺杂半导体层,位于第一区域的第一掺杂半导体层的厚度以及位于第二区域的第二掺杂半导体层的厚度均大于导电通道的厚度。
3、与现有技术相比,在背接触电池处于工作状态下,上述第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层能够有效分流载流子,有利于形成光电流。其次,位于第一区域的第一掺杂半导体层的厚度以及位于第二区域的第二掺杂半导体层的厚度均大于导电通道的厚度,也就是,导电通道的上方为空余区域。利用上述空余区域可以起到绝缘的作用,防止出现漏电的情况,从而实现对漏电的管控。进一步地,厚度小于位于第一区域的第一掺杂半导体层的厚度以及位于第二区域的第二掺杂半导体层的厚度的导电通道在确保背接触电池正常工作的情况下,当背接触电池被遮挡时,电流可以经过第一掺杂半导体层、导电通道和第二掺杂半导体层进行传输。此时,导电通道不仅可以降低背接触电池两端的反向电压,有效降低背接触电池的热斑效应,同时还可以避免被遮挡的背接触电池成为负载消耗其他有光照的电池片所产生的能量,进一步降低热斑风险。基于此,可以减小或避免光伏组件产生热斑效应,以确保光伏组件的性能。此外,相比于现有技术凹槽的底部为半导体基底,上述导电通道位于半导体基底上,此时可以提高背接触电池的机械性能,减少应力,降低碎片率。
4、在一种实现方式中,导电通道包括第一掺杂半导体部和第二掺杂半导体部。其中,第一掺杂半导体部与第一掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接。第二掺杂半导体部与第二掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接。
5、采用上述技术方案的情况下,通过设置第一掺杂半导体部和第二掺杂半导体部两者接触连接,实现电性导通,形成有效漏电途径。当串联支路上的某个电池片由于遮挡无法正常工作时,此该漏电途径以保证此支路上的电流通过,防止背接触电池产生热斑效应,提升电池效率和使用寿命。
6、在一种实现方式中,导电通道包括共掺半导体层;共掺半导体层分别与第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层连接;共掺半导体层包括与第一掺杂半导体层相同的掺杂元素以及与第二掺杂半导体层相同的掺杂元素。
7、采用上述技术方案的情况下,共掺半导体层的整体掺杂浓度更接近于高浓度极性掺杂区域,即共掺半导体层的掺杂浓度更接近于第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中掺杂浓度高的一者。当导电通道包括共掺半导体层时,由于共掺半导体层的掺杂浓度更高,电阻更小,有利于电流通过,更容易实现导通,保证防热斑效果。进一步地,在工艺方面,可以增大导电通道的制备工艺窗口,提升工艺稳定性,更容易实现。
8、在一种实现方式中,导电通道包括第一掺杂半导体部、共掺半导体层和第二掺杂半导体部;其中,第一掺杂半导体部与第一掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接;共掺半导体层包括与第一掺杂半导体层相同的掺杂元素以及与第二掺杂半导体层相同的掺杂元素;第二掺杂半导体部与第二掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接。
9、采用上述技术方案的情况下,共掺半导体层的整体掺杂浓度更接近于高浓度极性掺杂区域,即共掺半导体层的掺杂浓度更接近于第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中掺杂浓度高的一者。当导电通道包括共掺半导体层时,由于共掺半导体层的掺杂浓度更高,电阻更小,有利于电流通过,更容易实现导通,保证防热斑效果。进一步地,在工艺方面,可以增大导电通道的制备工艺窗口,提升工艺稳定性,更容易实现。
10、在一种实现方式中,导电通道包括掺杂半导体部,掺杂半导体部分别与第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层连接。其中,掺杂半导体部与第一掺杂半导体层掺杂类型相同,或,掺杂半导体部与第二掺杂半导体层掺杂类型相同。
11、采用上述技术方案的情况下,在实际制作时,可以只削薄第一掺杂半导体层或第二掺杂半导体层的部分区域,即可实现第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层空间隔离的同时,又获得了导电通道。此外,上述设置也相应减小第一掺杂半导体层或第二掺杂半导体层的宽度,优选情况,还可以根据具体掺杂浓度,选择和高掺杂浓度类型一致的掺杂类型作为导电通道的掺杂类型,如此可以降低电阻,便于导通。例如,一般情况下,磷掺杂浓度高,导电通道可以优选掺磷。
12、在一种实现方式中,导电通道与第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层一体形成;或,由第一掺杂半导体层和/或第二掺杂半导体层减薄形成至少部分导电通道。
13、采用上述技术方案的情况下,简化了背接触电池的制造流程,提高了背接触电池的制造效率,并且还降低了导电通道的制作误差,提高了背接触电池的制作精度。
14、在一种实现方式中,导电通道的厚度大于或等于2nm且小于或等于50nm,导电通道厚度方向与第一面至第二面的方向一致。
15、采用上述技术方案的情况下,通过在厚度方向上的特殊设置,在第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层之间形成较薄的导电通道。由于其足够薄,不会影响导电通道上方的空余区域的隔离绝缘功能。
16、在一种实现方式中,导电通道的宽度大于或等于5μm且小于或等于300μm;导电通道的宽度方向与第一方向一致,第一方向为第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向。
17、采用上述技术方案的情况下,通过宽度方向上的特殊设置,可以避免因宽度太小导致第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层相隔较近出现击穿漏电的情况,以降低或避免存在电池可靠性风险。进一步地,可以避免因导电通道的宽度太大,导致导电通道挤占第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层空间,以及导致导电通道面积占比过大影响背接触电池效率。因此,通过上述宽度的合理化设置,形成有效空间隔离和底部电性接触。
18、通过上述设置,既能确保在电池片受到遮挡时,导电通道的尺寸可以满足实际需要,以有效降低背接触电池的热斑效应,还可以确保导电通道上方的空余区域的空间大小,以保证背接触电池在正常工作情况时的隔离绝缘效果。
19、在一种实现方式中,导电通道沿第一方向的厚度均相等,第一方向为第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向。
20、采用上述技术方案的情况下,导电通道厚度一致的情况下,导电通道内部电阻一致,更容易实现电流的有效导通。
21、在一种实现方式中,第一掺杂半导体部的厚度与第二掺杂半导体部的厚度之间的差值大于或等于1nm且小于或等于5nm。
22、采用上述技术方案的情况下,工艺窗口较大,工艺控制更简单。进一步地,当第一掺杂半导体部为p型掺杂半导体部,第二掺杂半导体部为n型掺杂半导体部;或,第一掺杂半导体部为n型掺杂半导体部,第二掺杂半导体部为p型掺杂半导体部时,通常情况下,p型掺杂半导体部比较厚,由于p型掺杂半导体部内掺杂元素的掺杂浓度低,电阻高,如果间隔区域保留p型掺杂半导体部较厚的情况下,可以适当降低电阻的影响,和n型掺杂半导体部实现电流匹配。
23、在一种实现方式中,导电通道沿第二方向连续分布,第二方向与第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向正交。
24、采用上述技术方案的情况下,导电通道沿第二方向的延伸长度固定,此时可以通过调整导电通道沿第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层方向的宽度和/或导电通道的厚度,以对漏电和热斑效应进行调控。进一步地,导电通道沿第二方向连续分布时,简化了背接触电池的制造流程,提高了背接触电池的制造效率。再进一步地,通过第二方向上的导电通道的连续分布设置,不仅保证了第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层之间的有效电接触面积,进而实现较好的防热斑效果。同时,有效的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的面积增大,更有利于载流子的收集和分离,提高背接触电池转换效率。
25、在一种实现方式中,导电通道沿第二方向断续分布,第二方向与第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向正交。
26、采用上述技术方案的情况下,在降低热斑风险的同时,进一步避免第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层接触产生复合。
27、在一种实现方式中,第一面包括至少两个沿第一方向排布的间隔区域,导电通道沿第一方向断续分布,第一方向为第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向。
28、在一种实现方式中,共掺半导体层的宽度大于或等于5μm且小于或等于300μm;共掺半导体层的宽度方向为第一掺杂半导体层指向第二掺杂半导体层的方向;和/或,共掺半导体层的掺杂电性为n性或p性或中性。
29、采用上述技术方案的情况下,由于共掺半导体层的宽度大于或等于5μm,此时在生产的过程中,可以降低或消除第二掺杂剂掺杂到第一掺杂半导体层(或第一掺杂剂掺杂到第二掺杂半导体层)内的概率,降低工艺难度。进一步地,由于共掺半导体层内掺杂元素的掺杂浓度较高,电阻较低,因此不需要将共掺半导体层的宽度设置较宽。再进一步地,由于共掺半导体层的宽度小于或等于300μm可以减小对第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层空间的挤占。
30、在一种实现方式中,背接触电池还包括第一钝化层,位于半导体基底和第一掺杂半导体层之间,半导体基底和第二掺杂半导体层之间,以及半导体基底和导电通道之间;和/或,
31、背接触电池还包括第二钝化层,覆盖第一掺杂半导体层、第二掺杂半导体层和导电通道,且位于第一区域、第二区域和间隔区域。
32、采用上述技术方案的情况下,第一钝化层和第一掺杂半导体层,以及第一钝化层和第二掺杂半导体层可以构成钝化接触结构,具有优异的界面钝化效果,且能够实现载流子的选择性收集,降低半导体基底第一面的第一区域和第二区域的载流子复合速率,进一步提高背接触电池的光电转换效率。结合前文描述,当导电通道沿第二方向或第一方向断续分布时,对于不存在导电通道的空余区域,第二钝化层可以和半导体基底直接接触,实现更好的钝化效果。进一步地,当导电通道的厚度大于或等于2nm且小于或等于50nm时,由于导电通道较薄,其上面的第二钝化层中到的氢更容易到达半导体基底,进而提高半导体基底表面和半导体基底本身的钝化效果。
33、在一种实现方式中,对于同一掺杂元素,导电通道内掺杂元素的掺杂浓度大于第一掺杂半导体层内掺杂元素的掺杂浓度和/或第二掺杂半导体层内掺杂元素的掺杂浓度。
34、采用上述技术方案的情况下,导电通道的电阻相较于第一掺杂半导体层和/或第二掺杂半导体层的电阻较小,导电通道的导电能力增强,防热斑效果更好。
35、在一种实现方式中,导电通道包括p型导电通道时,p型导电通道内掺杂元素的掺杂浓度大于或等于5e16cm-3且小于或等于4e21cm-3;和/或,导电通道包括n型导电通道时,n型导电通道内掺杂元素的掺杂浓度大于或等于1e17cm-3且小于或等于1e22cm-3。
36、第二方面,本发明还提供了一种光伏组件。该光伏组件包括上述技术方案所述的背接触电池。
37、本发明提供的光伏组件的有益效果与上述技术方案所述背接触电池的有益效果相同,此处不做赘述。
38、第三方面,本发明还提供了一种背接触电池的制造方法。该背接触电池的制造方法包括:
39、首先,提供一半导体基底;半导体基底包括相对的第一面和第二面;第一面包括第一区域、第二区域以及位于第一区域和第二区域之间的间隔区域。
40、接下来,形成至少设置于第一区域的第一掺杂半导体层。
41、接下来,形成至少设置于第二区域的第二掺杂半导体层;第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的导电类型相反。
42、接下来,形成设置于间隔区域的导电通道,导电通道电连接位于第一区域的第一掺杂半导体层和位于第二区域的第二掺杂半导体层;位于第一区域的第一掺杂半导体层的厚度以及位于第二区域的第二掺杂半导体层的厚度均大于导电通道的厚度。
43、本发明提供的背接触电池的制造方法的有益效果与上述技术方案所述背接触电池的有益效果相同,此处不做赘述。
44、在一种实现方式中,形成至少设置于第一区域的第一掺杂半导体层,形成至少设置于第二区域的第二掺杂半导体层包括:
45、形成整层设置于第一面的半导体材料层;
46、对半导体材料层进行区域性掺杂处理,以使半导体材料层形成第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层;
47、第一掺杂半导体层设置于第一区域,或,第一掺杂半导体层设置于第一区域和间隔区域;
48、第二掺杂半导体层设置于第二区域,或,第二掺杂半导体层设置于第二区域和间隔区域。
49、采用上述技术方案的情况下,只需在半导体基底上形成一次半导体材料层,便可以形成后续所需要的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层,简化了背接触电池的制造流程,提高了背接触电池的制造效率,节省了生产成本。进一步地,由于是对同一半导体材料层进行的掺杂处理,此时第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层在同一平面,有利于载流子传输,提高效率。
50、在一种实现方式中,形成设置于间隔区域的导电通道包括:在间隔区域形成第一掺杂半导体层和/或第二掺杂半导体层,对位于间隔区域的第一掺杂半导体层和/或第二掺杂半导体层进行减薄处理,以形成包括第一掺杂半导体部和/或第二掺杂半导体部的导电通道。
51、采用上述技术方案的情况下,相比于现有技术凹槽的底部为半导体基底,上述导电通道位于半导体基底上,此时可以提高背接触电池的机械性能,减少应力,降低碎片率。
52、在一种实现方式中,形成至少设置于第一区域的第一掺杂半导体层,形成至少设置于第二区域的第二掺杂半导体层包括:
53、形成整层设置于第一面的半导体材料层;
54、对半导体材料层进行区域性掺杂处理,以使半导体材料层形成第一掺杂半导体层、共掺半导体部和第二掺杂半导体层;共掺半导体部包括与第一掺杂半导体层相同的掺杂元素以及与第二掺杂半导体层相同的掺杂元素;
55、第一掺杂半导体层设置于第一区域,或,第一掺杂半导体层设置于第一区域和间隔区域;
56、第二掺杂半导体层设置于第二区域,或,第二掺杂半导体层设置于第二区域和间隔区域;
57、共掺半导体部设置于间隔区域。
58、采用上述技术方案的情况下,只需在半导体基底上形成一次半导体材料层,便可以形成后续所需要的第一掺杂半导体层、共掺半导体部和第二掺杂半导体层,简化了背接触电池的制造流程,提高了背接触电池的制造效率,节省了生产成本。进一步地,由于是对同一半导体材料层进行的掺杂处理,此时第一掺杂半导体层、共掺半导体部和第二掺杂半导体层在同一平面,有利于载流子传输,提高效率。
59、在一种实现方式中,形成设置于间隔区域的导电通道包括:在间隔区域形成第一掺杂半导体层、共掺半导体部和第二掺杂半导体层,对位于间隔区域的第一掺杂半导体层、共掺半导体部和第二掺杂半导体层进行减薄处理,以形成包括第一掺杂半导体部、共掺半导体层和第二掺杂半导体部的导电通道;或,在间隔区域仅形成共掺半导体部,对位于间隔区域的共掺半导体部进行减薄处理,以形成包括共掺半导体层的导电通道。
1.一种背接触电池,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道包括第一掺杂半导体部和第二掺杂半导体部;其中,所述第一掺杂半导体部与所述第一掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接;所述第二掺杂半导体部与所述第二掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接。
3.根据权利要求1所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道包括共掺半导体层;所述共掺半导体层分别与所述第一掺杂半导体层和所述第二掺杂半导体层连接;所述共掺半导体层包括与所述第一掺杂半导体层相同的掺杂元素以及与所述第二掺杂半导体层相同的掺杂元素。
4.根据权利要求1所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道包括第一掺杂半导体部、共掺半导体层和第二掺杂半导体部;其中,所述第一掺杂半导体部与所述第一掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接;所述共掺半导体层包括与所述第一掺杂半导体层相同的掺杂元素以及与所述第二掺杂半导体层相同的掺杂元素;所述第二掺杂半导体部与所述第二掺杂半导体层掺杂类型相同,且接触连接。
5.根据权利要求1所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道包括掺杂半导体部;所述掺杂半导体部分别与所述第一掺杂半导体层和所述第二掺杂半导体层连接;其中,所述掺杂半导体部与所述第一掺杂半导体层掺杂类型相同,或,所述掺杂半导体部与所述第二掺杂半导体层掺杂类型相同。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的背接触电池,所述导电通道与所述第一掺杂半导体层和所述第二掺杂半导体层一体形成;或,
7.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道的厚度大于或等于2nm且小于或等于50nm,所述导电通道厚度方向与所述第一面至所述第二面的方向一致;和/或,
8.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道沿第一方向的厚度均相等,所述第一方向为所述第一掺杂半导体层指向所述第二掺杂半导体层的方向。
9.根据权利要求2或4所述的背接触电池,其特征在于,所述第一掺杂半导体部的厚度与所述第二掺杂半导体部的厚度之间的差值大于或等于1nm且小于或等于5nm。
10.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道沿第二方向连续分布,所述第二方向与所述第一掺杂半导体层指向所述第二掺杂半导体层的方向正交。
11.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道沿第二方向断续分布,所述第二方向与所述第一掺杂半导体层指向所述第二掺杂半导体层的方向正交。
12.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述第一面包括至少两个沿第一方向排布的间隔区域,所述导电通道沿第一方向断续分布,所述第一方向为所述第一掺杂半导体层指向所述第二掺杂半导体层的方向。
13.根据权利要求3或4所述的背接触电池,其特征在于,所述共掺半导体层的宽度大于或等于5μm且小于或等于300μm;所述共掺半导体层的宽度方向为所述第一掺杂半导体层指向所述第二掺杂半导体层的方向;和/或,
14.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述背接触电池还包括第一钝化层,位于所述半导体基底和所述第一掺杂半导体层之间,所述半导体基底和所述第二掺杂半导体层之间,以及所述半导体基底和所述导电通道之间;和/或,
15.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,对于同一掺杂元素,所述导电通道内掺杂元素的掺杂浓度大于第一掺杂半导体层内掺杂元素的掺杂浓度和/或第二掺杂半导体层内掺杂元素的掺杂浓度。
16.根据权利要求1至5任一项所述的背接触电池,其特征在于,所述导电通道包括p型导电通道时,p型导电通道内掺杂元素的掺杂浓度大于或等于5e16cm-3且小于或等于4e21cm-3;和/或,
17.一种光伏组件,其特征在于,包括如权利要求1~16任一项所述的背接触电池。
18.一种背接触电池的制作方法,其特征在于,包括:
19.根据权利要求18所述的背接触电池的制作方法,其特征在于,形成至少设置于所述第一区域的第一掺杂半导体层,形成至少设置于所述第二区域的第二掺杂半导体层包括:
20.根据权利要求19所述的背接触电池的制作方法,其特征在于,形成设置于所述间隔区域的导电通道包括:
21.根据权利要求18所述的背接触电池的制作方法,其特征在于,形成至少设置于所述第一区域的第一掺杂半导体层,形成至少设置于所述第二区域的第二掺杂半导体层包括:
22.根据权利要求19所述的背接触电池的制作方法,其特征在于,形成设置于所述间隔区域的导电通道包括: