CN117153925A - 一种太阳能电池以及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池以及光伏组件，太阳能电池包括：基底；第一掺杂层；第二掺杂层；电介质层；第一电极；第一掺杂层包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂区域以及第二掺杂浓度的第二掺杂区域，其中，第一掺杂区域与第一电极形成电接触，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度，在基底前表面一侧形成有若干凸起结构，第一掺杂区域位于若干凸起结构表面内部，至少部分凸起结构的侧壁局部覆盖有阻隔层，阻隔层的晶体结构差异于第二掺杂层的晶体结构。与现有技术相比，本发明通过于基底前表面的形成阻隔层，从而抑制金属化尤其是银铝浆体系对于发射级的影响程度进而降低金属复合损失实现电池开压和填充因子的升高，最终提升电池的转化效率。

Description

一种太阳能电池以及光伏组件

技术领域

本发明涉及一种光伏电池技术领域，特别是一种太阳能电池以及光伏组件。

背景技术

TOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池。N型TOPCon电池正面采用硼扩散，需要匹配银铝浆进行烧结匹配。铝元素高温在硅中的扩散深度相对较深，通常在0.5微米以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池以及光伏组件，以解决现有技术中的问题。

本发明提供了一种太阳能电池，包括：

基底，具有前表面以及背表面，所述前表面与所述背表面沿第一方向相对设置；

位于所述基底前表面的具有第一掺杂类型的第一掺杂层；

位于所述基底背表面的具有第二掺杂类型的第二掺杂层，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；

位于所述基底与所述第二掺杂层之间的电介质层；

与所述第一掺杂层形成电接触的第一电极；

其中，所述第一掺杂层包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂区域以及第二掺杂浓度的第二掺杂区域，其中，所述第一掺杂区域与所述第一电极形成电接触，第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；

在所述基底前表面一侧形成有若干凸起结构，所述第一掺杂区域位于所述若干凸起结构表面内部，至少部分所述凸起结构的侧壁局部覆盖有阻隔层，所述阻隔层的晶体结构差异于所述第二掺杂层的晶体结构。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述基底包括单晶硅基底，所述阻隔层包括非晶硅层。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述阻隔层的晶体结构差异于所述第二掺杂层的晶体结构。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述第二掺杂层包括微晶硅、多晶硅或者单晶硅中的至少一种。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述阻隔层包括与所述基底不同晶体结构的含硅材料。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，沿着所述第一方向，所述阻隔层的高度与所述凸起结构的高度的比值包括20％-35％。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述凸起结构包括金字塔状纹理结构、四棱台状纹理结构或线状纹理结构。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述阻隔层位于所述金字塔状纹理结构、所述四棱台状纹理结构或所述线状纹理结构的侧壁。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述阻隔层的厚度不大于30nm。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述第一掺杂层的背离所述基底一侧的表面形成有第一钝化层，所述第一电极穿透所述第一钝化层后与所述第一掺杂区域形成电接触。

如上所述的一种太阳能电池，其中，优选的是，所述第二掺杂层的背离所述基底的一侧的表面形成有第二钝化层，第二电极穿透所述第二钝化层后与所述第二掺杂层形成电接触。

本发明还提供了一种光伏组件，包括：

电池串，所述电池串由前述的太阳能电池连接而成；

封装层，所述封装层用于覆盖所述电池串的表面；

盖板，所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。

与现有技术相比，本发明通过于基底前表面的形成阻隔层，从而抑制金属化尤其是银铝浆体系对于发射级的影响程度进而降低金属复合损失实现电池开压和填充因子的升高，最终提升电池的转化效率。

附图说明

图1是本申请所提供的太阳能电池的结构示意图；

图2是本申请所提供的太阳能电池的基底前表面的SEM示图；

图3是制备本申请所提供的太阳能电池的激光光斑示意图；

图4是本申请所提供的光伏组件的结构示意图。

附图标记说明：1-基底，2-前表面，3-背表面，4-第一掺杂层，41-第一掺杂区域，42-第二掺杂区域，5-第二掺杂层，6-电介质层，7-第一电极，8-第二电极，9-第一钝化层，10-第二钝化层，11-凸起结构，12-阻隔层，13-电池串，14-封装层，15-盖板。

S-激光光斑；

D1-第一方向。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

现有技术中，N型TOPCon(Tunnel Oxide Pass ivat ing Contacts)电池采用银铝浆形成电极与发射极层接触，铝元素在发射极层的扩散深度较深，通常在0.5微米以上，这样降低了电池的转化效率。

常用的改善措施包括：

(1)利用金属化烧结低温烧结降低金属化的损伤，但是填充因子一般偏低。电池效率几乎没有增益。

(2)一般采用相对较深的PN结降低金属化的损伤，相关技术中有尝试激光SE的工艺，尝试将硼进行掺杂，面临的问题是激光损伤比较重导致开压损失，进而电池效率提升幅度有限。

为解决上述技术问题，如图1和图2所示，本发明的实施例提供了一种太阳能电池，包括：

基底1，具有前表面2以及背表面3，前表面2与背表面3沿第一方向D1相对设置,本申请实施例中，第一方向D1为图1所示的垂直延伸的方向，从图中可以看出，第一方向D1是沿重力方向延伸的，当基底1不是水平放置时，第一方向D1也与重力方向形成夹角，前表面2为面向太阳光照射方向的受光面，背表面3为与前表面2相对的表面，对于双面电池而言，背表面3也可以作为光接收面。基底1可以是例如包括含有第一导电类型掺杂物的晶体半导体(例如，晶体硅)。晶体半导体可以是单晶硅，并且第一导电类型掺杂物可以是诸如包括磷(P)、砷(As)、铋(Bi)、锑(Sb)等V族元素的N型掺杂物,或包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等III族元素的P型掺杂物。

位于基底1前表面2的具有第一掺杂类型的第一掺杂层4,在一种可行的实施方式中，当基底1为N型晶体硅基底1时，第一掺杂层4的第一掺杂元素为硼；当基底1为P型晶体硅基底1时，第一掺杂层4的第一掺杂元素为磷。

位于基底1背表面3的具有第二掺杂类型的第二掺杂层5，第二掺杂类型与第一掺杂类型相反,第二掺杂层5的第一掺杂元素与基底1的第一导电类型掺杂物相适配；在一种可行的实施方式中，当基底1为N型晶体硅基底1时，第二掺杂层5的第一掺杂元素为磷；当基底1为P型晶体硅基底1时，第二掺杂层5的第二掺杂元素为硼。

位于基底1与第二掺杂层5之间的电介质层6,电介质层6用于对基底1的背表面3进行界面钝化，降低界面处载流子的复合，保证了载流子的传输效率,在一种可行的实施例中，第二掺杂层5与电介质层6均设有多层，多层第二掺杂层5与多层电介质层6沿第一方向D1依次交替设置，通过沉积多层第二掺杂层5，实现对基底1的层级钝化，提升场效应钝化效果，减少基底1界面处的载流子复合，且通过多层电介质层6阻挡少数载流子通过，实现了载流子的选择性传输，减少基底1界面处的载流子复合，进而提升太阳能电池的工作效率。

与第一掺杂层4形成电接触的第一电极7，第一电极7的材料包括银、铝、铜、镍等至少一种导电金属材料。

与第二掺杂层5形成电接触的第二电极8，第二电极8的材料包括银、铝、铜、镍等至少一种导电金属材料。

其中，第一掺杂层4包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂区域41以及第二掺杂浓度的第二掺杂区域42，其中，第一掺杂区域41与第一电极7形成电接触，第一掺杂浓度大于第二掺杂浓度；从而在第一掺杂层4表面形成选择性发射极结构。

在一种可行的实施方式中，硼扩后，将激光照射在基底1表面，使得硼硅玻璃融化，在激光照射的部分形成硼离子重掺的第一掺杂区域41，激光未照射的地方为轻掺杂的第二掺杂区域42，减少因重掺而造成的表面载流子复合。

无金属栅线(第一电极7)的第二掺杂区域42方阻较大，表面掺杂浓度较低，复合较少，能够提升电池片的开路电压、短路电流；金属栅线(第一电极7)所在的第一掺杂区域41的掺杂浓度较高，结深较深，能够有效降低接触电阻，提高填充因子。

在基底1前表面2一侧形成有若干凸起结构11，第一掺杂区域41位于若干凸起结构11表面内部，凸起结构11可以通过制绒(或者刻蚀)工艺形成，制绒工艺的方式可以是化学刻蚀、激光刻蚀、机械刻蚀、等离子刻蚀等，起结构具有良好的陷光以及减反效应，增加了光的有效接触面积，实现了对光能的进一步利用，提高了发电效率。

为抑制金属化尤其是银铝浆体系对于发射极(第一掺杂层4)的影响程度，每个凸起结构11的侧壁上形成有若干阻隔层12，阻隔层12包括与基底1不同晶体结构的含硅材料，阻隔层12可以使得电池片在烧结过程中，使得部分铝元素较浅进入第一掺杂层4与基底1之间所形成的PN结中，抑制部分铝元素的扩散深度，实现烧结温度不调整的前提下，铝刺的平均深入深度降低8-20％的目的，可进一步降低金属栅线的复合，提升电池的转化效率。

本申请所提供的实施例中，基底1包括单晶硅基底1，阻隔层12包括非晶硅层，参照图2所示，图2是本申请所提供的太阳能电池的基底1前表面2的SEM示图，其中图2的左下角为放大后的部分阻隔层12，在一种可行的实施方式中，通过激光诱导单晶硅基底1的第一掺杂层4表面(凸起结构11顶部)产生非均匀极薄的非晶硅层，抑制部分铝元素的扩散深度，具体地，激光采用非均匀光斑，将第一掺杂层4上凸起结构11的局部区域加工成微孔洞及非晶状态，从而形成阻隔层12，其中激光光斑S为非均匀光斑，激光采用反射镜图形化加工带来非均质的反射制备形成单个光斑复杂的内部图案，从而形成非均匀光斑；参照图3所示，激光光斑S的图案包括但不限制三角形、矩形、椭圆、圆形、线段或者是不规则形状线性组合而成。

本申请所提供的实施例中，阻隔层12的晶体结构差异于第二掺杂层5的晶体结构，第二掺杂层5包括微晶硅、多晶硅或者单晶硅中的至少一种，第二掺杂层5通过用N型掺杂物来掺杂微晶硅、多晶硅或者单晶硅等形成。N型掺杂物可以是具有与基底1相同导电类型的任何掺杂物。即，可以使用诸如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)的V族元素。

在一种可行的实施方式中，第二掺杂层5为掺磷多晶硅层。第二掺杂层5的晶体结构与阻隔层12的晶体结构不同，阻隔层12为采用飞秒激光特殊非均质光斑对第一掺杂层4的第一掺杂区域41进行加工，在凸起结构11局部产生的部分微孔硅基非晶硅层。

本申请所提供的实施例中，阻隔层12局部覆盖于凸起结构11的侧壁，激光加工区域仅限于第一掺杂层4的局部表面，只限制在凸起结构11的远离基底1一侧的侧壁表面，从而可以避免激光光斑S对基底1表面损伤比较重导致开压损失，限制电池效率提升幅度。

本申请所提供的实施例中，沿着第一方向D1，阻隔层12的高度与凸起结构11的高度的比值包括20％-35％，包括端点值，具体地，比值范围为20％、25％、30％、35％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。在此范围内，阻隔层12覆盖的越深入，所起到的阻隔作用越强，电池的转化效率越高。当超出此范围时，如果阻隔层12的高度过大，则会降低凸起结构11的陷光效应和减反效应，如果阻隔层12的高度过小，则会降低对铝元素的扩散抑制作用。

本申请所提供的实施例中，参照图2所示，凸起结构11包括金字塔状纹理结构、四棱台状纹理结构或线状纹理结构，线状纹理结构为呈间隔排布的条状或者线状纹理结构，若干条状或者线状纹理结构相互平行，以上结构均可以具有良好的陷光以及减反效应，增加了光的有效接触面积，实现了对光能的进一步利用，提高了电池发电效率。

阻隔层12位于金字塔状纹理结构、四棱台状纹理结构或线状纹理结构的侧壁。本领域的技术人员可以知晓，凸起结构11不限于以上类型，或者也可以是多种结构的混合，在第一掺杂层4上形成多个形状的凸起结构11，可以减小界面复合，提高光电转化效率。

本申请所提供的实施例中，阻隔层12的厚度不大于30nm，阻隔层12过厚，会导致激光损伤比较重使得开压损失，进而电池效率提升幅度有限。

作为本申请可选的技术方案，电介质层6包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氮化硅或氮氧化硅中的一种或多种。这几种材料具有良好的界面悬挂健钝化效果和隧穿效果。

电介质层6允许多子隧穿进入第二掺杂层5同时阻挡少子通过，进而多子在第二掺杂层5内横向运输被第二电极8收集，电介质层6与第二掺杂层5构成隧穿氧化层钝化接触结构，可以实现优异的界面钝化和载流子的选择性收集，减少了载流子的复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。需要说明的是，电介质层6实际效果上可以不具备完美的隧道势垒，因为它可以例如含有诸如针孔的缺陷，这可以导致其它电荷载流子传输机制(例如漂移、扩散)相对于隧道效应占主导。

本申请所提供的实施例中，参照图1所示，第一掺杂层4的背离基底1一侧的表面形成有第一钝化层9，第一电极7穿透第一钝化层9后与第一掺杂层4形成电接触，第一钝化层9包括氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层中的至少一种。

第一钝化层9可以对电池的前表面2钝化，降低前表面2的载流子复合速度，提高光电转换效率，第一钝化层9位于第一掺杂层4的表面上，第一电极7穿透第一钝化层9后与第一掺杂层4形成电接触。作为本申请可选的技术方案，第一钝化层9上可设有开口，以供第一电极7通过后分别与第一掺杂层4电接触，从而减少了金属电极与第一掺杂层4的接触面积，进一步降低了接触电阻，提高了开路电压。

可选地，第一钝化层9包括氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层中的至少一种或多种的层叠结构。在一些实施例中，第一钝化层9的厚度范围为10nm-120nm，具体可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或120nm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

可选地，第二掺杂层5的背离基底1的表面上形成有第二钝化层10，第二电极8穿透第二钝化层10后与第二掺杂层5形成电接触。第二钝化层10可以起到钝化基底1背表面3的作用，降低了界面处载流子的复合，提高载流子的传输效率，进而提高电池片的光电转换效率。

可选地，第二钝化层10包括氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层、氮氧化硅层中的至少一种或多种的层叠结构。

基于上述实施例，参照图4所示，本申请还提供了一种光伏组件，包括：电池串13，电池串13由前述的太阳能电池连接而成，相邻的电池串13之间经由诸如焊带等导电带连接；封装层14，封装层14用于覆盖电池串13的表面；盖板15，盖板15用于覆盖封装层14远离电池串13的表面。

在一些实施例中，电池串13的数量为至少两个，电池串13通过并联和/或串联的方式形成电连接。

在一些实施例中，封装层14包括设置于电池串13正面和背面的封装层14，封装层14的材料包括但不限于EVA、POE或者PET等胶膜。

在一些实施例中，盖板15包括设置于电池串13正面和背面的盖板15，盖板15选择具有良好透光能力的材料，包括但不限于玻璃、塑料等。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，其特征在于：包括：

基底，具有前表面以及背表面，所述前表面与所述背表面沿第一方向相对设置；

位于所述基底前表面的具有第一掺杂类型的第一掺杂层；

位于所述基底背表面的具有第二掺杂类型的第二掺杂层，所述第二掺杂类型与所述第一掺杂类型相反；

位于所述基底与所述第二掺杂层之间的电介质层；

与所述第一掺杂层形成电接触的第一电极；

其中，所述第一掺杂层包括具有第一掺杂浓度的第一掺杂区域以及第二掺杂浓度的第二掺杂区域，其中，所述第一掺杂区域与所述第一电极形成电接触，第一掺杂浓度大于所述第二掺杂浓度；

在所述基底前表面一侧形成有若干凸起结构，所述第一掺杂区域位于所述若干凸起结构表面内部，至少部分所述凸起结构的侧壁局部覆盖有阻隔层，所述阻隔层的晶体结构差异于所述第二掺杂层的晶体结构。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述基底包括单晶硅基底，所述阻隔层包括非晶硅层。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述阻隔层的晶体结构差异于所述第二掺杂层的晶体结构。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于：所述第二掺杂层包括微晶硅、多晶硅或者单晶硅中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述阻隔层包括与所述基底不同晶体结构的含硅材料。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：沿着所述第一方向，所述阻隔层的高度与所述凸起结构的高度的比值包括20％-35％。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述凸起结构包括金字塔状纹理结构、四棱台状纹理结构或线状纹理结构。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于：所述阻隔层位于所述金字塔状纹理结构、所述四棱台状纹理结构或所述线状纹理结构的侧壁。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述阻隔层的厚度不大于30nm。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述第一掺杂层的背离所述基底一侧的表面形成有第一钝化层，所述第一电极穿透所述第一钝化层后与所述第一掺杂区域形成电接触。

11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述第二掺杂层的背离所述基底的一侧的表面形成有第二钝化层，第二电极穿透所述第二钝化层后与所述第二掺杂层形成电接触。

12.一种光伏组件，其特征在于，包括：

电池串，所述电池串由权利要求1至11中任一项所述的太阳能电池连接而成；

封装层，所述封装层用于覆盖所述电池串的表面；

盖板，所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。