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CN119584716B - 一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片 - Google Patents

一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片

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CN119584716B
CN119584716B CN202411757024.1A CN202411757024A CN119584716B CN 119584716 B CN119584716 B CN 119584716B CN 202411757024 A CN202411757024 A CN 202411757024A CN 119584716 B CN119584716 B CN 119584716B
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CN
China
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tower
texture
passivation layer
semiconductor substrate
texture structure
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CN202411757024.1A
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童洪波
李文强
丁超
於龙
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Longi Green Energy Technology Co Ltd
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Longi Green Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片,涉及光伏技术领域,以使钝化层对半导体基片具有良好的钝化效果,并改善掺杂半导体层与电极的接触性能、以及电极的塑形。太阳能电池包括半导体基片和钝化层。半导体基片的第一面和第二面中的至少一者为目标面。钝化层背离半导体基片的一侧的部分表面具有向靠近半导体基片的一侧凹入,形成的多个类塔基状纹理结构。多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于等于类尖角的数量。

Description

一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片
技术领域
本发明涉及光伏技术领域,尤其涉及一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片。
背景技术
太阳能电池作为绿色能源,对节能减排起着积极的作用。随着光伏行业的发展,太阳能电池技术日益成熟。其中,光伏太阳能电池是将太阳的光能转换为电能的装置。具体的,太阳能电池利用光生伏特原理产生载流子,然后使用电极将载流子引出,从而利于将电能有效利用。太阳能作为一种环保可再生能源,近些年受到了越来越多的关注。相应的,基于光电效应的光伏太阳能电池的应用范围也越来越广。
但是,现有的太阳能电池难以兼顾良好的钝化效果、以及良好的电极接触性能和塑形,不利于提升太阳能电池的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池、光伏组件和半导体基片,用于使得钝化层对半导体基片具有良好的钝化效果的同时,通过设置底面具有类尖角的第二类塔基状纹理结构增大钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度,利于增大钝化层中或形成在钝化层与半导体基片之间的掺杂半导体层的比表面积,改善掺杂半导体层与电极的接触性能、以及电极的塑形,提升太阳能电池的转换效率。
为了实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种太阳能电池,该太阳能电池包括:半导体基片和钝化层。半导体基片包括相对的第一面和第二面。第一面和第二面中的至少一者为目标面。钝化层设置在目标面。钝化层背离半导体基片的一侧的部分表面具有向靠近半导体基片的一侧凹入,形成的多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于等于类尖角的数量。
采用上述技术方案的情况下,钝化层设置在半导体基片的目标面,可以对半导体基片的目标面一侧进行钝化,降低载流子复合速率。并且,钝化层背离半导体基片的一侧具有多个类塔基状纹理结构。在其它因素相同的情况下,与金字塔型绒面结构等具有较大起伏程度的纹理结构相比,没有塔尖的类塔基状纹理结构的起伏程度相对较小。并且,多个类塔基状纹理结构所包括的第一类塔基状纹理结构的底面中各转角、以及第二类塔基状纹理结构的底面中大部分转角均为类圆角。与类尖角相比,底面具有的类圆角过渡更为圆滑和平整,使得类塔基状纹理结构在类圆角处的边界过渡更加缓和且模糊,从而使得钝化层背离半导体基片的一侧表面从宏观方面来讲相对平坦。并且,在实际的制造过程中,钝化层通过沉积等工艺形成在半导体基片的目标面,钝化层背离半导体基片一侧的表面起伏形貌也会受到目标面的表面起伏形貌的影响,相应的钝化层背离半导体基片一侧的表面起伏形貌在一定程度上也能够反应半导体基片的目标面的表面起伏形貌。基于此,当钝化层背离半导体基片的一侧表面宏观上相对平坦时,半导体基片的目标面也大致为相对平坦的表面,利于提高钝化层在目标面的形成质量和膜厚,进而利于提高钝化层对半导体基片的钝化效果,提高太阳能电池的转换效率。
另外,第二类塔基状纹理结构的底面中还包括类尖角。与类圆角相比,类尖角的过渡相对明显,其起伏程度更大,利于增大钝化层背离半导体基片一侧的比表面积。并且,在同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类尖角的数量大于等于类圆角的数量,确保钝化层背离半导体基片一侧宏观平整的同时,使得钝化层背离半导体基片一侧在微观上具有相对较大的表面粗糙度,从而使得钝化层包括的掺杂半导体层,或者形成在钝化层与半导体基片之间的掺杂半导体层具有较大的比表面积,进而增大掺杂半导体层与电极之间的接触面积,改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,在同一钝化层背离半导体基片的一侧中,第一类塔基状纹理结构的分布密度大于第二类纹理结构的分布密度。
采用上述技术方案的情况下,第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,其底面中类圆角的占比相对于第二类塔基状纹理结构中类圆角的占比较大。并且,如前文所述,与类尖角相比,底面具有的类圆角过渡更为圆滑和平整。因此,当第一类塔基状纹理结构的分布密度大于第二类纹理结构的分布密度时,利于进一步提高钝化层背离半导体基片的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层的形成质量和钝化效果。
作为一种可能的实现方案,在钝化层背离半导体基片一侧具有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的区域表面中,且在1cm×1cm的范围内,第一类塔基状纹理结构的分布密度大于等于80%、且小于等于99%。在此情况下,各转角均为起伏程度较小的类圆角的第一类塔基状纹理结构,其在钝化层背离半导体基片一侧的分布密度较大,利于进一步提高钝化层背离半导体基片的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层的形成质量和钝化效果。
作为一种可能的实现方案,在钝化层背离半导体基片一侧中,与单个第一类塔基状纹理结构相邻的其余第一类塔基状纹理结构的数量大于第二类塔基状纹理结构的数量。在此情况下,利于增大第一类塔基状纹理结构在钝化层背离半导体基片一侧的分布密度,进一步提高钝化层背离半导体基片的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层的形成质量和钝化效果。
作为一种可能的实现方案,钝化层背离半导体基片的一侧表面为类矩形表面。在类矩形表面中,四个角的对应区域为四角区域,四个轮廓边的对应区域为周边区域,位于四角区域和周边区域内侧的区域为中部区域。其中,位于周边区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,大于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度;和/或,位于四角区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,小于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度。
采用上述技术方案的情况下,在实际的制造过程中,在半导体基片上沉积形成钝化层时,钝化层在半导体基片周边区域的生长速率较快,容易使得钝化层在周边区域的沉积厚度较大。在此情况下,与钝化层的四角区域和中部区域相比,位于周边区域的类塔基状纹理结构的凹入深度较大,利于增大钝化层位于周边区域的比表面积,相应的半导体基片的目标面对应上述周边区域的部分表面也具有相对较大的比表面积。而钝化层的沉积膜厚与目标面的比表面积成反比,因此增大目标面对应上述周边区域的部分的比表面积可以防止因沉积速率较大而导致钝化层在周边区域的厚度过大,利于提高钝化层不同区域的厚度均匀性。另外,因拉晶或切割等操作的影响,半导体基片在对应四角区域处的缺陷数量相对较多,其次,位于四角区域的类塔基状纹理结构的凹入深度较小,利于降低钝化层位于四角区域的表面粗糙度,相应的半导体基片的目标面对应上述四角区域的部分表面也具有相对较小的表面粗糙度,无须为了获得凹入深度较大的类塔基状纹理结构而导致需要对四角区域的刻蚀深度增大,相应的能够降低半导体基片对应四角区域处因刻蚀所暴露出的缺陷数量,且利于提高钝化层在四角区域的形成质量和膜厚,提高钝化层在四角区域处的钝化效果。而钝化层的中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度适中,可以防止因中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度过大而影响钝化层在中部区域的钝化效果,还可以防止因中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度过小而导致掺杂半导体层对应中部区域的部分与电极之间的接触面积过小,进一步改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,使得中部区域处的钝化效果和接触性能达到平衡,利于提升太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,沿类矩形表面的四角顶点至类矩形表面的几何中心的方向,四角区域的宽度小于等于2cm。在此情况下,可以防止四角区域的范围过大,而导致掺杂半导体层靠近四角区域的部分与电极之间的接触面积过小,确保掺杂半导体层与电极之间具有良好的接触性能,以及确保电极在掺杂半导体层靠近四角区域的部分上具有较强的附着和良好的塑形。
作为一种可能的实现方案,沿类矩形表面的边缘至几何中心的方向,周边区域的宽度小于等于3cm。在此情况下,可以防止周边区域的宽度范围过大,而导致钝化层在对应沉积速率相对较小的中部区域的沉积膜厚过小,确保钝化层在中部区域的部分具有较高的钝化效果。
作为一种可能的实现方案,沿平行于目标面的方向,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度小于自身另一侧的凹入深度。
采用上述技术方案的情况下,在实际的应用过程中,钝化层会包括具有化学钝化作用的氧化铝等表面钝化层,或者在钝化层与半导体基片之间设置上述表面钝化层,以通过氢注入的方式,钝化掺杂半导体层背离半导体基片一侧的表面缺陷,提高太阳能电池的转换效率。其次,为确保表面钝化层的钝化效果,其内的氢含量相对较高,这容易导致表面钝化层内的氢在后续电极材料烧结等高温操作时出现溢出现象,从而发生爆膜,而爆膜处的表面钝化层难以起到钝化作用。在此情况下,当至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度小于自身另一侧的凹入深度时,上述表面钝化层内溢出的氢可以通过类塔基状纹理结构凹入深度较小的一侧逃逸至其它部分,降低爆膜风险的同时,逃逸至其它部分的氢还能够对掺杂半导体层其它部分的表面进行钝化处理,使得表面钝化层具有较高的钝化效果,进一步提高太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度之间的比值大于等于1.01、且小于2。在此情况下,可以防止类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度的比值较大而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面起伏程度较大,确保钝化层背离半导体基片一侧在宏观上相对平整,相应的使得目标面也较为平整,提高钝化层的形成质量和膜厚。
作为一种可能的实现方案,至少一个类尖角为两个相交直线段所成夹角。在此情况下,类尖角处的过渡较为尖锐,利于增大在类尖角处的表面起伏程度,进一步增大钝化层背离半导体基片一侧的比表面积,进而增大掺杂半导体层与电极之间的接触面积,进一步改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,至少一个类尖角为具有圆滑过渡的角,且类尖角对应的圆角半径小于等于类圆角对应的圆角半径的二分之一。在此情况下,为类尖角的形貌提供另一种实例,提高本发明提供的太阳能电池在不同应用场景下的适用性,且利于降低制造工艺难度。另外,类尖角为圆角半径相对较小的夹角时,可以进一步增大钝化层背离半导体基片一侧的宏观平整性,提高钝化层在目标面上的形成质量和钝化效果。
作为一种可能的实现方案,第一面和第二面中的一者为目标面。钝化层包括交替分布且导电类型相反的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层,第一掺杂半导体层的至少部分区域和第二掺杂半导体层的至少部分区域间隔分布。钝化层对应第一掺杂半导体层的部分背离半导体基片的一侧表面为第一子表面,钝化层对应第二掺杂半导体层的部分背离半导体基片的一侧表面为第二子表面。第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构均分布在第一子表面。类塔基状纹理结构还包括分布在第二子表面上的第三类塔基状纹理结构,第三类塔基状纹理结构的底面为具有弧形轮廓的表面。
采用上述技术方案的情况下,底面为弧形轮廓的第三类塔基状纹理结构的边界更加圆滑和模糊,使得第二子表面具有比第一子表面具有相对较高的平整性。可以根据第一子表面和第二子表面的表面粗糙度差异,实际应用场景中对N、P掺杂半导体层的不同钝化效果的要求,以及对二者与相应电极之间的接触性能的要求,分别设置第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的导电类型,从而使钝化层分别对应第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的两个部分对半导体基片具有不同的钝化效果、以及利于使第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层具有不同的表面形貌,进而利于缩小钝化层分别对应第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的两个部分之间的钝化差异、以及利于缩小第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层分别与相应电极之间的接触性能的差异。
作为一种可能的实现方案,类塔基状纹理结构还包括分布在第二子表面上的第四类塔基状纹理结构,第四类塔基状纹理结构的底面为多边形底面。在此情况下,第二子表面上不仅可以具有第三类塔基状纹理结构,还可以再设置有第四类塔基状纹理结构,无须为了获得仅具有第三类塔基状纹理结构的第二子表面而严格控制刻蚀条件,降低制造工艺难度。
作为一种可能的实现方案,第一掺杂半导体层的导电类型为P型、且第二掺杂半导体层的导电类型为N型。
采用上述技术方案的情况下,因掺杂固浓度(掺杂固浓度是指极限掺杂浓度)和掺杂难易程度的限制,N型掺杂半导体层内掺杂剂的掺杂浓度大于P型掺杂半导体层内掺杂剂的掺杂浓度,P型掺杂半导体层与正极之间的接触性能相对较差。基于此,当第一掺杂半导体层的导电类型为P型、且钝化层背离半导体基片一侧中对应第一掺杂半导体层的第一子表面,其上设置有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构,第二类塔基状纹理结构的底面中类尖角的存在利于增大P型掺杂半导体层背离半导体基片一侧的比表面积,增大P型掺杂半导体层与正极之间的接触面积,改善P型掺杂半导体层与正极之间的接触性能、以及正极在P型掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸小于位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸。
采用上述技术方案的情况下,可以理解的是,类塔基状纹理结构底面的一维尺寸越大,类塔基状纹理结构的底面积越大,在相同面积范围内,所能够设置的类塔基状纹理结构的数量越少,分布密度越小。基于此,当位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸较小时,利于增大第一子表面的表面粗糙度,进一步增大第一掺杂半导体层与电极之间的接触面积,改善第一掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在第一掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
作为一种可能的实现方案,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于7μm、且小于等于15μm。
采用上述技术方案的情况下,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸在上述范围内,利于防止因该一维尺寸过小而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度较大,确保目标面为宏观平整的表面,进一步提高钝化层在目标面上的形成质量和钝化效果。另外,还可以防止因该一维尺寸较大而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度过小,确保上述掺杂半导体层与电极之间具有较大的接触面积,进一步改善掺杂半导体层和电极之间的接触性能。
作为一种可能的实现方案,位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于5μm、且小于等于30μm。该情况下的有益效果的应用原理可以参考前文所述的位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于7μm、且小于等于15μm的有益效果的应用原理,此处不再赘述。
第二方面,本发明提供了一种光伏组件,该光伏组件包括上述第一方面及其各种实现方式的太阳能电池。
本发明中第二方面及其各种实现方式的有益效果,可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析,此处不再赘述。
第三方面,本发明提供一种半导体基片,该半导体基片包括相对的第一面和第二面。第一面和第二面中的至少一者为目标面。目标面具有向半导体基片内凹入的多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于类尖角的数量。
本发明中第三方面及其各种实现方式的有益效果,可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析,此处不再赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例提供的太阳能电池的第一种结构的纵向剖视示意图;
图2为本发明实施例提供的太阳能电池的第二种结构的纵向剖视示意图;
图3为本发明实施例提供的太阳能电池的第三种结构的纵向剖视示意图;
图4为本发明实施例中钝化层背离半导体基片一侧的局部表面的SEM图一;
图5为本发明实施例中钝化层背离半导体基片一侧的局部表面的SEM图二;
图6为本发明实施例中钝化层背离半导体基片一侧的局部表面的SEM图三;
图7为本发明实施例提供的太阳能电池的第四种结构的纵向剖视示意图;
图8为本发明实施例提供的太阳能电池的第五种结构的纵向剖视示意图;
图9为本发明实施例提供的太阳能电池的第六种结构的纵向剖视示意图;
图10为本发明实施例提供的太阳能电池的局部结构纵向的SEM图一;
图11为本发明实施例提供的太阳能电池的局部结构纵向的SEM图二;
图12为本发明实施例提供的太阳能电池的局部结构纵向的SEM图三;
图13为本发明实施例提供的太阳能电池的局部结构纵向的SEM图四;
图14为本发明实施例中钝化层背离半导体基片一侧的局部表面的SEM图四;
图15为本发明实施例中钝化层背离半导体基片一侧的局部表面的SEM图五。
附图标记:11为半导体基片,12为第一面,13为第二面,14为钝化层,15为第一类塔基状纹理结构,16为第二类塔基状纹理结构,17为类圆角,18为类尖角,19为第一掺杂半导体层,20为第二掺杂半导体层,21为第三类塔基状纹理结构,22为第四类塔基状纹理结构,23为掺杂半导体层,24为界面钝化层,25为表面钝化层,26为减反射层,27为透明导电层。
具体实施方式
以下,将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
在附图中示出了根据本发明实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了更加清楚的表达,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本发明的上下文中,当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时,该层/元件可以直接位于该另一层/元件上,或者它们之间可以存在居中层/元件。另外,如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”,那么当调转朝向时,该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
太阳能电池作为绿色能源,对节能减排起着积极的作用。随着光伏行业的发展,太阳能电池技术日益成熟。其中,光伏太阳能电池是将太阳的光能转换为电能的装置。具体的,太阳能电池利用光生伏特原理产生载流子,然后使用电极将载流子引出,从而利于将电能有效利用。太阳能作为一种环保可再生能源,近些年受到了越来越多的关注。相应的,基于光电效应的光伏太阳能电池的应用范围也越来越广。
具体的,现有的太阳能电池通常包括半导体基片、以及形成在半导体基片上的钝化层。该钝化层可以包括具有场钝化作用的掺杂半导体层,也可以包括具有化学钝化作用的表面钝化层、减反射层和透明导电层中的至少一者。其中,半导体基片形成有钝化层的一侧表面可以为抛光面,并且抛光面上的各纹理结构的底面均为椭圆形等轮廓圆滑的底面,此时该表面过于平坦的形貌,利于提高钝化层的形成质量,提高钝化层对半导体基片的钝化效果。但是,形成在表面平坦的半导体基片上的钝化层,其表面也趋于平整,这使得在该钝化层上形成用于导出载流子的电极时,电极材料在平整表面上的塑形和附着较差,从而缩小了电极材料的选型匹配;同时,还会导致所形成的电极与形成在平面表面上的掺杂半导体层的接触面积变小,接触损耗增加。虽然,具有起伏形貌的金字塔型绒面具有较大的表面粗糙度,利于改善电极与掺杂半导体层之间的电学接触性能、以及电极的塑形和附着,但是因金字塔型绒面的表面形貌起伏过大、表面过于尖锐,导致掺杂半导体层在绒面上的形成质量较差,其钝化效果变差。可见,现有的太阳能电池难以兼顾良好的钝化效果、以及良好的电极接触性能和塑形,不利于提升太阳能电池的转换效率。
为了解决上述技术问题,第一方面,本发明实施例提供了一种太阳能电池。如图1至6所示,本发明实施例提供的太阳能电池包括:半导体基片11和钝化层14。半导体基片11包括相对的第一面12和第二面13。第一面12和第二面13中的至少一者为目标面。钝化层14设置在目标面。钝化层14背离半导体基片11的一侧的部分表面具有向靠近半导体基片11的一侧凹入,形成的多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构15和第二类塔基状纹理结构16。第一类塔基状纹理结构15的底面中各转角均为类圆角17,第二类塔基状纹理结构16的底面包括的部分转角为类圆角17、且其余转角为类尖角18。同一第二类塔基状纹理结构16的底面中,类圆角17的数量大于等于类尖角18的数量。
采用上述技术方案的情况下,如图1至图6所示,钝化层14设置在半导体基片11的目标面,可以对半导体基片11的目标面一侧进行钝化,降低载流子复合速率。并且,钝化层14背离半导体基片11的一侧具有多个类塔基状纹理结构。在其它因素相同的情况下,与金字塔型绒面结构等具有较大起伏程度的纹理结构相比,没有塔尖的类塔基状纹理结构的起伏程度相对较小。并且,多个类塔基状纹理结构所包括的第一类塔基状纹理结构15的底面中各转角、以及第二类塔基状纹理结构16的底面中大部分转角均为类圆角17。与类尖角18相比,底面具有的类圆角17过渡更为圆滑和平整,使得类塔基状纹理结构在类圆角17处的边界过渡更加缓和且模糊,从而使得钝化层14背离半导体基片11的一侧表面从宏观方面来讲相对平坦。并且,在实际的制造过程中,钝化层14通过沉积等工艺形成在半导体基片11的目标面,钝化层14背离半导体基片11一侧的表面起伏形貌也会受到目标面的表面起伏形貌的影响,相应的钝化层14背离半导体基片11一侧的表面起伏形貌在一定程度上也能够反应半导体基片11的目标面的表面起伏形貌。基于此,当钝化层14背离半导体基片11的一侧表面宏观上相对平坦时,半导体基片11的目标面也大致为相对平坦的表面,利于提高钝化层14在目标面的形成质量和膜厚,进而利于提高钝化层14对半导体基片11的钝化效果,提高太阳能电池的转换效率。另外,第二类塔基状纹理结构16的底面中还包括类尖角18。与类圆角17相比,类尖角18的过渡相对明显,其起伏程度更大,利于增大钝化层14背离半导体基片11一侧的比表面积。并且,在同一第二类塔基状纹理结构16的底面中,类尖角18的数量大于等于类圆角17的数量,确保钝化层14背离半导体基片11一侧宏观平整的同时,使得钝化层14背离半导体基片11一侧在微观上具有相对较大的表面粗糙度,从而使得钝化层14包括的掺杂半导体层,或者形成在钝化层14与半导体基片11之间的掺杂半导体层具有较大的比表面积,进而增大掺杂半导体层与电极之间的接触面积,改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
在实际的应用过程中,本发明实施例提供的太阳能电池可以为双面接触电池,即太阳能电池的正极和负极中的一者设置在电池的正面,另一者设置在电池的背面。或者,本发明实施例提供的太阳能电池也可以为背接触电池,即太阳能电池的正极和负极均设置在电池的背面。
其次,本发明实施例提供的太阳能电池可以为具有隧穿钝化接触结构或异质接触结构等电池;或者,也可以是不具有上述结构所包括的界面钝化层的常规太阳能电池。
具体来说,本发明实施例对上述半导体基片的材料不做具体限定。示例性的,半导体基片可以为硅基片、锗硅基片、锗基片或砷化镓基片等任一种半导体材质的基片。
至于半导体基片具有的第一面和第二面,半导体基片的第一面可以对应太阳能电池的正面,此时半导体基片的第二面可以对应太阳能电池的背面;或者,半导体基片的第一面也可以对应太阳能电池的背面,此时半导体基片的第二面对应太阳能电池的正面。其次,上述第一面和第二面是否为目标面,可以根据太阳能电池的种类、以及第一面和第二面分别与电池的正面和背面的对应关系确定,此处不做具体限定。
示例性的,在太阳能电池为双面接触电池的情况下,半导体基片的第一面和第二面中,可以仅是第一面为目标面,也可以仅是第二面为目标面,还可以是第一面和第二面均为目标面。
示例性的,在太阳能电池为背接触电池的情况下,半导体基片的第一面和第二面中对应电池背面的一者为目标面。
至于半导体基片的目标面的表面形貌,如前文所述,钝化层背离半导体基片一侧的表面起伏形貌在一定程度上能够反应半导体基片的目标面的表面起伏形貌,因此目标面的表面形貌可以参考钝化层背离半导体基片一侧的表面形貌。具体的,因钝化层背离半导体基片一侧的表面形貌为具有多个类塔基状纹理结构的宏观平坦表面,故目标面的表面形貌在宏观上也较为平坦。
示例性的,目标面上可以具有向半导体基片内凹入的多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于类尖角的数量。在此情况下,与金字塔型绒面结构等具有较大起伏程度的纹理结构相比,没有塔尖的类塔基状纹理结构的起伏程度相对较小。并且,多个类塔基状纹理结构所包括的第一类塔基状纹理结构的底面中各转角、以及第二类塔基状纹理结构的底面中大部分转角均为类圆角。与类尖角相比,底面具有的类圆角过渡更为圆滑和平整,使得类塔基状纹理结构在类圆角处的边界过渡更加缓和且模糊,从而使得半导体基片的目标面为相对平坦的表面,利于提高钝化层在目标面的形成质量和膜厚,进而利于提高钝化层对半导体基片的钝化效果,提高太阳能电池的转换效率。另外,第二类塔基状纹理结构的底面中还包括类尖角。与类圆角相比,类尖角的过渡相对明显,其起伏程度更大,利于使得通过沉积等工艺形成在目标面的掺杂半导体层也具有相对较大的比表面积,进而增大掺杂半导体层与电极之间的接触面积,改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。至于目标面上具有的类塔基状纹理结构的具体形貌、第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的分布密度和一维尺寸等,可以参考下文中的钝化层背离半导体基片一侧的类塔基状纹理结构的具体形貌、第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的分布密度和一维尺寸等信息,此处不再赘述。
对于钝化层来说,该钝化层设置在目标面上,钝化层背离半导体基片的一侧表面为太阳能电池的正面和/或背面。从结构和材料方面来讲,钝化层的具体结构可以根据太阳能电池的种类、以及实际应用场景确定,此处不做具体限定。示例性的,钝化层可以包括界面钝化层、掺杂半导体层、表面钝化层、减反射层和透明导电层中的至少一者。
其中,如图1至图3所示,在钝化层14仅为掺杂半导体层的情况下,类塔基状纹理结构形成在掺杂半导体层背离半导体基片11的一侧。钝化层14的材料可以包括硅、锗硅或锗等任一种半导体材料。钝化层14的晶相可以为单晶、多晶、微晶、纳晶或非晶等。
如图4至图7所示,在钝化层14仅包括表面钝化层25、减反射层26和透明导电层中的至少一者的情况下,类塔基状纹理结构形成在钝化层14所包括的膜层中位于最外侧的一者(即沿电池厚度方向与半导体基片11间距最大的一者),其背离半导体基片11的一侧表面。例如:当钝化层14仅包括表面钝化层25和减反射层26、且减反射层26设置在表面钝化层25背离半导体基片11的一侧时,类塔基状纹理结构形成在减反射层26背离半导体基片11的一侧。另外,上述表面钝化层25、减反射层26和透明导电层的材料可以根据实际需求设置。示例性的,表面钝化层25的材料可以包括氧化硅、氧化铝、氮化硅或氮氧化硅等任一具有钝化作用的材料。减反射层26的材料可以包括氮化硅或氮氧化硅等。上述透明导电层的材料可以包括掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺锡氧化铟、掺钨氧化铟、掺钼氧化铟、掺铈氧化铟和氢氧化铟中的至少一种。在上述情况下,本发明实施例提供的太阳能电池还包括设置在目标面内或上的掺杂半导体层23(在掺杂半导体层23设置在目标面上时,该掺杂半导体层23的材料可以参考前文,此处不再赘述),钝化层14位于掺杂半导体层23背离半导体基片11的一侧。
如图4至图6、以及图8所示,在钝化层14除了包括掺杂半导体层23之外,还包括表面钝化层、减反射层和透明导电层27中的至少一者的情况下,类塔基状纹理结构形成在钝化层14所包括的膜层中位于最外侧的一者(即沿电池厚度方向与半导体基片11间距最大的一者),其背离半导体基片11的一侧表面。例如:当钝化层14仅包括掺杂半导体层23和透明导电层27、且透明导电层27设置在掺杂半导体层23背离半导体基片11的一侧时,类塔基状纹理结构形成在透明导电层27背离半导体基片11的一侧。另外,上述太阳能电池中掺杂半导体层23的形成位置,以及表面钝化层、减反射层、透明导电层27和掺杂半导体层23的材料可以参考前文,此处不再赘述。
需要说明的是,在本发明实施例提供的太阳能电池为双面接触电池、且钝化层包括掺杂半导体层的情况下,同一钝化层中的掺杂半导体层为N型掺杂半导体层或P型掺杂半导体层。而当太阳能电池为背接触电池、且钝化层包括掺杂半导体层时,如图9所示,沿平行于目标面的方向,钝化层14中的掺杂半导体层包括交替分布的第一掺杂半导体层19和第二掺杂半导体层20,并且第一掺杂半导体层19的至少部分区域和第二掺杂半导体层20的至少部分区域间隔开。具体的,第一掺杂半导体层19的至少部分区域和第二掺杂半导体层20的至少部分区域可以沿平行于目标面的方向间隔分布,或者也可以通过氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等绝缘材质的介质层沿半导体基片11的厚度方向间隔开。
另外,当掺杂半导体层设置在目标面上时,如图8所示,上述掺杂半导体层23可以与半导体基片11直接接触;或者,如图9所示,太阳能电池还可以包括位于半导体基片11与掺杂半导体层之间的界面钝化层24。该界面钝化层24的材料和厚度可以根据掺杂半导体层的材料确定,此处不做具体限定。例如:当掺杂半导体层包括掺杂多晶硅层时,界面钝化层为隧穿氧化层。又例如:当掺杂半导体层包括掺杂非晶硅层时,界面钝化层为本征非晶硅层。
从表面形貌方面来讲,钝化层背离半导体基片的一侧表面具有的第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的底面,可以为规则或不规则的多边形底面(如四边形底面、五边形底面、六边形底面或八边形底面等)。多边形可以为边长相同的正多边形,也可以是边长不同的多边形。其中,如图4至图6所示,第一类塔基状纹理结构15的底面中各转角均为圆滑过渡的类圆角17。第二类塔基状纹理结构16的底面中部分转角为圆滑过渡的类圆角17,其余转角为类尖角18。其中,如图4所示,至少一个类尖角18可以为两个相交直线段所成夹角。在此情况下,类尖角18处的过渡较为尖锐,利于增大在类尖角18处的表面起伏程度,进一步增大钝化层背离半导体基片一侧的比表面积,进而增大掺杂半导体层与电极之间的接触面积,进一步改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
或者,如图4至图6所示,至少一个类尖角18也可以为具有圆滑过渡且自身所对应的圆角半径较小的角。具体的,该情况下类尖角对应的圆角半径的大小可以根据实际应用中对掺杂半导体层和电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形的要求确定。例如:类尖角18对应的圆角半径可以小于等于类圆角17对应的圆角半径的二分之一(如类尖角18对应的圆角半径与上述类圆角17对应的圆角半径之间的比值可以为二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、六分之一或七分之一等)。在此情况下,为类尖角18的形貌提供另一种实例,提高本发明实施例提供的太阳能电池在不同应用场景下的适用性,且利于降低制造工艺难度。另外,类尖角18为圆角半径相对较小的夹角时,可以进一步增大钝化层背离半导体基片一侧的宏观平整性,提高钝化层在目标面上的形成质量和钝化效果。类尖角18和类圆角17对应的圆角半径的大小可以根据第一类塔基状纹理结构15和第二类塔基状纹理结构16的底面一维尺寸、以及实际需求确定,此处不做具体限定。
具体的,上述第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸和凹入深度、以及第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构分别在钝化层背离半导体基片一侧的分布情况,可以根据实际应用场景中对钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度的要求确定,只要能够应用至本发明实施例提供的太阳能电池中均可。其中,第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以是二者的底面边长(底面弧线段长)、底面对角线长或类圆角对应的圆角半径长等。其次,第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的凹入深度是相对于钝化层背离半导体基片一侧的主表面的凹入深度。
示例性的,第一类塔基状纹理结构和/或第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以大于等于7μm、且小于等于15μm。例如:类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以为7μm、7.5μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm等。在此情况下,第一类塔基状纹理结构和/或第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸在上述范围内,利于防止因该一维尺寸过小而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度较大,确保目标面为宏观平整的表面,进一步提高钝化层在目标面上的形成质量和钝化效果。另外,还可以防止因该一维尺寸较大而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面粗糙度过小,确保上述掺杂半导体层与电极之间具有较大的接触面积,进一步改善掺杂半导体层和电极之间的接触性能。
至于类塔基状纹理结构的凹入深度,沿平行于目标面的方向,至少一个类塔基状纹理结构不同区域的凹入深度可以大致相同。或者,如图10所示,沿平行于目标面的方向,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度可以小于自身另一侧的凹入深度。在此情况下,在实际的应用过程中,钝化层会包括具有化学钝化作用的氧化铝等表面钝化层,或者在钝化层与半导体基片之间设置上述表面钝化层,以通过氢注入的方式,钝化掺杂半导体层背离半导体基片一侧的表面缺陷,提高太阳能电池的转换效率。其次,为确保表面钝化层的钝化效果,其内的氢含量相对较高,这容易导致表面钝化层内的氢在后续电极材料烧结等高温操作时出现溢出现象,从而发生爆膜,而爆膜处的表面钝化层难以起到钝化作用。在此情况下,当至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度小于自身另一侧的凹入深度时,上述表面钝化层内溢出的氢可以通过类塔基状纹理结构凹入深度较小的一侧逃逸至其它部分,降低爆膜风险的同时,逃逸至其它部分的氢还能够对掺杂半导体层其它部分的表面进行钝化处理,使得表面钝化层具有较高的钝化效果,进一步提高太阳能电池的转换效率。至于同一类塔基状纹理结构两侧凹入深度的差异可以根据实际需求确定,此处不足具体限定。
示例性的,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度之间的比值可以大于等于1.01、且小于2。例如:至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度之间的比值可以为1.01、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或1.9等。在此情况下,可以防止类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度的比值较大而导致钝化层背离半导体基片一侧的表面起伏程度较大,确保钝化层背离半导体基片一侧在宏观上相对平整,相应的使得目标面也较为平整,提高钝化层的形成质量和膜厚。
另外,钝化层背离半导体基片的一侧表面不同区域处的凹入深度可以相同,也可以不同。其中,当钝化层背离半导体基片的一侧表面不同区域处的凹入深度不同时,不同区域处具有的类塔基状纹理结构的凹入深度的大小关系可以根据钝化层背离半导体基片的一侧表面形状和实际需求确定。
示例性的,在钝化层背离半导体基片的一侧表面为类矩形表面的情况下,定义在类矩形表面中,四个角的对应区域为四角区域,四个轮廓边的对应区域为周边区域,位于四角区域和周边区域内侧的区域为中部区域。其中,如图11和图12所示,位于周边区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,可以大于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度;和/或,如图12和图13所示,位于四角区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,可以小于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度。
采用上述技术方案的情况下,在实际的制造过程中,在半导体基片上沉积形成钝化层时,钝化层在半导体基片周边区域的生长速率较快,容易使得钝化层在周边区域的沉积厚度较大。在此情况下,与钝化层的四角区域和中部区域相比,位于周边区域的类塔基状纹理结构的凹入深度较大,利于增大钝化层位于周边区域的比表面积,相应的半导体基片的目标面对应上述周边区域的部分表面也具有相对较大的比表面积。而钝化层的沉积膜厚与目标面的比表面积成反比,因此增大目标面对应上述周边区域的部分的比表面积可以防止因沉积速率较大而导致钝化层在周边区域的厚度过大,利于提高钝化层不同区域的厚度均匀性。另外,因拉晶或切割等操作的影响,半导体基片在对应四角区域处的缺陷数量相对较多,其次,位于四角区域的类塔基状纹理结构的凹入深度较小,利于降低钝化层位于四角区域的表面粗糙度,相应的半导体基片的目标面对应上述四角区域的部分表面也具有相对较小的表面粗糙度,无须为了获得凹入深度较大的类塔基状纹理结构而导致需要对四角区域的刻蚀深度增大,相应的能够降低半导体基片对应四角区域处因刻蚀所暴露出的缺陷数量,且利于提高钝化层在四角区域的形成质量和膜厚,提高钝化层在四角区域处的钝化效果。而钝化层的中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度适中,可以防止因中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度过大而影响钝化层在中部区域的钝化效果,还可以防止因中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度过小而导致掺杂半导体层对应中部区域的部分与电极之间的接触面积过小,进一步改善掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在掺杂半导体层上的附着和塑形,使得中部区域处的钝化效果和接触性能达到平衡,利于提升太阳能电池的转换效率。
其中,钝化层背离半导体基片一侧的四角区域、周边区域和中部区域的范围,可以根据实际应用场景中半导体基片不同区域的形成质量、以及对钝化层不同位置的钝化效果和比表面积的大小要求确定,此处不做具体限定。
示例性的,沿类矩形表面的四角顶点至类矩形表面的几何中心的方向,四角区域的宽度可以小于等于2cm。例如:四角区域的宽度可以为0.5cm、0.8cm、1cm、1.2cm、1.5cm、1.8cm或2cm等。在此情况下,可以防止四角区域的范围过大,而导致掺杂半导体层靠近四角区域的部分与电极之间的接触面积过小,确保掺杂半导体层与电极之间具有良好的接触性能,以及确保电极在掺杂半导体层靠近四角区域的部分上具有较强的附着和良好的塑形。
示例性的,沿类矩形表面的边缘至几何中心的方向,周边区域的宽度可以小于等于3cm。例如:周边区域的宽度可以为0.5cm、0.8cm、1cm、1.2cm、1.5cm、1.8cm、2cm、2.2cm、2.5cm、2.8cm或3cm等。在此情况下,可以防止周边区域的宽度范围过大,而导致钝化层在对应沉积速率相对较小的中部区域的沉积膜厚过小,确保钝化层在中部区域的部分具有较高的钝化效果。
至于在同一钝化层背离半导体基片的一侧中,第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的分布密度,因第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,其底面中类圆角的占比相对于第二类塔基状纹理结构中类圆角的占比较大。并且,如前文所述,与类尖角相比,底面具有的类圆角过渡更为圆滑和平整,利于减小钝化层背离半导体基片一侧的比表面积。而第二类塔基状纹理结构的底面中存在部分转角为类尖角,类尖角的过渡相对明显,其起伏程度更大,利于增大钝化层背离半导体基片一侧的比表面积。在上述情况下,可以根据实际应用场景中对钝化层背离半导体基片一侧的比表面积的要求确定第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的分布密度、以及第二类塔基状纹理结构的底面中类圆角和类尖角的分布数量。
示例性的,如图4所示,在同一钝化层背离半导体基片的一侧中,第一类塔基状纹理结构15的分布密度可以大于第二类纹理结构的分布密度。如此设置,利于进一步提高钝化层14背离半导体基片11的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层14的形成质量和钝化效果。
示例性的,在钝化层背离半导体基片一侧具有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的区域表面中,且在1cm×1cm的范围内,第一类塔基状纹理结构的分布密度可以大于等于80%、且小于等于99%。例如:第一类塔基状纹理结构的分布密度可以为80%、82%、84%、86%、88%、90%、92%、94%、96%、98%或99%等。在此情况下,各转角均为起伏程度较小的类圆角17的第一类塔基状纹理结构,其在钝化层背离半导体基片一侧的分布密度较大,利于进一步提高钝化层背离半导体基片的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层的形成质量和钝化效果。
示例性的,在钝化层背离半导体基片一侧具有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的区域表面中,且在1cm×1cm的范围内,第一类塔基状纹理结构的分布密度可以小于第二类塔基状纹理结构的分布密度。
示例性的,如图4所示,在钝化层背离半导体基片一侧中,与单个第一类塔基状纹理结构15相邻的其余第一类塔基状纹理结构15的数量大于第二类塔基状纹理结构16的数量。在此情况下,利于增大第一类塔基状纹理结构15在钝化层背离半导体基片一侧的分布密度,进一步提高钝化层背离半导体基片的一侧表面在宏观上的表面平整性,进一步提高钝化层的形成质量和钝化效果。
至于第二类塔基状纹理结构的底面中类圆角和类尖角的分布数量,可以根据第二类塔基状纹理结构的底面形貌、以及实际需求设置。例如:在第二类塔基状纹理结构的底面形貌为规则或不规则的四边形时,第二类塔基状纹理结构的底面中类圆角的数量可以为2个或3个。又例如:在第二类塔基状纹理结构的底面形貌为规则或不规则的六边形时,第二类塔基状纹理结构的底面中类圆角的数量可以为3个、4个或5个。
另外,在实际的应用过程中,钝化层背离半导体基片一侧不同区域的第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的分布密度可以大致相同,也可以不同。或者,钝化层背离半导体基片一侧的不同区域中,仅部分区域分布有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构,而其余区域不具有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。
示例性的,第一面和第二面中的一者为目标面。并且,钝化层包括交替分布且导电类型相反的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层,第一掺杂半导体层的至少部分区域和第二掺杂半导体层的至少部分区域间隔分布。基于此,定义钝化层对应第一掺杂半导体层的部分背离半导体基片的一侧表面为第一子表面,并且定义钝化层对应第二掺杂半导体层的部分背离半导体基片的一侧表面为第二子表面。在上述情况下,第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构可以均分布在第一子表面。类塔基状纹理结构还包括分布在第二子表面上的第三类塔基状纹理结构。如图14和图15所示,第三类塔基状纹理结构21的底面为具有弧形轮廓的表面。在此情况下,底面为弧形轮廓的第三类塔基状纹理结构21的边界更加圆滑和模糊,使得第二子表面具有比第一子表面具有相对较高的平整性。可以根据第一子表面和第二子表面的表面粗糙度差异,实际应用场景中对N、P掺杂半导体层的不同钝化效果的要求,以及对二者与相应电极之间的接触性能的要求,分别设置第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的导电类型,从而使钝化层分别对应第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的两个部分对半导体基片具有不同的钝化效果、以及利于使第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层具有不同的表面形貌,进而利于缩小钝化层分别对应第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的两个部分之间的钝化差异(因为N、P区的掺杂固浓度的限制,P区的掺杂浓度低,若P区形成在较为平坦的表面上,则利于提高P区的晶体质量和膜厚,利于提高P区的钝化效果,从而降低N、P区之间的钝化差异。),以及利于缩小第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层分别与相应电极之间的接触性能的差异。
至于上述第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层的导电类型,因掺杂固浓度和掺杂难易程度的限制,N型掺杂半导体层内掺杂剂的掺杂浓度大于P型掺杂半导体层内掺杂剂的掺杂浓度,P型掺杂半导体层与正极之间的接触性能相对较差。另外,如前文所述,设置有第一类塔基状纹理结构的第一子表面的表面粗糙度相对较大,而设置有第二类塔基状纹理结构的第二子表面的表面粗糙度相对较小。因此,可以将第一掺杂半导体层的导电类型设置为P型、且第二掺杂半导体层的导电类型设置为N型。此时,第二类塔基状纹理结构的底面中类尖角的存在利于增大P型掺杂半导体层背离半导体基片一侧的比表面积,增大P型掺杂半导体层与正极之间的接触面积,改善P型掺杂半导体层与正极之间的接触性能、以及正极在P型掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
或者,可以将第一掺杂半导体层的导电类型设置为N型、且第二掺杂半导体层的导电类型设置为P型。基于此,N型杂质通常以替位扩散的方式进行掺杂,其掺杂难度大;并且N型掺杂半导体层的掺杂浓度也较大容易在掺杂后使得N型掺杂半导体层内的缺陷数量较多。此时,表面粗糙度较大的第一子表面对应N型掺杂半导体层,利于改善N型掺杂半导体层与负极之间的接触性能、以及负极在N型掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。
另外,上述第二子表面具有的第三类塔基状纹理结构的底面形貌,可以为具有弧形轮廓的规则表面(如椭圆形表面、圆形表面等),也可以是具有弧形轮廓的不规则表面。其次,第二子表面上可以仅具有第三类塔基状纹理结构。或者,如图15所示,类塔基状纹理结构还可以包括分布在第二子表面上的第四类塔基状纹理结构22,第四类塔基状纹理结构22的底面为多边形底面。在此情况下,第二子表面上不仅可以具有第三类塔基状纹理结构21,还可以再设置有第四类塔基状纹理结构22,无须为了获得仅具有第三类塔基状纹理结构21的第二子表面而严格控制刻蚀条件,降低制造工艺难度。其中,第四类塔基状纹理结构22的底面可以为四边形底面、五边形底面、六边形底面或八边形底面等多边形底面。多边形可以为边长相同的正多边形,也可以是边长不同的多边形。
至于第一子表面和第二子表面具有的类塔基状纹理结构的尺寸,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸和/或凹入深度可以与位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸和/或凹入深度相同。
或者,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以小于位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸,和/或,位于第一子表面的类塔基状纹理结构的凹入深度可以大于位于第二子表面的类塔基状纹理结构的凹入深度。在此情况下,可以理解的是,类塔基状纹理结构底面的一维尺寸越大,类塔基状纹理结构的底面积越大,在相同面积范围内,所能够设置的类塔基状纹理结构的数量越少,分布密度越小。基于此,当位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸较小时,利于增大第一子表面的表面粗糙度,进一步增大第一掺杂半导体层与电极之间的接触面积,改善第一掺杂半导体层与电极之间的接触性能、以及电极在第一掺杂半导体层上的附着和塑形,利于提升太阳能电池的转换效率。其次,位于第一子表面的类塔基状纹理结构的凹入深度可以大于位于第二子表面的类塔基状纹理结构的凹入深度的有益效果可以参考前文,此处不再赘述。
其中,第一子表面具有的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以参考前文所述的第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸,此处不再赘述。
至于第二子表面具有的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸,示例性的,位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以大于等于5μm、且小于等于30μm。例如:位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸可以为5μm、6μm、8μm、10μm、15μm、18μm、20μm、25μm或30μm等。该情况下的有益效果的应用原理可以参考前文所述的第一类塔基状纹理结构和/或第二类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于7μm、且小于等于15μm的有益效果的应用原理,此处不再赘述。
第二方面,本发明实施例提供了一种光伏组件,该光伏组件包括上述第一方面及其各种实现方式的太阳能电池。
本发明实施例中第二方面及其各种实现方式的有益效果,可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析,此处不再赘述。
第三方面,本发明实施例提供一种半导体基片,该半导体基片包括相对的第一面和第二面。第一面和第二面中的至少一者为目标面。目标面具有向半导体基片内凹入的多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于类尖角的数量。
在一种示例中,在同一目标面中,第一类塔基状纹理结构的分布密度大于第二类纹理结构的分布密度。
在一种示例中,在目标面具有第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的区域表面中,且在1cm×1cm的范围内,第一类塔基状纹理结构的分布密度大于等于80%、且小于等于99%。
在一种示例中,在目标面中,与单个第一类塔基状纹理结构相邻的其余第一类塔基状纹理结构的数量大于第二类塔基状纹理结构的数量。
在一种示例中,目标面为类矩形表面;在类矩形表面中,四个角的对应区域为四角区域,四个轮廓边的对应区域为周边区域,位于四角区域和周边区域内侧的区域为中部区域;其中,位于周边区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,大于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度;和/或,位于四角区域的类塔基状纹理结构的凹入深度,小于位于中部区域的类塔基状纹理结构的凹入深度。
在一种示例中,在目标面中,沿类矩形表面的四角顶点至类矩形表面的几何中心的方向,四角区域的宽度小于等于2cm。
在一种示例中,在目标面中,沿类矩形表面的边缘至几何中心的方向,周边区域的宽度小于等于3cm。
在一种示例中,在目标面中,沿平行于目标面的方向,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度小于自身另一侧的凹入深度。
在一种示例中,在目标面中,至少一个类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度之间的比值大于等于1.01、且小于2。
在一种示例中,在目标面中,至少一个类尖角为两个相交直线段所成夹角。
在一种示例中,在目标面中,至少一个类尖角为具有圆滑过渡的角,且类尖角对应的圆角半径小于等于类圆角对应的圆角半径的二分之一。
在一种示例中,第一面和第二面中的一者为目标面;目标面包括交替分布的第一子表面和第二子表面;第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构均分布在第一子表面;类塔基状纹理结构还包括分布在第二子表面上的第三类塔基状纹理结构,第三类塔基状纹理结构的底面为具有弧形轮廓的表面。
在一种示例中,在目标面中,类塔基状纹理结构还包括分布在第二子表面上的第四类塔基状纹理结构,第四类塔基状纹理结构的底面为多边形底面。
在一种示例中,在目标面中,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸小于位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸。
在一种示例中,在目标面中,位于第一子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于7μm、且小于等于15μm。
在一种示例中,在目标面中,位于第二子表面的类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于5μm、且小于等于30μm。
需要说明的是,本发明实施例第三方面所提供的半导体基片用于制造上述第一方面所提供的太阳能电池。该半导体基片的目标面上具有的多个类塔基状纹理结构的形貌、第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的尺寸和分布等信息可以参考第一方面中钝化层背离半导体基片一侧具有的多个类塔基状纹理结构的形貌、第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构的尺寸和分布等信息。
本发明实施例中第三方面及其各种实现方式的有益效果,可以参考第一方面及其各种实现方式中的有益效果分析,此处不再赘述。
第四方面,本发明实施例提供了一种太阳能电池的制造方法。该太阳能电池的制造方法包括以下步骤:
首先,提供一半导体基片;半导体基片包括相对的第一面和第二面。第一面和第二面中的至少一者为目标面。其中,半导体基片的材质、以及半导体基片中第一面和第二面是否为目标面可以参考前文,此处不再赘述。
接下来,对半导体基片的目标面进行第一抛光处理,以在目标面上形成多个类塔基状纹理结构。其中,多个类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构。第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角。同一第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于类尖角的数量。
具体的,目标面上的类塔基状纹理结构的形貌、一维尺寸和分布等情况可以参考前文所述的第一方面提供的太阳能电池中钝化层背离半导体基片一侧具有的类塔基状纹理结构的形貌、一维尺寸和分布等信息,此处不再赘述。
在实际的制造过程中,可以采用第一碱性溶液对半导体基片的目标面进行第一抛光处理,该第一碱性溶液为含有氢氧化钠或氢氧化钾的溶液。第一碱性溶液的浓度和温度、以及第一抛光处理的处理时间可以根据实际应用场景中对类塔基状纹理结构的形貌和一维尺寸等要求确定,此处不做具体限定。
接下来,形成设置在目标面的钝化层。钝化层背离半导体基片的一侧上具有多个类塔基状纹理结构。
具体的,该钝化层的结构和材料可以参考前文,此处不再赘述。钝化层的具体形成过程,可以根据钝化层的结构、以及类塔基状纹理结构在钝化层背离半导体基片一侧的分布情况确定。
示例性的,可以采用化学气相沉积等工艺,在目标面形成整层设置的钝化层。若钝化层仅设置在目标面的局部区域,则还需要对钝化层进行图案化处理。若钝化层包括上述导电类型相反的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层,则在形成第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的一者后,需要对第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中在先形成的一者进行图案化处理;然后,采用化学气相沉积等工艺,形成整层设置的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中的另一者,再对第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中在后形成的一者进行图案化处理。
下面以钝化层包括上述导电类型相反的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层、且第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层中在先形成的一者为导电类型为P型的掺杂半导体层为例,对制造钝化层的过程进行说明:
采用化学气相沉积等工艺,在目标面上依次形成整层设置的第一界面钝化层和本征半导体层。然后,采用扩散等掺杂工艺,对本征半导体层进行掺杂处理,以使得本征半导体层形成P型掺杂半导体层。其中,当P型掺杂半导体层的材料包括硅时,在形成P型掺杂半导体层后,也会在P型掺杂半导体层背离半导体基片的一侧形成硼硅玻璃层。然后,采用激光照射工艺,对硼硅玻璃层进行局部热处理,以使得硼硅玻璃层未被处理的部分形成掩膜层。然后,采用第二碱性溶液选择性去除P型掺杂半导体层暴露在掩膜层之外的部分。第二碱性溶液用于腐蚀P型掺杂半导体层暴露在掩膜层之外的部分。因与硼硅玻璃层被热处理的部分相比,第一界面钝化层中的P型杂质的掺杂浓度更低,且致密性更高,故在经第二碱性溶液腐蚀后第一界面钝化层暴露在掩膜层之外的部分得以保留。其中,上述第二碱性溶液的种类、浓度、温度和处理时间,可以根据实际需求设置,此处不做具体限定。接下来,采用第三碱性溶液去除第一界面钝化层暴露在掩膜层之外的部分,并对半导体基片暴露在掩膜层之外的部分进行刻蚀处理,以使半导体基片暴露在掩膜层之外的部分的表面相对于半导体基片覆盖有掩膜层的部分的表面向内凹入,并形成第三类塔基状纹理结构,和/或第四类塔基状纹理结构。另外,相比于第二碱性溶液,因第三碱性溶液要腐蚀致密性更高的第一界面钝化层,故第三碱性溶液的碱浓度更高,其对应的刻蚀时间更短。具体的,该第三碱性溶液的种类、浓度、温度和处理时间,可以根据实际需求设置,此处不做具体限定。接下来,可以采用化学气相沉积等工艺,在P型掺杂半导体层上、以及目标面上依次形成整层设置的第二界面钝化层和N型掺杂半导体层。然后,采用化学浆料或激光刻蚀等工艺,去除第二界面钝化层和N型掺杂半导体层至少覆盖P型掺杂半导体层局部区域上的部分。
需要说明的是,钝化层包括上述导电类型相反的N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层时,不仅可以先形成P型掺杂半导体层,也可以先形成N型掺杂半导体层。而先形成N型掺杂半导体层时,钝化层的制造过程可以参考前文中先P型掺杂半导体层时钝化层的制造过程,此处不再赘述。
另外,当钝化层包括上述导电类型相反的N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层时,太阳能电池也可以不包括上述第一界面钝化层和/或第二界面钝化层。而当太阳能电池不包括上述第一界面钝化层和/或第二界面钝化层时,则不需要执行前文所述的第一界面钝化层和/或第二界面钝化层的形成和刻蚀处理的操作。
此外,当N型掺杂半导体层和/或P型掺杂半导体层不包括硅材料,和/或,不采用扩散工艺形成N型掺杂半导体层和/或P型掺杂半导体层时,则可以采用化学相沉积和刻蚀工艺相结合的方式形成执行图案化处理的掩膜层。该掩膜层的材料可以包括氮化硅或氧化铝等材料。
在以上的描述中,对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解,可以通过各种技术手段,来形成所需形状的层、区域等。另外,为了形成同一结构,本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外,尽管在以上分别描述了各实施例,但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是,这些实施例仅仅是为了更加清楚的说明,而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围,本领域技术人员可以做出多种替代和修改,这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池,其特征在于,包括:
半导体基片,所述半导体基片包括相对的第一面和第二面;所述第一面和所述第二面中的至少一者为目标面;
钝化层,设置在所述目标面;所述钝化层背离所述半导体基片的一侧的部分表面具有向靠近所述半导体基片的一侧凹入,形成的多个类塔基状纹理结构;
其中,多个所述类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构;所述第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,所述第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角;同一所述第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于等于类尖角的数量;
所述钝化层在所述类圆角处的边界过渡的平整度,大于所述钝化层在所述类尖角处的边界过渡的平整度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,在同一所述钝化层背离所述半导体基片的一侧中,第一类塔基状纹理结构的分布密度大于所述第二类塔基状纹理结构的分布密度;
和/或,在所述钝化层背离所述半导体基片一侧具有所述第一类塔基状纹理结构和所述第二类塔基状纹理结构的区域表面中,且在1cm×1cm的范围内,所述第一类塔基状纹理结构的分布密度大于等于80%、且小于等于99%;
和/或,在所述钝化层背离半导体基片一侧中,与单个所述第一类塔基状纹理结构相邻的其余所述第一类塔基状纹理结构的数量大于所述第二类塔基状纹理结构的数量。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述钝化层背离所述半导体基片的一侧表面为类矩形表面;在所述类矩形表面中,四个角的对应区域为四角区域,四个轮廓边的对应区域为周边区域,位于所述四角区域和所述周边区域内侧的区域为中部区域;
其中,位于所述周边区域的所述类塔基状纹理结构的凹入深度,大于位于所述中部区域的所述类塔基状纹理结构的凹入深度;和/或,位于所述四角区域的所述类塔基状纹理结构的凹入深度,小于位于所述中部区域的所述类塔基状纹理结构的凹入深度。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池,其特征在于,沿所述类矩形表面的四角顶点至所述类矩形表面的几何中心的方向,所述四角区域的宽度小于等于2cm;
和/或,沿类矩形表面的边缘至几何中心的方向,所述周边区域的宽度小于等于3cm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,沿平行于所述目标面的方向,至少一个所述类塔基状纹理结构一侧的凹入深度小于自身另一侧的凹入深度。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池,其特征在于,至少一个所述类塔基状纹理结构一侧的凹入深度与自身另一侧的凹入深度之间的比值大于等于1.01、且小于2。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,至少一个所述类尖角为两个相交直线段所成夹角;
或,至少一个所述类尖角为具有圆滑过渡的角,且所述类尖角对应的圆角半径小于等于所述类圆角对应的圆角半径的二分之一。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一面和所述第二面中的一者为目标面;所述钝化层包括交替分布且导电类型相反的第一掺杂半导体层和第二掺杂半导体层,第一掺杂半导体层的至少部分区域和第二掺杂半导体层的至少部分区域间隔分布;所述钝化层对应所述第一掺杂半导体层的部分背离所述半导体基片的一侧表面为第一子表面,所述钝化层对应所述第二掺杂半导体层的部分背离所述半导体基片的一侧表面为第二子表面;
所述第一类塔基状纹理结构和所述第二类塔基状纹理结构均分布在所述第一子表面;
所述类塔基状纹理结构还包括分布在所述第二子表面上的第三类塔基状纹理结构,所述第三类塔基状纹理结构的底面为具有弧形轮廓的表面。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池,其特征在于,所述类塔基状纹理结构还包括分布在所述第二子表面上的第四类塔基状纹理结构,所述第四类塔基状纹理结构的底面为多边形底面。
10.根据权利要求8或9所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一掺杂半导体层的导电类型为P型、且第二掺杂半导体层的导电类型为N型;
和/或,位于所述第一子表面的所述类塔基状纹理结构底面的一维尺寸小于位于所述第二子表面的所述类塔基状纹理结构底面的一维尺寸;
和/或,位于所述第一子表面的所述类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于7μm、且小于等于15μm;
和/或,位于所述第二子表面的所述类塔基状纹理结构底面的一维尺寸大于等于5μm、且小于等于30μm。
11.一种光伏组件,其特征在于,包括如权利要求1~10任一项所述的太阳能电池。
12.一种半导体基片,其特征在于,包括:所述半导体基片包括相对的第一面和第二面;所述第一面和所述第二面中的至少一者为目标面;所述目标面具有向所述半导体基片内凹入的多个类塔基状纹理结构;
其中,多个所述类塔基状纹理结构包括第一类塔基状纹理结构和第二类塔基状纹理结构;所述第一类塔基状纹理结构的底面中各转角均为类圆角,所述第二类塔基状纹理结构的底面包括的部分转角为类圆角、且其余转角为类尖角;同一所述第二类塔基状纹理结构的底面中,类圆角的数量大于类尖角的数量;
所述半导体基片在所述类圆角处的边界过渡的平整度,大于所述半导体基片在所述类尖角处的边界过渡的平整度。
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