CN110690310A - 异质结太阳能电池片、叠瓦组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异质结太阳能电池片、叠瓦组件以及其制造方法，异质结太阳能电池片包括基体片和设置在基体片的顶表面和底表面的电极，基体片包括中心层和在中心层的顶侧和底侧沿垂直于中心层的方向自中心层起依次层叠设置的多个非晶硅薄膜层和透光导电层，并且，在中心层的顶侧和底侧上且自中心层起，各个非晶硅薄膜层的掺杂浓度递增。在异质结太阳能电池片的非晶硅薄膜区域由多个掺杂浓度不同的非晶硅薄膜层共同形成，从而获得了掺杂浓度渐变的非晶硅薄膜区域，使得非晶硅薄膜区域与透光导电层的接触电阻较小、填充因子较高、钝化效果也较好、开路电压较高。

Description

异质结太阳能电池片、叠瓦组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及能源领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池片、叠瓦组件和异质结太阳能电池片、叠瓦组件的制造方法。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。
目前，异质结太阳能电池由于具备转换效率高、制造工艺流程短、硅片薄片化、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势，被誉为最具产业化潜力的下一代超高效太阳能电池技术。但异质结太阳能电池技术若要实现大规模发展也具有一定难度：一方面，异质结太阳能电池的制造成本相对较高，另一方面异质结太阳能电池采用常规封装技术封装时，焊带拉力的稳定性难以控制，且异质结太阳能电池不能采取传统晶体硅电池的高温焊接等工艺，需要低温焊接工艺和低温材料，因此封装工艺难度较高。
叠瓦组件利用小电流低损耗的电学原理(光伏组件功率损耗与工作电流的平方成正比例关系)从而使得组件功率损耗大大降低。其次通过充分利用电池组件中片间距区域来进行发电，单位面积内能量密度高。另外目前使用了具有弹性体特性的导电胶粘剂替代了常规组件用光伏金属焊带，由于光伏金属焊带在整片电池中表现出较高的串联电阻而导电胶粘剂电流回路的行程要远小于采用焊带的方式，从而最终使得叠瓦组件成为高效组件，同时户外应用可靠性较常规光伏组件性能表现更加优异，因为叠瓦组件避免了金属焊带对电池与电池互联位置及其他汇流区域的应力损伤。尤其是在高低温交变的动态(风、雪等自然界的载荷作用)环境下，采用金属焊带互联封装的常规组件失效概率远超过采用弹性体的导电胶粘剂互联切割后的电池小片封装的叠瓦组件。
当前叠瓦组件的主流工艺使用导电胶粘剂互联切割后的电池片，导电胶主要由导电相和粘接相构成。其中导电相主要由贵金属组成，如纯银颗粒或银包铜、银包镍、银包玻璃等颗粒并用于在异质结太阳能电池片之间起导电作用，其颗粒形状和分布以满足最优的电传导为基准，目前更多采用D50＜10um级的片状或类球型组合银粉居多。粘接相主要有具有耐候性的高分子树脂类聚合物构成，通常根据粘接强度和耐候稳定性选择丙烯酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚氨酯等。为了使导电胶粘接达到较低的接触电阻和较低的体积电阻率及高粘接并且保持长期优良的耐候特性，一般导电胶厂家会通过导电相和粘接相配方的设计完成，从而保证叠瓦组件在初始阶段环境侵蚀测试和长期户外实际应用下性能的稳定性。
若异质结太阳能电池采用叠瓦技术封装，之前所述问题则迎刃而解。叠瓦技术采用导电胶串接电池片的方式，导电胶的低温和柔性特点，以及无焊带设计，可以解决焊带拉力稳定性和低温焊接的问题。此外，异质结太阳能电池技术可采用更薄的硅片，采用传统组件封装工艺时，焊带串接电池片难度大，且受机械应力和热应力影响，异质结电池很容易造成破片。叠瓦组件不使用焊带连接电池片，可以减少封装过程中的破片率。
除了以上问题，异质结太阳能电池还存在其他问题。现有的异质结电池结构在沉积掺杂非晶硅薄膜时会遇到一个难以抉择的问题：如果用较低的掺杂浓度可以获得较好的钝化效果，但是会导致非晶硅薄膜导电性差，非晶硅薄膜与透明导电薄膜的接触电阻比较大，最终会导致电池的填充因子偏低；如果用较高的掺杂浓度可以提高非晶硅薄膜的导电性能，降低非晶硅薄膜与透明导电薄膜的接触电阻，但是钝化效果会比较差，最终会导致电池的开路电压比较低。
因而需要提供一种异质结太阳能电池片、叠瓦组件和异质结太阳能电池片、叠瓦组件的制造方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种异质结太阳能电池片、叠瓦组件和异质结太阳能电池片、叠瓦组件的制造方法，本发明在异质结太阳能电池片的非晶硅薄膜区域由多个掺杂浓度不同的非晶硅薄膜层共同形成，从而获得了掺杂浓度渐变的非晶硅薄膜区域，使得非晶硅薄膜区域与透光导电层的接触电阻较小、填充因子较高、钝化效果也较好、开路电压较高。
根据本发明的一个方面，提供了一种异质结太阳能电池片，所述异质结太阳能电池片包括基体片、设置在所述基体片的顶表面上的正电极和和设置在所述基体片的底表面上的背电极，所述基体片包括中心层和在所述中心层的顶侧和底侧沿垂直于所述中心层的方向自所述中心层起依次层叠设置的多个非晶硅薄膜层和透光导电层，并且，在自所述中心层起指向所述正电极的方向上和自所述中心层起指向所述背电极的方向上，各个所述非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式排布。
在一种实施方式中，所述中心层包括衬底层和设置在所述衬底层的顶侧和底侧的本征非晶硅薄膜层。
在一种实施方式中，所述衬底层为N型单晶硅层。
在一种实施方式中，位于所述中心层顶侧的各个所述非晶硅薄膜层均为N型非晶硅薄膜层，位于所述中心层底侧的各个所述非晶硅薄膜层均为P型非晶硅薄膜层。
在一种实施方式中，所述N型非晶硅薄膜层中磷原子的浓度在5×1020cm-3的范围内，所述P型非晶硅薄膜层中硼原子的浓度在3×1019cm-3的范围内。
在一种实施方式中，位于所述N型非晶硅薄膜层顶侧和位于所述P型非晶硅薄膜层底侧的所述透光导电层均为多个，所述多个透光导电层具有不同的透光性，并且在自所述中心层到所述正电极的方向上和自所述中心层到所述背电极的方向上，各个所述透光导电层以透光性递增的方式排布。
根据本发明的另一方面，提供了一种叠瓦组件，所述叠瓦组件由按照上述任意一项方案所述的异质结太阳能电池片以叠瓦方式连接而成。
根据本发明的又一个方面，提供了一种制造异质结太阳能电池片的方法，所述方法包括制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将所述异质结太阳能电池片整片裂片的步骤，其中，制造异质结太阳能电池片整片的步骤又包括如下步骤：
设置中心层；
在所述中心层的顶侧和底侧设置多个非晶硅薄膜层，并使各个所述非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式从所述中心层开始向外层叠排布；
在最顶部的所述非晶硅薄膜层的顶表面上以及最底部的所述非晶硅薄膜层的底表面上分别设置透光导电层，从而获得包括所述中心层、所述非晶硅薄膜层和所述透光导电层的基体片；
在所述基体片的顶表面和底表面上施加电极。
在一种实施方式中，设置中心层的步骤包括：
设置N型单晶硅层作为衬底层；
在所述衬底层的顶侧设置本征非晶硅薄膜层；
在所述衬底层的底侧设置本征非晶硅薄膜层。
在一种实施方式中，设置在所述中心层顶侧的各个所述非晶硅薄膜层均为N型非晶硅薄膜层，设置在所述中心层底侧的各个所述非晶硅薄膜层均为P型非晶硅薄膜层。
在一种实施方式中，在设置所述N型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的磷原子和硅原子的数量比例在1％-10％的范围内；并且
在设置所述P型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的硼原子和硅原子的数量比例在1-20％的范围内。
在一种实施方式中，位于所述N型非晶硅薄膜层顶侧和位于所述P型非晶硅薄膜层底侧的所述透光导电层均为多个，所述多个透光导电层具有不同的透光性，设置透光导电层的步骤包括：在自所述中心层到所述电极的方向上，以透光性递增的顺序依次排布各个所述透光导电层。
根据本发明的再一个方面，提供了一种制造叠瓦组件的方法，所述方法包括如下步骤：
根据上述任意一项方案所述的方法制造异质结太阳能电池片；
将多个所述异质结太阳能电池片以叠瓦方式依次相连。
根据本发明，异质结太阳能电池片的非晶硅薄膜区域的掺杂浓度渐变，使得非晶硅薄膜区域与透光导电层的接触电阻较小、填充因子较高、钝化效果也较好、开路电压较高。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明一种优选实施方式的异质结太阳能电池片的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种异质结太阳能电池片、叠瓦组件和制造异质结太阳能电池片、叠瓦组件的方法。图1示出了根据本发明的一个优选实施方式的异质结太阳能电池片的示意图。
异质结太阳能电池片包括基体片，基体片的顶表面印刷有正电极，底表面印刷有背电极，正电极和背电极优选地由银制成。基体片又包括沿垂直于基体片的方向彼此层叠设置的多个电池片层，多个电池片层包括中心层、多个非晶硅薄膜层多个透光导电层，中心层位于所有电池片层的中心位置处，非晶硅薄膜层和透光导电层在中心层的顶侧和底侧沿垂直于中心层的方向层叠设置。
位于中心层顶侧的非晶硅薄膜层为多个，且各个非晶硅薄膜层的掺杂浓度不同，在自中心层起并指向正电极的方向上，各个非晶硅薄膜层的掺杂浓度递增。同样，位于中心层底侧的非晶硅薄膜层为多个，且各个非晶硅薄膜层的掺杂浓度不同，在自中心层起并指向背电极的方向上，各个非晶硅薄膜层的掺杂浓度递增。
参考图1，可以看到在本实施方式中，位于中心层顶侧的各个非晶硅薄膜层均为N型非晶硅薄膜层，位于中心层底侧的各个非晶硅薄膜层均为P型非晶硅薄膜层。
在中心层的顶侧自中心层起，依次排布第一层N型非晶硅薄膜层、第二层N型非晶硅薄膜层……第N层N型非晶硅薄膜层，其中，第一层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度最低，第二层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第一层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度，第三层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第二层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度……第N层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第N-1层N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度。
同样地，在中心层的底侧自中心层起，依次排布第一层P型非晶硅薄膜层、第二层P型非晶硅薄膜层……第N层P型非晶硅薄膜层，其中，第一层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度最低，第二层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第一层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度，第三层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第二层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度……第N层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度大于第N-1层P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度。
优选地，可以在设置N型非晶硅薄膜层的过程中控制通入气体中的磷原子和硅原子的数量比，从而使得各个N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度，即N型非晶硅薄膜层中磷原子的浓度在5×1020cm-3的范围内；同样地，可以在设置P型非晶硅薄膜层的过程中控制通入气体中的硼原子和硅原子的数量比，从而使得各个P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度，即P型非晶硅薄膜层中硼原子的浓度在3×1019cm-3的范围内。
这样的设置使得异质结太阳能电池片的非晶硅薄膜区域具有渐变的掺杂浓度，避免了非晶硅薄膜区域整体掺杂浓度过高或低而可能出现的问题。这样的设置使得非晶硅薄膜区域与透光导电层的接触电阻较小、填充因子较高，同时也具有较好的钝化效果和较高的开路电压。具体地，较低掺杂浓度的非晶硅薄膜层可以提供良好的钝化效果，较高掺杂浓度的非晶硅薄膜层可以提供良好的导电性能、降低非晶硅薄膜层与透光导电层的接触电阻。
优选地，为了能使基体片的透光导电区域具有渐变的透光性，可以选取多种材质并匹配不同的生产工艺来分别制造出多个透光导电层，使得各个透光导电层具有彼此不同的透光性。将各个透光导电层按透光性的强弱顺序在非晶硅薄膜层的顶侧和底侧排布，使得在自非晶硅薄膜层到电极的方向上，各个透光导电层的透光性递增。
以位于非晶硅薄膜层顶侧的各个透光导电层为例，将直接接触第N层N型非晶硅薄膜层的透光导电层称为第一透光导电层，将直接位于第一透光导电层顶侧的透光导电层称为第二透光导电层，依次类推，位于最顶部的透光导电层例如为第N透光导电层。该异质结太阳能电池片的正电极施加在第N透光导电层的顶表面上。在自第N层N型非晶硅薄膜层到正电极的方向上，即自第一透光导电层到第N透光导电层，各个透光导电层的透光性递增。也就是说，第一透光导电层的透光性最差，第二透光导电层的透光性强于第一透光导电层的透光性，第三透光导电层的透光性强于第二透光导电层的透光性……第N透光导电层的透光性强于第N-1透光导电层，第N透光导电层的透光性最强。
位于非晶硅薄膜层底侧的透光导电层类似。自第N层P型非晶硅薄膜层到背电极的方向上同样依次排布有第一透光导电层、第二透光导电层……第N透光导电层，从第一透光导电层到第N透光导电层的透光性依次递增。
当然，由于导电材料的透光性和导电性有时是负相关的，所以在自中心层到电极的方向上，各个透光导电层的导电性有可能会呈递减趋势。也就是说，位于基体片的最顶部和最底部的透光导电层可能导电性略差。
优选地，中心层又包括多个层。例如，中心层可以包括由N型单晶硅制成的衬底层和位于衬底层顶侧和底侧的本征非晶硅薄膜层。
本实施方式还提供了一种叠瓦组件，该叠瓦组件由上述的异质结太阳能电池片以叠瓦方式连接而成。
本实施方式还提供了制造异质结太阳能电池片和叠瓦组件的方法。制造异质结太阳能电池片是通过先制造异质结太阳能电池片整片、然后将异质结太阳能电池片整片裂片成多个异质结太阳能电池片而实现的。
其中，制造异质结太阳能电池片整片的步骤又包括如下步骤：设置中心层；在中心层的顶侧和底侧设置多个非晶硅薄膜层，并使各个非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式从中心层开始向外层叠排布，在该步骤中，优选地在中心层的顶侧施加N型非晶硅薄膜层，在中心层的底侧施加P型非晶硅薄膜层；在最顶部的非晶硅薄膜层的顶表面上以及最底部的非晶硅薄膜层的底表面上分别设置透光导电层，从而获得包括中心层、非晶硅薄膜层和透光导电层的基体片；在基体片的顶表面和底表面上施加电极。
设置N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层的步骤可以进一步具有如下优选方式：在设置所述N型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的磷原子和硅原子的数量比例在1％-10％的范围内；在设置所述P型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的硼原子和硅原子的数量比例在1-20％的范围内。
进一步地，设置中心层的步骤包括：对N型单晶硅层制绒并将其设置为衬底层；在衬底层的顶侧设置本征非晶硅薄膜层；在衬底层的底侧设置本征非晶硅薄膜层。
本实施方式所提供的制造叠瓦组件的方法包括如下步骤：基于上面所说的方法制造异质结太阳能电池片；将多个异质结太阳能电池片以叠瓦方式依次相连。
本发明所提供的异质结太阳能电池片、叠瓦组件以及异质结太阳能电池片、叠瓦组件的制造方法，使得所得到的异质结太阳能电池片的非晶硅薄膜区域由多个掺杂浓度不同的非晶硅薄膜层共同形成，从而获得了掺杂浓度渐变的非晶硅薄膜区域，使得非晶硅薄膜区域与透光导电层的接触电阻较小、填充因子较高、钝化效果也较好、开路电压较高。并且，异质结太阳能电池片的导电透明区域还可以设置有多个透光性渐变的透光导电层，这样的设置能够改善异质结太阳能电池片的载流子偏移率、透光性和导电性等方面，避免填充因子偏低、断路电流偏低问题的发生，使异质结太阳能电池片具有较高的光电转化率。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种异质结太阳能电池片，所述异质结太阳能电池片包括基体片、设置在所述基体片的顶表面上的正电极和和设置在所述基体片的底表面上的背电极，其特征在于，所述基体片包括中心层和在所述中心层的顶侧和底侧沿垂直于所述中心层的方向自所述中心层起依次层叠设置的多个非晶硅薄膜层和透光导电层，并且，在自所述中心层起指向所述正电极的方向上和自所述中心层起指向所述背电极的方向上，各个所述非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式排布。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，所述中心层包括衬底层和设置在所述衬底层的顶侧和底侧的本征非晶硅薄膜层。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，所述衬底层为N型单晶硅层。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，位于所述中心层顶侧的各个所述非晶硅薄膜层均为N型非晶硅薄膜层，位于所述中心层底侧的各个所述非晶硅薄膜层均为P型非晶硅薄膜层。
5.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，所述N型非晶硅薄膜层中磷原子的浓度在5×1020cm-3的范围内，所述P型非晶硅薄膜层中硼原子的浓度在3×1019cm-3的范围内。
6.根据权利要求4所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，位于所述N型非晶硅薄膜层顶侧和位于所述P型非晶硅薄膜层底侧的所述透光导电层均为多个，所述多个透光导电层具有不同的透光性，并且在自所述中心层到所述正电极的方向上和自所述中心层到所述背电极的方向上，各个所述透光导电层以透光性递增的方式排布。
7.一种叠瓦组件，其特征在于，所述叠瓦组件由按照权利要求1-6中任意一项所述的异质结太阳能电池片以叠瓦方式连接而成。
8.一种制造异质结太阳能电池片的方法，其特征在于，所述方法包括制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将所述异质结太阳能电池片整片裂片的步骤，其中，制造异质结太阳能电池片整片的步骤又包括如下步骤：
设置中心层；
在所述中心层的顶侧和底侧设置多个非晶硅薄膜层，并使各个所述非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式从所述中心层开始向外层叠排布；
在最顶部的所述非晶硅薄膜层的顶表面上以及最底部的所述非晶硅薄膜层的底表面上分别设置透光导电层，从而获得包括所述中心层、所述非晶硅薄膜层和所述透光导电层的基体片；
在所述基体片的顶表面和底表面上施加电极。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设置中心层的步骤包括：
设置N型单晶硅层作为衬底层；
在所述衬底层的顶侧设置本征非晶硅薄膜层；
在所述衬底层的底侧设置本征非晶硅薄膜层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，设置在所述中心层顶侧的各个所述非晶硅薄膜层均为N型非晶硅薄膜层，设置在所述中心层底侧的各个所述非晶硅薄膜层均为P型非晶硅薄膜层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
在设置所述N型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的磷原子和硅原子的数量比例在1％-10％的范围内；并且
在设置所述P型非晶硅薄膜层的过程中，所通入气体中的硼原子和硅原子的数量比例在1-20％的范围内。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，位于所述N型非晶硅薄膜层顶侧和位于所述P型非晶硅薄膜层底侧的所述透光导电层均为多个，所述多个透光导电层具有不同的透光性，设置透光导电层的步骤包括：在自所述中心层到所述电极的方向上，以透光性递增的顺序依次排布各个所述透光导电层。
13.一种制造叠瓦组件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据权利要求7-12中任意一项所述的方法制造异质结太阳能电池片；
将多个所述异质结太阳能电池片以叠瓦方式依次相连。
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