CN110767760A - 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、叠瓦组件及其制造方法。异质结太阳能电池片的基体片包括中心层、N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层和透光导电层，中心层包括单晶硅衬底层和本征非晶硅薄膜层，本征非晶硅薄膜层设置在单晶硅衬底层的顶侧和底侧，且位于单晶硅衬底层的顶侧和底侧的本征非晶硅薄膜层均为至少两层；N型非晶硅薄膜层设置在中心层的顶侧，P型非晶硅薄膜层设置在中心层的底侧；透光导电层设置在N型非晶硅薄膜层的顶侧和P型非晶硅薄膜层的底侧。本发明能够降低单晶硅衬底与N型、P型非晶硅薄膜层之间缺陷态密度及表面复合速率、提高钝化效果，提高电池的开路电压、填充因子和转换效率。

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。其中一个问题是异质结太阳能电池的单晶硅衬底与非晶硅界面处存在较高的缺陷态密度，表面复合速率较高。
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，本发明的异质结太阳能电池片在单晶硅衬底与N型、P型非晶硅薄膜层之间设置多层本征非晶硅薄膜层，能够有效降低缺陷态密度及表面复合速率。
另外，由于缺陷态密度以及表面复合速率得到降低，从而还能够有效地提高钝化效果，最终提高电池的开路电压、填充因子和转换效率。
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，所述中心层包括：
单晶硅衬底层；
本征非晶硅薄膜层，所述本征非晶硅薄膜层设置在所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧，且位于所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧的所述本征非晶硅薄膜层均为至少两层；
N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，所述N型非晶硅薄膜层设置在所述中心层的顶侧，所述P型非晶硅薄膜层设置在所述中心层的底侧；以及
透光导电层，所述透光导电层设置在所述N型非晶硅薄膜层的顶侧和所述P型非晶硅薄膜层的底侧。
在一种实施方式中，所述衬底层为N型单晶硅衬底层。
在一种实施方式中，至少一部分所述本征非晶硅薄膜层是经过氢气处理的本征非晶硅薄膜层。
在一种实施方式中，在自所述中心层起指向所述正电极的方向上，各个所述N型非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式排布；在自所述中心层起指向所述背电极的方向上，各个所述P型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，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。
根据本发明的另一个方面，提供了一种叠瓦组件，所述叠瓦组件由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：
设置单晶硅衬底层；
在所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧均层叠设置至少两个本征非晶硅薄膜层，且在设置所述本征非晶硅薄膜层中的特定层的过程中的预定时间段内进行氢气处理，所述单晶硅衬底层和所有所述本征非晶硅薄膜层共同形成中心层；
在所述中心层的顶侧设置N型非晶硅薄膜层，在所述中心层的底侧设置P型非晶硅薄膜层；
在所述N型非晶硅薄膜层的顶侧和所述P型非晶硅薄膜层的底侧设置透光导电层，从而获得包括所述中心层、所述P型非晶硅薄膜层、所述N型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N型单晶硅衬底层作为所述衬底层。
在一种实施方式中，设置所述N型非晶硅薄膜层和所述P型非晶硅薄膜层的步骤包括：使各个所述N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。
在一种实施方式中，所述氢气处理步骤仅仅通入氢气并开启射频电源。
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在单晶硅衬底与N型、P型非晶硅薄膜层之间设置多层本征非晶硅薄膜层，能够降低缺陷态密度及表面复合速率，从而有效地提高钝化效果，最终提高电池的开路电压、填充因子和转换效率。
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、N型非晶硅薄膜层、P型非晶硅薄膜层和多个透光导电层，中心层位于所有电池片层的中心位置处，N型非晶硅薄膜层位于中心层的顶侧，P型非晶硅薄膜层位于中心层的底侧，各个透光导电层分别位于N型非晶硅薄膜层的顶侧和P型非晶硅薄膜层的底侧，各个电池片层沿垂直于中心层的方向层叠设置。
其中，中心层又包括单晶硅衬底层和本征非晶硅薄膜层，本征非晶硅薄膜层设置在单晶硅衬底层的顶侧和底侧，且位于单晶硅衬底层的顶侧和底侧的本征非晶硅薄膜层均为至少两层。优选地，至少一部分所述本征非晶硅薄膜层是经过氢气处理的本征非晶硅薄膜层。结合图1，可以看到在本实施方式中单晶硅衬底层为N型单晶硅衬底层，在N型单晶硅衬底层的顶侧依次层叠设置有第一层本征非晶硅薄膜层、第二层本征非晶硅薄膜层、……、第N层本征非晶硅薄膜层，在靠近基体片的顶表面一侧的第N层本征非晶硅薄膜层外设置了N型非晶硅薄膜层。在N型单晶硅衬底层的底侧同样层叠设置有第一层本征非晶硅薄膜层、第二层本征非晶硅薄膜层、……、第N层本征非晶硅薄膜层，在靠近基体片的底表面一侧的第N层本征非晶硅薄膜层外设置了P型非晶硅薄膜层。第一层本征非晶硅薄膜层直接贴附在N型单晶硅衬底层上，而第N层本征非晶硅薄膜层最靠近电极。
在N型单晶硅衬底与N型、P型非晶硅薄膜层之间设置多层本征非晶硅薄膜层，能够降低缺陷态密度及表面复合速率，从而有效地提高钝化效果，最终提高电池的开路电压、填充因子和转换效率。
在未示出的实施方式中，N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层也可以均为多个，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顶表面、即正电极的方向上，各个N型非晶硅薄膜层的掺杂浓度递增，在自中心层起并指向底表面、即背电极的方向上，各个P型非晶硅薄膜层的掺杂浓度递增。
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N型非晶硅薄膜层的顶侧和P型非晶硅薄膜层底侧排布，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。
继续参考图1，以位于N型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P型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。
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：
设置单晶硅衬底层；
在单晶硅衬底层的顶侧和底侧均层叠设置至少两个本征非晶硅薄膜层，其中，在设置本征非晶硅薄膜层中的特定层的过程中的预定时间段内进行氢气处理，单晶硅衬底层和所有本征非晶硅薄膜层共同形成中心层；
在中心层的顶侧设置N型非晶硅薄膜层，在中心层的底侧设置P型非晶硅薄膜层；
在N型非晶硅薄膜层的顶侧和P型非晶硅薄膜层的底侧设置透光导电层，从而获得包括中心层、P型非晶硅薄膜层、N型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。
具体地，在本实施方式中，将衬底层设置为N型单晶硅衬底层。
在未示出的实施方式中，设置N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层的步骤还可以进一步包括：使各个N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。
优选地，所述氢气处理步骤为仅仅通入氢气并开启射频电源。
优选地，位于N型非晶硅薄膜层顶侧和位于P型非晶硅薄膜层底侧的透光导电层均为多个，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：在自中心层到电极的方向上，以透光性递增的顺序依次排布各个透光导电层。
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在单晶硅衬底与N型、P型非晶硅薄膜层之间设置多层本征非晶硅薄膜层，能够降低缺陷态密度及表面复合速率，从而有效地提高钝化效果，最终提高电池的开路电压、填充因子和转换效率。。
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 (12)

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，所述中心层包括：
单晶硅衬底层；
本征非晶硅薄膜层，所述本征非晶硅薄膜层设置在所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧，且位于所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧的所述本征非晶硅薄膜层均为至少两层；
N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，所述N型非晶硅薄膜层设置在所述中心层的顶侧，所述P型非晶硅薄膜层设置在所述中心层的底侧；以及
透光导电层，所述透光导电层设置在所述N型非晶硅薄膜层的顶侧和所述P型非晶硅薄膜层的底侧。
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，所述衬底层为N型单晶硅衬底层。
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，至少一部分所述本征非晶硅薄膜层是经过氢气处理的本征非晶硅薄膜层。
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，在自所述中心层起指向所述正电极的方向上，各个所述N型非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式排布；在自所述中心层起指向所述背电极的方向上，各个所述P型非晶硅薄膜层以掺杂浓度递增的方式排布。
5.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。
6.一种叠瓦组件，其特征在于，所述叠瓦组件由按照权利要求1-5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。
7.一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：
设置单晶硅衬底层；
在所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧均层叠设置至少两个本征非晶硅薄膜层，且在设置所述本征非晶硅薄膜层中的特定层的过程中的预定时间段内进行氢气处理，所述单晶硅衬底层和所有所述本征非晶硅薄膜层共同形成中心层；
在所述中心层的顶侧设置N型非晶硅薄膜层，在所述中心层的底侧设置P型非晶硅薄膜层；
在所述N型非晶硅薄膜层的顶侧和所述P型非晶硅薄膜层的底侧设置透光导电层，从而获得包括所述中心层、所述P型非晶硅薄膜层、所述N型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。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设置N型单晶硅衬底层作为所述衬底层。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设置所述N型非晶硅薄膜层和所述P型非晶硅薄膜层的步骤包括：使各个所述N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。
10.根据权利要求7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。
11.据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氢气处理步骤仅仅通入氢气并开启射频电源。
12.一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7-11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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