CN112466966A - 太阳电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳电池及光伏组件，涉及太阳能光伏技术领域。太阳电池包括：光吸收基体；第一金属纳米结构，和/或第二金属纳米结构；第一金属纳米结构位于光吸收基体的向光面一侧，且部分嵌入光吸收基体，第一金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值在光吸收基体的吸收光波长范围内；第二金属纳米结构位于光吸收基体的背光面一侧，且至少部分嵌入光吸收基体，第二金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值不同于所述第一金属纳米结构。第一金属纳米结构中凸出于光吸收基体的部分，对光具有散射作用，第一金属纳米结构部分嵌入光吸收基体，光吸收基体充分利用了LSP陷光作用，电池柔性好、界面复合低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种太阳电池及光伏组件。
背景技术
超薄太阳电池可以提升太阳电池的柔性，利于实现光伏器件的轻薄化，并利于降低成本，因此具有广阔的应用前景。
但是，现有的超薄太阳电池中由于吸收层变薄了，光吸收不完全，容易导致光电效率下降。
发明内容
本发明提供一种太阳电池及光伏组件，旨在解决超薄太阳电池光吸收不完全导致的光电转换效率低的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种太阳电池，所述太阳电池包括：光吸收基体；第一金属纳米结构，和/或第二金属纳米结构；
所述第一金属纳米结构位于光吸收基体的向光面一侧，且部分嵌入所述光吸收基体，所述第一金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值处在所述光吸收基体的吸收光波长范围内；
所述第二金属纳米结构位于光吸收基体的背光面一侧，且至少部分嵌入所述光吸收基体，所述第二金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值不同于所述第一金属纳米结构。
光入射在光吸收基体的向光面的第一金属纳米结构后，第一金属纳米结构中凸出于光吸收基体的部分，对光具有散射作用，光通过散射作用进入第一金属纳米结构的下方，且发生多次反射，在一定程度上可以增加光程。且第一金属纳米结构中的自由电子的浓度均较大，上述自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果，产生局域表面等离激元，即LSP(Localized Surface Plasmon)，其光波响应峰值处在光吸收基体的吸收光波长范围内。而第一金属纳米结构部分嵌入光吸收基体，光吸收基体充分利用了LSP陷光作用，即使吸收层厚度较薄，载流子在较短的迁移距离内被收集，降低了体区复合，有利于太阳电池的光电转换效率的提升。且第一金属纳米结构部分嵌入光吸收基体，位于光吸收基体的向光面的入射光的能量基本没有损失，从入射光的接收处就具有陷光作用，更进一步提升太阳电池的光电转换效率。和/或，光照射在光吸收基体背光面的第二金属纳米结构后，第二金属纳米结构中的自由电子的浓度较大，上述自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果，即LSP，第二金属纳米结构至少部分嵌入光吸收基体，第二金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值不同于第一金属纳米结构，进而，通过第一金属纳米结构、第二金属纳米结构的配合，几乎针对全部波长范围的入射光都进行了充分利用。综上所述，光吸收基体充分利用了LSP陷光作用，即使吸收层厚度较薄，载流子在较短的迁移距离内被收集，降低了体区复合，有利于太阳电池的光电转换效率的提升。通过上述陷光作用，光吸收层的厚度即使很小，即可达到优良的光吸收效果，在提升太阳电池的柔性的基础上，由于上述太阳电池体区厚度低，载流子被收集前迁移距离短，复合低，进一步提升了太阳电池的输出开路电压和输出短路电流。
可选的，所述第一金属纳米结构、第二金属纳米结构由金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔或上述几种结构的组合形成。可选的，所述第一金属纳米结构由金属纳米线组成，所述金属纳米线宽度为d1，500nm≥d1≥10nm，所述金属纳米线为平行或网格状排布，相邻的平行的所述金属纳米线之间的间距为w1，800nm≥w1≥10nm，所述金属纳米线的宽度方向平行于所述光吸收基体的向光面；或，
所述第一金属纳米结构由金属纳米颗粒阵列组成，所述金属纳米颗粒在所述光吸收基体的向光面的投影尺寸为d2，500nm≥d2≥10nm，相邻的所述金属纳米颗粒之间的间距为w2，800nm≥w2≥10nm；或，
所述第一金属纳米结构由金属纳米孔阵列组成，所述金属纳米孔的孔径为d3，800nm≥d3≥10nm，相邻的所述金属纳米孔之间的间距为w3，500nm≥w3≥10nm。
可选的，所述第二金属纳米结构由金属纳米线组成，所述金属纳米线宽度为d4，800nm≥d4≥20nm，所述金属纳米线为平行或网格状排布，相邻的平行的所述金属纳米线之间的间距为w4，2000nm≥w4≥20nm，所述金属纳米线的宽度方向平行于所述光吸收基体的向光面；或，
所述第二金属纳米结构由金属纳米颗粒阵列组成，所述金属纳米颗粒在所述光吸收基体的向光面的投影尺寸为d5，800nm≥d5≥20nm，相邻的所述金属纳米颗粒之间的间距为w5，2000nm≥w5≥20nm；或，
所述第二金属纳米结构由金属纳米孔阵列组成，所述金属纳米孔的孔径为d6，800nm≥d6≥10nm，相邻的所述金属纳米孔的间距为w6，800nm≥w6≥20nm。
可选的，所述光吸收基体为硅基体。
可选的，所述硅基体为单晶硅，其厚度为h1，70um≥h1≥0.1um。
可选的，所述太阳电池还包括位于所述硅基体与所述第一金属纳米结构之间的上表面钝化层；
所述上表面钝化层具有向硅基体的向光面内陷的凹槽，所述第一金属结构半嵌设置在所述上表面钝化层的凹槽中。
可选的，所述太阳电池还包括位于所述硅基体的背光面侧的下表面钝化层；
所述第二金属纳米结构穿透所述下表面钝化层，或，所述下表面钝化层包裹所述第二金属纳米结构中嵌入至所述硅基体的部分。
可选的，所述太阳电池还包括位于所述光吸收基体向光面的正面电极，所述第一金属纳米结构在光吸收基体上的投影，与所述正面电极在所述光吸收基体上的投影不重合。
可选的，所述金属纳米颗粒形状为球形、半球形、类球形、圆柱体、锥体、长方体中的一种；
所述金属纳米孔为方孔、圆孔、不规则孔中的一种；
所述金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔的材料均选自金、银、铝、铜、镍、锡、镓、铟中的至少一种。
可选的，所述第二金属纳米结构向所述光吸收基体的背光面继续延伸，形成背面电极。
可选的，所述硅基体的向光面为平面结构。
可选的，所述太阳电池还包括上掺杂层，所述上掺杂层填充在所述第一金属纳米结构的间隙中；
所述第一金属纳米结构的向光面高于所述上掺杂层的向光面。
可选的，所述第一金属纳米结构中至少与所述上掺杂层接触的部分包裹设置有上表面钝化层。
可选的，所述硅基体的背光面包括电绝缘的少子收集区域和多子收集区域；所述第二金属纳米结构包括分别位于所述少子收集区域的部分和位于所述多子收集区域的部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种光伏组件，包括：前述任一所述的太阳电池。
上述光伏组件与前述太阳电池具有相同或相似的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中的第一金属纳米结构的结构示意图；
图3示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的俯视结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的俯视结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的俯视结构示意图；
图6示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的俯视结构示意图；
图7示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的俯视结构示意图；
图8示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的结构示意图；
图9示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的结构示意图；
图10示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的结构示意图；
图11示出了本发明实施例中的一种太阳电池的局部示意图；
图12示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的结构示意图。
附图编号说明：
1-硅基体，2-第一金属纳米结构，21-金属纳米线，22-金属纳米颗粒，23-金属纳米孔，24-金属纳米平面板材，3-上功能层，4-正面电极，42-少子端电极，43-少子收集区域，5-第二金属纳米结构，6-背面电极，62-多子端电极，63-多子收集区域，7-上表面钝化层，72-上掺杂层，8-下表面钝化层，82-下掺杂层，9-下功能层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的结构示意图。参照图1所示，该太阳电池包括：光吸收基体1，光吸收基体1主要用于吸收光能，分离载流子。光吸收基体1的类型不作具体限定。例如，光吸收基体1可以为薄膜太阳电池中的光吸收基体。该太阳电池还包括：第一金属纳米结构2，和/或第二金属纳米结构5，太阳电池包括第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5两者中的一个或两个，本发明实施例中，对此不作具体限定。例如，太阳电池可以只包括第一金属纳米结构2。
光吸收基体1的向光面为入射光照射的表面，光吸收基体1的背光面为光吸收基体1中与向光面相对的表面。第一金属纳米结构2位于光吸收基体1的向光面一侧，且部分嵌入光吸收基体1，需要说明的是，陷入光吸收基体1中的部分、和露出的部分的大小不作具体限定。光吸收基体1的吸收光波长范围具体为光吸收基体1能够吸收的光的波长的范围。第一金属纳米结构2的局域表面等离激元的光波响应峰值处在光吸收基体1的吸收光波长范围内。进而，光入射在光吸收基体1的向光面的第一金属纳米结构2后，第一金属纳米结构2中凸出于光吸收基体1的部分，对光具有散射作用，光通过散射作用进入第一金属纳米结构2的下方，且发生多次反射，在一定程度上可以增加光程。且第一金属纳米结构2中的自由电子的浓度均较大，上述自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果。而第一金属纳米结构2部分嵌入光吸收基体1，光吸收基体1充分利用了LSP陷光作用，即使吸收层厚度较薄，载流子在较短的迁移距离内被收集，降低了体区复合，有利于太阳电池的光电转换效率的提升。且第一金属纳米结构2部分嵌入光吸收基体1，位于光吸收基体1的向光面的入射光的能量基本没有损失，从入射光的接收处就具有陷光作用，更进一步提升太阳电池的光电转换效率。
第二金属纳米结构5位于光吸收基体1的背光面一侧，且至少部分嵌入光吸收基体1。第二金属纳米结构5可以全部嵌入光吸收基体1，或者，第二金属纳米结构5可以部分嵌入光吸收基体1。如图1所示即为第二金属纳米结构5全部嵌入光吸收基体1。第二金属纳米结构5的局域表面等离激元的光波响应峰值不同于第一金属纳米结构2，其响应峰值可位于能够透光所述光吸收基体1的长波段。进而，通过第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5的配合，几乎针对全部波长范围的入射光都进行了充分利用。
光照射在光吸收基体1背光面的第二金属纳米结构5后，第二金属纳米结构5中的自由电子的浓度较大，上述自由电子与入射的光产生耦合，形成多模谐振陷光效果，即LSP，第二金属纳米结构5至少部分嵌入光吸收基体1。
综上两方面所述，光吸收基体1充分利用了LSP陷光作用，即使吸收层厚度较薄，载流子在较短的迁移距离内被收集，降低了体区复合，有利于太阳电池的光电转换效率的提升。通过上述陷光作用，光吸收层的厚度即使很小，即可达到优良的光吸收效果，在提升太阳电池的柔性的基础上，由于上述太阳电池体区厚度低，载流子被收集前迁移距离短，复合低，进一步提升了太阳电池的输出开路电压和输出短路电流。
可选的，光吸收基体1可以为硅基体，即，太阳电池可以为晶体硅太阳电池，应用场景广泛。如，光吸收基体1可以为单晶硅、多晶硅、微晶硅等结构。
可选的，光吸收基体1为硅基体，且硅基体为单晶硅的情况下，光吸收基体1的厚度为h1，70um≥h1≥0.1um，相对于现有技术的单晶硅的硅基体的厚度为150um左右而言，本申请由于第一金属纳米结构2，和/或第二金属纳米结构5具有良好的陷光效果，进而光吸收基体1可以做的较薄，利于减少太阳电池的厚度，利于太阳电池的轻薄化，不仅可以降低成本，而且，上述较小厚度的太阳电池的柔性增加，可以使晶硅太阳电池适应更多的应用场景。
可选的，光吸收基体1为硅基体的情况下，光吸收基体1的向光面可以为平面结构，不限定是否抛光，光吸收基体1的向光面为平面结构，则表面积较小，利于减少表面复合，可以降低对光吸收基体1的向光面的钝化要求。光吸收基体1的背光面可以为平面结构或绒面结构，本发明实施例对此不作具体限定。
可选的，第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5由金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔或上述几种结构的组合形成，第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5形式多样。
图2示出了本发明实施例中的第一金属纳米结构的结构示意图。图3示出了本发明实施例中的第一种太阳电池的俯视结构示意图。图4示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的俯视结构示意图。图5示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的俯视结构示意图。图6示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的俯视结构示意图。图7示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的俯视结构示意图。图2中两条相交的虚线将图2分为四个部分，分别为(a)、(b)、(c)、(d)。每个部分中，位于上方的为俯视示意图，位于下方的为正视示意图。(a)、(b)、(c)、(d)分别示出了几种第一金属纳米结构的结构示意图。
可选的，参照图2中(d)所示或图6，第一金属纳米结构2由多条金属纳米线21组成，金属纳米线21相互平行。或，图2中(c)或图7所示，第一金属纳米结构由若干条网格状排布的金属纳米线21形成。交叉的金属纳米线21可以形成多边形结构。或，参照图2中(a)、图3、图4所示，第一金属纳米结构2由若干个金属纳米颗粒22阵列形成。或，参照2中(b)、图5所示，第一金属纳米结构2由金属纳米孔23阵列组成。
针对第一金属纳米结构2由若干个金属纳米颗粒22阵列组成的情况，金属纳米颗粒22可以规则分布或随机分布，在本发明实施例中，对此不作具体限定。
参照图2所示，第一金属纳米结构2由金属纳米线21组成，且金属纳米线21平行排布的情况下，相邻的平行的金属纳米线21之间的间距w1，800nm≥w1≥10nm。如，w1可以为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等。需要说明的是，此处的w1为一个金属纳米线21的边缘与相邻的金属纳米线21的边缘之间的距离。不论金属纳米线21平行或网格状排布，金属纳米线宽度为d1，500nm≥d1≥10nm。金属纳米线21的宽度方向平行于光吸收基体1的向光面。金属纳米线21的长度方向也平行于光吸收基体1的向光面。金属纳米线21的长度不作具体限定。
可选的，金属纳米线21的高度为h2，500nm≥h2≥10nm，高度h2所在的方向与光吸收基体1的厚度h1所在的方向平行。
相邻的金属纳米颗粒22之间的间距w2，800nm≥w2≥10nm。如，w2可以为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等。需要说明的是，w2为一个金属纳米颗粒22的边缘与相邻的金属纳米颗粒22的边缘之间的距离。金属纳米颗粒22在光吸收基体的向光面的投影尺寸为金属纳米颗粒22在与光吸收基体的向光面平行的表面上的长度以及宽度。金属纳米颗粒22在光吸收基体1的向光面的投影尺寸为d2，500nm≥d2≥10nm。如，d2可以为60nm、90nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等。
可选的，金属纳米颗粒22的长度为m，宽度为n，m和n的取值范围均为上述d2，金属纳米颗粒22的高度为h3，500nm≥h3≥10nm，m、n是否相等不作具体限定，m≥n。
相邻的金属纳米孔23之间的间距为w3，500nm≥w3≥10nm，w3为一个金属纳米孔23的边缘与相邻的金属纳米孔23的边缘之间的间距。金属纳米孔23的孔径为d3，800nm≥d3≥10nm。可选的，金属纳米孔23可以为金属纳米平面板材24挖孔后形成，金属纳米平面板材24的高度为h4，800nm≥h4≥10nm。上述金属纳米孔23可以规则分布或随机分布。
上述光吸收基体1的高度h1、金属纳米线21的高度h2、金属纳米颗粒22的高度h3、金属纳米平面板材24的高度h4所在的方向均相互平行。
该太阳电池还包括位于光吸收基体1的向光面的正面电极4和位于光吸收基体1的背光面的背面电极6。正面电极4和光吸收基体1电性接触，或者与第一金属纳米结构2电性接触。背面电极6和光吸收基体1电性接触，或者与第二金属纳米结构5电性接触。该背面电极6可以为全背电极。本发明实施例对此不作具体限定。
需要说明的是，可以根据太阳电池中各个部分的尺寸或材料等，配合调整第一金属纳米结构2的材料或尺寸等，使得第一金属纳米结构2的陷光效果更优。在本发明实施例中，对此不作具体限定。具体可以根据光吸收基体1的吸收光波长范围，调整第一金属纳米结构2的材料或尺寸等，使得第一金属纳米结构2的陷光效果更优，进一步减少光学损失。
可选的，第二金属纳米结构5由多条金属纳米线组成，金属纳米线为平行或网格状排布。或，第二金属纳米结构5由若干个金属纳米颗粒阵列组成，或，第二金属纳米结构5由金属纳米孔阵列组成。金属纳米孔可以由金属纳米平面板材挖孔后形成。
在第二金属纳米结构由金属纳米线组成，且金属纳米线平行排布的情况下，相邻的金属纳米线之间的间距为2000nm≥w4≥20nm。不管金属纳米线平行排布或网格状排布，金属纳米线宽度为d4，800nm≥d4≥20nm，金属纳米线的宽度方向平行于光吸收基体1的向光面。
在第二金属纳米结构由金属纳米颗粒阵列组成的情况下，相邻的金属纳米颗粒之间的间距为w5，2000nm≥w5≥20nm。金属纳米颗粒在光吸收基体1的向光面的投影尺寸为d5，800nm≥d5≥20nm。可选的，金属纳米颗粒的长度为p和宽度为q，金属纳米颗粒的高度为h6，800nm≥h6≥20nm。
第二金属纳米结构由金属纳米孔阵列组成的情况下，相邻的金属纳米孔之间的间距为w6，800nm≥w6≥20nm，金属纳米孔的孔径为d6，800nm≥d6≥10nm。可选的，第二金属纳米结构由金属纳米平面板材挖孔后得到，金属纳米平面板材的高度为h7，800nm≥h7≥10nm。
光吸收基体1的厚度h1、金属纳米线的高度h5、金属纳米颗粒的高度h6、金属纳米平面板材的高度h7所在的方向均相互平行。位于光吸收基体1的向光面的第一金属纳米结构2，与位于光吸收基体1的背光面的第二金属纳米结构5具有相似的结构。第二金属纳米结构5中的尺寸和间距，均对应大于第一金属纳米结构2中的尺寸和间距。
可选的，第二金属纳米结构5、第一金属纳米结构2二者存在进一步的耦合关系以增强陷光效果，位于光吸收基体1的向光面的第一金属纳米结构2主要针对光吸收基体1的吸收光波长范围内的短波段具有良好的陷光效果。如，位于光吸收基体1的背光面的第二金属纳米结构5主要针对透过光吸收基体1射入背光面的长波段光线具有良好的陷光效果。通过第一金属纳米结构2和第二金属纳米结构5的配合，实现了可见光全波段都具有良好的陷光效果，几乎可以吸收可见光波段的全部能量。
可选的，参照图8所示，图8示出了本发明实施例中的第二种太阳电池的结构示意图。在光吸收基体为硅基体的情况下，太阳电池还包括位于光吸收基体1与第一金属纳米结构2之间的上表面钝化层7。上表面钝化层7具有向光吸收基体1的向光面内陷的凹槽，第一金属纳米结构2半嵌设置在上表面钝化层7的凹槽中。此处的半嵌为第一金属纳米结构2一部分位于凹槽中，一部分从凹槽中露出。上表面钝化层7隔离了光吸收基体1与包含金属材料的第一金属纳米结构2直接接触，能够减小或避免光吸收基体1与包含金属材料的第一金属纳米结构2的界面复合。
可选的，参照图8所示，在光吸收基体为硅基体的情况下，太阳电池还包括位于光吸收基体1的背光面侧的下表面钝化层8。第二金属纳米结构5穿透下表面钝化层8，至少部分嵌入光吸收基体1。或，参照图9所示，图9示出了本发明实施例中的第三种太阳电池的结构示意图。下表面钝化层8包裹第二金属纳米结构5中嵌入至光吸收基体1的部分。下表面钝化层8隔离了光吸收基体1与包含金属材料的第二金属纳米结构5直接接触，能够减小或避免光吸收基体1与包含金属材料的第二金属纳米结构5的界面复合。
可选的，参照图8所示，在光吸收基体为硅基体的情况下，太阳电池还包括位于硅基体向光面的正面电极4，正面电极4与硅基体接触。
可选的，参照图9，在光吸收基体为硅基体的情况下，太阳电池还包括位于光吸收基体1背光面的背面电极6，背面电极6与硅基底接触。背面电极6可以具有与第二金属纳米结构相似的陷光结构。可选的，太阳电池还包括位于光吸收基体1向光面的正面电极4，第一金属纳米结构2在光吸收基体1上的投影，与正面电极4在硅基体上的投影不重合，进而照射在第一金属纳米结构2上的入射光没有被正面电极4遮挡，利于提升陷光效果。
可选的，第一金属纳米结构、第二金属纳米结构中金属纳米颗粒的形状为球形、半球形、线状交叉结构、圆柱形、锥体、长方体中的一种，上述形状的金属纳米颗粒利于提升陷光效果。上述长方体的长、宽、高可以不完全相同，或者，上述长方体的长、宽、高可以完全相同，即为立方体。如，参照图2所示，(a)为球形结构。第一金属纳米结构、第二金属纳米结构中形成点阵结构的金属纳米颗粒的形状还可以为其它轴对称以及近似轴对称的形状。
可选的，金属纳米孔的形状可以为方孔、圆孔、不规则孔中的一种，上述形状的金属纳米结构的陷光效果好。如，参照图2所示，(b)中金属纳米孔23的形状为圆孔。
可选的，第一金属纳米结构、第二金属纳米结构中的金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔的材料选自金、银、铝、铜、镍、锡、镓、铟中的至少一种，上述材料形成的第一金属纳米结构、第二金属纳米结构自由电子浓度更高，利于提升陷光效果。
可选的，第二金属纳米结构向光吸收基体的背光面继续延伸，形成背面电极。具体为第二金属纳米结构中的金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米平面板材继续向光吸收基体的背光面继续延伸，形成背面电极，进而可以一次性形成第二金属纳米结构和背面电极，工艺简单。
图10示出了本发明实施例中的第四种太阳电池的结构示意图。参照图10或图2所示，在光吸收基体为硅基体的情况下，太阳电池还包括：上掺杂层72，上掺杂层72填充在第一金属纳米结构2的间隙中。即，上掺杂层72填充在金属纳米线21之间的间距中，或者，上掺杂层72填充在金属纳米颗粒22之间的间距中，或，上掺杂层72填充中金属纳米孔23中；第一金属纳米结构2的高度大于或等于上掺杂层72的高度。如，图2(a)中，金属纳米颗粒22的高度h3，大于上掺杂层72的高度d31。图2(b)中，金属纳米孔23的高度h4，等于上掺杂层72的高度。图2(d)中，金属纳米线21的高度h2，大于上掺杂层72的高度。上掺杂层72可以增强导电能力。
可选的，太阳电池若为SHJ结构，上掺杂层72的材料可以为掺杂非晶硅，厚度可以为15-30nm。太阳电池若为TOPCon、POLO类结构，上掺杂层72的材料可以为掺杂多晶硅层，厚度10-50nm。
可选的，参照图11所示，图11示出了本发明实施例中的一种太阳电池的局部示意图。光吸收基体为硅基体的情况下，第一金属纳米结构2中至少与上掺杂层72接触的部分包裹设置有上表面钝化层7，能够减少或避免第一金属纳米结构2与上掺杂层72接触导致的界面复合。
可选的，参照图12所示，图12示出了本发明实施例中的第五种太阳电池的结构示意图。硅基体的背光面包括电绝缘的多子收集区域63和少子收集区域43，多子收集区域63用于收集多数载流子，少子收集区域43用于收集少数载流子。少子端电极42设置在少子收集区域43对应的区域上，多子端电极62设置在多子收集区域63对应的区域上。电绝缘的方式不作具体限定。该太阳电池的结构为IBC电池。第二金属纳米结构5包括分别位于多子收集区域63的部分和位于少子收集区域43的部分。需要说明的是，多子收集区域63和少子收集区域43之间的电绝缘区域同样可以设置有与第二金属纳米结构5相同或类似的金属纳米结构。在本发明实施例中对此不作具体限定。可以采用扩散工艺，或者SHJ结构，或TOPCon、POLO类结构。
可选的，该太阳电池还包括位于第一金属纳米结构2的向光面的上功能层3。上功能层3为一层或多层，具备横向传导、减反射等功能。正面电极可以穿透上功能层3与光吸收基体1或部分第一金属纳米结构2电性接触。
可选的，该太阳电池还包括位于光吸收基体1或第二金属纳米结构5的背光面的下功能层9。下功能层9为一层或多层，具备横向传导、减反射等功能。下功能层9可以通过扩散或沉积等方法制得。
本发明实施例还提供一种光伏组件，该光伏组件包括任一前述的太阳电池。该光伏组件还可以包括位于太阳电池的向光面、背光面的封装胶膜、盖板或背板等。该光伏组件的第一金属纳米结构、第二金属纳米结构可以参照前述太阳电池实施例中的相关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
下面列举几种具体的实施例，进一步解释本申请。
实施例1
参照图8所示，光吸收基体1采用n型单晶硅片，厚度为10um。光吸收基体1的背光面扩散p型层形成pn结。在光吸收基体1向光面设置半嵌入的第一金属纳米结构2，且2与1之间设置上表面钝化层7。2为近似球形银纳米颗粒，颗粒直径75nm，颗粒间距200nm；上表面钝化层7为氧化硅，厚度2nm。背面电极6仅依靠半嵌入的第二金属纳米结构5实现电学连接，在其余位置设置有下表面钝化层8。背面电极6为铝或铝的合金材料，第二金属纳米结构5为直径250nm，高度200nm的半球形结构，半球形结构间距700nm。下表面钝化层8为氧化铝，厚度8nm。
针对图8所示的太阳电池的生产步骤如下：
在光吸收基体1的向光面涂覆光固化胶。采用点状遮挡掩模版遮挡进行光固化；洗去未固化光刻胶获得点状镂空结构。对光吸收基体1的向光面进行化学腐蚀，获得深度约50nm，直径约75nm的凹槽。洗去向光面所有光固化胶，并进行向光面热氧化，获得平均厚度约2nm的氧化硅层，作为上表面钝化层7。采用点状镂空掩模版遮挡并蒸镀银材料，获得凹槽内沉积的点状银纳米颗粒。或者，可以先采用原光刻方案获得凹槽，然后沉积氧化硅，然后沉积点状银纳米颗粒，然后除去光刻胶，获得凹槽内有氧化硅和点状银纳米颗粒，其他区域为裸硅的结构，然后在沉积或热氧生成氧化硅，可以提升工艺的实施性。
在光吸收基体1的背光面沉积氧化铝，厚度约8nm，作为下表面钝化层8。采用离子刻蚀开孔技术，穿透氧化铝并在光吸收基体1上获得深度200nm，直径约250nm的凹槽。第二金属纳米结构5与背面电极6可以采用相同的材料以简化工艺，在背面沉积铝背电极，形成集成了半嵌入的第二金属纳米结构5的背面电极6。
在太阳电池的向光面沉积氮化硅减反射薄膜，形成上功能层3。印刷并烧结设置正面电极4。
实施例2
参照图9所示，光吸收基体1采用n型单晶硅片，厚度为30um。光吸收基体1的背光面扩散p型层形成pn结。在光吸收基体1向光面设置半嵌入的第一金属纳米结构2，且2与1之间设置上表面钝化层7。2为银平行线结构，线宽80nm，线间距200nm。上表面钝化层7为氧化硅，厚度2nm。在光吸收基体1的背光面设置半嵌入的第二金属纳米结构5，为银平行线结构，线宽100nm，高度50nm，可以为半球形结构、梯形结构或矩形结构，线间距400nm。背光面钝化层8为氧化铝，厚度5nm。
针对图9所示的太阳电池的生产步骤如下：
针对图9所示的光吸收基体1向光面的设置工艺同实施例1。在光吸收基体1的背光面涂覆光固化胶。采用线状遮挡掩模版遮挡进行光固化。洗去未固化光刻胶获得线状镂空结构。对光吸收基体1的背光面进行化学腐蚀，获得深度约50nm，宽度约100nm的线状凹槽。洗去光吸收基体1的背光面所有光固化胶，并在光吸收基体1的背光面沉积氧化铝，获得平均厚度约5nm的氧化硅层，作为背光面钝化层8。采用光刻法获得对应图案并蒸镀银材料后洗去光刻胶，获得凹槽内沉积的线状银纳米颗粒。在太阳电池的向光面沉积氮化硅减反射薄膜，形成上功能层3。印刷并烧结设置正面电极4与背面电极6。
实施例3
参照图10所示，光吸收基体1采用n型单晶硅片，厚度20um。在光吸收基体1的向光面通过光刻、激光刻蚀、粒子刻蚀或反应刻蚀等方式，制作第一金属纳米结构2及第二金属纳米结构5对应凹槽。在硅基体上背光面沉积下表面钝化层8、以及上表面钝化层7。SHJ结构中下表面钝化层8、以及上表面钝化层7为本征非晶硅，厚度5-10nm。TOPCon、POLO类结构中下表面钝化层8、以及上表面钝化层7为氧化硅，厚度0.1-3nm。
在上表面钝化层7、下表面钝化层8表面，与上述凹槽对应位置设置第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5、第一金属纳米结构2、第二金属纳米结构5均为银纳米颗粒。2尺寸为，颗粒直径50nm，颗粒间距200nm。5尺寸为，颗粒直径150nm，颗粒间距500nm。
在上述结构上背光面设置上掺杂层72、和下掺杂层82，上下掺杂层掺杂类型相反。SHJ结构中上下掺杂层为掺杂非晶硅，厚度15-30nm。TOPCon、POLO类结构中上下掺杂层为掺杂多晶硅层，厚度10-50nm。
实施例4
参照图12所示，光吸收基体1采用n型单晶硅片，厚度10um，在光吸收基体1的向光面通过光刻、激光刻蚀、粒子刻蚀或反应刻蚀等方式，制作第一金属纳米结构2及第二金属纳米结构5对应凹槽。向光面可以具备前表面场。
在光吸收基体1的向光面设置上表面钝化层7以及第一金属纳米结构2。其上设置上功能层3，为一层或多层结构，起到减反射等功能。光吸收基体1的背光面分别设置少子收集区域43与多子收集区域63，可以采用扩散工艺，或者SHJ结构，或TOPCon、POLO类结构，多子收集区63与少子收集区43之间存在电学隔离。在少子收集区域43与多子收集区域63对应位置设置第二金属纳米结构5，以及少子端电极42与多子端电极62，电学隔离区域可以设置或不设置金属纳米结构。电极与硅基体之间可以存在下表面钝化层8。第二金属纳米结构5与少子端电极42、多子端电极62可以采用相同或不同的材料。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (16)
1.一种太阳电池，其特征在于，包括：光吸收基体；第一金属纳米结构，和/或第二金属纳米结构；
所述第一金属纳米结构位于光吸收基体的向光面一侧，且部分嵌入所述光吸收基体，所述第一金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值处在所述光吸收基体的吸收光波长范围内；
所述第二金属纳米结构位于光吸收基体的背光面一侧，且至少部分嵌入所述光吸收基体，所述第二金属纳米结构的局域表面等离激元的光波响应峰值不同于所述第一金属纳米结构。
2.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第一金属纳米结构、第二金属纳米结构由金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔或上述几种结构的组合形成。
3.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第一金属纳米结构由金属纳米线组成，所述金属纳米线宽度为d1，500nm≥d1≥10nm，所述金属纳米线为平行或网格状排布，相邻的平行的所述金属纳米线之间的间距为w1，800nm≥w1≥10nm，所述金属纳米线的宽度方向平行于所述光吸收基体的向光面；或，
所述第一金属纳米结构由金属纳米颗粒阵列组成，所述金属纳米颗粒在所述光吸收基体的向光面的投影尺寸为d2，500nm≥d2≥10nm，相邻的所述金属纳米颗粒之间的间距为w2，800nm≥w2≥10nm；或，
所述第一金属纳米结构由金属纳米孔阵列组成，所述金属纳米孔的孔径为d3，800nm≥d3≥10nm，相邻的所述金属纳米孔之间的间距为w3，500nm≥w3≥10nm。
4.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述第二金属纳米结构由金属纳米线组成，所述金属纳米线宽度为d4，800nm≥d4≥20nm，所述金属纳米线为平行或网格状排布，相邻的平行的所述金属纳米线之间的间距为w4，2000nm≥w4≥20nm，所述金属纳米线的宽度方向平行于所述光吸收基体的向光面；或，
所述第二金属纳米结构由金属纳米颗粒阵列组成，所述金属纳米颗粒在所述光吸收基体的向光面的投影尺寸为d5，800nm≥d5≥20nm，相邻的所述金属纳米颗粒之间的间距为w5，2000nm≥w5≥20nm；或，
所述第二金属纳米结构由金属纳米孔阵列组成，所述金属纳米孔的孔径为d6，800nm≥d6≥10nm，相邻的所述金属纳米孔的间距为w6，800nm≥w6≥20nm。
5.根据权利要求1-4中任一所述的太阳电池，其特征在于，所述光吸收基体为硅基体。
6.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述硅基体为单晶硅，其厚度为h1，70um≥h1≥0.1um。
7.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括位于所述硅基体与所述第一金属纳米结构之间的上表面钝化层；
所述上表面钝化层具有向硅基体的向光面内陷的凹槽，所述第一金属结构半嵌设置在所述上表面钝化层的凹槽中。
8.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括位于所述硅基体的背光面侧的下表面钝化层；
所述第二金属纳米结构穿透所述下表面钝化层，或，所述下表面钝化层包裹所述第二金属纳米结构中嵌入至所述硅基体的部分。
9.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括位于所述光吸收基体向光面的正面电极，所述第一金属纳米结构在光吸收基体上的投影，与所述正面电极在所述光吸收基体上的投影不重合。
10.根据权利要求2所述的太阳电池，其特征在于，所述金属纳米颗粒形状为球形、半球形、类球形、圆柱体、锥体、长方体中的一种；
所述金属纳米孔为方孔、圆孔、不规则孔中的一种；
所述金属纳米线、金属纳米颗粒、金属纳米孔的材料均选自金、银、铝、铜、镍、锡、镓、铟中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的太阳电池，其特征在于，所述第二金属纳米结构向所述光吸收基体的背光面继续延伸，形成背面电极。
12.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述硅基体的向光面为平面结构。
13.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述太阳电池还包括上掺杂层，所述上掺杂层填充在所述第一金属纳米结构的间隙中；
所述第一金属纳米结构的向光面高于所述上掺杂层的向光面。
14.根据权利要求13所述的太阳电池，其特征在于，所述第一金属纳米结构中至少与所述上掺杂层接触的部分包裹设置有上表面钝化层。
15.根据权利要求5所述的太阳电池，其特征在于，所述硅基体的背光面包括电绝缘的少子收集区域和多子收集区域；所述第二金属纳米结构包括分别位于所述少子收集区域的部分和位于所述多子收集区域的部分。
16.一种光伏组件，其特征在于，包括：权利要求1-15中任一所述的太阳电池。
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2020
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