CN112531034A - 一种太阳能电池、太阳能电池板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种太阳能电池、太阳能电池板及其制备方法，应用于太阳能光伏技术领域。所述太阳能电池，具体包括：硅基底以及在所述硅基底上层叠设置的衰减膜层和第一减反膜层；所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层。本发明实施例的太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层的负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
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能电池、太阳能电池板及制备方法。
背景技术
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。电池片作为太阳能电池的核心材料，直接影响太阳能电池的发电性能。
在实际应用中，多片太阳能电池串联，经层压封装后，采用铝合金等金属边框固定形成太阳能电池板。为了提高太阳能电池板的安全性，通常将金属边框接地，会导致金属边框与太阳能电池内部的太阳能电池间存在较高的偏压，如果再遇到高温高湿环境，就会造成太阳能电池的PID(Potential Induced Degradation，电势诱导衰减)，导致太阳能电池的发电效率降低。太阳能电池的PID主要是指在高偏压、高温、高湿的共同作用下，太阳能电池表面的封装结构(如钢化玻璃等)中的金属离子迁移至太阳能电池表面，在太阳能电池表面聚集，使得太阳能电池片失效的一种效应。
现有技术中，通常通过改变太阳能电池板金属边框的接地方式，以减小在太阳能电池与金属边框之间形成的偏压，或者更换电池表面的封装材料来消除太阳能电池的PID。但是上述方法并不能有效避免太阳能电池PID效应。
发明内容
为了解决或部分的解决上述问题，本发明公开了一种太阳能电池、太阳能电池板以及太阳能电池的制备方法。
第一方面本发明公开了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
硅基底以及在所述硅基底上层叠设置的衰减膜层和第一减反膜层；
所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层。
可选的，所述衰减膜层包括：多层交替设置的AlOx膜层和SiOx膜层；
所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处形成所述负电荷层。
可选的，所述AlOx膜层的厚度为0.5nm～2nm。
可选的，所述SiOx膜层的厚度为0.5nm～2nm。
可选的，所述负电荷层的数量至少为3层。
可选的，所述硅基底上背离所述衰减膜层的一侧层叠设有钝化膜层和第二减反膜层。
可选的，所述第一减反膜层与所述第二减反膜层相同。
第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池板，所述太阳能电池板由上述太阳能电池组成。
第三方面，本发明实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括：
在硅基底上形成衰减膜层，其中，所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层；在所述衰减膜层上形成第一减反膜层。
可选的，所述在所述硅基底上形成衰减膜层的步骤，包括：
在硅基底上交替沉积多层AlOx膜层和SiOx膜层，所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处形成所述负电荷层。
与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例中，由于所述太阳能电池包括：硅基底以及在所述硅基底上层叠设置的衰减膜层和第一减反膜层；所述衰减膜层内设有多层负电荷层，多层负电荷层包含的大量负电荷会在太阳能电池上形成良好的场钝化效应，降低背面少子复合速率，增大光伏电池效率。当上述太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
附图说明
图1是本发明实施例的一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例的一种太阳能电池板的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例的一种太阳能电池制备方法的步骤流程图。
附图标记说明：
10-太阳能电池，11-封装结构，12-金属边框，101-硅基底，102-衰减膜层，1021-负电荷层，1022-AlOx膜层，1023-SiOx膜层，103-第一减反膜层，104-钝化膜层，105-第二减反膜层。
具体实施方式
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。
目前，随着太阳能电池的应用越来越广泛，使用钢化玻璃封装的铝合金边框太阳能电池板，由于更具有美观性以及太阳能电池效率更高的优点，受到了更多用户的青睐。大量研究表明，在太阳能电池背电极侧形成良好的场钝化效应，可以有效提升太阳能电池效率。例如，现有技术中的光伏双面PERC(Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极及背电池)电池，在PERC电池背面的AlOx膜层与硅基底表面的自然氧化物膜层(SiOx膜层)界面间存在大量固定负电荷，大量固定负电荷会对PERC电池背面形成良好的场钝化效应，降低电池背面少子复合速率，进而增大PERC电池效率。
但是上述太阳能电池板的铝合金边框与其内部的太阳能电池片之间，存在很高的偏压，并且由于大多数太阳能电池板在户外环境下使用，因此，在高温高湿以及高偏压的作用下，不可避免的会出现太阳能电池PID效应，即大量正离子在太阳能电池片表面聚集导致太阳能电池片效率降低或失效。以PERC电池为例，即PERC电池背面的大量固定负电荷被太阳能电池片表面聚集的大量正离子中和，进而减弱PERC电池的场钝化效应，使PERC电池背面少子复合速率升高，导致电池效率降低。对此，本发明实施例提出了一种太阳能电池，可以有效抵抗太阳能电池发生PID效应。
参照图1，示出了本发明实施例的一种太阳能电池的剖面结构示意图。如图所示，太阳能电池10可以包括：硅基底101以及在硅基底101上层叠设置的衰减膜层102和第一减反膜层103，衰减膜层102包括层叠的多层负电荷层1021。
本发明实施例中，由于太阳能电池10包括：硅基底101以及在硅基底101上层叠设置的衰减膜层102和第一减反膜层103；衰减膜层102包括层叠的多层负电荷层1021，多层负电荷层1021包含的大量负电荷会在太阳能电池10上形成良好的场钝化效应，降低背面少子复合速率，增大电池效率。当上述太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层的负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
本发明实施例中，太阳能电池10可以为单面PERC电池、双面PERC电池、双玻太阳能电池等，本发明实施例对此不作具体限定。
在实际应用中，太阳能电池10可以为P型单晶硅电池片，也可以为N型单晶硅电池片，还可以为P型和N型混合的单晶硅电池片。
本发明实施例中，第一减反膜层103可以为氮化硅SiNx或TiOx，从而减少光子的反射率，增加光能的吸收率，并保护太阳能电池片避免受到污染影响光电转换效率。
在实际应用中，第一减反膜层103的厚度可以为厚度是75纳米nm～80nm之间的任意值。例如可以设置氮化硅SiNx的厚度为80nm，从而使氮化硅SiNx膜层的折射率在2.0～2.5之间，以提高太阳能电池片的光能吸收率。
可选的，衰减膜层102可以包括：多层交替设置的氧化铝AlOx膜层1022和氧化硅SiOx膜层1023；AlOx膜层1022与所述SiOx膜层1023的界面处形成负电荷层1021。
在实际应用中，AlOx膜层可以为Al2O3，也可以为Al和O按照预设比例设置的膜层，本领域技术人员可以根据实际需求设置。
在实际应用中，SiOx膜层可以为SiO2膜层，也可以为Si和O按照预设比例设置的膜层，例如，按照Si:O的比例为1:4的比例进行设置，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例中，可以交替设置多层AlOx膜层1022和SiOx膜层1023，由于AlOx膜层1022和SiOx膜层1023的界面处会聚集大量固定负电荷，大量固定负电荷形成负电荷层1021，这样就可以形成多层负电荷层1021。当发生PID效应时，最外层的负电荷层1021内的大量固定负电荷被金属正离子中和，而中间层或内层的负电荷层1021的场钝化效应依然存在，因此，可以有效避免太阳能电池的发电效率降低，太阳能电池的抗PID能力可以显著增强，太阳能电池PID衰减的风险有效降低。
在实际应用中，由于设置AlOx膜层1022和SiOx膜层的工艺成熟，操作简便，因此相应的太阳能电池片的制作工艺简便，成本较低。本发明实施例中，交替设置多层AlOx膜层1022和SiOx膜层1023主要是为了形成多层聚集大量固定负电荷的负电荷层1021，因此，AlOx膜层1022和SiOx膜层1023也可以用具有相同功能的其他膜层替代，本发明实施例对此不作具体限定。
在实际应用中，AlOx膜层1022与SiOx膜层1023的界面处形成的负电荷层1021至少为三层，这样既可以有效提高太阳能电池片的抗PID能力，又避免AlOx膜层1022与SiOx膜层1023的电阻率导致太阳能电池的发电效率降低。
当然，本领域技术人员也可以根据实际情况设置负电荷层1021的层数，例如，将负电荷1021的层数设置为6层，从而使太阳能电池的抗PID能力更强。
可选的，AlOx膜层1022的厚度可以为0.5纳米nm～2纳米nm。
本发明实施例中，AlOx膜层1022的厚度太薄会导致无法形成连续覆盖的膜层，AlOx膜层1022的厚度太厚又会导致电阻率较大进而导致太阳能电池的电阻率增大，影响太阳能电池的汇流效率，因此，AlOx膜层的厚度可以为0.5nm～2nm，这样就既可以使AlOx膜层形成连续覆盖的膜层，又避免了电阻率增大。
可选的，SiOx膜层1023的厚度可以为0.5纳米nm～2纳米nm。
本发明实施例中，SiOx膜层1023的厚度太薄会导致无法形成连续覆盖的膜层，SiOx膜层1023的厚度太厚又会导致电阻率较大进而导致太阳能电池的电阻率增大，影响太阳能电池的汇流效率，因此，SiOx膜层的厚度可以为0.5nm～2nm，这样就既可以使SiOx膜层形成连续覆盖的膜层，又避免了电阻率增大。
可选的，AlOx膜层1022的厚度和SiOx膜层1023的厚度可以相同或不同。
在实际应用中，为了减少制备AlOx膜层1022和SiOx膜层1023的工艺时长，简化上述制备工艺，可以设置AlOx膜层1022的厚度和SiOx膜层1023的厚度相同，从而使形成的多层负电荷层1021相同，提高太阳能电池的抗PID能力。当然，也可以为了节省成本，设置设置AlOx膜层1022的厚度和SiOx膜层1023的厚度不相同，例如，设置AlOx膜层1022的厚度为SiOx膜层1023的厚度1/2，本发明实施例对AlOx膜层1022的厚度和SiOx膜层1023的厚度不作具体限定。
可选的，硅基底101可以为P型单晶硅片，也可以为N型单晶硅片或者为P型和N型相结合的硅片，本发明实施例对此不作具体限定。
在实际应用中，由于P型单晶硅片应用更广、成本更低、工艺更为简单成熟，因此，由P型单晶硅片制备的太阳能电池也相应的具备应用广、成本低、工艺简单的优点。由于N型单晶硅片导电能力更强，电阻率更低，因此由N型单晶硅片制备的太阳能电池汇流能力更强。
可选的，硅基底101上背离衰减膜层102的一侧层叠设有钝化膜层104和第二减反膜层105。
本发明实施例中，钝化膜层104可以为二氧化硅SiO2膜层，从而提高太阳能电池片的钝化效果，降低对光的反射率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。
在实际应用中，第二减反膜层105也可以为氮化硅SiNx或氧化钛TiOx，从而减少光子的反射率，增加光能的吸收率，并保护太阳能电池片避免受到污染影响光电转换效率。
可选的，所述第一减反膜层与所述第二减反膜层相同。
在实际应用中，第一减反膜层103与第二减反膜层105可以相同或不同。例如，可以设置第一减反膜层103为氮化硅SiNx，设置第二减反膜层105为氧化钛TiOx，从而提高太阳能电池片正反两面(受光面和被光面)的光电转换效率。在实际应用中，由于氮化硅SiNx膜层的工艺更为成熟，成本更低，因此，也可以设置第一减反膜层103和第二减反膜层105均为氮化硅SiNx，从而使得太阳能电池也相应具有成本低的优点。
本发明实施例中，还可以设置第一减反膜层103的厚度与第二减反膜层105的厚度相同或不同，本领域技术人员可以根据实际情况进行设备，本发明实施例对此不作具体限定。
综上，本发明实施例所述太阳能电池至少具有以下优点：
本发明实施例中，由于所述太阳能电池包括：硅基底以及在所述硅基底上层叠设置的衰减膜层和第一减反膜层；所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层，多层负电荷层包含的大量负电荷会在太阳能电池上形成良好的场钝化效应，降低背面少子复合速率，增大光伏电池效率。当上述太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层的负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
参照图2，示出了本发明实施例的一种太阳能电池板的剖面结构示意图。如图所示，太阳能电池板具体可以包括：上述太阳能电池；封装结构11，封装在太阳能电池10的两侧，用以封装保护太阳能电池10；金属边框12，金属边框12包覆在封装结构11的边缘。
在实际应用中，太阳能电池板可以由上述太阳能电池通过光伏焊带串联后，在层压机内使用封装结构11封装后，再由金属边框12包覆边缘形成。封装结构11用于保护太阳能电池以及提高太阳能电池的使用寿命，金属边框12用于进一步保护太阳能电池板的强度以及密封太阳能电池板，延长太阳能电池板的使用寿命。
本发明实施例中，封装结构11可以为钢化玻璃材质(例如低铁钢化绒面玻璃、镀膜钢化玻璃等)，也可以为TPT(聚氟乙烯复合膜)或金属等材质，本发明实施例对封装结构的具体材质不作限定。例如，在双玻太阳能电池中，封装结构11即为钢化玻璃板，通过EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer，乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物)粘接在太阳能电池10的两侧面，从而保护太阳能电池。而在单玻组件中，封装结构11即可以包括钢化玻璃板和TPT背板，其中钢化玻璃板设置于太阳能电池10的受光面(设置正电极的一侧)，TPT背板即设置于太阳能电池10的背光面(设置背电极的一侧)。
在实际应用中，为了提高太阳能电池板的美观性和耐腐蚀性以及低成本，金属边框12可以为铝合金边框。当金属边框12为镁铝合金边框时，由于其耐腐蚀性能更强，更轻，从而使得使用镁铝合金边框的太阳能电池板也具备相应的优点，安装拆卸更轻便，使用寿命更长。
本发明实施例的太阳能电池板，由于包括硅基底101以及在硅基底101上层叠设置的衰减膜层102和第一减反膜层103；衰减膜层102包括层叠的多层负电荷层1021，多层负电荷层1021包含的大量负电荷会在太阳能电池10上形成良好的场钝化效应，降低背面少子复合速率，增大电池效率。当上述太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层的负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
参照图3，示出了本发明实施例的一种太阳能电池制备方法的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：
步骤301：在硅基底上形成衰减膜层，其中，所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层。
本发明实施例中，可以通过PECVD(Plasma enhanced chemical vapordeposition，等离子体增强化学气相沉积)或ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)在硅基底上沉积衰减膜层。其中，所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层，负电荷层内有大量负电荷，所述多层负电荷层内的大量负电荷在所述太阳能电池上形成场钝化效应，以提高太阳能电池的汇流效率。
可选的，步骤301还可以包括：在硅基底上交替沉积多层AlOx膜层和SiOx膜层，所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处形成所述负电荷层。
在实际应用中，可以通过PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积)或ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)在硅基底上交替沉积多层AlOx膜层和SiOx膜层，在所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处可以形成所述负电荷层。
可选的，所述负电荷层的数量至少为3层，即所述AlOx膜层与所述SiOx膜层至少交替设置三层以形成最少三层所述负电荷层。
步骤302：在所述衰减膜层上形成第一减反膜层。
在实际应用中，可以通过PECVD(Plasma enhanced chemical vapor deposition，等离子体增强化学气相沉积)或ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)在所述衰减膜层上形成第一减反膜层，所述第一减反膜层可以为氮化硅SiNx或TiOx，从而减少光子的反射率，增加光能的吸收率，并保护太阳能电池片避免受到污染影响光电转换效率。
可选的，所述AlOx膜层的厚度可以为0.5nm～2nm。
可选的，所述SiOx膜层的厚度可以为0.5nm～2nm。
可选的，所述硅基底可以为P型单晶硅片或N型单晶硅片。
可选的，所述方法还包括：在所述硅基底上背离所述衰减膜层的一侧层叠可以设置钝化膜层和第二减反膜层。
可选的，所述第一减反膜层与所述第二减反膜层相同。
本发明实施例中，可以在P型单晶硅片上首先采用PECVD先沉积一层AlOx膜层，然后在AlOx膜层上继续沉积一层SiOx膜层，在SiOx膜层上再沉积AlOx膜层，如此反复沉积最少三层AlOx膜层和SiOx膜层后，在最外层的SiOx膜层上再沉积一层氮化硅SiNx膜层，如此即完成硅片一侧面的制备。继续在P型单晶硅片上未沉积任何膜层的一侧面，采用PECVD沉积一层SiO2膜层，然后在SiO2膜层上继续沉积一层SiNx膜层，由此即可以制备完成太阳能电池。
在实际应用中，由于沉积AlOx膜层、SiOx膜层、SiNx膜层、SiO2膜层等的工艺简单成熟，因此使得相应的方法制备的太阳能电池成本低，工艺简单。
在实际应用中，可以将多片所述太阳能电池串联，以提高太阳能电池的封装效率和光电转换效率，然后采用封装结构对所述串联后的太阳能电池进行封装，形成有封装结构保护的封装太阳能电池。
本发明实施例的封装可以在层压机内进行，由于封装结构封装所述太阳能电池与现有技术相同，本发明实施例对此不再赘述。
本发明实施例中，对封装太阳能电池的边缘可以去毛刺处理，然后沿所述封装太阳能电池的边缘包覆金属边框，以形成太阳能电池板。
在实际应用中，可以将多个太阳能电池通过接线盒等进行串联以形成太阳能电池板。
本发明实施例中，由于所述太阳能电池的所述硅基底上层叠设置有衰减膜层和第一减反膜层；所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层，多层负电荷层包含的大量负电荷会在太阳能电池上形成良好的场钝化效应，降低背面少子复合速率，增大光伏电池效率。当上述太阳能电池发生PID效应时，最外层负电荷层内的大量负电荷被封装材料中聚集的金属离子中和，但是内层的负电荷层的场钝化效应依然存在，因此，可以有效降低太阳能电池PID衰减的风险。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必须的。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
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 (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：
硅基底以及在所述硅基底上层叠设置的衰减膜层和第一减反膜层；
所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述衰减膜层包括：多层交替设置的AlOx膜层和SiOx膜层；
所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处形成所述负电荷层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述AlOx膜层的厚度为0.5nm～2nm。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述SiOx膜层的厚度为0.5nm～2nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述负电荷层的数量至少为3层。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述硅基底上背离所述衰减膜层的一侧层叠设有钝化膜层和第二减反膜层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一减反膜层与所述第二减反膜层相同。
8.一种太阳能电池板，其特征在于，所述太阳能电池板由权利要求1-7任一项所述的太阳能电池组成。
9.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在硅基底上形成衰减膜层，其中，所述衰减膜层包括层叠的多层负电荷层；在所述衰减膜层上形成第一减反膜层。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述在所述硅基底上形成衰减膜层的步骤，包括：
在硅基底上交替沉积多层AlOx膜层和SiOx膜层，所述AlOx膜层与所述SiOx膜层的界面处形成所述负电荷层。
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