CN116314362A - 太阳能电池片的制备方法、电池片及电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池片的制备方法、电池片及电池组件。该太阳能电池片的制备方法，包括：利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理，并在硅基体的向光面形成改性层，改性层中悬挂键的数量少于硅基体中的悬挂键。该太阳能电池片的制备方法可以减少第一钝化减反射膜层对第一折射膜层的需求(折射率或/和厚度)，从而降低第一钝化减反射膜层整体折射率，减少入射光损失，提升太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种太阳能电池片的制备方法、电池片及电池组件。
背景技术
能源需求的增加和环境保护意识的增强促进了光伏产业，同时不断地将光伏产业向提效、降本方向发展。光电转换效率是提效的重要手段，也是提高太阳能电池效率的关键因素。影响光电转化效率的因素包括入射光子的数量和载流子复合程度，因此，如何使更多的入射光进入电池内部形成光生载流子以及减少载流子复合成为研究热点。
为了提高光生载流子的数量，同时减少载流子的复合，可以在硅基体的表面制备多层叠置的第一钝化减反射膜层，如多层氮化硅(SiNx)层，然而，第一钝化减反射膜层中靠近硅基体表面的第一折射膜层的反射率较高，对光的自吸收效应增加，导致进入PN结((PNjunction))的入射光能量减少，从而降低进入硅基体的入射光子和光生载流子的数量，从而降低了电池的光电转换效率。
发明内容
为此，本发明提供一种太阳能电池片的制备方法、电池片及电池组件，用以在保证钝化效果的同时，提高光电转换效率。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种太阳能电池片的制备方法，包括：
利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，所述改性层中悬挂键的数量少于所述硅基体中悬挂键的数量。
其中，所述利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之后，还包括：
在所述改性层背离所述硅基体的表面制备第一钝化减反射膜层，所述第一钝化减反射膜层包括第一折射膜层；
或者，所述利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之前，还包括：
在所述硅基体的向光面制备第一钝化减反射膜层，所述第一钝化减反射膜层包括第一折射膜层。
其中，所述含氢的气体包括氨气、氢气，所述含氧的气体包括一氧化二氮、氧气。
其中，在所述氨气和所述一氧化二氮的混合时，所述氨气和所述一氧化二氮的流量比例为1:0.5-1.5；
在所述氢气和所述氧气混合时，所述氢气和所述氧气的流量比例为1：0.15-0.5。
其中，在所述氨气和所述一氧化二氮的混合时，所述氨气的流量为4000-5000sccm，所述一氧化二氮的流量为4000-5000sccm；
在所述氢气和所述氧气混合时，所述氢气的流量为4000-5000sccm，所述氧气的流量为3000-4000sccm。
其中，在所述等离子体辉光放电工艺时，真空度为1000-1800mbar，温度350-600℃，工艺时长100-200秒。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种太阳能电池片，包括硅基体，以及设置在所述硅基体的向光面的第一钝化减反射膜层，所述第一钝化减反射膜层包括改性层和第一折射膜层，所述改性层设置于所述硅基体的向光面，所述第一折射膜层叠置于所述改性层的表面且位于远离所述硅基体一侧，所述改性层采用本发明实施例提供的所述的太阳能电池片的制备方法获得。
其中，所述第一折射膜层为氮化硅层，所述氮化硅层的厚度为3-10nm；
和/或，所述第一折射膜层的折射率为2.2-2.5。
其中，所述第一钝化减反射膜层还包括至少一层第二折射膜层；所述至少一层第二折射膜层叠置于所述第一折射膜层的表面且远离所述硅基体一侧。
为了实现上述目的，本发明第三方面提供一种电池组件，包括本申请实施例提供的所述太阳能电池片。
本发明实施例提供的太阳能电池片的制备方法，利用含氢和/或含氧的气体形成的等离子体辉光放电工艺对所述硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，等离子辉光放电可以电离含氮和/或含氧的气体并获得氢和/或氧原子，而氢原子和氧原子可以中和硅基体表面的悬挂键，使硅基体的向光面形成改性层，由于改性层中悬挂键的数量少于硅基体中的悬挂键，使得改性层具有钝化能力，由于改性层作为第一钝化减反射膜层的一部分，而改性层具有钝化能力，因此，可以降低第一钝化减反射膜层的整体折射率，即使降低第一折射膜层的厚度/折射率，也不会影响整个第一折射膜层的钝化效果，第一折射膜层的厚度和折射率的降低，还可以减少入射光的损失，使得更多的入射光能够进入硅基体，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例提供的太阳能电池片的结构示意图。
在附图中，
1-硅基体，2-第一钝化减反射膜层，21-第一折射膜层，22-第二折射膜层，4-改性层，5-第一金属栅线及电极层，6-第二钝化减反射膜层，7-第二金属栅线及电极层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如本发明所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和全部组合。
本发明所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本发明。如本发明所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。
当本发明中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
本发明所述实施例可借助本发明的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。
除非另外限定，否则本发明所用的全部术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本发明的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本发明明确如此限定。
图1为本发明实施例提供的太阳能电池片的结构示意图。参阅图1，太阳能电池片包括硅基体1，以及在硅基体1的向光面制备的第一钝化减反射膜层2，其中，第一钝化减反射膜层2至少包括叠置的第一折射膜层21和第二折射膜层22，第一折射膜层21设置在硅基体1的向光面，第二折射膜层22叠置于第一折射膜层21的表面，且位于远离硅基体1的一侧。第一折射膜层21的折射率高于第二折射膜层22的折射率。
在硅基体1的向光面一侧还包括改性层4，改性层4是硅基体1的一部分，但改性层4中的表面缺陷相对于其它位置较少。其中，表面缺陷包括悬挂键，硅基体1的向光面经过表面改性后，悬挂键被中和，可以增强硅基体1的钝化效果，从而减少第一折射膜层21的厚度/折射率。
在一些实施例中，太阳能电池片还包括第一金属栅线及电极层5，第一金属栅线及电极层5设置在第二折射膜层22的表面，且远离硅基体1的一侧。
在一些实施例中，太阳能电池片还包括设置在硅基体1的背光面的第二钝化减反射膜层6和第二金属栅线及电极层7，第二金属栅线及电极层7设置在第二钝化减反射膜层6的表面，且远离硅基体1的一侧。
第一金属栅线及电极层5和第二金属栅线及电极层7用于设置太阳能电池片的电极和栅线。
本发明实施例提供一种太阳能电池片的制备方法，该制备方法包括：利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，所述改性层中悬挂键的数量少于所述硅基体中的悬挂键。
其中，硅基体的向光面是指太阳能电池片接收光线的一侧，即入射光从向光面进入硅基体的内部。
在本发明实施中，辉光放电工艺是指在低压气体中显示辉光的气体放电现象，即封闭的容器内利用稀薄气体持续放电的现象，在放电过程中，电子将原子或分子等粒子激发，使得原子或分子进入激发态，从而形成等离子体。
在本发明实施例中，利用含氢和/或含氧的气体形成的等离子体辉光放电工艺对所述硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，等离子辉光放电可以电离含氮和/或含氧的气体并获得氢和/或氧原子，而氢原子和氧原子可以中和硅基体表面的悬挂键，使硅基体的向光面形成改性层，由于改性层中悬挂键的数量少于硅基体中的悬挂键，使得改性层具有钝化能力，由于改性层作为第一钝化减反射膜层的一部分，而改性层具有钝化能力，因此，可以降低第一钝化减反射膜层的整体折射率，即使降低第一折射膜层的厚度/折射率，也不会影响整个第一折射膜层的钝化效果，第一折射膜层的厚度和折射率的降低，还可以减少入射光的损失，使得更多的入射光能够进入硅基体，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
在本发明实施例中，可以利用辉光放电工艺直接对硅基体的向光面进行处理，也可以在硅基体的向光面制备第一折射膜层后，再利用辉光放电工艺直接对硅基体的向光面进行处理。
具体地，利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之前，还包括：在硅基体的向光面制备第一折射膜层。
第一折射膜层作为第一钝化减反射膜层的一部分，可利用沉积工艺制备，其中，沉积工艺包括但不限于物理气相沉积工艺和化学气相沉积工艺。
在一些实施例中，第一折射膜层为氮化硅层，氮化硅层的折射率1.95-2.05。氮化硅层中的氢原子可中和硅基体表面的悬挂键，提高第一钝化减反射膜层的整体钝化效果。
由于第一折射膜层的反射率较高，增加了入射光的自吸收效应，减少了到达硅基体的入射光，因此，需要减少第一折射膜层的厚度/折射率，同时保持第一钝化减反射膜层的钝化效果不变。本申请实施例通过辉光放电方式对硅基体的向光面进行改性，并在硅基体的向光面获得改性层，利用改性层提高钝化效果，同时减少第一折射膜层的厚度/折射率。
在本发明实施例中，利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之前，还包括：在改性层背离硅基体的表面制备第一折射膜层，第一折射膜层作为第一钝化减反射膜层的一部分，可利用沉积工艺制备，其中，沉积工艺包括但不限于物理气相沉积工艺和化学气相沉积工艺。
在沉积第一折射膜层之后，利用辉光放电工艺将含氢和/或含氧的气体形成等离子体，等离子体中的氢原子和氧原子可以透过第一折射膜层，对硅基体的向光面进行处理，中和硅基体表面的悬挂键，并在硅基体的向光面获得改性层。
其中，含氢的气体包括但不限于氨气(NH3)和氢气，含氧的气体包括但不限于一氧化二氮(N2O)和氧气。
本发明实施例提供的太阳能电池片的制备方法，利用含氢和/或含氧的气体形成的等离子体辉光放电工艺对所述硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，等离子辉光放电可以电离含氮和/或含氧的气体并获得氢和/或氧原子，而氢原子和氧原子可以中和硅基体表面的悬挂键，使硅基体的向光面形成改性层，由于改性层中悬挂键的数量少于硅基体中的悬挂键，使得改性层具有钝化能力，由于改性层作为第一钝化减反射膜层的一部分，而改性层具有钝化能力，因此，可以降低第一钝化减反射膜层的整体折射率，即使降低第一折射膜层的厚度/折射率，也不会影响整个第一折射膜层的钝化效果，第一折射膜层的厚度和折射率的降低，还可以减少入射光的损失，使得更多的入射光能够进入硅基体，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
向真空室通入一氧化二氮，在辉光放电过程中，一氧化二氮产生一氧化二氮等离子体，在等离子体中包含电离的氧离子，电离的氧离子可以扩散到硅基体的内部，中和硅基体内部的悬挂键，从而在硅基体的向光面形成改性层，由于改性层中悬挂键较少，使得改性层具有钝化能力，因此，即使降低第一折射膜层的厚度/折射率，钝化效果仍可以保持不变。另外，第一折射膜层的厚度/折射率的降低，使得第一钝化减反射膜层整体的折射率降低，可以使更多的入射光进入硅基体内部，提升太阳能电池片的光电转换效率，从而提高太阳能电池片的发电效率。
在一些实施例中，向真空室通入氨气和一氧化氮的混合气体，在辉光放电过程中，氨气和一氧化氮的混合气体电离，产生混合气体等离子体，在混合气体等离子体中含有电离的氢离子和氧离子，氢离子和氧离子扩散到硅基体的内部，中和硅基体内部的悬挂键，从而在硅基体的向光面形成改性层，由于改性层中悬挂键较少，使得改性层具有钝化能力，因此，即使降低第一折射膜层的厚度/折射率，钝化效果仍可以保持不变。另外，第一折射膜层的厚度的降低/折射率，使得第一钝化减反射膜层整体的折射率降低，可以使更多的入射光进入硅基体内部，提升太阳能电池片的光电转换效率，从而提高太阳能电池片的发电效率。
在氨气和一氧化二氮的混合时，氨气和一氧化二氮的流量比例为1:0.5-1.5，优选1:0,8-1.2，更优选1:1，通入真空室的氨气的流量为4000-5000sccm，优选4200-4800sccm，更优选4400-4600sccm，一氧化二氮的流量为4000-5000sccm，优选4200-4800sccm，更优选4400-4600sccm。
在所述氢气和所述氧气混合时，氢气和氧气的流量比例为1：0.15-0.5，优选1：0.2-0.4，更优选1:0.3，通入真空室的氢气的流量为4000-5000sccm，优选4200-4800sccm，更优选4400-4600sccm，氧气的流量为3000-4000sccm，优选3200-3800sccm，更优选3400-3600sccm。
在一些实施例中，在等离子体辉光放电工艺时，真空度为1000-1800mbar，真空度为优选1200-1600mbar，真空度为更优选1400-1500mbar，温度350-600℃，优选温度为400-500℃，更优选温度为420-460℃，工艺时长100-200秒，优选工艺时长120-180秒，更优选工艺时长为150-160秒。
除了在沉积第一折射膜层之前，利用辉光放电工艺对硅基体的向光面进行处理外，还可以在沉积第一折射膜层之后，利用辉光放电工艺对硅基体的向光面和第一折射膜层进行处理。
具体地，在第一折射膜层的表面且远离硅基体的一侧，利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对第一折射膜层和硅基体的向光面进行处理，以在硅基体的向光面获得改性层。
其中，辉光放电工艺与第一折射膜层沉积前的辉光放电工艺相同，在此不再赘述。
本发明实施例提供的太阳能电池片的制备方法，在沉积第一折射膜层之前，利用含氢和/或含氧的气体形成的等离子体辉光放电工艺对硅基体的向光面进行处理，并在硅基体的向光面获得改性层；或者，在第一折射膜层的表面且远离硅基体的一侧，利用含氮和/或含氧的气体形成的等离子体辉光放电工艺对硅基体进行处理，并在硅基体的向光面获得改性层，等离子辉光放电可以电离含氮和/或含氧的气体，获得氢和/或氧原子，氢原子和氧原子可以与硅表面的悬挂键结合，减少少子复合，提高钝化效果，使得第一折射膜层厚度/折射率减少也不会影响第一钝化减反射膜层整体的钝化效果。同时，第一折射膜层厚度/折射率的减少能够减少入射光的损失，使更多的光参与到载流子形成过程中，提升入射光利用率，从而提高太阳电池光电转换效率。
本申请实施例还提供一种太阳能电池片，包括硅基体，以及设置在硅基体的向光面的第一钝化减反射膜层，第一钝化减反射膜层包括改性层和第一折射膜层，改性层设置于硅基体的向光面，第一折射膜层叠置于改性层的表面且位于远离硅基体一侧，改性层采用本申请实施例提供的太阳能电池片的制备方法获得。
在一些实施例中，第一折射膜层为氮化硅层，氮化硅层的厚度为3-10nm。第一折射膜层的折射率为2.2-2.5。
在一些实施例中，第一钝化减反射膜层还包括至少一层第二折射膜层至少一层第二折射膜层叠置于所述第一折射膜层的表面且远离所述硅基体一侧。其中，第二折射膜层的折射率为1.4-1.8。
本发明实施例提供的太阳能电池片，在硅基体的向光面设置有改性层，以提升钝化减反射膜的钝化效果，使得降低第一折射膜层的厚度/折射率，也不会影响整个膜层的钝化效果。第一折射膜层的厚度和折射率的降低能确保第一钝化减反射膜层整体折射率的下降，并减少第一折射膜层对入射光的自吸收，使得更多的入射光能够用于激发光生载流子，从而提高太阳能电池片的光电转换效率。
本申请实施例还提供一种电池组件，包括本申请实施例提供的电池组件，该电池组件中第一折射膜层的厚度和折射率较小，降低了第一钝化减反射膜层的整体厚度和整体折射率，更多的入射光能够进入硅基体内部，从而提高太阳能电池片的光电转换效率。
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。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实施例的范围之内并且形成不同的实施例。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池片的制备方法，包括：
利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理，并在所述硅基体的向光面形成改性层，所述改性层中悬挂键的数量少于所述硅基体中悬挂键的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之后，还包括：
在所述改性层背离所述硅基体的表面制备第一折射模层；
或者，所述利用辉光放电工艺使含氢和/或含氧的气体形成等离子体，对硅基体的向光面进行处理之前，还包括：
在所述硅基体的向光面制备第一折射膜层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氢的气体包括氨气、氢气，所述含氧的气体包括一氧化二氮、氧气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述氨气和所述一氧化二氮的混合时，所述氨气和所述一氧化二氮的流量比例为1:0.5-1.5；
在所述氢气和所述氧气混合时，所述氢气和所述氧气的流量比例为1：0.15-0.5。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述氨气和所述一氧化二氮的混合时，所述氨气的流量为4000-5000sccm，所述一氧化二氮的流量为4000-5000sccm；
在所述氢气和所述氧气混合时，所述氢气的流量为4000-5000sccm，所述氧气的流量为3000-4000sccm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述等离子体辉光放电工艺时，真空度为1000-1800mbar，温度350-600℃，工艺时长100-200秒。
7.一种太阳能电池片，包括硅基体，以及设置在所述硅基体的向光面的第一钝化减反射膜层，所述第一钝化减反射膜层包括改性层和第一折射膜层，所述改性层设置于所述硅基体的向光面，所述第一折射膜层叠置于所述改性层的表面且位于远离所述硅基体一侧，其特征在于，所述改性层采用权利要求1-6任意一项所述的太阳能电池片的制备方法获得。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池片，其特征在于，所述第一折射膜层为氮化硅层，所述氮化硅层的厚度为3-10nm；
和/或，所述第一折射膜层的折射率为2.2-2.5。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池片，其特征在于，所述第一钝化减反射膜层还包括至少一层第二折射膜层；所述至少一层第二折射膜层叠置于所述第一折射膜层的表面且远离所述硅基体一侧。
10.一种电池组件，其特征在于，包括权利要求7至9任意一项所述太阳能电池片。
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|---|---|---|---|
| CN202310344866.3A CN116314362A (zh) | 2023-04-03 | 2023-04-03 | 太阳能电池片的制备方法、电池片及电池组件 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-04-03 CN CN202310344866.3A patent/CN116314362A/zh not_active Withdrawn
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