CN117059690A - 太阳能电池及光伏组件 - Google Patents

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徐孟雷
杨洁
张昕宇
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Jinko Solar Co Ltd
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Zhejiang Jinko Solar Co Ltd
Jinko Solar Co Ltd
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Abstract

本申请实施例涉及一种太阳能电池及光伏组件，太阳能电池包括：沿第一方向层叠设置的薄膜太阳能电池和底电池；底电池包括沿第一方向层叠设置的透明导电层、第一掺杂导电层、本征非晶硅层、基底、选择性钝化层和电极，透明导电层朝向薄膜太阳能电池，选择性钝化层覆盖基底远离本征非晶硅层的部分表面，且包括沿第二方向间隔排布的多个钝化接触结构，每一钝化接触结构包括沿第一方向堆叠设置的隧穿层和第二掺杂导电层，电极位于选择性钝化层远离基底的表面上，并与第二掺杂导电层欧姆接触；其中，第一掺杂导电层包括掺杂非晶硅层或者掺杂微晶硅层。至少有利于降低太阳能电池的载流子汇集损耗，提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

太阳能电池及光伏组件
技术领域
本申请实施例涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池及光伏组件。
背景技术
化石能源存在大气污染并且储量有限，而太阳能具有清洁、无污染和资源丰富等优点，因此，太阳能正在逐步成为替代化石能源的核心清洁能源，由于太阳能电池具有良好的光电转化效率，太阳能电池成为了清洁能源利用的发展重心。
当前的太阳能电池受限于能够吸收利用的光线的波长范围，光电转换效率有限。为了进一步提高太阳能电池的光电转换效率，可以将吸收不同波长的光线的薄膜太阳能电池和晶硅太阳能电池堆叠成叠层太阳能电池，从而提高太阳能电池的光电转换效率。然后当前的叠层太阳能电池的光电转换效率与理论光电转换效率之间的偏差较大。
发明内容
本申请实施例提供一种太阳能电池及光伏组件，至少有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
本申请实施例提供一种太阳能电池，包括：沿第一方向层叠设置的薄膜太阳能电池和底电池；所述底电池包括沿所述第一方向层叠设置的透明导电层、第一掺杂导电层、本征非晶硅层、基底、选择性钝化层和电极，所述透明导电层朝向所述薄膜太阳能电池，所述选择性钝化层覆盖所述基底远离所述本征非晶硅层的部分表面，且包括沿第二方向间隔排布的多个钝化接触结构，每一所述钝化接触结构包括沿所述第一方向堆叠设置的隧穿层和第二掺杂导电层，所述电极位于所述选择性钝化层远离所述基底的表面上，并与所述第二掺杂导电层欧姆接触；其中，所述第一掺杂导电层包括掺杂非晶硅层或者掺杂微晶硅层。
在一些实施例中，在沿所述第一方向上，所述第二掺杂导电层的厚度为5nm至150nm。
在一些实施例中，在沿所述第二方向上，所述钝化接触结构的宽度为10μm至100μm。
在一些实施例中，所述基底朝向所述选择性钝化层的表面包括正对所述钝化接触结构的第一凹凸区和与所述第一凹凸区邻接的第一平坦区。
在一些实施例中，位于所述第一凹凸区上的所述钝化接触结构中，至少部分所述钝化接触结构的所述第二掺杂导电层朝向所述电极的表面为凹凸表面。
在一些实施例中，所述基底朝向所述选择性钝化层的表面包括正对所述钝化接触结构的第二平坦区和与所述第二平坦区邻接的第二凹凸区。
在一些实施例中，在沿所述第一方向上，所述选择性钝化层在所述基底表面的正投影的面积与所述基底表面的面积之间的比值为1％至10％。
在一些实施例中，在沿所述第二方向上，相邻的所述钝化接触结构之间的间隔为0.5mm至1.5mm。
在一些实施例中，所述基底朝向所述本征非晶硅层的表面的形貌为绒面形貌。
在一些实施例中，在沿所述第一方向上，所述基底朝向所述本征非晶硅层的表面上的绒面结构凸出所述基底的高度为50nm至1μm。
在一些实施例中，所述第一掺杂导电层包含第一掺杂离子，所述基底和所述第二掺杂导电层中均包含第二掺杂离子，所述第一掺杂离子和所述第二掺杂离子中的一者为P型离子，另一者为N型离子。
在一些实施例中，所述底电池还包括：减反射层，所述减反射层位于所述选择性钝化层远离所述基底的表面上，所述减反射层覆盖所述基底的部分表面，以及至少部分所述钝化接触结构的侧面和远离所述基底的表面。
在一些实施例中，所述减反射层远离所述基底的表面为凹凸表面。
在一些实施例中，所述薄膜太阳能电池包括钙钛矿薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池或者III-V薄膜太阳能电池。
相应的本申请实施例还提供了一种光伏组件，包括：电池串，所述电池串由多个上述的太阳能电池连接而成；封装层，所述封装层用于覆盖所述电池串的表面；盖板，所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。
本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
本申请实施例提供的太阳能电池中，利用薄膜太阳能电池和底电池构建叠层太阳能电池的过程中，调整底电池的电池结构，底电池以隧穿氧化层钝化接触太阳能电池为基础，利用异质结太阳能电池的正面结构替换掉隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的正面结构，并利用异质结太阳能电池的正面结构中的透明导电层连通薄膜太阳能电池和底电池。通过对正面结构的替换，使得底电池具有完整的正面结构，提高底电池的开路电压的同时，避免了具有完整结构的底电池的正面电极与透明导电层形成金属半导体接触，降低薄膜太阳能电池与底电池之间的接触复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。将隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面钝化结构替换为由与电极一一对应的钝化接触结构构成的选择性钝化层，由于各钝化接触结构仅覆盖基底部分表面，电极会通过电镀的方式形成，电极烧穿第二掺杂导电层的能力大大降低，因此，可以降低选择性钝化层中钝化接触结构包含的第二掺杂导电层的厚度，并且由于正面结构中具有透明导电层，无需额外设置透明导电层连通底电池和薄膜太阳能电池，降低了叠层太阳能电池的整体厚度和成本。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请一实施例提供的一种太阳能电池整体结构的剖面结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的另一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的又一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的还一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图5为本申请一实施例提供的再一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图6为本申请一实施例提供的再一种太阳能电池的剖面结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的一种光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，当前的叠层太阳能电池的光电转换效率与理论光电转换效率之间的偏差较大。对叠层太阳能电池的光电转换效率造成限制的部分原因在于底电池与顶电池之间的复合损失和底电池自身的性能损失。当前在制备叠层太阳能电池的过程中，常用的方案是去除底电池的部分结构，然后在底电池暴露出的半导体导电层上形成透明导电层作为连通底电池和顶电池的功能层，并在透明导电层上形成顶电池。由于底电池去除了部分结构，因此，底电池的开路电压损失增大，进而导致底电池出现光电转换效率的损失，进而导致叠层太阳能电池的实际光电转换效率受限。而如果直接在底电池原有的电池结构上设置透明导电层和顶电池，底电池的电极和透明导电层之间会形成金属半导体接触，顶电池和底电池之间的接触复合大大提升，也会导致叠层太阳能电池光电转换效率受限。
本申请一实施例提供了一种太阳能电池，叠层太阳能电池中，底电池以隧穿氧化层钝化接触太阳能电池为基础，利用异质结太阳能电池的正面结构替换掉隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的正面结构，并利用异质结太阳能电池的正面结构中的透明导电层连通薄膜太阳能电池和底电池。通过对正面结构的替换，使得底电池具有完整的正面结构，提高底电池的开路电压的同时，避免了具有完整结构的底电池的正面电极与透明导电层形成金属半导体接触，降低薄膜太阳能电池与底电池之间的接触复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。将隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面钝化结构替换为由与电极一一对应的钝化接触结构构成的选择性钝化层，由于各钝化接触结构仅覆盖基底部分表面，电极会通过电镀的方式形成，电极烧穿第二掺杂导电层的能力大大降低，因此，可以降低选择性钝化层中钝化接触结构包含的第二掺杂导电层的厚度，并且由于正面结构中具有透明导电层，无需额外设置透明导电层连通底电池和薄膜太阳能电池，降低了叠层太阳能电池的整体厚度和成本。
下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本申请一实施例提供了一种太阳能电池，参考图1，图1为一种太阳能电池整体结构的剖面结构示意图，其中，X方向为第一方向，Y方向为第二方向。
太阳能电池包括：沿第一方向层叠设置的薄膜太阳能电池101和底电池102，底电池102包括沿第一方向层叠设置的透明导电层120、第一掺杂导电层121、本征非晶硅层122、基底123、选择性钝化层124和电极125，透明导电层120朝向薄膜太阳能电池101，选择性钝化层124覆盖基底123远离本征非晶硅层122的部分表面，且包括沿第二方向间隔排布的多个钝化接触结构140，每一钝化接触结构140包括沿第一方向堆叠设置的隧穿层141和第二掺杂导电层142，电极125位于选择性钝化层124远离基底123的表面上，并与第二掺杂导电层142欧姆接触，其中，第一掺杂导电层121包括掺杂非晶硅层或者掺杂微晶硅层。
叠层太阳能电池中，底电池102以隧穿氧化层钝化接触太阳能电池为基础，利用异质结太阳能电池的正面结构替换掉隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的正面结构，并利用异质结太阳能电池的正面结构中的透明导电层120连通薄膜太阳能电池101和底电池102。通过正面结构的调整，使得底电池102具有完整的正面结构，提高底电池102的开路电压的同时，避免了具有完整结构的底电池102的正面电极与透明导电层120形成金属半导体接触，降低薄膜太阳能电池101与底电池102之间的接触复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。将隧穿氧化层钝化接触太阳能电池的背面钝化结构替换为由与电极125一一对应的钝化接触结构140构成的选择性钝化层124，由于各钝化接触结构140仅覆盖基底123部分表面，电极125会通过电镀的方式形成，电极125烧穿第二掺杂导电层142的能力大大降低，因此，可以降低钝化接触结构140包含的第二掺杂导电层142的厚度，并且由于正面结构中具有透明导电层120，无需额外设置中间层连通底电池102和薄膜太阳能电池101，降低了叠层太阳能电池的整体厚度和成本。
在一些实施例中，基底123的材料可以为元素半导体材料。具体地，元素半导体材料由单一元素组成，例如可以是硅或者硅。其中，元素半导体材料可以为单晶态、多晶态、非晶态或者微晶态(同时具有单晶态和非晶态的状态，称为微晶态)，例如，硅可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅或者微晶硅中的至少一种。
基底123的材料也可以是化合物半导体材料。常见的化合物半导体材料包括但不限于锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟、钙钛矿、碲化镉、铜铟硒等材料。基底123也可以为蓝宝石基底、绝缘体上的硅基底或者绝缘体上的锗基底。
基底123可以为N型半导体基底或者P型半导体基底。N型半导体基底内掺杂有N型掺杂元素，N型掺杂元素可以为磷(P)元素、铋(Bi)元素、锑(Sb)元素或砷(As)元素等Ⅴ族元素中的任意一者。P型半导体基底内掺杂有P型元素，P型掺杂元素可以为硼(B)元素、铝(Al)元素、镓(Ga)元素或铟(In)元素等Ⅲ族元素中的任意一者。
另外，在电池为单面受光电池的情况下，电池具有相对的受光面和背光面，电池的正面结构指的电池受光面与电池基底之间的各功能层；在电池为双面受光电池的情况下，电池具有入射光强度较大的受光面和入射光强度较小的受光面，电池的正面结构指的是电池中入射光强度较大的受光面与电池基底之间的各功能层。
在一些实施例中，电极125可以是具有良好导电能力的金属电极，例如，铜电极、银电极或者铝电极等，还可以由其他具有良好导电能力的其他导电材料构成，例如，石墨烯电极或者超导体电极。
在一些实施例中，透明导电层120可以是ITO薄膜、IZO薄膜、AZO薄膜、IWO薄膜、FTO薄膜、ZnO薄膜、锶铟氧化物或者IXO薄膜中的至少一者。
在一些实施例中，隧穿层141的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或者氟化镁中的至少一者。
在一些实施例中，第二掺杂导电层142的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化铝等材料中的至少一种。
在一些实施例中，在沿第一方向上，本征非晶硅层122的厚度为1nm至10nm。
在沿第一方向上本征非晶硅层122的厚度指的是，本征非晶硅层122与基底123接触的表面，和本征非晶硅层122与第一掺杂导电层121接触的表面在沿第一方向的间隔。
可以将本征非晶硅层122的厚度设置在1nm至10nm的范围内，例如，1.25nm、1.5nm、1.75nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4.75nm、5.5nm、6.5nm、8nm或者9.5nm等。保证本征非晶硅层122具有足够的厚度，能够结合第一掺杂导电层121发挥良好的场钝化效果，提高基底123中载流子传输到本征非晶硅层122中的能力。同时，避免本征非晶硅层122由于厚度过大而出现短波效应降低、对波长较大的光线的吸收能力上升的问题，降低基底123的入射光损失，提高底电池102的光吸收率。
结合参考图2，图2为一种太阳能电池的剖面结构示意图，图2中基底123朝向选择性钝化层124的表面局部光滑。在一些实施例中，基底123朝向选择性钝化层124的表面包括正对钝化接触结构140的第一凹凸区131和与第一凹凸区131邻接的第一平坦区132。
在进行底电池102制备的过程中，为了降低底电池102在基底123表面的载流子复合，通常会将基底123朝向选择性钝化层124的表面设置成光滑表面。但在基于基底123的表面形貌形成钝化接触结构140后，钝化接触结构140与基底123的接触面积较小，基底123中产生的载流子传输到钝化接触结构140过程中的损耗较大，并且入射光在基底123中的光程也较短，基底123的光吸收效率较低，限制了太阳能电池的光电转换效率。
因此，在进行底电池102制备过程中，可以将底电池102朝向选择性钝化层124的表面设置成由第一凹凸区131和与第一凹凸区131邻接的第一平坦区132构成，并且使得第一凹凸区131与选择性钝化层124中的钝化接触结构140正对。利用与钝化接触结构140正对的第一凹凸区131增大钝化接触结构140与基底123之间的接触面积，降低载流子从基底123中传输到钝化接触结构140过程中的损耗，提高太阳能电池的光电转换效率。
结合参考图2和图3，图3为一种太阳能电池的剖面结构示意图，图3中第二掺杂导电层142朝向电极125的表面为凹凸表面。在一些实施例中，位于第一凹凸区131上的钝化接触结构140中，至少部分钝化接触结构140的第二掺杂导电层142朝向电极125的表面为凹凸表面。
影响太阳能电池的光电转换效率的因素还包括电极125进行载流子汇集过程中的载流子汇集损耗，而载流子汇集损耗大小与电极125和第二掺杂导电层142的接触电阻的大小负相关。钝化接触结构140的形成方式通常是在基底123的表面上依次沉积隧穿层141和第二掺杂导电层142，其中，沉积工艺包括化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等。
在钝化接触结构140正对的基底123的表面为凹凸表面的情况下，通过沉积工艺形成的第二掺杂导电层142正对第一凹凸区131的表面通常也为凹凸表面。在形成电极125后，电极125与第二掺杂导电层142的凹凸表面相接触，相较于与光滑表面相接触，电极125与第二掺杂导电层142的接触面积显著提升，进而降低了电极125与第二掺杂导电层142的接触电阻以及电极125在载流子汇集过程中的损耗，有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
另外，在进行钝化接触结构140制备的过程中，可以直接在表面局部光滑的基底123的第一凹凸区131上进行钝化接触结构140中各功能层的沉积，形成朝向电极125的表面为凹凸表面的第二掺杂导电层142。还可以在表面完全光滑的基底123上进行钝化接触结构140各功能层的沉积，然后在形成的钝化接触结构140中，选取至少部分钝化接触结构140，并对选中的钝化接触结构140的第二掺杂导电层142进行选择性刻蚀，从而使得第二掺杂导电层142朝向电极125的表面被刻蚀为凹凸表面。
因此，基底123朝向选择性钝化层124的表面可以是完全光滑的表面，也可以是由凹凸表面和光滑表面组合构成的局部光滑表面；无论基底123朝向选择性钝化层124的表面是光滑表面还是局部光滑表面，选择性钝化层124中，可以仅有部分第二掺杂导电层142朝向电极125的表面为凹凸表面，也可以所有第二掺杂导电层142朝向电极125的表面均为凹凸表面。
结合参考图1和图4，图4为一种太阳能电池的剖面结构示意图，图4中基底123朝向选择性钝化层124的表面局部光滑。在一些实施例中，基底123朝向选择性钝化层124的表面包括正对钝化接触结构140的第二平坦区133和与第二平坦区133邻接的第二凹凸区134。
影响太阳能电池光电转换效率的另一个因素在于太阳能电池的光吸收效率，在基底123朝向选择性钝化层124的表面的形貌为绒面形貌的情况下，绒面形貌会增大入射光线在基底123中的光程，进而使得基底123的光吸收效率得到提升。但是，由于基底123朝向选择性钝化层124的表面的形貌为绒面形貌，载流子在基底123朝向选择性钝化层124的表面的复合电流大大提升，对底电池102的光电转换效率造成限制。
因此，可以将基底123朝向选择性钝化层124的表面设置为由正对钝化接触结构140的第二平坦区133和与第二平坦区133邻接的第二凹凸区134构成。利用与第二平坦区133邻接的第二凹凸区134，增大入射光线在基底123中的光程，提高基底123的光吸收效率，同时将于钝化接触结构140正对的表面设置成第二平坦区133，降低基底123朝向选择性钝化层124的表面在与钝化接触结构140接触的区域的载流子复合电流，提高载流子传输到钝化接触结构140中的效率。
结合参考图1和图5，图5为一种太阳能电池的结构示意图，在一些实施例中，基底123朝向本征非晶硅层122的表面的形貌为绒面形貌。
参考上述针对基底123朝向选择性钝化层124的表面的形貌，对太阳能电池光电转换效率的影响，在基底123朝向本征非晶硅层122的表面的形貌为抛光形貌，即基底123朝向本征非晶硅层122的表面为光滑表面的情况下，基底123的光吸收效率较低。
因此，可以将底电池102中基底123朝向本征非晶硅层122的表面的形貌设置成绒面形貌，一方面利用基底123朝向本征非晶硅层122的表面的绒面形貌提高入射光线在基底123中的光程，提高基底123对入射光线的光吸收效率，另一方面，通过绒面形貌提高基底123与本征非晶硅层122的接触面积，降低载流子自基底123传输到本征非晶硅层122中的载流子损失，从而提高太阳能电池的光电转换效率。
此外，本征非晶硅层122、第一掺杂导电层121和透明导电层120的制备方式可以是直接在基底123的表面上通过沉积工艺依次形成，在基底123朝向本征非晶硅层122的表面的形貌为绒面形貌的情况下，本征非晶硅层122、第一掺杂导电层121及透明导电层120沿第一方向远离基底123的表面的形貌均会呈绒面形貌，透明导电层120上的绒面结构可以起到陷光和减反射的作用，降低入射到底电池102表面的光线的反射，提高底电池102的光吸收率，进而提高底电池102的光电转换效率。
在一些实施例中，在沿第一方向上，基底123朝向本征非晶硅层122的表面上的绒面结构凸出基底123的高度为50nm至1μm。
绒面结构沿第一方向凸出基底123的高度指的是，在沿第一方向上，绒面结构上任一点与基底123朝向本征非晶硅层122的表面之间的最大间隔h。
参考上述对基底123表面的形貌对基底123表面载流子复合电流大小的分析，在基底123朝向本征非晶硅层122的表面的形貌为绒面形貌的情况下，基底123表面上的载流子复合电流会一定程度上的增大。由于绒面结构能够提升的光吸收率有限，在沿第一方向上，若基底123朝向本征非晶硅层122的表面上的绒面结构凸出基底123的高度过大，可能会出现设置绒面结构引起的光吸收率提升对光电转换效率的影响，小于载流子复合电流提升对光电转换效率的影响的情况，无法有效提升底电池102的光电转换效率。由于绒面结构对基底123载流子复合电流的最小提升大于对基底123光吸收率的最小提升，因此，在沿第一方向上，若基底123朝向本征非晶硅层122的表面上的绒面结构凸出基底123的高度过低，也可能会出现绒面结构对光吸收率的影响小于对载流子复合电流的影响，也无法有效提升太阳能电池的光电转换效率。
因此，可以将基底123朝向本征非晶硅层122的表面上的绒面结构沿第一方向凸出基底123的高度设置在50nm至1μm的范围内，例如，55nm、65nm、80nm、100nm、125nm、150nm、200nm、250nm、325nm、400nm、500nm、650nm、800nm或者950nm等，保证绒面结构对基底123光吸收率的提升大于绒面结构对基底123载流子复合电流的提升，从而有效提高太阳能电池的光电转换效率。
参考图1，在一些实施例中，在沿第一方向上，第二掺杂导电层142的厚度为5nm至150nm。
第二掺杂导电层142沿第一方向的厚度指的是，在沿第一方向上，第二掺杂导电层142与隧穿层141接触的表面和第二掺杂导电层142远离基底123的表面之间的间隔d。
由于电极125设置在选择性钝化层124远离基底123的表面上，并与第二掺杂导电层142欧姆接触，因此，在第二掺杂导电层142的厚度过小的情况下，形成的电极125可能会贯穿第二掺杂导电层142与隧穿层141相接触，导致第二掺杂导电层142无法发挥出良好的钝化效果，进而引起底电池102光电转换效率的下降。在第二掺杂导电层142厚度过大的情况下，载流子通过隧穿层141到达第二掺杂导电层142后，从第二掺杂导电层142汇集到电极125过程中的传输距离过大，容易产生较大的载流子汇集损耗，同样会对底电池102的光电转换效率造成限制。
因此，可以将第二掺杂导电层142沿第一方向的厚度设置在5nm至150nm的范围内，例如，将第二掺杂导电层142的厚度设置为7.5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、45nm、60nm、80nm、100nm、125nm或者145nm等。通过将第二掺杂导电层142的厚度设置在合适的范围内，降低电极125对第二掺杂导电层142钝化效果的损伤，同时将载流子通过第二掺杂导电层142汇集到电极125的传输距离控制在较小的范围内，降低底电池102的载流子汇集损耗，提高底电池102的光电转换效率。
在一些实施例中，在沿第一方向上，隧穿层141的厚度为0.5nm至5nm。
隧穿层141沿第一方向的厚度指的是，隧穿层141与第二掺杂导电层142接触的表面，和隧穿层141与基底123接触的表面之间沿第一方向的间隔。隧穿层141的厚度过小的情况下，钝化接触结构140的钝化性能较差，底电池102的开路电压损失较大，载流子从基底123中传输到隧穿层141中的能力较差。由于钝化接触结构140的钝化性能具有一定的上限，隧穿层141的厚度过大的情况下，尽管底电池102的开路电压被尽可能提升，但载流子从隧穿层141传输到第二掺杂导电层142的传输距离大大增加，传输过程中的损耗也相应的增大。
因此，可以将隧穿层141沿第一方向的厚度设置在0.5nm至5nm的范围内，例如，将隧穿层141的厚度设置为0.6nm、0.7nm、0.85nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm、2.25nm、2.5nm、3.5nm或者4.25nm等。通过将隧穿层141的厚度设置在适当范围内，在尽量提高钝化接触结构140的钝化效果和底电池102的开路电压的同时，有效的限制隧穿层141的载流子传输损耗，从而提高底电池102的光电转换效率。
参考图1，在一些实施例中，在沿第二方向上，钝化接触结构140的宽度为10μm至100μm。
钝化接触结构140在沿第二方向上的宽度指的是，在沿第二方向上，钝化接触结构140相对的两侧边缘之间的间隔w1。
钝化接触结构140是基于电极125设计进行设置的，钝化接触结构140与电极125一一对应，并且需要使得电极125能够与钝化接触结构140中的第二掺杂导电层142欧姆接触。而为了使得电极125与第二掺杂导电层142之间的接触电阻较小，需要保证第二掺杂导电层142与电极125之间的接触面积足够大。
在钝化接触结构140的宽度过小的情况下，第二掺杂导电层142的宽度也过小，即使电极125覆盖第二掺杂导电层142朝向电极125的整个表面，电极125与第二掺杂导电层142之间的接触面积也还是较小，电极125与第二掺杂导电层142之间的接触电阻过大，电极125的载流子汇集损耗较大。在钝化接触结构140的宽度过大的情况下，由于基底123沿第二方向的总长度有限，基底123表面上可以按照一定间隔依次间隔设置的钝化接触结构140的数量会相应的下降，进而导致后续设置的电极125的数量下降，在沿第二方向上，相邻电极125之间的间隔上升。电极125对位于两个相邻电极125之间中央区域的载流子汇集所需的传输距离大大增加，进而导致电极125的载流子汇集损耗大大提升。
因此，在进行钝化接触结构140设置的过程中，可以将钝化接触结构140在沿第二方向上的宽度设置在10μm至100μm的范围内，例如，将钝化接触结构140的宽度设置为12μm、14μm、15μm、20μm、25μm、35μm、50μm、65μm、80μm或者95μm等。通过将钝化接触结构140的宽度设置在合适的范围内，降低电极125与第二掺杂导电层142的接触电阻的同时，避免电极125对位于相邻电极125之间中央区域的载流子的汇集损耗增大，提高太阳能电池的光电转换效率。
此外，本申请实施例为了便于理解，以钝化接触结构140沿垂直于第二方向的方向延伸为例进行的说明，在具体的设置中，还可以将钝化接触结构140的延伸方向与第二方向的之间的夹角设置成其他角度，例如，30度、37度、45度、53度或者60度等。此时，钝化接触结构140的宽度指的是，在沿垂直于延伸方向的方向上，钝化接触结构140相对的两侧边缘之间的间隔。
另外，钝化接触结构140和与钝化接触结构140对应的电极125的延伸方向相同，在进行钝化接触结构140设置的过程中，还可以结合电极125的宽度对钝化接触结构140的宽度进行设置，电极125的宽度指的是电极125在沿垂直于延伸方向的方向上相对两侧之间的间隔。
由于电极125与钝化接触结构140中的第二掺杂导电层142欧姆接触，电极125与第二掺杂导电层142的接触电阻与两者的接触面积相关联，在延伸长度一定的情况下，电极125与第二掺杂导电层142的接触面积和电极125自身的宽度以及钝化接触结构140的宽度相关。在电极125的宽度大于钝化接触结构140的宽度的情况下，电极125朝向基底123的表面与第二掺杂导电层142部分接触，电极125无法完全发挥出自身的载流子汇集性能。
因此，可以将钝化接触结构140的宽度设置的大于或者等于对应的电极125的宽度，从而使得在电极125正对钝化接触结构140设置的情况下，即钝化接触结构140沿延伸方向的中心线与电极125沿延伸方向的中心线重合或者误差很小的情况下，电极125朝向基底123的表面完全或者近乎完全与第二掺杂导电层142接触，从而使得电极125与第二掺杂导电层142发挥出的载流子汇集能力能够不受第二掺杂导电层142宽度的限制，提高电极125的载流子汇集效率。
在一些实施例中，在沿第二方向上，相邻的钝化接触结构之间的间隔为0.5mm至1.5mm。
沿第二方向相邻的两个钝化接触结构140之间的间隔指的是，两个钝化接触结构140沿第二方向相对的两侧之间的间隔w2。
参考上述针对钝化接触结构140沿第二方向的宽度的分析，钝化接触结构140是与电极125一一对应设置的，而基底123沿第二方向的总长度有限，在钝化接触结构140自身具有一定宽度的情况下，若相邻钝化接触结构140之间的间隔过小，则基底123上沿第二方向设置的钝化接触结构140和电极125的数量过多，进而导致底电池102的电极125设置成本过高，并且电极125的载流子汇集能力存在较多的浪费；若相邻钝化接触结构140之间的间隔过大，则基底123上沿第二方向设置的钝化接触结构140和电极125的数量过少，电极125对位于沿第二方向相邻的两个电极125之间中央区域的载流子汇集损失过大，进而导致底电池102的光电转换效率下降。
因此，在进行钝化接触结构140设置的过程中，可以将钝化接触结构140在沿第二方向上的间隔设置在0.5mm至1.5mm的范围内，例如，将相邻钝化接触结构140之间的间隔设置为0.55mm、0.6mm、0.75mm、0.9mm、1mm、1.2mm、1.35mm或者1.45mm等。通过将相邻钝化接触结构140的沿第二方向的间隔设置在合适的范围内，降低底电池102的钝化接触结构140和电极125的设置成本，同时避免电极125对位于相邻电极125之间中央区域的载流子的汇集损耗增大，提高太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施例中，在沿第一方向上，选择性钝化层124在基底123表面的正投影的面积与基底123表面的面积之间的比值为1％至10％。
结合参考关于钝化接触结构140宽度和相邻钝化接触结构140之间的间隔的描述和分析，在钝化接触结构140自身的宽度或者相邻钝化接触结构140之间的间隔一定的情况下，选择性钝化层124沿第一方向在基底123表面的正投影的面积，和选择性钝化层124正投影所在的基底123表面的面积之间的比值越大，选择性钝化层124中包含的钝化接触结构140数量越多，底电池102上的电极125的密度也越大。
在选择性钝化层124在基底123表面的正投影的面积与基底123表面的面积之间的比值过大的情况下，底电池102的电极125密度过大，底电池102的电极125制备成本较高，且电极125具有较大的载流子汇集能力冗余；在选择性钝化层124在基底123表面的正投影的面积与基底123表面的面积之间的比值过小的情况下，底电池102的电极125密度过小，相邻电极125之间沿第二方向上的间隔过大，电极125与位于相邻电极125中央区域的载流子之间的距离过大，进而导致电极125的载流子汇集损耗上升，同时由于钝化接触结构140覆盖的面积过小，选择性钝化层124发挥出的钝化效果有限，基底123中的载流子隧穿能力较差。
因此，在形成选择性钝化层124的过程中，可以将选择性钝化层124沿第一方向在基底123表面的正投影的面积，和选择性钝化层124正投影所在的基底123表面的面积之间的比值设置在1％至10％的范围内，例如，将比值设置为1.5％、2％、3％、4.5％、6％、8％或者9％等。通过将选择性钝化层124在基底123表面的正投影面积设置在合适的大小范围，保证选择性钝化层124的钝化效果以及底电池102的载流子隧穿能力，降低底电池102的电极125制备成本。
在一些实施例中，第一掺杂导电层121包含第一掺杂离子，基底123和第二掺杂导电层142中均包含第二掺杂离子，第一掺杂离子和第二掺杂离子中的一者为P型离子，另一者为N型离子。
底电池102的基底123可以为P型基底也可以为N型基底，为了形成PN结，第一掺杂导电层121的掺杂类型和基底123的掺杂类型不同，而为了形成钝化接触结构140，第二掺杂导电层142的掺杂类型需要和基底123的掺杂类型相同。因此，在第一掺杂导电层121包含第一掺杂离子，基底123和第二掺杂导电层142中均包含第二掺杂离子的情况下，若基底123的掺杂类型为P型，则第一掺杂离子为N型离子，第二掺杂离子为P型离子；若基底123的掺杂类型为N型，则第一掺杂离子为P型离子，第二掺杂离子为N型离子。
在一些实施例中，第一掺杂导电层121中第一掺杂离子的掺杂浓度为1017/cm3至1019/cm3。
在设置第一掺杂导电层121时，可以将第一掺杂导电层121中第一掺杂离子的浓度设置在1017/cm3至1019/cm3的范围内，例如，2×1017/cm3、4×17/cm3、7.5×1017/cm3、1018/cm3、3×1018/cm3、6×1018/cm3或者9×1018/cm3等。避免第一掺杂导电层121由于掺杂浓度过低而具有较大的载流子传输损耗，同时避免第一掺杂导电层121由于掺杂浓度过高而具有过大的光反射能力，降低底电池102与薄膜太阳能电池101之间的载流子传输损耗的同时，提高基底123的光吸收率，从而增大太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施例中，在沿第一方向上，第一掺杂导电层121的厚度为5nm至30nm。第一掺杂导电层121沿第一方向的厚度指的是，第一掺杂导电层121与本征非晶硅层122接触的表面，和第一掺杂导电层121与透明导电层120接触的表面之间沿第一方向的间隔。
可以将第一掺杂导电层121的厚度设置在5nm至30nm的范围内，例如，6nm、7.5nm、9nm、10nm、12.5nm、15.5nm、17.5nm、20nm、23nm、26nm或者28.5nm等。降低第一掺杂导电层121对入射光线中波长较大的部分的吸收，同时保证第一掺杂导电层121能够配合本征非晶硅层122发挥出良好的钝化效果，提高底电池102的开路电压，从而提高底电池102的光电转换效率。
结合参考图1和图6，图6为一种太阳能电池的剖面结构示意图，图6中底电池102还包括减反射层126。在一些实施例中，底电池102还包括：减反射层126，减反射层126位于选择性钝化层124远离基底123的表面上，减反射层126覆盖基底123的部分表面，以及至少部分钝化接触结构140的侧面和远离基底123的表面。
在进行底电池102的制备过程中，还可以在底电池102远离薄膜太阳能电池101的一侧形成减反射层126，利用减反射层126覆盖基底123朝向选择性钝化层124的表面中未被选择性钝化层124覆盖的部分，以及选择性钝化层124中至少部分钝化接触结构140的侧面和远离基底123的表面。为了便于理解，本申请实施例以减反射层126将选择性钝化层124暴露出的表面，以及基底123未被选择性钝化层124覆盖的表面完全覆盖为例进行的说明，减反射层126也可以仅覆盖基底123未被选择性钝化层124覆盖的部分表面或者部分选择性钝化层124暴露出的表面。
通过在底电池102远离薄膜太阳能电池的一侧形成减反射层126，利用减反射层126降低了底电池102对入射光线的反射，提高底电池102的光吸收量，同时减反射层126还可以配合钝化接触结构140进一步提高底电池102的钝化效果，从而提高底电池的光电转换效率。
在一些实施例中，减反射层126远离基底123的表面为凹凸表面。
在进行减反射层126设置的过程中，可以将减反射层126远离基底123的表面设置为凹凸表面，利用减反射层126远离基底123的表面上的凹凸结构，提高入射光线在底电池102中的光程，进一步提高底电池102的光吸收效率。
其中，减反射层126远离基底123的表面可以整面为凹凸表面，也可以局部为凹凸表面，例如，减反射层126远离基底123的表面中，正对基底123未被钝化接触结构140覆盖的部分为凹凸表面，其余部分为光滑表面，或者减反射层126远离基底123的表面中，正对基底123未被钝化接触结构140覆盖的部分为光滑表面，其余部分为凹凸表面。
在一些实施例中，薄膜太阳能电池101包括钙钛矿薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池或者III-V薄膜太阳能电池。
由于底电池102是基于TOPCon电池结构的太阳能电池，底电池102可吸收的光的波长通常较大，因此，作为顶电池的薄膜太阳能电池101可以为可吸收的光的波长较小的钙钛矿薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池或者III-V薄膜太阳能电池中的任意一个。
综上，本申请实施例提供了一种太阳能电池，在叠层太阳能电池中，底电池102以TOPCon电池的结构为基础，利用异质结太阳能电池的正面结构替换掉TOPCon电池的正面结构，并利用异质结太阳能电池的正面结构中的透明导电层120连通薄膜太阳能电池101和底电池102。通过正面结构的调整，使得底电池102具有完整的正面结构，提高底电池102的开路电压的同时，避免了底电池102的正面电极与透明导电层120形成金属半导体接触，降低薄膜太阳能电池101与底电池102之间的接触复合，提高了太阳能电池的光电转换效率。将TOPCon电池的背面钝化结构替换为由与电极125一一对应的钝化接触结构140构成的选择性钝化层124，由于各钝化接触结构140仅覆盖基底123部分表面，电极125会通过电镀的方式形成，电极125烧穿第二掺杂导电层142的能力大大降低，因此，可以降低钝化接触结构140包含的第二掺杂导电层142的厚度，并且由于正面结构中具有透明导电层120，无需额外设置中间层连通底电池102和顶电池，降低了叠层太阳能电池的整体厚度和成本。
本申请实施例还提供了一种光伏组件，参考图7，包括：电池串701，电池串701由多个上述的太阳能电池连接而成；封装层702，封装层702用于覆盖电池串701的表面；盖板703，盖板703用于覆盖封装层702远离电池串701的表面。太阳能电池以整片或者多分片的形式电连接形成多个电池串702，多个电池串702以串联和/或并联的方式进行电连接。
在一些实施例中，多个电池串702之间可以通过导电带704电连接。封装层702覆盖太阳能电池的正面以及背面，具体地，封装层702可以为乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)胶膜、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)胶膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)胶膜等有机封装胶膜。在一些实施例中，盖板703可以为玻璃盖板、塑料盖板等具有透光功能的盖板703。盖板703朝向封装层702的表面可以为凹凸表面，从而增加入射光线的利用率。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，而不偏离本申请的精神和范围，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：沿第一方向层叠设置的薄膜太阳能电池和底电池；所述底电池包括沿所述第一方向层叠设置的透明导电层、第一掺杂导电层、本征非晶硅层、基底、选择性钝化层和电极，所述透明导电层朝向所述薄膜太阳能电池，所述选择性钝化层覆盖所述基底远离所述本征非晶硅层的部分表面，且包括沿第二方向间隔排布的多个钝化接触结构，每一所述钝化接触结构包括沿所述第一方向堆叠设置的隧穿层和第二掺杂导电层，所述电极位于所述选择性钝化层远离所述基底的表面上，并与所述第二掺杂导电层欧姆接触；
其中，所述第一掺杂导电层包括掺杂非晶硅层或者掺杂微晶硅层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在沿所述第一方向上，所述第二掺杂导电层的厚度为5nm至150nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在沿所述第二方向上，所述钝化接触结构的宽度为10μm至100μm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基底朝向所述选择性钝化层的表面包括正对所述钝化接触结构的第一凹凸区，和与所述第一凹凸区邻接的第一平坦区。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，位于所述第一凹凸区上的所述钝化接触结构中，至少部分所述钝化接触结构的所述第二掺杂导电层朝向所述电极的表面为凹凸表面。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基底朝向所述选择性钝化层的表面包括正对所述钝化接触结构的第二平坦区，和与所述第二平坦区邻接的第二凹凸区。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在沿所述第一方向上，所述选择性钝化层在所述基底表面的正投影的面积与所述基底表面的面积之间的比值为1％至10％。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，在沿所述第二方向上，相邻的所述钝化接触结构之间的间隔为0.5mm至1.5mm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述基底朝向所述本征非晶硅层的表面的形貌为绒面形貌。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，在沿所述第一方向上，所述基底朝向所述本征非晶硅层的表面上的绒面结构凸出所述基底的高度为50nm至1μm。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂导电层包含第一掺杂离子，所述基底和所述第二掺杂导电层中均包含第二掺杂离子，所述第一掺杂离子和所述第二掺杂离子中的一者为P型离子，另一者为N型离子。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述底电池还包括：减反射层，所述减反射层位于所述选择性钝化层远离所述基底的表面上，所述减反射层覆盖所述基底的部分表面，以及至少部分所述钝化接触结构的侧面和远离所述基底的表面。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其特征在于，所述减反射层远离所述基底的表面为凹凸表面。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述薄膜太阳能电池包括钙钛矿薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池或者III-V薄膜太阳能电池。
15.一种光伏组件，其特征在于，包括：
电池串，所述电池串由多个权利要求1至14中任一项所述的太阳能电池连接而成；
封装层，所述封装层用于覆盖所述电池串的表面；
盖板，所述盖板用于覆盖所述封装层远离所述电池串的表面。
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CN118507547A (zh) * 2024-07-17 2024-08-16 天合光能股份有限公司 太阳能电池及其制备方法、光伏组件

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