CN118738152A - 一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件，涉及光伏技术领域，以解决光伏电池对长波段的光谱响应性差的技术问题。该光伏电池，包括衬底、主栅、介质层、金属层以及堆叠在衬底的第一钝化层，介质层堆叠在钝化层背离衬底的一侧，且位于第一钝化层除主栅之外的其它区域上；金属层堆叠在介质层背离第一钝化层的一侧，且与主栅间隔开，金属层和第一钝化层之间通过介质层电隔离开。该光伏电池提升了在长波段光谱的响应性，提升了短路电流密度进而提高光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
隧穿氧化钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)光伏电池中，N型TOPCon光伏电池由于少子寿命高、光致衰减小，具有发电量高和稳定性强等特点。尽管TOPCon光伏电池利用背面隧穿氧化钝化接触有着出色的钝化作用并获得了很好的开路电压，但晶体硅在900nm～1200nm波段吸收系数较低，且为了降低成本，对硅片厚度不断进行减薄，较薄的硅片会造成大量的红外光逃逸损失，限制了TOPCon光伏电池短路电流密度Jsc的提升，同时也制约了光电转换效率的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件，以解决光伏电池对长波段的光谱响应性差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种光伏电池，包括衬底、主栅、介质层、金属层以及堆叠在所述衬底的第一钝化层，
所述介质层堆叠在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧，且位于所述第一钝化层除所述主栅之外的其它区域上；
所述金属层堆叠在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧，且与所述主栅间隔开，
所述金属层和所述第一钝化层之间通过所述介质层电隔离开。
根据本发明的至少一个实施方式，所述介质层与所述主栅间隔开。
根据本发明的至少一个实施方式，所述介质层与所述主栅之间具有第一间距，所述金属层与所述主栅之间具有第二间距，所述第二间距等于或大于所述第一间距。
根据本发明的至少一个实施方式，所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝或氟化镁中的至少一种；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝或铜中的至少一种。
根据本发明的至少一个实施方式，所述介质层的厚度的取值范围为1nm～300nm；和/或，
所述金属层的厚度的取值范围为200nm～1000nm。
根据本发明的至少一个实施方式，所述衬底包括硅基底或锗基底。
根据本发明的至少一个实施方式，所述光伏电池包括隧穿氧化钝化接触光伏电池、交叉指式背接触光伏电池中的一种。
根据本发明的至少一个实施方式，所述光伏电池还包括隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层堆叠在所述衬底与所述第一钝化层之间，且所述隧穿氧化层、所述掺杂多晶硅层沿着远离所述衬底的方向排布。
根据本发明的至少一个实施方式，所述光伏电池还包括扩散层、第二钝化层和钝化减反层，所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层依次形成在所述衬底背离所述第一钝化层的一侧，且所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层沿着远离所述衬底的方向排布。
根据本发明的至少一个实施方式，所述掺杂多晶硅层为磷掺杂多晶硅层，所述扩散层为硼掺杂扩散层。
第二方面，本发明还提供一种光伏电池制备方法，包括：
提供堆叠有第一钝化层的衬底；
在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上；
在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开；
其中，所述金属层与所述第一钝化层之间被所述介质层电隔离开。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上的步骤中，包括：
将第一掩膜板盖设在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第一掩膜板的遮蔽所述主栅的第一遮蔽条的宽度大于或等于相应所述主栅的宽度；
蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层。
根据本发明的至少一个实施方式，当所述第一遮蔽条的宽度大于相应所述主栅的宽度时，蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层，其中，所述介质层与所述主栅间隔开。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
将第二掩膜板盖设在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第二掩膜板的遮蔽所述主栅的第二遮蔽条的宽度大于或等于所述第一掩膜板的所述第一遮蔽条的宽度；
蒸镀金属材料在所述介质层上形成所述金属层。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上的步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述介质层的沉积速率为和/或，
所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝或氟化镁中的至少一种。
根据本发明的至少一个实施方式，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述金属层至第一预设厚度的沉积速率为 沉积所述金属层从所述第一预设厚度至第二预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第二预设厚度至第三预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第三预设厚度至第四预设厚度的沉积速率为其中，所述第一预设厚度、所述第二预设厚度、所述第三预设厚度以及所述第四预设厚度依次增加；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝、或铜中的至少一种。
第三方面，本发明还提供一种光伏电池组件，包括多个电连接的光伏电池，至少一个所述光伏电池为第一方面所述的光伏电池，或者，
至少一个所述光伏电池为第二方面所述的制备方法制得的光伏电池。
本发明示例性实施例中提供的一个或多个技术方案中，至少可实现如下有益效果之一。
本发明示例性实施例的光伏电池通过在钝化层上堆叠介质层和金属层形成的背反结构，使得光伏电池对长波段的光谱响应明显增加，减少入射光的逃逸损失，从而获得更高的光电转换效率。在金属层与钝化层之间通过介质层电隔离开，可以避免钝化层上的细栅与金属层直接接触造成的载流子复合，从而使得金属层可以增强光伏电池的光学吸收。同时，申请人发现，金属层的载流子迁移率低于主栅的载流子迁移率，二者直接接触也会导致接触位置的载流子复合，进而导致光伏电池填充因子降低。因此，将金属层与主栅间隔开，以及金属层通过介质层与细栅电隔离开，可以在保证光伏电池填充因子不变的情况下，利用介质层和金属层形成的背反结构，提升光伏电池在长波段光谱的响应性，提升短路电流密度进而提高光电转换效率。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分；
图1是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池的剖视结构示意图；
图2是根据本发明的实施方式的第一掩膜板的俯视结构示意图；
图3是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池堆叠背反结构前后的内量子效率及反射率的测试曲线；
图4是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池堆叠背反结构前后的外量子效率的测试曲线；
图5是根据本发明的实施方式的光伏电池制备方法的流程示意图。
附图标记：10、衬底；21、隧穿氧化层；22、掺杂多晶硅层；23、第一钝化层；24、介质层；25、金属层；26、主栅；31、扩散层；32、第二钝化层；33、钝化减反层；34、栅极；40、第一掩膜板；41、第一遮蔽条。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在介绍本发明实施例之前首先对本发明实施例中涉及到的相关名词作如下释义：
主栅又称为主栅线(Busbar)，是一种较宽的金属导电路径，负责收集从细栅线传导过来的电流，并将其导出到外部电路。主栅线通常由银、铝或其他高导电性材料制成，以确保低电阻损耗和高效率。主栅线一般横跨整个光伏电池，通常有2到5条或者更多条，平行排列。它们需要足够宽以减少电阻，但不能过宽，否则会遮挡过多的光，降低光伏电池的光吸收效率。
细栅又称为细栅线(Finger)，是一种相对较窄的导电路径，负责从光伏电池的表面收集电荷载流子(电子和空穴)，并将它们传导到主栅线。细栅线通常也是由银浆等高导电性材料制成。细栅线在电池表面形成网格状结构，覆盖了大部分电池表面积。细栅线需要足够细密以最大化光吸收，同时确保电阻不会过高。细栅线的密度和布局需要优化，以在不显著增加电阻的情况下，尽量多地捕捉和传导电荷。
等离激元(Plasmon)是一种在金属表面上存在的量子激发，它是电子与电磁场相互作用的结果。当光线照射到金属表面时，金属中的自由电子会受到电场的作用而振动，从而形成等离激元。等离激元具有许多特殊的性质，包括表面增强拉曼散射、局域场增强等效、表面增强荧光等。
载流子是指在半导体材料中参与电流传输的带电粒子，可以是电子或空穴。在半导体中，电子是主要的载流子，它们通过在晶格中移动来传导电流。当电子从原子中获得能量并跃迁到导带中时，它们成为自由载流子，能够在材料中移动并导电。另一方面，空穴是带正电荷的载流子，它们是由于价带中电子的跃迁而留下的。载流子的运动是半导体器件工作的基础，包括晶体管、二极管等。
填充因子(Fill Factor，FF)在光伏电池和其他光电器件中，可以用来衡量光电器件内部电阻和电子损失对其性能的影响。填充因子是电流-电压(I-V)曲线的一个特征，填充因子表示最大输出功率ImVm与极限输出功率IscVoc之比，即：FF＝ImVm/IscVoc。
填充因子的取值范围在0到1之间，越接近1表示光电器件的性能越好。填充因子主要决定于串联电阻，旁路电阻及PN结特性。串联电阻增大，旁路电阻减小，以及PN结中存在缺陷与杂质等不良情况时，都会使FF变小。此外，填充因子随电池材料的禁带宽度的增大而增大。
短路电流密度(Short Circuit Current Density，Jsc)是指光伏电池在短路状态下单位面积上产生的电流密度。在短路状态下，光伏电池的两个电极被直接连接在一起，没有外部负载，其数值大小表现为J-V曲线示意图中的纵轴截距大小，单位是mA/cm2。Jsc主要受入射光强度和材料吸收带隙大小影响，带隙越小，将光子转换成电能的能力越强。除此之外，器件厚度、各层薄膜质量、载流子传输能力都会对Jsc的大小产生影响。
开路电压(Open Circuit Voltage，Voc)是指在光伏电池未连接任何负载时，两个电极之间的电压差。开路电压的具体值在J-V曲线示意图中表现为在横向数轴上的截距长度，其单位一般为mV或V。
外量子效率(External Quantum Efficiency，EQE)是指光电器件(如光伏电池或光电二极管)在外部光照射下产生电流的效率。它是一个衡量器件性能的重要指标之一，通常以百分比表示。具体来说，外量子效率表示通过测量单位能量光子在器件中产生的电子-空穴对的数量与入射光子数的比率。
内量子效率(Internal Quantum Efficiency，IQE)是指在光电器件(比如LED、光伏电池等)中，光子被吸收并转换为电子-空穴对的效率。它衡量了一个器件中电子-空穴对的产生效率。对于光伏电池来说，内量子效率则表示光子能量被转换为电子能量的效率。高内量子效率意味着光伏电池可以更有效地将太阳光转化为电能。
相关技术中，TOPCon光伏电池利用背面隧穿氧化钝化接触有着出色的钝化作用并获得了很好的开路电压。但不断减薄的硅片厚度，会造成大量的红外光逃逸损失，限制了TOPCon光伏电池短路电流密度Jsc的提升。在印刷有栅线(包括细栅和主栅)的TOPCon光伏电池单独沉积金属纳米颗粒构建背反结构可以提升光伏电池的红外光谱响应。
但是，上述直接在栅线上沉积金属背反结构会导致金属与细栅直接接触造成载流子复合，导致光伏电池的填充因子降低。申请人发现，金属背反结构与主栅直接接触时，金属背反结构的电导率小于主栅的电导率，也会导致主栅的导电性降低，进而导致光伏电池的填充因子降低。
针对上述问题，本发明示例性实施例提供的光伏电池，金属层通过沉积金属纳米颗粒的方式堆叠在介质层上形成背反结构，在特定频率的光场驱动下，金属纳米颗粒表面自由电子与光子相互作用形成局域表面等离激元共振，共振能显著增强金属纳米颗粒表面局域场从而对入射光产生多角度的散射，有效延长光在吸收介质中的光程，尤其是长波段的光谱响应可以得到提升；进一步地，通过介质层将金属层与细栅电隔离开，同时将金属层与位于背场的主栅间隔开，使得背反结构中的金属层无论与细栅还是主栅均避免了直接接触，可以在保证填充因子不变的情况下，使得光伏电池在长波段反射率得到明显提升，有利于减少该长波段光的逃逸损失，提高了光伏电池对长波段的光谱响应。
下文将以TOPCon光伏电池进行举例说明，不应理解为本发明的结构仅可以为TOPCon光伏电池，例如，还可以为交叉指式背接触光伏电池(Interdigitated BackContact，IBC)等。
图1是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池的剖视结构示意图。如图1所示，本发明示例性实施例提供的TOPCon光伏电池，包括衬底10，在衬底10的受光面，也即光伏电池的正面沿着远离衬底10的方向依次包括扩散层31、第二钝化层32和钝化减反层33。TOPCon光伏电池的正面还印刷有栅线，包括正面主栅(栅极34)和正面细栅线(图中未示出)。在衬底10的背场中，也即光伏电池的背面沿着远离衬底10的方向依次包括隧穿氧化层21、掺杂多晶硅层22、第一钝化层23。光伏电池的背场也印刷有栅线，包括背场的主栅26和背场的细栅(图中未示出)。需要说明的是，图1所示的TOPCon光伏电池剖面为垂直于主栅26的延伸方向的剖面。
示例性地，扩散层31可以为硼掺杂扩散层，第二钝化层32可以为氧化铝、氧化硅、氧化镓、氮化硅、氮化铝、氮氧化硅、氮氧化铝中的至少一种形成；掺杂多晶硅层22可以为磷掺杂多晶硅层。
为了描述方便，若没有特别说明，下文中提到的主栅是指背场的主栅26，细栅指背场中的细栅。
如图1所示，本发明示例性实施例的TOPCon光伏电池在背场中还包括由介质层24、金属层25形成的背反结构，介质层24堆叠在第一钝化层23背离衬底10的一侧，且位于第一钝化层23除主栅26之外的其它区域上，金属层25堆叠在介质层24背离第一钝化层23的一侧，且与主栅26间隔开。也即，介质层24将第一钝化层23上的细栅与金属层25之间完全电隔离，以免金属层25与细栅之间直接接触造成载流子收集的损失。同时，金属层25与主栅26之间也被间隔开，即金属层25与主栅26之间不会直接接触，避免了由于金属层25的电导率小于主栅26的电导率，所造成的主栅导电性降低的问题，保证了光伏电池的填充因子不会降低。基于此，本发明示例性实施例的光伏电池的背反结构，在保证填充因子不变的情况下，可以有效提升TOPCon光伏电池的光学吸收，特别是长波段的光谱响应得到了明显的提升，进而有效地提高了TOPCon光伏电池的短路电流密度和光电转换效率。
在一些实施方式中，如图1所示，介质层24与主栅26间隔开，也即介质层24与主栅26的宽度方向的两侧分别具有一定间距。当介质层24与主栅26进行直接接触时，也会影响主栅26的导电性进而导致填充因子的减低。基于此，当介质层24与主栅26间隔开后，可以避免二者直接接触造成的上述不利影响。
示例一，一种N型TOPCon光伏电池的制备，包括：
S1、在N型单晶硅片的正面进行制绒、硼扩散得到扩散层31；
S2、在N型单晶硅片的背面依次沉积0.5nm～3nm的氧化硅材质的隧穿氧化层21、50nm～150nm的掺杂多晶硅层22，其中掺杂元素为磷；
S3、在扩散层31上沉积第二钝化层32和钝化减反层33，第二钝化层32/钝化减反层33为氧化铝/氮化硅叠层结构；在掺杂多晶硅层22上沉积第一钝化层23，第一钝化层23为氧化铝层；
S4、在第一钝化层23上沉积背反结构，其中，背反结构中的介质层24采用MgF2制备而成，金属层25采用Ag制备而成；
S5、在正面和背面印刷主栅和细栅浆料烧结形成正面的金属电极和背面的金属电极，背面的金属电极贯穿第一钝化层23与掺杂多晶硅层22接触，且背反结构与背面的金属电极间隔开，形成TOPCon光伏电池。
对比例：本对比例与示例一的区别仅在于，TOPCon光伏电池的制备不包括步骤S4。
图3是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池堆叠背反结构前后的内量子效率及反射率的测试曲线。如图3所示，横坐标为光谱波长(wavelength)，纵坐标为内量子效率(Internal Quantum Efficiency，IQE)以及反射率(R％)。示例一中制备了MgF2/Ag叠层背反结构的TOPCon光伏电池，在900nm～1200nm波段的平均反射率大于对比例中无背反结构的光伏电池在该波段平均反射率，对长波光出色的反射特性更有助于提升TOPCon电池的长波光谱响应。同时，通过内量子效率测试结果可知，示例一中制备了MgF2/Ag叠层背反结构的TOPCon光伏电池相对于对比例，在900nm～1200nm波段的光谱响应明显提升，使得TOPCon光伏电池的短路电流密度提升。
图4是根据本发明的实施方式的TOPCon光伏电池堆叠背反结构前后的外量子效率的测试曲线。如图4所示，横坐标为光谱波长(wavelength)，纵坐标为外量子效率(ExternalQuantum Efficiency，EQE)。示例一中制备了MgF2/Ag叠层背反结构的TOPCon光伏电池，在900nm～1200nm波段的光谱响应相对于对比例的光谱响应明显提升，并且基于EQE得到的短路电流密度提升0.283mA/cm2。需要说明的是，电流密度为由软件根据EQE积分计算得到。
由图3和图4的测试结果可知，制备了MgF2/Ag叠层背反结构的TOPCon光伏电池可以在保证填充因子不变的情况下，有效提升TOPCon光伏电池的光学吸收，特别是提升了长波段的光谱响应，从而提高了TOPCon光伏电池的光电转换效率。
考虑到在介质层24上堆叠金属层25时，形成金属层25的金属颗粒有可能绕过介质层24直接与细栅或主栅26接触，从而造成载流子复合导致的填充因子降低。为了尽量避免该种情况发生，介质层24与主栅26之间具有第一间距L1，金属层25与主栅26之间具有第二间距L2，第二间距L2等于或大于第一间距L1。
如图1所示，主栅26的两侧是指的主栅26宽度方向的两侧，该宽度方向垂直于主栅26的延伸方向。上述介质层24与主栅26之间具有第一间距L1是指，位于主栅26两侧的介质层24与主栅26的相应侧边之间分别具有第一间距L1；上述金属层25与主栅26之间具有第二间距L2是指，位于主栅26两侧的金属层25与主栅26的相应侧边之间分别具有第二间距L2。
示例性地，第二间距L2可以与第一间距L1相一致。还可选地，第二间距L2也可以大于第一间距L1，以使得在介质层24上堆叠金属层25时，使得介质层24可以完全发挥出电隔离作用，以隔绝金属层25与细栅。
示例性地，第一间距L1的取值范围为0.3mm～0.5mm，例如L1可以为0.33mm、0.35mm、0.39mm、0.41mm、0.44mm、0.47mm等；第二间距L2的取值范围为0.5mm～1mm，例如L2可以为0.55mm、0.59mm、0.65mm、0.7mm、0.77mm、0.85mm、0.87mm、0.93mm等。示例性地，主栅26的宽度w的取值范围为30μm～80μm，例如主栅26的宽度w可以为35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm等。
在一些实施方式中，介质层24的折射率小于第一钝化层23的折射率。例如，介质层24的折射率n0，第一钝化层23的折射率n1，衬底10的折射率n2，三者的折射率满足以下关系：同时，介质层24在TOPCon光伏电池存在光谱响应的900nm～1200nm波段中吸收系数k为0。
示例性地，介质层24的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝、或氟化镁中的至少一种。金属层25的材质包括金、银、铝、或铜中的至少一种。
例如，金属层25通过沉积金属纳米颗粒的方式形成在介质层24上。在特定频率的光场驱动下，金属纳米颗粒表面自由电子与光子相互作用形成局域表面等离激元共振，共振能显著增强金属纳米颗粒表面局域场从而对入射光产生多角度的散射，有效延长光在吸收介质中的光程。基于此，通过在介质层24上沉积金属纳米颗粒以形成背反结构可以提升TOPCon光伏电池的红外光谱响应。
举例来说，金属层25为银纳米颗粒沉积形成的层，主栅26和细栅由银浆印刷在光伏电池上形成，经测试得到主栅26和细栅的电导率为1.80E5(1/Ω·cm)；而金属层25的电导率为1.747E5(1/Ω·cm)。由此可知，金属层25的电导率小于主栅26和细栅的电导率，当二者直接接触时，会造成载流子收集的损失，而在金属层25与细栅之间通过介质层24的电隔离，则可避免上述载流子收集的损失。
在一些实施方式中，如图1所示，介质层24的厚度的取值范围为1nm～300nm。介质层24的作用是阻隔金属层25与细栅之间的直接接触，当介质层24的厚度为1nm时，即可保证金属层25与细栅之间的阻隔效果。
在一些实施方式中，如图1所示，金属层25的厚度的取值范围为200nm～1000nm。金属层25堆叠在介质层24上形成的背反结构需要兼顾出色的反射特性，当金属层25的厚度大于200nm时，金属层25在900nm～1200nm波段可以达到95％以上的反射率，且随着厚度的增加，反射率会逐渐接近100％。例如银形成的200nm厚的金属层25在900nm～1200nm波段平均反射率达到97％。考虑到银的成本较高，金属层25的厚度设置为最高1000nm即1μm。示例性地，金属层25的厚度可以为230nm、270nm、300nm、370nm、400nm、500nm、630nm、700nm、800nm、900nm、950nm等。可以理解的是，上述金属层25的厚度还可以大于1μm。
示例性地，本发明示例性实施例的光伏电池的衬底10包括硅基材料，例如可以为单晶硅、多晶硅、非晶硅等，衬底10可以为N型晶体硅，也可以为P型晶体硅；衬底10还可以为铜铟镓硒、钙钛矿或者锗等。
图5是根据本发明的实施方式的光伏电池制备方法的流程示意图。如图5所示，本发明示例性实施例还提供一种光伏电池制备方法，可以包括以下步骤：
步骤501：提供堆叠有第一钝化层23的衬底10。
在衬底10的背场中堆叠第一钝化层23，衬底10为N型晶体硅衬底，其作为光伏电池的吸收层。
具体地，如图1所示，在衬底10的背面依次堆叠隧穿氧化层21、掺杂多晶硅层22以及上述的第一钝化层23；在衬底10的正面依次形成扩散层31、第二钝化层32和钝化减反层33以形成TOPCon光伏电池；并且在光伏电池的正面印刷有栅极34(正面主栅)以及相应的正面细栅，在光伏电池的背面印刷有主栅26以及相应的细栅。
步骤502：在第一钝化层23背离衬底10的一侧堆叠介质层24，且介质层24位于第一钝化层23除主栅26之外的其它区域上。
介质层24以及金属层25的制备，可以通过等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、真空蒸发镀膜、电子束蒸发、原子层沉积等方法形成在第一钝化层23上。本发明示例性实施例以真空蒸发镀膜的制备方法为例进行阐述。
图2是根据本发明的实施方式的第一掩膜板的俯视结构示意图。如图2所示，第一掩膜板40由外围的框架结构以及内侧的多条第一遮蔽条41形成，其中，每个第一遮蔽条41的位置与TOPCon光伏电池背场中的主栅26相对应。当第一掩膜板40盖设在第一钝化层23时，多条第一遮蔽条41将背场中的各个主栅26的表面进行遮蔽，裸露出第一钝化层23除主栅26之外的其它区域的表面，以在该其它区域上形成介质层24。
当各个主栅26的表面被第一掩膜板40进行遮蔽后，将TOPCon光伏电池放入蒸镀机台进行抽真空。
在形成介质层24的过程中，蒸镀速率的取值范围为例如可以为等。
实际应用中，待真空度达到5×10-4Pa时，蒸镀速率为的条件下，在第一钝化层23背离衬底10的裸露表面上沉积厚度为120nm的MgF2，形成介质层24。
在一可选的实施方式中，第一掩膜板40的第一遮蔽条41的宽度W1与主栅26的宽度w相同，该种实施方式中沉积形成的介质层24虽然不与主栅26的顶端直接接触，但会与主栅26的侧边相接触。
在一些实施方式中，第一掩膜板40的第一遮蔽条41的宽度W1大于主栅26的宽度w，例如第一遮蔽条41的两个侧边分别与遮蔽的主栅26的两个侧边之间的第一间距L1为0.3mm～0.5mm。W1的取值范围为0.63mm～1.08mm，在该种宽度范围的第一遮蔽条41，可以避免在沉积形成的介质层24的过程中产生绕镀，进而使得介质层24与主栅26的两侧产生直接接触，也即可以使得介质层24与主栅26间隔开，避免降低主栅26的导电性，导致填充因子减低的可能性。
步骤503：在介质层24背离第一钝化层23的一侧堆叠金属层25，且将金属层25与主栅26间隔开；其中，金属层25与第一钝化层23之间被介质层24电隔离开。
为了在介质层24堆叠金属层25的过程中，防止金属层25与主栅26直接接触。使用第二掩膜板对主栅26进行遮蔽，第二掩膜板与第一掩膜板40的结构相同，也即外围为框架结构，内部排布有多个与主栅26相对应的第二遮蔽条，不同之处在于第二掩膜板所具有的第二遮蔽条的宽度大于第一掩膜板40的宽度。
示例性地，当第一掩膜板40的第一遮蔽条41大于主栅26的宽度时，第二掩膜板的构造、尺寸可以与第一掩膜板40相同。
当各个主栅26的表面被第二掩膜板进行遮蔽后，将TOPCon光伏电池放入蒸镀机台进行抽真空。
在形成金属层25的过程中，沉积金属层至第一预设厚度的沉积速率为可选地为等；沉积金属层从第一预设厚度至第二预设厚度的沉积速率为可选地为等；沉积所述金属层从第二预设厚度至第三预设厚度的沉积速率为 可选地为 等；沉积金属层从第三预设厚度至第四预设厚度的沉积速率为可选地为 等；其中，第一预设厚度、第二预设厚度、第三预设厚度以及第四预设厚度依次增加。如此，先慢速率沉积利于增加附着性，后快速沉积利于缩短制备时间。
示例性地，第一预设厚度可以为5nm～15nm，可选地为7nm、9nm、11nm、13nm等；第二预设厚度可以为10nm～30nm，可选地为11nm、13nm、17nm、23nm、25nm、27nm等；第三预设厚度可以为20nm～70nm，可选地为25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、65nm等；第四预设厚度可以为100nm～1000nm，可选地为110nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm等。
实际应用中，待真空度达到5×10-4Pa时，在蒸镀速率为的条件下沉积0～10nm，在蒸镀速率为的条件下沉积10nm～20nm，在蒸镀速率为的条件下沉积20nm～50nm，在蒸镀速率为的条件下沉积50nm～200nm，总共形成沉积厚度为200nm的Ag金属层25。
通过多种蒸镀速率递增的条件形成总沉积厚度为200nm的金属层25，有利于初期形成的金属层25稳定地附着在介质层24上，增加金属层25的机械强度，进而以递增的蒸镀速率进行蒸镀可以确保金属层25的均匀性以及对厚度的控制，从而可以得到所需的电学和物理特性，进而增强TOPCon光伏电池的长波段光谱响应。
当使用的第二掩膜板所具有的第二遮蔽条的宽度大于第一掩膜板40的宽度时，形成的金属层25可以只沉积在介质层24上，以防止在沉积金属层25时对第二遮蔽条产生绕镀，也即一部分金属颗粒绕过第二遮蔽条直接与主栅26和/或细栅接触，造成载流子复合，降低TOPCon光伏电池的填充因子。示例性地，第二遮蔽条的两侧分别与主栅26的两侧之间的第二间距L2的取值范围为0.5mm～1mm，例如，第二遮蔽条的宽度取值范围为1.09mm～2.08mm。
由上可知，通过使用第一掩膜板40和第二掩膜板，分别在沉积介质层24和沉积金属层25时，对背场中的主栅26的表面进行遮蔽，避免了金属层25与主栅26的直接接触，在不减少TOPCon光伏电池填充因子的情况下。通过介质层24和金属层25形成的背反结构可以将光反射回作为吸收层的n型晶体硅衬底10中，有效提高TOPCon光伏电池的长波段光谱响应。
本发明示例性实施例还提供一种光伏电池组件，包括多个电连接的光伏电池，至少一个光伏电池为上述实施方式的光伏电池，或者，
至少一个光伏电池为上述实施方式的光伏电池制备方法制得的光伏电池。
上述光伏电池组件相对于现有技术所具有的技术优势与上述的光伏电池或光伏电池制备方法所具有的优势相同，在此不再赘述。
技术方案1.一种光伏电池，包括衬底、主栅、介质层、金属层以及堆叠在所述衬底的第一钝化层，
所述介质层堆叠在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧，且位于所述第一钝化层除所述主栅之外的其它区域上；
所述金属层堆叠在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧，且与所述主栅间隔开，
所述金属层和所述第一钝化层之间通过所述介质层电隔离开。
技术方案2.根据技术方案1所述的光伏电池，所述介质层与所述主栅间隔开。
技术方案3.根据技术方案2所述的光伏电池，所述介质层与所述主栅之间具有第一间距，所述金属层与所述主栅之间具有第二间距，所述第二间距等于或大于所述第一间距。
技术方案4.根据技术方案1所述的光伏电池，所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝或氟化镁中的至少一种；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝或铜中的至少一种。
技术方案5.根据技术方案1所述的光伏电池，所述介质层的厚度的取值范围为1nm～300nm；和/或，
所述金属层的厚度的取值范围为200nm～1000nm。
技术方案6.根据技术方案1所述的光伏电池，所述衬底包括硅基底或锗基底。
技术方案7.根据技术方案1所述的光伏电池，所述光伏电池包括隧穿氧化钝化接触光伏电池、交叉指式背接触光伏电池中的一种。
技术方案8.根据技术方案1所述的光伏电池，所述光伏电池还包括隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层堆叠在所述衬底与所述第一钝化层之间，且所述隧穿氧化层、所述掺杂多晶硅层沿着远离所述衬底的方向排布。
技术方案9.根据技术方案8所述的光伏电池，所述光伏电池还包括扩散层、第二钝化层和钝化减反层，所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层依次形成在所述衬底背离所述第一钝化层的一侧，且所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层沿着远离所述衬底的方向排布。
技术方案10.根据技术方案9所述的光伏电池，所述掺杂多晶硅层为磷掺杂多晶硅层，所述扩散层为硼掺杂扩散层。
技术方案11.一种光伏电池制备方法，包括：
提供堆叠有第一钝化层的衬底；
在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上；
在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开；
其中，所述金属层与所述第一钝化层之间被所述介质层电隔离开。
技术方案12.根据技术方案11所述的制备方法，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上的步骤中，包括：
将第一掩膜板盖设在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第一掩膜板的遮蔽所述主栅的第一遮蔽条的宽度大于或等于相应所述主栅的宽度；
蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层。
技术方案13.根据技术方案12所述的制备方法，当所述第一遮蔽条的宽度大于相应所述主栅的宽度时，蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层，其中，所述介质层与所述主栅间隔开。
技术方案14.根据技术方案13所述的制备方法，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
将第二掩膜板盖设在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第二掩膜板的遮蔽所述主栅的第二遮蔽条的宽度大于或等于所述第一掩膜板的所述第一遮蔽条的宽度；
蒸镀金属材料在所述介质层上形成所述金属层。
技术方案15.根据技术方案11所述的制备方法，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述介质层的沉积速率为和/或，
所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝或氟化镁中的至少一种。
技术方案16.根据技术方案11所述的制备方法，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述金属层至第一预设厚度的沉积速率为 沉积所述金属层从所述第一预设厚度至第二预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第二预设厚度至第三预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第三预设厚度至第四预设厚度的沉积速率为其中，所述第一预设厚度、所述第二预设厚度、所述第三预设厚度以及所述第四预设厚度依次增加；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝、或铜中的至少一种。
技术方案17.一种光伏电池组件，包括多个电连接的光伏电池，至少一个所述光伏电池为技术方案1-10任一项所述的光伏电池，或者，
至少一个所述光伏电池为技术方案11-16任一项所述的制备方法制得的光伏电池。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种光伏电池，其特征在于，包括衬底、主栅、介质层、金属层以及堆叠在所述衬底的第一钝化层，
所述介质层堆叠在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧，且位于所述第一钝化层除所述主栅之外的其它区域上；
所述金属层堆叠在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧，且与所述主栅间隔开，
所述金属层和所述第一钝化层之间通过所述介质层电隔离开。
2.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述介质层与所述主栅间隔开。
3.根据权利要求2所述的光伏电池，其特征在于，所述介质层与所述主栅之间具有第一间距，所述金属层与所述主栅之间具有第二间距，所述第二间距等于或大于所述第一间距。
4.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝、或氟化镁中的至少一种；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝或铜中的至少一种；
优选地，所述介质层的厚度的取值范围为1nm～300nm；和/或，
所述金属层的厚度的取值范围为200nm～1000nm；
优选地，所述衬底包括硅基底或锗基底；
优选地，所述光伏电池包括隧穿氧化钝化接触光伏电池、交叉指式背接触光伏电池中的一种。
5.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述光伏电池还包括隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，所述隧穿氧化层和所述掺杂多晶硅层堆叠在所述衬底与所述第一钝化层之间，且所述隧穿氧化层、所述掺杂多晶硅层沿着远离所述衬底的方向排布；
优选地，所述光伏电池还包括扩散层、第二钝化层和钝化减反层，所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层依次形成在所述衬底背离所述第一钝化层的一侧，且所述扩散层、所述第二钝化层和所述钝化减反层沿着远离所述衬底的方向排布；
优选地，所述掺杂多晶硅层为磷掺杂多晶硅层，所述扩散层为硼掺杂扩散层。
6.一种光伏电池制备方法，其特征在于，包括：
提供堆叠有第一钝化层的衬底；
在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上；
在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开；
其中，所述金属层与所述第一钝化层之间被所述介质层电隔离开。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上的步骤中，包括：
将第一掩膜板盖设在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第一掩膜板的遮蔽所述主栅的第一遮蔽条的宽度大于或等于相应所述主栅的宽度；
蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层；
优选地，当所述第一遮蔽条的宽度大于相应所述主栅的宽度时，蒸镀介质材料在所述第一钝化层上形成所述介质层，其中，所述介质层与所述主栅间隔开；
优选地，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
将第二掩膜板盖设在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧并对所述主栅进行遮蔽，其中，所述第二掩膜板的遮蔽所述主栅的第二遮蔽条的宽度大于或等于所述第一掩膜板的所述第一遮蔽条的宽度；
蒸镀金属材料在所述介质层上形成所述金属层。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述第一钝化层背离所述衬底的一侧堆叠介质层，且所述介质层位于所述第一钝化层除主栅之外的其它区域上的步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述介质层的沉积速率为和/或，
所述介质层的材质包括氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化铝或氟化镁中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述介质层背离所述第一钝化层的一侧堆叠金属层，且将所述金属层与所述主栅间隔开的步骤中，包括：
在真空环境中，沉积所述金属层至第一预设厚度的沉积速率为 沉积所述金属层从所述第一预设厚度至第二预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第二预设厚度至第三预设厚度的沉积速率为沉积所述金属层从所述第三预设厚度至第四预设厚度的沉积速率为其中，所述第一预设厚度、所述第二预设厚度、所述第三预设厚度以及所述第四预设厚度依次增加；和/或，
所述金属层的材质包括金、银、铝、或铜中的至少一种。
10.一种光伏电池组件，其特征在于，包括多个电连接的光伏电池，至少一个所述光伏电池为权利要求1-5任一项所述的光伏电池，或者，
至少一个所述光伏电池为权利要求6-9任一项所述的制备方法制得的光伏电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410996641.0A CN118738152A (zh) | 2024-07-24 | 2024-07-24 | 一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410996641.0A CN118738152A (zh) | 2024-07-24 | 2024-07-24 | 一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118738152A true CN118738152A (zh) | 2024-10-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202410996641.0A Pending CN118738152A (zh) | 2024-07-24 | 2024-07-24 | 一种光伏电池、制备方法、光伏电池组件 |
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