CN211507649U - 一种无激光切割的高效半片太阳电池及组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及一种无激光切割的高效半片太阳电池及组件，所述太阳能电池片包括用于电性导通的衬底；至少两对用于形成电子空穴的P型半导体层以及用于形成自由电子的N型半导体层，其中，所述每对P型半导体层以及N型半导体层分别与所述衬底的两个相对面电性连接；以及至少两对第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极与所述P型半导体层电性连接，所述第二电极与N型半导体层电性连接。本实用新型通过在太阳能电池片上沉积多对的P型半导体层以及N型半导体层，实现了单片太阳能电池片即可具有多对的PN结，避免了传统太阳能电池片在激光切割产生多对PN结时造成的断面激光损伤，提高了光电转换效率。

Description

一种无激光切割的高效半片太阳电池及组件

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及一种无激光切割的高效半片太阳电池及组件。

背景技术

随着社会的快速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先先机。

太阳能电池领域中，晶硅太阳能电池目前以及未来一段时期内仍将占据主导地位。特别是技术成熟、量产化可行性高的半片电池技术，已从众多新技术中脱颖而出，半片电池相较于全片电池有着诸多优势。例如半片电池成本低，易于操作，装配简单；在数据方面，出数据较快，周期短。它的另一个优势是每个主栅所承载的电流量减少了一半，从而导致电阻下降，效率提高。半片电池技术是个兼容性的技术，多晶、单晶、PERC电池都能用上，这也就是为什么现在产业上都选择用半片电池。

在电池组件上，半片电池最主要的优势在于减少了电池到组件的功率输出损耗。电池到组件的功率损耗“通常正比于电流的平方乘以电阻”。晶硅太阳能电池中的电流在流经组件内部的焊带时会产生功率损耗，为了解决这个问题，半片组件是行之有效的办法。半片电池技术是使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格的电池片(如156mm×156mm)切成尺寸相同的两个半片电池片(如尺寸156mm×78mm)，由于电池片的电流和电池片面积有关，通过主栅线的电流降低到整片的1/2，当半片电池串联以后，正负回路上电阻不变，功率损耗就降低为原来的1/4。但是激光切割在两片电池的断面处造成了非常严重的激光损伤，断面处的激光损伤成为光生载流子的复合中心，因此相对于未切片之前，半片电池的光电转换效率降低。因此，为了解决现有技术中太阳能电池激光切半后造成的切割损失问题，急需一种无激光切割的太阳能半片电池和高效组件结构，对于太阳能电池的持续发展至关重要。

实用新型内容

基于以上问题，本实用新型提供了一种无激光切割的高效半片太阳电池及组件。本实用新型通过在太阳能电池片上沉积多对的P型半导体层以及N型半导体层，实现了单片太阳能电池片即可具有多对的PN结，避免了传统太阳能电池片在激光切割产生多对PN结时造成的断面激光损伤，消除了激光损伤带来的效率损失，提高了光电转换效率。

根据本实用新型实施例之一提供一种太阳能电池片，所述太阳能电池片包括用于电性导通的衬底；至少两对用于形成电子空穴的P型半导体层以及用于形成自由电子的N型半导体层，其中，所述每对P型半导体层以及N型半导体层分别与所述衬底的两个相对面电性连接；以及至少两对第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极与所述P型半导体层电性连接，所述第二电极与N型半导体层电性连接。

在一些实施例中，所述衬底的两个相对面分别电性连接有第一本征层以及第二本征层；对于每对P型半导体层以及N型半导体层：所述P型半导体层与所述衬底通过第一本征层电性连接；所述N型半导体层与所述衬底通过第二本征层电性连接。

在一些实施例中，所述第一本征层以及第二本征层的材质为SiH4。

在一些实施例中，所述第一电极与所述P型半导体层通过第一透明导电层电性连接；所述第二电极与所述N型半导体层通过第二透明导电层电性连接。

在一些实施例中，所述第一透明导电层以及第二透明导电层为TCO、I TO、IZO、AZO材料中的一种或多种。

在一些实施例中，所述第一电极以及第二电极的材质为铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种。

在一些实施例中，所述P型半导体层为掺杂SiH4材料的P型半导体；所述N型半导体层尾掺杂SiH4材料的N型半导体。

在一些实施例中，所述衬底为P型衬底或N型衬底。

根据本实用新型实施例之一提供一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括所述的太阳能电池片；用于与所述太阳能电池片的每对第一电极以及第二电极电性导通的导线；以及用于包裹所述太阳能电池片以及所述导线的封装材料。

在一些实施例中，所述封装材料包括用于保护所述太阳能电池片背面的第一保护层；用于保护所述太阳能电池片正面的第二保护层；用于粘结太阳能电池片与第一保护层的第一粘结层；用于粘结太阳能电池片与第二保护层的第二粘结层；以及用于保护所述太阳能电池片侧面的边框。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过在太阳能电池片上沉积多对的P型半导体层以及N型半导体层，实现了单片太阳能电池片即可具有多对的PN结，避免了传统太阳能电池片在激光切割产生多对PN结时造成的断面激光损伤，消除了激光损伤带来的效率损失，提高了光电转换效率；

(2)本实用新型通过串焊-叠层-层压-封装工艺即可制造太阳能电池组件，相对于传统半片太阳电池组件结构需通过激光切割-串焊-叠层-层压-封装工艺的制造过程，节省了目前太阳能电池组件的制造步骤以及成本，提高了太阳能电池组件的加工效率；

(3)本实用新型通过第一本征层、第二本征层对衬底的两个相对面的钝化作用，使得第一本征层、第二本征层缓冲衬底与P型半导体层以及N型半导体层的连接界面，改善了衬底的界面特性，提高了太阳能电池片的光电转换效率。

附图说明

图1是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池片的结构示意图。

图2是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池组件的结构示意图。

图3是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池组件的电路示意图。

图4是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池片的立体示意图。

其中，101第一电极，102第一透明导电层，103P型半导体层，104第一本征层，105衬底，106第二本征层，107N型半导体层，108第二透明导电层，109第二电极，100太阳能电池片，200导线，1000太阳能电池组件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二＂的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二＂仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池片的结构示意图。在一些实施例中，太阳能电池片100可以包括：

衬底105。具体的，该衬底105可以电性导通P型半导体层103、N型半导体层107，并作为太阳能电池片的主要承载材料。

在一些实施例中，衬底105可以是以硅半导体材料的底材衬底。在一些实施例中，衬底105可以是以锗半导体材料的底材衬底。在一些实施例中，衬底105可以是P型硅(例如在硅中掺杂硼元素、铟元素等杂质元素)，以便形成N+/P型太阳能电池片。在一些实施例中，衬底105可以是N型硅(例如在硅中掺杂磷元素、砷元素、锑元素等杂质元素)，以便形成P+/N型太阳能电池片。在一些实施例中，衬底105可以是方形、任意多边形立方体、圆柱形、球形、三角锥形或其组合。一般的，为了便于衬底105加工，以及减少太阳能电池片组合方阵的表面积，衬底105为方形，例如厚度为150-250μm的方形立方体。在一些实施例中，衬底105可以是N型CZ硅片。

至少两对P型半导体层103以及N型半导体层107，其中，每对P型半导体层103以及N型半导体层107分别与衬底105的两个相对面电性连接。具体的，P型半导体层103可以在光照条件下形成电子空穴，N型半导体层107可以在光照条件下形成自由电子，实现电子流动以便形成电流。

在一些实施例中，P型半导体层103可以是指在半导体材料中掺杂容易产生空穴杂质元素的半导体层，其中，半导体材料可以包括硅、锗半导体材料或者其组合，产生空穴的杂质元素可以包括硼元素、铟元素中的一种或者其组合。在一些实施例中，P型半导体层103可以是掺杂SiH₄材料的P型半导体。

在一些实施例中，P型半导体层103可以为表面平坦的层状体，以便于加工P型半导体层103。在一些实施例中，P型半导体层103可以具有组织化的表面，其中，组织的化表面可以是指特殊构造的表面，以便于通过光的散射、多重反射方式增大光的路径，提供更多的电子-空穴对以吸收更多的光子，最终提高太阳能效率。在一些实施例中，组织化表面可以包括倒金字塔形、三角锥形、圆锥形或其组合。在一些实施例中，P型半导体层103的组织化表面可以通过腐蚀加工实现。

在一些实施例中，N型半导体层107可以是指在半导体材料中掺杂容易产生自由电子杂质元素的半导体层，其中，半导体材料可以包括硅、锗半导体材料或者其组合，容易产生自由电子杂质元素可以包括磷元素、砷元素、锑元素中的一种或者其组合。在一些实施例中，N型半导体层107可以是掺杂SiH₄材料的N型半导体。在一些实施例中，N型半导体层107可以为表面平坦的层状体。在一些实施例中，N型半导体层107可以具有组织化的表面。

在一些实施例中，衬底105的两个相对面可以是指衬底105的正面以及背面(反面)。在一些实施例中，至少两对P型半导体层103以及N型半导体层107可以分别与衬底105的两个相对面电性连接，例如，如图1所示，衬底105的两个相对面分别电性连接有两对P型半导体层103以及N型半导体层107，其中，衬底105的正面排布有P型半导体层103以及N型半导体层107，衬底105的背面排布有N型半导体层107以及P型半导体层103，形成P-N、N-P两对PN结。在一些实施例中，通过在衬底105上排布多对P型半导体层103以及N型半导体层107，可以在电池片上预先形成多对PN结，避免在电池片加工成型后通过激光切割的方式形成多对PN结而造成的断面激光损伤情况。

值得注意的是，上述关于P型半导体层103以及N型半导体层107的数量以及排布方式描述仅仅只是示例性的，本领域技术人员还可以做出相应的扩展，例如P型半导体层103以及N型半导体层107的数量可以是3对，其中衬底105正面的排布方式可以包括如下几种示例性的排列方式：

(1)衬底正面：P型半导体层、P型半导体层、P型半导体层，衬底背面：N型半导体层、N型半导体层、N型半导体层；

(2)衬底正面：P型半导体层、N型半导体层、P型半导体层，衬底背面：N型半导体层、P型半导体层、N型半导体层；

(3)衬底正面：P型半导体层、P型半导体层、N型半导体层，衬底背面：N型半导体层、N型半导体层、P型半导体层。

一般的，为了便于后续电池片组合形成太阳能电池的导线连接，衬底105正反面的N型半导体层107、P型半导体层103分别交错排布。

在一些实施例中，衬底105的两个相对面还可以分别电性连接有第一本征层104以及第二本征层106。在一些实施例中，对于每对P型半导体层103、N型半导体层107，P型半导体层103可以与衬底105通过第一本征层104电性连接；N型半导体层107可以与衬底105通过第二本征层106电性连接。在一些实施例中，如图1所示，多对P型半导体层103以及N型半导体层107可以共用同一套第一本征层104以及第二本征层106，以减少加工工序。在一些实施例中，多对P型半导体层103以及N型半导体层107还可以分别具有不同的第一本征层104以及第二本征层106，以减少电流在第一本征层104以及第二本征层106的横向流动。在一些实施例中，第一本征层104以及第二本征层106可以是指具有改善衬底105与P型半导体层103、N型半导体层107连接界面特性的缓冲层。在一些实施例中，第一本征层104以及第二本征层106材质为SiH₄。

至少两对第一电极101以及第二电极109，其中，第一电极101与P型半导体层103电性连接，第二电极109与N型半导体层107电性连接。

在一些实施例中，第一电极101以及第二电极109可以引导P型半导体层103、N型半导体层107产生的电流，并与后续电池片组合形成太阳能电池的导线连接形成太阳能电池的串联或并联布局。在一些实施例中，第一电极101以及第二电极109的材质可以为金属或非金属。在一些实施例中，第一电极101以及第二电极109的材质可以为铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种。

在一些实施例中，第一电极101与P型半导体层103可以通过第一透明导电层102电性连接，第二电极109与P型半导体层103可以通过第二透明导电层108电性连接，其中，第一透明导电层102以及第二透明导电层108可以是指能够透光的导电层，以便于在传输电流的同时避免阻隔光线照射。在一些实施例中，第一透明导电层102以及第二透明导电层108可以是TCO、I TO、IZO、AZO材料中的一种或多种。

在一些实施例中，太阳能电池片100的制造方法可以包括：

S01：在衬底105的两个相对面分别掩膜沉积第一本征层104以及第二本征层106的工序，其中，沉积第一本征层104以及第二本征层106的工序可以是磁控溅射、反应等离子体沉积(RPD)或者化学气相沉积的方法；

S02：在第一本征层104以及第二本征层106沉积多对P型半导体层103以及N型半导体层107的工序，其中，沉积多对P型半导体层103以及N型半导体层107的工序可以是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法；

S03：在多对P型半导体层103以及N型半导体层107上掩膜沉积第一透明导电层102以及第二透明导电层108的工序，其中，沉积第一透明导电层102以及第二透明导电层108的工序是磁控溅射的方法；

S04：在第一透明导电层102以及第二透明导电层108上制备第一电极101以及第二电极109的工序，其中，制备第一电极101以及第二电极109的工序可以是通过丝网印刷的制备方法。

示例性的，在上述太阳能电池片的制造过程中，采用的衬底105厚度为150-250μm，采用第一本征层104以及第二本征层106的厚度分别为10nm和8nm，采用P型半导体层103以及N型半导体层107的厚度分别为15nm和10nm，采用的掩膜材料为厚度为2000μm不锈钢，采用的第一透明导电层102以及第二透明导电层108厚度为120nm，采用的第一电极101以及第二电极109厚度为50μm。

图2是根据本实用新型一些实施例所示的示例性太阳能电池组件的结构示意图。在一些实施例中，太阳能电池组件1000可以包括太阳能电池片100、导线200以及封装材料(图中未示出)。

在一些实施例中，太阳能电池片100可以包括用于电性导通的衬底105；至少两对用于形成电子空穴的P型半导体层103以及用于形成自由电子的N型半导体层107，其中，每对P型半导体层103以及N型半导体层107分别与衬底105的两个相对面电性连接；以及至少两对第一电极101以及第二电极109，其中，第一电极101与P型半导体层103电性连接，第二电极109与N型半导体层107电性连接。

在一些实施例中，导线200可以导通太阳能电池片的每对第一电极101以及第二电极109，以便于汇聚太阳能电池片产生的电流。在一些实施例中，导线200可以连接相邻P型半导体层103以及N型半导体层107对应的第一电极101以及第二电极109，例如，如图2-3所示，导线200依次连接相邻每对P型半导体层103以及N型半导体层107对应的第一电极101以及第二电极109，以便于规范电路连接，节省导线200资源。在一些实施例中，导线200还可以连接不相邻的第一电极101以及第二电极109。在一些实施例中，导线200可以“一对一”连接，例如，如图2-3所示，单根导线200两端仅连接单个第一电极101以及第二电极109。在一些实施例中，单根导线200两端还可以进行“一对多”连接，例如，导线200一端连接单个第一电极101，另外一端连接多个第二电极109。在一些实施例中，单根导线200两端还可以进行“多对多”连接，例如，导线200一端连接多个第一电极101，另外一端连接多个第二电极109。

在一些实施例中，封装材料可以包裹太阳能电池片100以及导线200，实现防尘、防潮、阻隔雨水的目的。在一些实施例中，封装材料可以包括用于保护所述太阳能电池片100背面的第一保护层，其中，第一保护层可以是钢化玻璃；用于保护所述太阳能电池片100正面的第二保护层，其中，第二保护层可以是采用TPT、TPE等材质背板；用于粘结太阳能电池片100与第一保护层的第一粘结层，其中，第一粘结层可以是EVA材料；用于粘结太阳能电池片100与第二保护层的第二粘结层，其中，第二粘结层可以是EVA材料；以及用于保护所述太阳能电池片侧面的边框，其中边框可以采用铝合金边框，以避免边框腐蚀。

在一些实施例中，太阳能电池组件100的制造方法可以包括：

S11：导线连接太阳能电池片第一电极101以及第二电极109的工序，其中，连接第一电极101以及第二电极109的工序可以采用串焊机或人工焊接的方式进行串焊完成；

S12：通过组装材料将太阳能电池片、导向封装的工序，其中，封装的工序包括采用层压机压制组装材料与太阳能电池片以及对边框装框的过程。

如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种太阳能电池片，其特征在于，包括：

用于电性导通的衬底；

至少两对用于形成电子空穴的P型半导体层以及用于形成自由电子的N型半导体层，其中，所述每对P型半导体层以及N型半导体层分别与所述衬底的两个相对面电性连接；以及

至少两对第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极与所述P型半导体层电性连接，所述第二电极与所述N型半导体层电性连接。

2.如权利要求1所述的一种太阳能电池片，其特征在于，

所述衬底的两个相对面分别电性连接有第一本征层以及第二本征层；

对于所述每对P型半导体层以及N型半导体层：

所述P型半导体层与所述衬底通过所述第一本征层电性连接；

所述N型半导体层与所述衬底通过所述第二本征层电性连接。

3.如权利要求2所述的一种太阳能电池片，其特征在于，

所述第一本征层以及所述第二本征层的材质为SiH4。

4.如权利要求1所述的一种太阳能电池片，其特征在于，

所述第一电极与所述P型半导体层通过第一透明导电层电性连接；

所述第二电极与所述N型半导体层通过第二透明导电层电性连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种太阳能电池片，其特征在于，

所述P型半导体层为掺杂SiH4材料的P型半导体；

所述N型半导体层尾掺杂SiH4材料的N型半导体。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种太阳能电池片，其特征在于，

所述衬底为P型衬底或N型衬底。

7.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：

权利要求1-6任一项所述的太阳能电池片；

用于与所述太阳能电池片的每对第一电极以及第二电极电性导通的导线；以及

用于包裹所述太阳能电池片以及所述导线的封装材料。

8.如权利要求7所述的一种太阳能电池组件，其特征在于，所述封装材料包括：

用于保护所述太阳能电池片背面的第一保护层；

用于保护所述太阳能电池片正面的第二保护层；

用于粘结所述太阳能电池片与所述第一保护层的第一粘结层；

用于粘结所述太阳能电池片与所述第二保护层的第二粘结层；以及

用于保护所述太阳能电池片侧面的边框。

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