CN211907441U - 异质结太阳能电池片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种异质结太阳能电池片。本实用新型太阳能电池片包括N型单晶硅衬底层、本征非晶硅层、N型非晶硅薄膜层、P型非晶硅薄膜层、多个顶侧透光导电层和多个底侧透光导电层。多个顶侧透光导电层位于N型非晶硅薄膜层的顶侧并自N型非晶硅薄膜层起按晶粒尺寸从小到大的顺序排列；多个底侧透光导电层位于P型非晶硅薄膜层的底侧并自P型非晶硅薄膜层起按经理尺寸从小到大的顺序排列。根据本实用新型，以递增的温度加工出多个透光导电层，这样的设置不会伤害到PN结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果，由此得到了低的载流子复合速率和更好的P‑N结性能，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高异质结电池片的转化效率。

Description

异质结太阳能电池片
技术领域
本实用新型涉及能源领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池片。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。
目前，异质结太阳能电池由于具备转换效率高、制造工艺流程短、硅片薄片化、温度系数低、无光致衰减、可双面发电且双面率高等一系列优势，被誉为最具产业化潜力的下一代超高效太阳能电池技术。与传统的P型单晶/多晶太阳能电池相比，N型单晶衬底的异质结太阳能电池可以得到更高的转换效率，而且只需要很少的工艺步骤。同时，异质结太阳能电池片具有独特的无PID(电势诱导衰减)和无LID(光致衰退)效应，这保证了光伏组件更可靠和更长的使用寿命。
但是，现有的异质结太阳能电池还存在一些问题。现有的异质结太阳能电池使用的钝化层以及载流子传输层是非晶硅薄膜，导电性非常差，为了将发出的电导出，因此需要在非晶硅薄膜上镀一层透明导电薄膜。同时为了增加光的透射，减少反射和吸收，这一层薄膜应同时具有高透光性和减反射特性。
目前技术采用的是直流(DC)磁控溅射技术来制造透光导电膜，其原理是在电场和磁场的作用下，被加速的高能粒子(Ar+)轰击靶材，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格逸出，溅射粒子沉积到衬底表面并与氧原子发生反应而生成氧化物薄膜，即透光导电膜。采用氧化铟锡做透光导电膜的材质的技术较为成熟，且氧化铟锡的电阻率较低，但制程温度要求200℃，过高的制程温度会在制程中损害非晶硅薄膜层进一步损伤PN结的性能，影响非晶硅薄膜对衬底层的钝化效果，从而影响电池性能。
因而需要提供一种异质结太阳能电池片，以至少部分地解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种异质结太阳能电池片，本实用新型的方法中以递增的加工温度加工出多个透光导电层，这样在加工紧贴非晶硅膜层的透光导电层时可以使用较低的温度，而在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，这样的工艺不会伤害到PN结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果，由此得到了低的载流子复合速率和更好的P-N结性能，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高异质结电池片的转化效率。
同时，由于在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，透光导电层的一部分是由较高的温度加工出的，因而能够保证透光导电层整体的其他性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种异质结太阳能电池片，所述太阳能电池片包括：
N型单晶硅衬底层；
顶侧本征非晶硅层，所述顶侧本征非晶硅层设置在所述N型单晶硅衬底层的顶侧；
底侧本征非晶硅层，所述底侧本征非晶硅层设置在所述N型单晶硅衬底层的底侧；
N型非晶硅薄膜层，所述N型非晶硅薄膜层设置在所述顶侧本征非晶硅薄膜层的顶侧；
P型非晶硅薄膜层，所述P型非晶硅薄膜层设置在所述底侧本征非晶硅薄膜层的底侧；
多个顶侧透光导电层，所述多个顶侧透光导电层位于所述N型非晶硅薄膜层的顶侧并自所述N型非晶硅薄膜层起按晶粒尺寸从小到大的顺序排列；
多个底侧透光导电层，所述多个底侧透光导电层位于所述P型非晶硅薄膜层的底侧并自所述P型非晶硅薄膜层起按经理尺寸从小到大的顺序排列；
电极，所述电极设置在所述顶侧透光导电层的顶表面上和所述底侧透光导电层的底表面上。
在一种实施方式中，所述顶侧透光导电层和所述底侧透光导电层均为两层。
在一种实施方式中，靠近所述N型非晶硅薄膜层的所述顶侧透光导电层为由200℃以下的加工温度加工出的整体膜结构，远离所述N型非晶硅薄膜层的所述顶侧透光导电层为由200℃以上的加工温度加工出的整体膜结构；
靠近所述P型非晶硅薄膜层的所述底侧透光导电层为由200℃以下的加工温度加工出的整体膜结构，远离所述P型非晶硅薄膜层的所述底侧透光导电层为由200℃以上的加工温度加工出的整体膜结构。
在一种实施方式中，各个所述透光导电层在自所述中心层到所述电极的方向上按透光性递增的顺序依次排列在所述中心层上。
根据本实用新型，以递增的加工温度加工出多个透光导电层，这样在加工紧贴非晶硅膜层的透光导电层时可以使用较低的温度，而在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，这样的工艺不会伤害到PN结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果，由此得到了低的载流子复合速率和更好的P-N结性能，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高异质结电池片的转化效率。
同时，由于在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，透光导电层的一部分是由较高的温度加工出的，因而能够保证透光导电层整体的其他性能。
附图说明
为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本实用新型一种优选实施方式的异质结太阳能电池片的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本实用新型的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。
本实用新型提供了一种异质结太阳能电池片，下面将提供根据本实用新型的一种优选实施方式，该优选实施方式包括了图1所示的异质结太阳能电池片。
如图1所示，异质结太阳能电池片包括基体片，基体片的顶表面印刷有正电极，底表面印刷有背电极，正电极和背电极优选地由银制成。基体片又包括沿垂直于基体片的方向彼此层叠设置的多个电池片层，多个电池片层包括中心层和多个透光导电层，中心层位于所有电池片层的中心位置处，透光导电层在中心层的顶侧和底侧沿垂直于中心层的方向层叠设置。
具体地，中心层又包括多个层。例如，中心层可以包括由N型单晶硅制成的衬底层和位于衬底层顶侧和底侧的非晶硅薄膜层，非晶硅薄膜层又可以包括直接与衬底层接触的本征非晶硅薄膜层以及N型或P型非晶硅薄膜层。在本实施方式中，在位于衬底层顶侧的本征非晶硅薄膜层顶侧的为N型非晶硅薄膜层，在位于衬底层底侧的本征非晶硅薄膜层底侧的为P型非晶硅薄膜层。
制造该异质结太阳能电池片的方法包括制造异质结太阳能电池片整片的步骤和将异质结太阳能电池片整片裂片的步骤，其中，制造异质结太阳能电池片整片的步骤又包括如下步骤：
设置中心层，该设置中心层的步骤又包括设置N型单晶硅衬底层、在所述单晶硅衬底层的顶侧和底侧分别设置本征非晶硅层、在位于所述单晶硅衬底层的顶侧的本征非晶硅层的顶侧设置N型非晶硅薄膜层、在位于所述单晶硅衬底层的底侧的本征非晶硅层的底侧设置P型非晶硅薄膜层；
以递增的多个加工温度在所述中心层的顶侧自所述中心层起依次加工多个顶侧透光导电层，由于较低的加工温度加工出的透光导电层的晶粒尺寸较小，较高的加工温度加工出的透光导电层的晶粒尺寸较大，因而各个顶侧透光导电层是按照晶粒的尺寸由小到大的顺序排列在N型非晶硅薄膜层的顶侧的；
以递增的多个加工温度在所述中心层的底侧自所述中心层起依次加工出多个底侧透光导电层，由于较低的加工温度加工出的透光导电层的晶粒尺寸较小，较高的加工温度加工出的透光导电层的晶粒尺寸较大，因而各个底侧透光导电层是按照晶粒的尺寸由小到大的顺序排列在P型非晶硅薄膜层的底侧的。
需要说明的是，本实用新型所提供的“加工多个顶侧透光导电层”和“加工底侧透光导电层”两步骤之间无顺序关系，这两个步骤可以同时进行，也可以先进行“加工多个顶侧透光导电层”这一步骤，或者也可以先进行“加工底侧透光导电层”这一步骤。
也就是说，位于中心层顶侧的各个顶侧透光导电层为由递增的多个加工温度依次制成的，位于中心层底侧的透光导电层为由递增的多个加工温度依次制成的。
优选地，加工自中心层起的第一层顶侧透光导电层和第一层底侧透光导电层(即图1中所示的两个第一透光导电层)所用的温度小于200℃，而加工第二透光导电层到第N透光导电层的制成温度可以大于或等于200℃。这样的设置可以保证在加工第一透光导电层的过程中不会损坏N型非晶硅薄膜层和P型非晶硅薄膜层，不会损坏PN结，从而能够优化异质结太阳能电池片的性能。
优选地，在加工各个透光导电膜时，制程中的其他条件也可以相同或不同。例如，加工第一透光导电膜到第N透光导电膜的过程中所使用的沉积速度条件恒定，或者加工第一透光导电膜到第N透光导电膜的过程中可以使用不同的沉积速度条件。
加工各个顶侧透光导电层的步骤和加工各个底侧透光导电层的步骤能够同时进行或先后进行。
例如，若同时进行，可以一同一加工温度同时加工出位于中心层顶侧的第一透光导电层和位于中心层底侧的透光导电层，然后以略高的温度同时加工出位于中心层顶侧的第二透光导电层和位于中心层底侧的第二透光导电层，依次类推。
若先后进行，则先一某一较低温度加工出位于中心层顶侧的第一透光导电层，再以略高的温度加工出位于中心层顶侧的第二透光导电层，直至加工出位于中心层顶侧的第N透光导电层，然后再以较低温度加工出位于中心层底侧的透光导电层，随后以递增的温度依次加工出位于中心层底侧的底二透光导电层到第N透光导电层。
另一方面，本方法可以采用仅一个加工腔室完成所有透光导电层的加工，或依次采用多个加工腔室来完成各个透光导电层的加工。
具体地，若仅采用一个加工腔室，则该加工腔室能够提供递增的加工温度，当将中心层置于该加工腔室后控制该加工腔室依次提供递增的加工温度，以逐步生成第一透光导电层到第N透光导电层。
若采用多个加工腔室，每一个加工腔室可以提供不同的加工温度，那么可以将多个加工腔室以其所能提供的加工温度从低到高排列，并将制程中的太阳能电池片依次置于各个加工腔室，在每一个加工腔室中生成一层透光导电层。
优选地，为了能使基体片的透光导电区域具有渐变的透光性，还可以选取多种材质并匹配不同的生产工艺(包括前文所述的加工温度)来分别制造出多个透光导电层，使得各个透光导电层具有彼此不同的透光性。将各个透光导电层按透光性的强弱顺序在中心层的顶侧和底侧排布，使得在自中心层到电极的方向上(例如在图1中所示，从中心层向上和向下的方向上)，各个透光导电层的透光性递增。
以位于中心层顶侧的各个透光导电层为例，将直接接触中心层的透光导电层称为第一透光导电层，将直接位于第一透光导电层顶侧的透光导电层称为第二透光导电层，依次类推，位于最顶部的透光导电层例如为第N透光导电层。该异质结太阳能电池片的正电极施加在第N透光导电层的顶表面上。在自中心层到正电极的方向上，即自第一透光导电层到第N透光导电层，各个透光导电层的透光性递增。也就是说，第一透光导电层的透光性最差，第二透光导电层的透光性强于第一透光导电层的透光性，第三透光导电层的透光性强于第二透光导电层的透光性……第N透光导电层的透光性强于第N-1透光导电层，第N透光导电层的透光性最强。
位于中心层底侧的透光导电层类似。自中心层到背电极的方向上(例如在图1中自中心层向下的方向上)同样依次排布有第一透光导电层、第二透光导电层……第N透光导电层，从第一透光导电层到第N透光导电层的透光性依次递增。
当然，由于导电材料的透光性和导电性有时是负相关的，所以在自中心层到电极的方向上，各个透光导电层的导电性有可能会呈递减趋势。也就是说，位于基体片的最顶部和最底部的透光导电层可能导电性略差。
更优选地，在上述基础上，还可以将各个透光导电层设置为在自中心层到电极的方向上，各个透光导电层的折射率逐渐降低。也就是说，在自中心层到电极的方向上，各个透光导电层的折射率和透光性负相关。例如，在图1中，对于N型非晶硅薄膜层顶侧的各个透光导电层，第一透光导电层的折射率最高，第二透光导电层的折射率次高，第N透光导电层的折射率最低。这样的设置可以在光线照射太阳能电池片时，光线逐渐聚拢，避免光线向外散发，从而更好地进入太阳能电池片的吸收层，提升太阳能电池片的使用效率。
本实用新型的方法中以递增的加工温度加工出多个透光导电层，这样在加工紧贴非晶硅膜层的透光导电层时可以使用较低的温度，而在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，这样的工艺一方面不会伤害到PN结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果；另一方面也能保证透光导电层的一部分是由较高的温度加工出的因而能够保证透光导电层整体的性能。
本实用新型的方法中以递增的加工温度加工出多个透光导电层，这样在加工紧贴非晶硅膜层的透光导电层时可以使用较低的温度，而在加工剩余的透光导电层时可以使用较高的温度，这样的工艺一方面不会伤害到PN结，不会影响非晶硅膜层对衬底层的钝化效果，由此得到了低的载流子复合速率和更好的P-N结性能，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高异质结电池片的转化效率；另一方面也能保证透光导电层的一部分是由较高的温度加工出的，因而能够保证透光导电层整体的性能。
本实用新型的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本实用新型排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本实用新型的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本实用新型旨在包括这里描述的本实用新型的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本实用新型的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种异质结太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片包括：
N型单晶硅衬底层；
顶侧本征非晶硅层，所述顶侧本征非晶硅层设置在所述N型单晶硅衬底层的顶侧；
底侧本征非晶硅层，所述底侧本征非晶硅层设置在所述N型单晶硅衬底层的底侧；
N型非晶硅薄膜层，所述N型非晶硅薄膜层设置在所述顶侧本征非晶硅薄膜层的顶侧；
P型非晶硅薄膜层，所述P型非晶硅薄膜层设置在所述底侧本征非晶硅薄膜层的底侧；
多个顶侧透光导电层，所述多个顶侧透光导电层位于所述N型非晶硅薄膜层的顶侧并自所述N型非晶硅薄膜层起按晶粒尺寸从小到大的顺序排列；
多个底侧透光导电层，所述多个底侧透光导电层位于所述P型非晶硅薄膜层的底侧并自所述P型非晶硅薄膜层起按经理尺寸从小到大的顺序排列；
电极，所述电极设置在所述顶侧透光导电层的顶表面上和所述底侧透光导电层的底表面上。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，所述顶侧透光导电层和所述底侧透光导电层均为两层。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，
靠近所述N型非晶硅薄膜层的所述顶侧透光导电层为由200℃以下的加工温度加工出的整体膜结构，远离所述N型非晶硅薄膜层的所述顶侧透光导电层为由200℃以上的加工温度加工出的整体膜结构；
靠近所述P型非晶硅薄膜层的所述底侧透光导电层为由200℃以下的加工温度加工出的整体膜结构，远离所述P型非晶硅薄膜层的所述底侧透光导电层为由200℃以上的加工温度加工出的整体膜结构。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池片，其特征在于，所述异质结太阳能电池片包括中心层，所述中心层包括N型单晶硅衬底层和位于所述N型单晶硅衬底层顶侧和底侧的非晶硅薄膜层，各个透光导电层在自所述中心层到所述电极的方向上按透光性递增的顺序依次排列在所述中心层上。
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