CN217361598U - 一种太阳能电池、异质结电池及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种太阳能电池、异质结电池及光伏组件，涉及太阳能电池领域。太阳能电池包括电池片和设置于电池片表面的栅线，电池片和栅线之间还设置有TCO导电膜，TCO导电膜按其表面分为对应栅线的电极区域和非电极区域，电极区域的TCO导电膜为ITO导电膜，非电极区域的TCO导电膜为FTO导电膜。太阳能电池、异质结电池及光伏组件中的TCO导电膜是由对应栅线区域的ITO导电膜和非电极区域的FTO导电膜组成，兼顾了高可靠性、低成本、良好导电率的效果。

Description

一种太阳能电池、异质结电池及光伏组件

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种太阳能电池、异质结电池及光伏组件。

背景技术

太阳能发电作为新型清洁能源，受到大力扶持和市场的高度关注，太阳能电池发电的基本原理是电池中的半导体材料受太阳光中光子能量的辐射激发出电子及空穴，经内部电场作用，使产生的电子和空穴运动，并通过外接电路产生电流。

目前主流的太阳能电池分为晶硅电池、非晶硅电池、薄膜电池，各大组件厂家正式量产的电池有PERC电池、TOPCON电池、异质结电池(HJT电池)。现有的异质结电池中TCO膜大部分使用的均是ITO导电膜，成分为ITO材料：氧化铟锡，其优点在于导电率较高、透过率高、膜层牢固，缺点在于成本较高、有毒、激光刻蚀性能较差。另外还有一些技术通过改变ITO膜中掺杂物的量、对导电膜一些参数进行调节以获得更好的导电效果，或者通过增加不同导电膜的层数以提高电池效率，但是导电膜成本依然较高。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种太阳能电池、异质结电池及光伏组件，其中的TCO导电膜是由对应栅线区域的ITO导电膜和非电极区域的FTO导电膜组成，兼顾了高可靠性、低成本、良好导电率的效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种太阳能电池，其包括电池片和设置于电池片表面的栅线，电池片和栅线之间还设置有TCO导电膜，TCO导电膜按其表面分为对应栅线的电极区域和非电极区域，电极区域的TCO导电膜为ITO导电膜，非电极区域的TCO导电膜为FTO导电膜。

在上述实现过程中，TCO导电膜是在横向膜面上被划分为两个区域，并在不同区域沉积不同的导电材料而形成的，具体是在对应栅线的电极区域沉积导电率较高的ITO材料以形成ITO导电膜，ITO导电膜位于栅线下方且与栅线直接接触，使ITO导电膜发挥较高导电率、较低接触电阻的优点；在其余的非电极区域沉积成本低、无毒、透光率高、容易刻蚀的FTO材料以形成FTO导电膜，FTO导电膜不会被栅线遮挡，使FTO导电膜发挥透过率高的优点，而且使TCO导电膜整体在保证导电率的前提下，兼顾高可靠性、低成本、提升力学性能的效果。

在一种可能的实现方式中，电极区域对应的栅线为主栅线。

在上述实现过程中，仅在对应主栅线的区域设置ITO导电膜，在其他区域设置FTO导电膜，使导电膜容易沉积设置，而且充分发挥ITO导电膜和FTO导电膜的优点。

在一种可能的实现方式中，ITO导电膜位于栅线的正下方，且ITO导电膜的宽度比对应的栅线宽度大0mm-10mm。

在上述实现过程中，ITO导电膜的宽度比对应的栅线宽度略宽，在保证ITO导电膜与栅线的接触效果和导电效果的同时，尽可能设置多的FTO导电膜，以保证整体的透光率和成本低、无毒。

在一种可能的实现方式中，每条ITO导电膜的宽度为0.2mm-10mm，厚度为50nm-200nm。

在一种可能的实现方式中，每条FTO导电膜的宽度为1mm-30mm，厚度为50nm-200nm。

在一种可能的实现方式中，每条FTO导电膜的宽度大于每条ITO导电膜的宽度。

在一种可能的实现方式中，FTO导电膜的厚度等于ITO导电膜的厚度。

第二方面，本申请实施例提供了一种异质结电池，其包括N型单晶硅片，依次叠设于N型单晶硅片正面的本征富氢非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜、TCO导电膜、栅线，以及依次叠设于N型单晶硅片背面的本征富氢非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜、TCO导电膜、栅线，正面和/或背面的TCO导电膜按其表面分为对应同面的栅线的电极区域和非电极区域，电极区域的TCO导电膜为ITO导电膜，非电极区域的TCO导电膜为FTO导电膜。

在上述实现过程中，具有上述TCO导电膜的异质结电池能达到低成本，环保、力学性能优异，导电效果良好的效果。

第二方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，其包括第一方面提供的太阳能电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请第一实施例提供的一种异质结电池的结构示意图；

图2为图1中正面TCO导电膜的结构示意图；

图3为图2另一视角的结构示意图。

图标：110-N型单晶硅片；120-正面本征富氢非晶硅薄膜；130-P型非晶硅薄膜；140-正面TCO导电膜；141-正面ITO导电膜；142-正面FTO导电膜；150-正面主栅线；160-背面本征富氢非晶硅薄膜；170-N型非晶硅薄膜；180-背面TCO导电膜；181-背面ITO导电膜；182-背面FTO导电膜；190-背面主栅线。

具体实施方式

申请人研究异质结电池HJT电池发现，HJT电池因其良好的双面率、超高的理论效率、较少的生产工序，已经成为各太阳能电池生产厂家未来布局的主流方向。HJT电池以N型单晶硅片为衬底，在其正面依次沉积本征富氢非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜、TCO导电膜，再附着银电极，在其背面依次沉积本征富氢非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜、TCO导电膜、再附着银电极。因HJT电池使用非晶硅和晶硅材料制成PN结，因此其具有较高的理论效率。

HJT电池中TCO导电膜通常为ITO导电膜，成分为ITO材料：氧化铟锡，其优点在于导电率较高、膜层牢固等，缺点在于成本较高、有毒、激光刻蚀性能较差(不易激光刻蚀)等。现在还另有FTO导电膜，成分为FTO材料：掺氟氧化锡，其优点在于膜层硬，化学和力学抵抗性能好，透过率高，成本低廉，容易激光刻蚀。

为了综合不同导电材料的优点，目前已经有一些将不同导电材料的导电膜叠加组合而成的TCO导电膜，比如掺杂量不同的ITO导电膜、掺杂量不同的FTO导电膜，或者ITO导电膜和FTO导电膜之间的叠加组合。这些TCO导电膜虽然从纵向(厚度方向)上看是不同的导电材料，但是从横向(膜面)上看是同一种导电材料，并未结合电池横向上的特点和充分发挥不同导电材料的优点。

经过大量探索和研究，本申请旨在制备出一种交替沉积ITO导电膜、FTO导电膜的复合型TCO导电膜，且ITO导电膜、FTO导电膜是根据电池横向上的特点而设置，能够充分发挥两种导电材料的优点，以达到电池降低成本，提升刻蚀效率，力学性能，同时有较好的导电效果。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

第一实施例

请参看图1至图3，本实施例提供的一种异质结电池，其包括N型单晶硅片110(衬底)，依次叠设于N型单晶硅片110正面的本征富氢非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜130、TCO导电膜、栅线，以及依次叠设于N型单晶硅片110背面的本征富氢非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜170、TCO导电膜、栅线，正面和背面的分别包括若干条间隔平行设置的主栅线。图示中由N型单晶硅片110往上依次叠设正面本征富氢非晶硅薄膜120、P型非晶硅薄膜130、正面TCO导电膜140、正面主栅线150，由N型单晶硅片110往下依次叠设背面本征富氢非晶硅薄膜160、N型非晶硅薄膜170、背面TCO导电膜180、背面主栅线190。其中，本征富氢非晶硅薄膜同时兼具钝化层作用，有效降低电池复合电流，增加开路电压，提升电池效率；本征富氢非晶硅薄膜可以是采用等离子体增强化学气相沉积法(PEVCD)沉积形成，PEVCD主要通过微波或射频波使含有薄膜原子的其他产生电离，电离后的其活跃性大大增强，在常温下即能发生反应。TCO导电膜可以是采用磁控溅射法(PVD)或者反应等离子体沉积法(RPD)沉积形成，磁控溅射法(PVD)是通过微波或射频波使腔室内的Ar气体产生电离，电离气体经磁场加速后轰击在靶材表面，靶材温度升高后升华产生分子气体沉积到非晶硅膜层表面。栅线通常为银电极，采用丝网印刷法印刷形成。

通常情况下，N型单晶硅片110的长度为100mm-300mm，宽度为100mm-300mm，厚度为50μm-200μm。本实施例中，N型单晶硅片110的长度为200mm，宽度为200mm，厚度为100μm。

通常情况下，正面和背面的本征富氢非晶硅薄膜的厚度分别为3nm-20nm，本实施例中，正面本征富氢非晶硅薄膜120和背面本征富氢非晶硅薄膜160的厚度均为10nm。

通常情况下，P型非晶硅薄膜130的厚度为3nm-20nm，N型非晶硅薄膜170的厚度为3nm-20nm。本实施例中，P型非晶硅薄膜130的厚度为10nm，N型非晶硅薄膜170的厚度为10nm。

本实施例中，正面主栅线150的宽度为5mm，背面主栅线190的宽度为5mm。

本申请实施例中的TCO导电膜为该异质结电池的特殊设计之处，正面和背面的TCO导电膜按其表面分为对应同面主栅线的电极区域和其余的非电极区域，电极区域的TCO导电膜为ITO导电膜，非电极区域的TCO导电膜为FTO导电膜。具体地，正面TCO导电膜140是由对应正面主栅线150的正面ITO导电膜141和其余的正面FTO导电膜142组成；背面TCO导电膜180是由对应背面主栅线190的背面ITO导电膜181和其余的背面FTO导电膜182组成。TCO导电膜可以通过PVD或者RPD沉积形成，其基本原理为Ar气体通过等离子体枪产生等离子体，通过磁场引导Ar等离子体轰击靶材表面，靶材温度升高后升华产生气体再沉积到衬底上形成氧化物薄膜。

本实施例中，ITO导电膜的材料为ITO材料，即氧化铟锡；FTO导电膜的材料为FTO材料，即氟掺杂氧化锡。需要说明的是，本申请实施例中的ITO导电膜采用常规的ITO材料即可，FTO导电膜的材料采用常规的FTO材料即可，无需对材料进行特殊的调整。

为了沉积交替设置的含有不同成分的导电膜，需要PVD设备中拥有不同的腔室对应电池片不同区域的TCO膜沉积，不同的腔室中对应不同的靶材，靶材被轰击形成的分子气体经腔室导管导出后在电池片对应区域进行沉积，ITO导电膜所使用的靶材为掺锡氧化铟，通过控制射频功率、溅射气压、溅射时间控制导电膜的颗粒尺寸大小、形貌、导电率、透广率、厚度等性能，其中溅射电压为100-1000V，溅射气压为0.1-50pa，溅射时间为10s-50s，ITO导电膜的透光率在80％以上；FTO导电膜所使用的靶材为掺氟氧化锡，其中溅射电压为100-1000V，溅射气压为0.1-50pa，溅射时间未10s-50s，FTO导电膜的透光率在80％以上。

本申请实施例中，正面和背面的ITO导电膜分别位于同面主栅线的正下方，同面的ITO导电膜相较于主栅线更靠近衬底，且ITO导电膜的宽度比对应的主栅线宽度大0mm-10mm。正面和背面的TCO导电膜是由多条交替(相互间隔)设置的ITO导电膜和FTO导电膜组成，每条ITO导电膜的宽度为0.2mm-10mm，厚度为50nm-200nm，每条FTO导电膜的宽度为1mm-30mm，厚度为50nm-200nm；为了便于沉积形成成本低的ITO导电膜，每条FTO导电膜的宽度大于每条ITO导电膜的宽度，FTO导电膜的厚度等于ITO导电膜的厚度。本实施例中，正面TCO导电膜140是由多条交替设置的正面ITO导电膜141和正面FTO导电膜142组成，正面TCO导电膜140与正面主栅线150宽度相同，且对齐对应设置，每条正面ITO导电膜141的宽度为5mm，厚度为100nm，每条正面的FTO导电膜的宽度为20mm，厚度为100nm。背面TCO导电膜180是由多条交替设置的背面ITO导电膜181和背面FTO导电膜182组成，背面TCO导电膜180与背面主栅线190宽度相同，且对齐对应设置，每条背面ITO导电膜181的宽度为5mm，厚度为100nm，每条背面的FTO导电膜的宽度为20mm，厚度为100nm。

需要说明的是，本申请实施例中，由于ITO导电膜是对应于主栅线，细栅线的设置不会影响ITO导电膜和FTO导电膜的设置，因此本申请实施例的相关附图中并未示意细栅线，其并不限制细栅线的设置。

异质结电池的制备过程如下：

(1)取N型单晶硅片110作为异质结电池的衬底，经KOH腐蚀液对硅片表面进行各项异形腐蚀，以在硅片表面形成绒面，降低硅片表面反射率，从而产生更多光生载流子。

(2)采用PEVCD工艺在制绒后的硅片正面和背面沉积形成本征富氢非晶硅薄膜。

(3)同样采用PEVCD法，在正面的本征富氢非晶硅薄膜上沉积P型非晶硅薄膜130，在背面的本征富氢非晶硅薄膜上沉积N型非晶硅薄膜170，P型非晶硅、富氢非晶硅和N型衬底形成PN结。

(4)采用PVD工艺，在P型非晶硅薄膜130上进行正面TCO导电膜140的沉积，在N型非晶硅薄膜170上进行背面TCO导电膜180的沉积，TCO导电膜的整体宽度、长度与衬底保持一致。为了沉积交替设置的含有不同成分的导电膜，需要PVD设备中拥有不同的腔室对应电池片不同区域的TCO膜沉积，不同的腔室中对应不同的靶材：其中ITO导电膜对应主栅线的区域，所使用的靶材为掺锡氧化铟，其中溅射电压为500V，溅射气压为30pa，溅射时间为40s，ITO导电膜的透光率在80％以上；其中FTO导电膜对应非电极区域，所使用的靶材为掺氟氧化锡，其中溅射电压为500V，溅射气压为30pa，溅射时间为40s，FTO导电膜的透光率在80％以上。

(5)采用丝网印刷法分别在正面TCO导电膜140、背面TCO导电膜180上印刷形成栅线，其中正面主栅线150对应位于正面ITO导电膜141上，背面主栅线190对应位于背面ITO导电膜181上。

相较于区别仅在于TCO导电膜为整区域的ITO导电膜的异质结电池，本实施例的异质结电池的导电膜使用成本下降30％，且无毒害；因采用了FTO导电膜，其膜层力学性能显著提高，生产良率提高1.5％，同时保持较高的透光率和导电率，整体电池效率未下降。

第二实施例

本实施例提供的一种异质结电池，其与第一实施例的不同处在于：ITO导电膜的宽度比对应的主栅线宽度略大，ITO导电膜的两侧相较于对应主栅线的两侧略微往外移动2mm，每条正面ITO导电膜的宽度为7mm，每条背面ITO导电膜的宽度为7mm，正面TCO导电膜、背面TCO导电膜的整体宽度、长度与衬底保持一致。

第三实施例

本实施例提供的一种太阳能电池，其包括电池片和设置于电池片正面和背面的栅线，电池片和正面栅线之间还设置有TCO导电膜，TCO导电膜按其表面分为对应主栅线的电极区域和其余的非电极区域，电极区域的TCO导电膜为ITO导电膜，非电极区域的TCO导电膜为FTO导电膜；电池片和背面栅线之间还设置有TCO导电膜，TCO导电膜为FTO导电膜。

本申请实施例的太阳能电池采用了FTO导电膜和ITO导电膜的交替沉积在同一层TCO导电膜上，兼具了这两种导电膜的优点，只要是采用这种交替方式的TCO导电膜的太阳能电池，无论导电膜的配方工艺参数是否变更，均可视为本申请实施例的方案。

综上所述，本申请实施例的太阳能电池、异质结电池及光伏组件中的TCO导电膜是由对应栅线区域的ITO导电膜和非电极区域的FTO导电膜组成，兼顾了高可靠性、低成本、良好导电率的效果。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，其特征在于，其包括电池片和设置于所述电池片表面的栅线，所述电池片和所述栅线之间还设置有TCO导电膜，所述TCO导电膜按其表面分为对应所述栅线的电极区域和非电极区域，所述电极区域的所述TCO导电膜为ITO导电膜，所述非电极区域的所述TCO导电膜为FTO导电膜。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电极区域对应的栅线为主栅线。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述ITO导电膜位于所述栅线的正下方，且所述ITO导电膜的宽度比对应的所述栅线宽度大0mm-10mm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，每条所述ITO导电膜的宽度为0.2mm-10mm，厚度为50nm-200nm。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，每条所述FTO导电膜的宽度为1mm-30mm，厚度为50nm-200nm。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，每条所述FTO导电膜的宽度大于每条所述ITO导电膜的宽度。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述FTO导电膜的厚度等于所述ITO导电膜的厚度。

8.一种异质结电池，其特征在于，其包括N型单晶硅片，依次叠设于所述N型单晶硅片正面的本征富氢非晶硅薄膜、P型非晶硅薄膜、TCO导电膜、栅线，以及依次叠设于所述N型单晶硅片背面的本征富氢非晶硅薄膜、N型非晶硅薄膜、TCO导电膜、栅线，正面和/或背面的所述TCO导电膜按其表面分为对应同面的所述栅线的电极区域和非电极区域，所述电极区域的所述TCO导电膜为ITO导电膜，所述非电极区域的所述TCO导电膜为FTO导电膜。

9.一种光伏组件，其特征在于，其包括如权利要求1所述的太阳能电池。

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