CN217788413U - 一种新型太阳能电池及其组件和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型太阳能电池及其组件和系统，该新型太阳能电池，包括硅衬底、依次叠设于硅衬底背面的掺杂层和钝化层，钝化层开设有局域裸露掺杂层的电极槽，电极槽设有背面电极；背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，种子金属硅化物层为钼硅化物层、钛硅化物层、镍硅化物层或其合金层；钝化层背面还设有钝化抗划层。该新型太阳能电池的背面电极具有较好的导电性能，且背面电极中不含价格高昂的银，能降低电极的原料成本；此外，该新型太阳能电池的设有钝化抗划层，电池不易被划伤，生产良率高，能进一步降低电池的生产成本。

Description

一种新型太阳能电池及其组件和系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种新型太阳能电池及其组件和系统。

背景技术

太阳能电池，也称光伏电池，是一种能将太阳光直接转化为电能的电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。现有光伏电池领域中，晶体硅太阳能电池技术相对成熟，其应用也最广。然而，现有晶体硅太阳能电池仍然存在一些缺陷；例如，现有产业化晶体硅太阳能电池一般通过丝网印刷银浆料结合高温烧结工艺来完成金属化过程，以形成电极；然而，这一过程需采用大量价格昂贵的银浆，增加了晶体硅太阳能电池的材料成本。

因此，为降低太阳能电池的成本，目前，研发人员逐步对太阳能电池进行结构改进，如公开号CN113629155A提供的一种晶硅太阳能电池，其栅线电极包括形成于掺杂导电层之上的第一金属层(如硅化钛浆料)，形成于第一层金属层之上的介质导电层(如氮化钛浆料)，以及形成于介质导电层之上的第二金属层(如金属铝浆料)，该栅线电极无需使用价格高昂的银浆料，能降低其原料成本，且能实现较好的导电性能。然而，该晶硅太阳能电池的钝化介电层为氮化硅膜，这种膜容易被机械设备划伤，这大大降低了太阳能电池的生产良率，也会进一步导致太阳能电池的生产成本的提高。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种新型太阳能电池，以降低其生产成本和电极原料成本，且该新型太阳能电池不易被划伤，生产良率高。

本实用新型的目的之二在于提供一种太阳能电池组件。

本实用新型的目的之三在于提供一种太阳能电池系统。

基于此，本实用新型公开了一种新型太阳能电池，包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述钝化层开设有局域裸露所述掺杂层的电极槽，所述电极槽设有背面电极；所述背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物层、镍硅化物层和钛硅化物层中的一层或多层叠加；所述钝化层背面还设有钝化抗划层。

优选地，所述钝化抗划层为种子金属氧化物层。

优选地，所述钝化抗划层的厚度为10-100nm。

优选地，所述外金属层为铜层、铝层、银层或其合金层；

所述混合导电层为种子金属与外金属相互扩散形成。

进一步优选地，所述外金属层为铜层、铝层或其合金层。

优选地，所述种子金属硅化物层的厚度小于或等于30nm；所述混合导电层的厚度为5-80nm；所述外金属层的厚度为5-20um。

优选地，所述背面电极还包括位于种子金属硅化物层与混合导电层之间的种子金属层。

进一步优选地，所述种子金属硅化物层、种子金属层、混合导电层和钝化抗划层为一体成型的结构。

进一步优选地，所述种子金属层的厚度为5-80nm。

优选地，所述掺杂层包括依次叠设于硅衬底背面的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层。

优选地，所述的一种太阳能电池，还包括位于硅衬底正面的正面电极。

本实用新型还公开了一种新型太阳能电池，包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述钝化层开设有局域裸露所述掺杂层的电极槽，所述电极槽设有背面电极；所述背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物、镍硅化物和钛硅化物中的至少两种形成的合金层；所述钝化层背面还设有钝化抗划层。

本实用新型还公开了一种新型太阳能电池，包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述掺杂层包括依次交替排布的P型掺杂区和N型掺杂区，所述P型掺杂区与N型掺杂区之间设有隔离区，所述钝化层开设有分别局部裸露P型掺杂区和N型掺杂区的第一电极槽和第二电极槽，所述第一电极槽和第二电极槽分别设有接触P型掺杂区的正电极和接触N型掺杂区的负电极；所述正电极和负电极均包括依次叠设于掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物层、镍硅化物层和钛硅化物层中的一层或多层叠加；所述钝化层背面还设有钝化抗划层。

本实用新型还公开了一种太阳能电池组件，包括依次层叠设置的前层、封装层、电池和光伏背板，所述电池为上述的一种新型太阳能电池。

本实用新型还公开了一种太阳能电池系统，包括一个或一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是上述的一种太阳能电池组件。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)该新型太阳能电池中，背面电极中的种子金属硅化物层为钼硅化物层、镍硅化物层、钛硅化物层或其合金层，不含价格高昂的银，因此，能降低电极的原料成本；(2)而且，其钝化层背面还设有钝化抗划层，所以，该新型太阳能电池不易被机械设备划伤，能大大提高电池的生产良率，并能进一步降低电池的生产成本；(3)增设钝化抗划层，还能增加钝化结构的厚度，增强电池的钝化减反射效果；(4)该新型太阳能电池的背面电极包括依次叠设的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，这是一种新型结构的背面电极，这种新型结构的背面电极中，种子金属硅化物层与掺杂层具有较好的电接触能力，能降低接触电阻率，而种子金属硅化物层和混合导电层这两层在导电的同时还能将掺杂层与外金属层分隔开，以防止外金属层在热处理过程中穿过掺杂层而污染硅衬底，故而能降低金属复合损失，因此，该新型结构的背面电极具有较好的导电性能。

附图说明

图1是实施例1的一种新型太阳能电池的结构示意图。

图2是实施例1的一种新型太阳能电池制备工艺中硅衬底经步骤S1后的结构示意图。

图3是实施例1的一种新型太阳能电池制备工艺中硅衬底经步骤S2后的结构示意图。

图4是实施例1的一种新型太阳能电池制备工艺中硅衬底经步骤S3后的结构示意图。

图5是实施例1的一种新型太阳能电池制备工艺中硅衬底经步骤S4后的结构示意图。

图6是实施例1的一种新型太阳能电池制备工艺中硅衬底经步骤S5后的结构示意图。

图7是实施例2的一种新型太阳能电池的结构示意图。

附图标号说明：硅衬底1；掺杂层2；P型掺杂区21；隔离区22；N型掺杂区23；钝化层3；钝化抗划层4；种子金属硅化物层5；种子金属层6；混合导电层7；外金属层8；电极槽9；种子金属10。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式及附图对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的一种新型太阳能电池，参照图1，包括硅衬底1、依次叠设于硅衬底1背面的掺杂层2和钝化层3。实际应用中，该硅衬底1的背面依次叠设有掺杂层2和钝化层3，并在硅衬底1的背面设置背面电极；另外，还可根据不同电池结构的设计需求，在该硅衬底1的正面也依次叠设掺杂层2和钝化层3，并在硅衬底1的正面设置正面电极。以下详细介绍背面电极的结构设计。当然，该背面电极的以下结构也可应用至正面电极上。

其中，位于硅衬底1背面的钝化层3开设有局域裸露掺杂层2的电极槽9(参见图5)，电极槽9设有用于传输电流的背面电极。

其中，该背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层2背面的种子金属硅化物层5、混合导电层7和外金属层8；这是一种新型结构的背面电极。本实施例的一种示例中，这种新型结构的背面电极中的种子金属硅化物层5为钼硅化物层、镍硅化物层和钛硅化物层中的一层或多层叠加；本实施例的另一种示例中，种子金属硅化物层5可为钼硅化物、镍硅化物和钛硅化物中的至少两种形成的合金层(如钛硅化物与镍硅化物形成的合金层)。种子金属硅化物层5的厚度小于或等于30nm、更优选为0.1-20nm，例如种子金属硅化物层5的厚度为0.1nm、0.5nm、1nm、3nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或30nm；种子金属硅化物层5与掺杂层2具有较好的电接触能力，能降低接触电阻率。

其中，外金属层8的栅线宽度大于电极槽9的宽度。进一步，外金属层8为铜层、铝层、银层或其合金层(如铜铝合金层)，外金属层8的厚度优选为5-20um，例如外金属层8的厚度为5um、8um、10um、15um或20um。混合导电层7为种子金属10与外金属相互扩散形成的结构。具体地，该混合导电层7是在如700-900℃的高温热处理过程中，种子金属10与外金属在界面发生相互扩散而形成；种子金属10为钼、镍、钛或其合金(如钛镍合金)，更优选为钛、钼或其合金；该外金属为铜、铝、银或其合金(如铜铝合金)。混合导电层7的厚度优选为5-80nm，例如混合导电层7的厚度为5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm或80nm。种子金属硅化物层5和混合导电层7这两层在传输电流的同时还能将掺杂层2与外金属层8分隔开，以防止外金属层8在热处理过程中穿过掺杂层2而污染硅衬底1，故而能降低金属复合损失，该新型结构的背面电极具有较好的导电性能。

更进一步，外金属层8优选为铜层、铝层或其合金层(如铜铝合金层)，这样，该背面电极完全不含价格高昂的银，能进一步降低电极的原料成本。

其中，该新型结构的背面电极还包括位于种子金属硅化物层5与混合导电层7之间的种子金属层6，种子金属层6为钼层、镍层、钛层或其合金层(如钛镍合金层)，优选为钼层、钛层或其合金层；种子金属层6的厚度为5-80nm，例如种子金属层6的厚度为5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm或80nm。这层种子金属层6不仅不会对背面电极的导电性能造成负面影响，还能与种子金属硅化物层5及混合导电层7组成三层结构，以增加掺杂层2与外金属层8的隔离效果，进一步防止外金属层8在热处理过程中穿过掺杂层2而污染硅衬底1，降低金属复合损失。

其中，钝化层3背面还设有钝化抗划层4；该钝化抗划层4的厚度为10-100nm，例如钝化抗划层4的厚度为10nm、20nm、30nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。增设这一层薄薄的钝化抗划层4，不仅能增加钝化结构的厚度，增强电池的钝化减反射效果，还能保护电池，使电池背面不容易被划伤，有效提高电池的生产良率，并能进一步降低电池的生产成本。

其中，该钝化抗划层4可采用同时起钝化减反射和耐划伤作用的材料层，优选为种子金属氧化物层，即钼氧化物层、镍氧化物层、钛氧化物层或其合金氧化物层(如钛氧化物与镍氧化物的合金层)，更优选为钼氧化物层、钛氧化物层或其合金氧化物层。该类种子金属氧化物层能很好的粘附于掺杂层2背面，且其机械性能比氮化硅膜要好，抗划伤性能更优异，能大大提高电池的生产良率。

进一步，为简化该背面电极的结构，降低背面电极的制备工序，将种子金属硅化物层5、种子金属层6、混合导电层7和钝化抗划层4设置为一体成型的结构。其中，为提高该新型太阳能电池的钝化接触性能，该掺杂层2优选为依次叠设于硅衬底1背面的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层。实际制备过程中，可在钝化层3整面一次制备一层种子金属10，再在局域裸露的掺杂层2的对应位置选择性制备一层外金属，然后在700-900℃下经一次热处理，使接触掺杂层2的种子金属10与掺杂层2的掺杂硅形成种子金属硅化物层5，种子金属10与外金属相互接触并扩散以形成混合导电层7，且种子金属硅化物层5与混合导电层7还可保留部分种子金属10以形成种子金属层6(当然，也可根据实际需求，使种子金属硅化物层5与混合导电层7之间不保留有种子金属10，此时不会形成种子金属层6)，而远离混合导电层7的外金属则形成外金属层8；如此，得到包括种子金属硅化物层5、种子金属层6、混合导电层7和钝化抗划层4的一体成型结构；也即，钝化抗划层4与背面电极中的种子金属硅化物层5、种子金属层6、混合导电层7均是由种子金属10经上述步骤转变而成。

本实施例的一种新型太阳能电池的制备工艺，包括依次进行的如下步骤：

步骤S1，对硅衬底1进行预处理。其中，硅衬底1优选为N型硅衬底。

本实施例的一种示例为，对硅衬底1的背面进行预处理，以使硅衬底1的背面形成平面结构，如图2所示。

步骤S2，在硅衬底1的平面结构背面制备掺杂层2，如图3所示。其中，掺杂层2优选为依次叠设于硅衬底1的平面结构背面的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层(如n+掺杂多晶硅层)。

步骤S3，在掺杂层2背面制备钝化层3，如图4所示。其中，该钝化层3优选为氮化硅层。

步骤S4，激光开电极槽9，以去除局域的钝化层3以局域裸露出掺杂层2，如图5所示。

步骤S5，在钝化层3整面制备一层种子金属10，如图6所示。其中，种子金属10的制备方式为丝网印刷或沉积，优选为PVD设备沉积。

步骤S6，在局域裸露的掺杂层2的对应位置选择性制备一层外金属，再在700-900℃下进行热处理，以在热处理过程中，使接触掺杂层2的种子金属10与掺杂层2的掺杂硅形成种子金属硅化物层5，种子金属10与外金属相互接触并扩散以形成混合导电层7，且种子金属硅化物层5与混合导电层7还可保留部分种子金属10以形成种子金属层6，而远离混合导电层7的外金属则形成外金属层8，即得背面电极。如此完成本实施例的一种新型太阳能电池的制备，其结构如图1所示。其中，外金属的制备方式为丝网印刷、沉积或如蒸镀的其他方式，优选为丝网印刷。

本实施例的还公开了一种太阳能电池组件，包括依次层叠设置的前层、封装层、电池和光伏背板，所述电池为上述的一种新型太阳能电池。

本实施例的还公开了一种太阳能电池系统，包括一个或一个以上的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件是上述的一种太阳能电池组件。

实施例2

本实施例的一种新型太阳能电池，其结构、制备方法、组件和系统均参照实施例1，参见图7，其与实施例1的区别在于：

本实施例的新型太阳能电池的硅衬底1正面不设有电极，硅衬底1背面的掺杂层2包括依次交替排布的P型掺杂区21和N型掺杂区23，P型掺杂区21与N型掺杂区23之间设有隔离区22；钝化层3开设有局部裸露掺杂层2的电极槽，具体地，该电极槽包括局部裸露P型掺杂区21的第一电极槽和局部裸露N型掺杂区23的第二电极槽，且第一电极槽设有接触P型掺杂区21的正电极，而第二电极槽设有接触N型掺杂区23的负电极；而正电极包括依次叠设于掺杂层2背面的P型掺杂区21的种子金属硅化物层5、混合导电层7和外金属层8，且负电极包括依次叠设于掺杂层2背面的N型掺杂区23的种子金属硅化物层5、混合导电层7和外金属层8。该正电极和负电极均参照上述实施例1的背面电极，故此不再赘述。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (14)

1.一种新型太阳能电池，其特征在于，包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述钝化层开设有局域裸露所述掺杂层的电极槽，所述电极槽设有背面电极；所述背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物层、钛硅化物层、镍硅化物层中的一层或多层叠加；所述钝化层背面还设有钝化抗划层；

所述背面电极还包括位于种子金属硅化物层与混合导电层之间的种子金属层。

2.根据权利要求1所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述钝化抗划层为种子金属氧化物层。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述钝化抗划层的厚度为10-100nm。

4.根据权利要求1所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述外金属层为铜层、铝层、银层或其合金层；

所述混合导电层为种子金属与外金属相互扩散形成。

5.根据权利要求4所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述外金属层为铜层、铝层或其合金层。

6.根据权利要求1或4所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述种子金属硅化物层的厚度小于或等于30nm；所述混合导电层的厚度为5-80nm；所述外金属层的厚度为5-20um。

7.根据权利要求1所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述种子金属硅化物层、种子金属层、混合导电层和钝化抗划层为一体成型的结构。

8.根据权利要求1所述的一种新型太阳能电池，其特征在于，所述种子金属层的厚度为5-80nm。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于，所述掺杂层包括依次叠设于硅衬底背面的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层。

10.根据权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于，还包括位于硅衬底正面的正面电极。

11.一种新型太阳能电池，其特征在于，包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述钝化层开设有局域裸露所述掺杂层的电极槽，所述电极槽设有背面电极；所述背面电极包括依次叠设于局域裸露的掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物、钛硅化物和镍硅化物中的至少两种形成的合金层；所述钝化层背面还设有钝化抗划层；

所述背面电极还包括位于种子金属硅化物层与混合导电层之间的种子金属层。

12.一种新型太阳能电池，其特征在于：包括硅衬底、依次叠设于所述硅衬底背面的掺杂层和钝化层，所述掺杂层包括依次交替排布的P型掺杂区和N型掺杂区，所述P型掺杂区与N型掺杂区之间设有隔离区，所述钝化层开设有分别局部裸露P型掺杂区和N型掺杂区的第一电极槽和第二电极槽，所述第一电极槽和第二电极槽分别设有接触P型掺杂区的正电极和接触N型掺杂区的负电极；所述正电极和负电极均包括依次叠设于掺杂层背面的种子金属硅化物层、混合导电层和外金属层，所述种子金属硅化物层为钼硅化物层、镍硅化物层和钛硅化物层中的一层或多层叠加；所述钝化层背面还设有钝化抗划层；

所述正电极和负电极还包括位于种子金属硅化物层与混合导电层之间的种子金属层。

13.一种太阳能电池组件，包括依次层叠设置的前层、封装层、电池和光伏背板，其特征在于，所述电池为权利要求1-12任意一项所述的一种新型太阳能电池。

14.一种太阳能电池系统，包括一个或一个以上的太阳能电池组件，其特征在于：所述太阳能电池组件是权利要求13所述的一种太阳能电池组件。

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